Что такое осциллограф

Что такое осциллограф?

Осциллограф – электронный прибор для измерения электрических сигналов в цепи и наблюдения за ними. Определение формы и параметров колебаний необходимо для отслеживания корректности работы оборудования.

Первые попытки создать прибор для определения электрических колебаний относятся ещё к 1880 году. Их делали французские и русские физики. Первые осциллографы были аналоговыми. С 1980-х годов сигналы стали фиксироваться с помощью цифрового оборудования.

Как измерительное оборудование работает?

В осциллограф вставляется щуп, который затем соединяется со схемой или входом электрического прибора, напряжение которого необходимо узнать. Если в нем присутствует ток, то он обязательно пойдет через щуп. Попадая в устройство, он обрабатывается. Измерительное оборудование вычисляет его форму, показатели напряжения, частоту, уровень шума и иные параметры, а затем выводит всё на экран.

Если в точке подключения щупа тока нет, то на мониторе будет просто ровная линия. Если присутствует постоянное напряжение, появится линия, направленная вверх или вниз. Если напряжение колеблется, оборудование покажет форму и колебания, дав оператору понять, что происходит внутри схемы и определить проблемный участок электрической цепи.

Классификация и виды

Различают два основных вида осциллографов:

  • аналоговые — аппараты для измерения средних сигналов;
  • цифровые — приборы преобразовывают получаемое значение измерений в «цифровой» формат для дальнейшей передачи информации.

По принципу действия существуют следующая классификация:

  1. Универсальные модели.
  2. Специальное оборудование.

Наиболее популярными являются универсальные устройства . Эти осциллографы используют для анализа различных видов сигналов:

  • гармонических;
  • одиночных импульсов;
  • импульсных пачек.

Универсальные приборы предназначены для разнообразных электрических устройств. Они позволяют измерять сигналы в диапазоне от нескольких наносекунд. Погрешность измерений составляет 6-8%.

Универсальные осциллографы делятся на два основных вида:

  • моноблочные — имеют общую специализацию измерений;
  • со сменными блоками — подстраиваются под конкретную ситуацию и тип прибора.

Специальные устройства разрабатываются под определённый вид электрической техники. Так существуют осциллографы для радиосигнала, телевизионного вещания или цифровой техники.

Универсальные и специальные устройства делятся на:

  • скоростные – применяются в быстродействующих приборах;
  • запоминающие — аппараты, сохраняющие и воспроизводящие ранее сделанные показатели.

При выборе устройства следует внимательно изучить классификации и виды, чтобы приобрести прибор под конкретную ситуацию.

Инструкция по эксплуатации

Осциллограф перед началом работы нуждается в калибровке. После включения в сеть, необходимо чтобы прибор прогрелся и стабилизировался. Как правило, это занимает 5 минут времени. Регуляторами «усилитель Y» и «Развертка» устанавливается луч по центру экрана. После этого настраиваются яркость и фокус.

Если измерительным щупом прикоснутся к выходу генератора, то станем наблюдать на экране прямоугольные импульсы частотой 1 кГц и 500 мВ. При положении регулятора «Длительность» в положении 1мс (миллисекунда). Если все в порядке, значит наш прибор готов к работе.

При измерении сигнала переключатели «Усиление» и «Длительность» устанавливают в крайние левые положения. Усилением поднимают диапазон измерения до явных, максимально различимых сигналов на экране, а регулятором «Длительность» выясняется, какая частота входного сигнала.

Для справки в 1 кГц (1000 Гц) — 1 мс, 1Гц это 1000 мс.

Когда сигнал зафиксирован на экране, с помощью измерительной сетки производится измерение напряжения сигнала, периода (частоты). Современный цифровые измерители данную информацию выводят непосредственно на дисплей прибора, и оператор знает о сигнале все: напряжение, длительность, скважность, период. На этом наше краткое объяснение заканчивается. Надеемся, теперь вы знаете, как пользоваться осциллографом и для чего нужен данный измерительный прибор. Напоследок рекомендуем просмотреть предоставленные ниже видео инструкции, на которых показано, как работать с наиболее популярными моделями осциллографов.

Будет интересно прочитать:

Один комментарий

С1-49 уже по меркам 80-х годов был «с бородой», а сейчас большинство цифровиков. Сделали бы по ним ликбез

Органы управления

О том, как пользоваться осциллографом при проведении измерений, проще всего рассказать на примере аналоговых приборов, которые до сих пор не потеряли своей актуальности и которым в отдельных случаях даже отдаётся предпочтение. Знакомство с этим относительно сложным электронным устройством следует начать с изучения его лицевой панели, на которую выводятся все необходимые органы управления.

На ней можно различить несколько зон, ответственных за определённую функцию из полного набора возможностей этого прибора. Прежде всего, обращает на себя внимание экран устройства, на котором отображаются все параметры измеряемого сигнала (его форма, размах и длительность).

Помимо этого, на лицевой панели выделяются следующие функциональные зоны:

  • Модуль развёртки, задающий режимы измерения сигнала по его частотной характеристике (обозначается как «Длительность»);
  • Усилительный блок, ответственный за чувствительность измерения («Усиление»);
  • Органы управления положением отображения сигнала на экране устройства, позволяющие перемещать его как по вертикали, так и по горизонтали (вращающиеся ручки с соответствующими стрелками);
  • Модуль синхронизации, задающий способ запуска развёртки, которая может быть автоматической, ручной или принудительной.

К основному функциональному набору следует отнести дополнительные регуляторы и переключатели, расширяющие возможности осциллографа до требуемого в каждом конкретном случае уровня. Знакомство с их назначением поможет определиться с тем, как работать с осциллографом в тех или иных ситуациях.

Обратите внимание! В различных моделях набор вспомогательных опций может иметь заметные отличия.

Отличаться может и их состав: более «скромный» для простых и дешёвых образцов изделий и значительно расширенный – для моделей профессионального уровня.

Как работает осциллограф

Осциллограф — это прибор, который визуально показывает, есть ли напряжение в какой-то точке электрической цепи. Возьмем для примера современную цифровую модель. Процедура использования такая — в осциллограф вставляется щуп (экранированный отрезок провода) который соединяется с местом, в котором мы хотим посмотреть напряжение. Если оно там есть — ток (очень маленький) начинает идти через осциллограф. Попадая в процессор устройства, он обрабатывается (вычисляются его форма, значение напряжения, частота и другие параметры), и это всё выводится на экран.

Если в точке, к которой мы приставили щуп, ничего нет — на экране будет ровная линия. Если есть постоянное напряжение — линия съедет вверх (или вниз) на то значение в вольтах, сколько и есть в цепи. И самое главное — если напряжение колеблется(переменной частоты), осциллограф очень детально покажет нам его форму и колебания, дав полное представление о том, что же происходит внутри схемы.

Зачем это нужно

Весь окружающий нас мир состоит из колебаний. Это свет,радиоволны, тепловое излучение, механическое движение объектов.Хорошим примером для описания работы осциллографа нам послужат звуковые частоты, которые мы слышим, например, когда слушаем музыку.

Записанный звук воспроизводят динамики. Они преобразуют электрический сигнал в звуковой. А этот электричекий сигнал в них посылает УНЧ (усилитель низких частот). И вот, мы хотим послушать музыку, включаем усилитель, из динамиков идет звук. весьма посредственного качества. Хрипит, свистит, и вообще звучит как-то не так. В чем же дело? Звук нас совсем не устраивает, мы хотим разобраться.

Читайте также  Обозначение нуля и фазы

Открываем корпус усилителя, видим его печатную плату. А что дальше? Неисправности, как таковой, нет, усилитель рабочий, все детали на месте. Внешне оценить правильность его работы мы никак не можем — колебания ведь электрические, внешне их никак не увидишь. Тут и приходит на помощь осциллограф.

Мы не сдаемся, берем в руки щуп и начинаем исследовать сигнал, начиная с места, откуда он поступает. Подаем определенную частоту с генератора (например, с телефона или компьютера). Смотрим на вход усилителя — ровная синусоида. Идем дальше по схеме. Проверяем все цепи (предусилитель, корректировочные элементы) — везде сигнал такой же.

Добираемся до оконечного, мощного, каскада. Смотрим, что он выдает — а там ужас! Никакой синусоиды, куча помех, сигнал треугольный, вообще не то, что мы хотели увидеть. Теперь всё понятно — именно этот каскад портит звук. Дальше можно думать над причинами. Возможно, не хватает мощности блока питания (на осциллографе выглядит, как просадки напряжения, искаженная, неровная форма сигнала), возможно, где-то в плате входят искажения, может быть не совсем рабочий какой-то из каналов. Теперь ясно, где искать проблему и как ее решить. Без осциллографа мы бы этого никак не узнали.

Где осциллограф будет полезен

На самом деле, применений невероятно много,ведь работа очень многих важных цепей основана именно на разных сигналах.Начиная с диагностики блоков питания и преобразователей (например, там, где должен быть прямоугольный сигнал — он треугольный, пилообразный или его вообще нет), ремонтом мобильных устройств, компьютеров, радиоуправляемых игрушек -, заканчивая проектировкой нового оборудования, тестированием готовых изделий (у многих осциллографов для этого есть специальные функции), и даже исследованием природных явлений и наглядным наблюдением за ними. Очень удобно сравнивать несколько сигналов — если они должны быть одинаковыми, или наоборот, должны чередоваться, всё это можно проверить.

Почему осциллограф так дорого стоит

Потому что от него требуется точность и быстродействие. Он должен показать именно такую форму сигнала, какая есть на самом деле. Для этого ему требуется считывать этот сигнал миллионы раз в секунду, при этом считывать с точностью в доли процента. Чтобы работать так быстро и точно, нужен мощный процессор и качественные детали обвязки. Нужна огромная техническая работа по проектированию самого осциллографа, затем по написанию к нему программного обеспечения, затем качественная его сборка. Не считая того, что количество деталей в нем сложно представить.

Делая выводы

В любой схеме, где генерируются какие-то сигнал (а это практически везде), его можно посмотреть осциллографом. Если его можно посмотреть, значит можно понять, правильный он или нет, есть он вообще или отсутствует, какой он формы и насколько это критично для конкретного устройства. После того, как с осциллографом начинаешь дружить, без него очень сложно представить себе работу с электронным оборудованием. Это первый и самый главный помощник в каждой качественной мастерской.

Осциллографы. Виды и особенности. Устройство и работа. Применение

Для любого профессионального настройщика электронных устройств или для инженера по радиоэлектронным устройствам основным рабочим устройством является осциллограф. Без него нельзя обойтись при настройке телевизора, передатчика. Осциллографы служат для контроля и наблюдения за периодическими сигналами различных форм, в том числе синусоидальной. Благодаря широкому интервалу развертки он дает возможность развернуть импульс даже для контроля наносекундных промежутков времени. Осциллограф подобен работе телевизора, который изображает электрические сигналы.

Устройство и принцип действия

Для лучшего понимания действия прибора, разберем блок-схему типового осциллографа, так как все их основные виды имеют аналогичное устройство.

На этой схеме не изображены блоки питания: низковольтный блок, подающий питание для работы узлов, и источник повышенного напряжения, применяющийся для генерирования высокого напряжения, приходящего на электронно-лучевую трубку. Также на схеме нет калибратора для настройки и подготовки прибора к работе.

Тестируемый сигнал поступает на канал вертикального отклонения «Y», далее на аттенюатор, выполненный в виде многопозиционного переключателя, настраивающего чувствительность осциллографа. Его шкала размечена в вольтах на сантиметр или в вольтах на одно деление. Это обозначает одно деление сетки координат на экране лучевой трубки. Там же изображены сами величины. Если амплитуда сигнала неизвестна, то устанавливается наименьшая чувствительность. В этом случае даже большой сигнал на 300 В не повредит прибору.

Обычно в комплекте с осциллографом есть делители , в виде специальных насадок с разъемами. Они работают так же, как аттенюатор. Эти насадки компенсируют емкость кабеля при работе с малыми импульсами. На фото показан делитель. Коэффициент деления равен 1:10.

С помощью делителя возможности прибора расширяются, можно исследовать сигналы в несколько сотен вольт. После делителя сигнал проходит на предварительный усилитель , раздваивается и приходит на переключатель синхронизации и линию задержки , которая служит для компенсации времени сработки генератора развертки. Оконечный усилитель создает напряжение, поступающее на «Y» -пластины, и отклоняет луч в вертикальной плоскости.

Генератор развертки создает пилообразное напряжение, поступающее на пластины «Х» и горизонтальный усилитель, при этом луч отклоняется в горизонтальной плоскости.

Устройство синхронизации создает условия для работы генератора развертки в одно время с появлением сигнала. В итоге на дисплей осциллографа выводится изображение импульса.

Переключатель синхронизации работает в положениях синхронизации от:
  • Исследуемого сигнала.
  • Сети.
  • Внешнего источника.

Первое положение применяется чаще, так как оно более удобно.

Классификация

Осциллографы являются распространенным видом измерительных приборов. Существует несколько видов осциллографов, имеющих разные характеристики, устройство и работу.

Аналоговые осциллографы

Такие осциллографы являются классическими моделями этого типа измерительных приборов. Любые аналоговые осциллографы имеют делитель, вертикальный усилитель, синхронизацию и отклонение, блок питания и лучевую трубку.

Такие трубки имеют больший диапазон частоты. Отклонение луча на экране прямо зависит от напряжения пластин. Горизонтальная развертка работает по линейной зависимости от напряжения горизонтальных пластин.

Нижний предел частоты равен 10 герцам. Верхняя граница определяется емкостью пластин и усилителем. Сегодня аналоговые устройства вытесняются цифровыми приборами со своими достоинствами. Но аналоговые приборы пока не исчезают ввиду их малой стоимости.

Цифровые запоминающие

Если цифровые приборы сравнивать с аналоговыми, у них больше возможностей. Стоимость их постепенно снижается. Цифровой осциллограф включает в себя делитель, усилитель, преобразователь аналогового сигнала, памяти, блока управления и выведения на ЖК панель.

Принцип действия такого вида осциллографов придает им большие возможности. Входящий аналоговый сигнал модифицируется в цифровую форму, и сохраняется. Скорость сохранения определяется управляющим устройством. Ее верхняя граница задается скоростью преобразователя, а нижняя граница не имеет ограничений.

Преобразование сигнала в цифровой код дает возможность увеличить устойчивость отображения, сохранять данные в память, сделать растяжку и масштаб проще. Применение дисплея вместо электронной трубки позволяет отображать любые данные и осуществлять управление прибором. Дорогостоящие приборы оснащаются цветным экраном, что позволяет различать сигналы других каналов, курсоры, выделять цветом разные места.

Параметры цифровых осциллографов намного выше аналоговых моделей, в больших пределах находится растяжка сигнала. Кроме простых схем включения синхронизации, может использоваться синхронизация при некоторых событиях или параметрах сигнала. Синхронизацию можно увидеть непосредственно перед включением развертки.

Читайте также  Двойная мойка для кухни размеры

Применяемые процессоры обработки сигнала дают возможность обработки спектра сигнала с помощью анализа преобразованием Фурье. Информация в цифровом виде позволяет записать в память экран с итогами измерения, а также распечатать на принтере. Многие приборы оснащены накопителями для записи изображения в архив и последующей обработки.

Цифровые люминофорные

Такой тип осциллографов работает на новой структуре построения, основанной на цифровом люминофоре. Он имитирует по подобию с аналоговыми приборами изменение изображения на экране. Люминофорные цифровые типы осциллографов дают возможность наблюдать на дисплее все подробности модулированных сигналов, как и аналоговые типы. При этом обеспечивается их анализ и хранение в памяти.

Люминофорные приборы, как и предыдущая рассмотренная модель, имеет свою память для хранения различной информации, в том числе хранится разница задержки времени между разными пробниками. Возможность люминофорных осциллографов выводить данные с изменяемой интенсивностью значительным образом упрощает поиск повреждений в импульсных блоках. Это выражено при вычислении глубины модуляции сигнала при регулировке напряжения на выходе, приводящее к нестабильному функционированию блоков.

В люминофорных цифровых осциллографах объединены достоинства цифровых и аналоговых устройств, а во многом превосходят их. Люминофорные приборы обладают всеми преимуществами запоминающих осциллографов, обеспечивая возможности аналоговых приборов: быструю реакцию на смену сигнала и его отображение с разной яркостью.

Цифровые стробоскопические

В этом виде осциллографов применяется эффект последовательного стробирования сигнала. При повторении сигнала выбирается мгновенное значение в определенной точке. При поступлении нового сигнала точка выбора смещается по сигналу. Так продолжается до полного стробирования сигнала. Модифицированный таким образом сигнал в виде огибающей линии мгновенных величин сигнала входа, повторяет форму сигнала.

Продолжительность модифицированного сигнала на много больше продолжительности тестируемого сигнала, а значит, имеется сжатие спектра. Это соответствует увеличению полосы пропускания. Стробоскопические виды осциллографов имеют большие полосы пропускания, и дают возможность производить исследования периодических сигналов с наименьшей продолжительностью. Стоимость стробоскопических осциллографов очень высока, поэтому их применяют чаще всего для сложных задач.

Виртуальные осциллографы

Новый вид приборов может быть отдельным устройством с параллельным портом для вывода или ввода информации, а также с портом USB, а также встроенным вспомогательным прибором на базе карт ISA. Программная оболочка виртуальных осциллографов позволяет полностью управлять устройством, и имеет несколько возможностей сервиса: импорт и экспорт информации, цифровая фильтрация, разнообразные измерения, обработка информации математическим способом и т.д.

Осциллографы с применением персонального компьютера могут применяться для широких возможностей измерения. Например, для обслуживания и разработки радиотехнической и электронной аппаратуры, в телекоммуникационной связи, при изготовлении компьютеризированного оборудования, при выполнении диагностических мероприятий средств автотранспорта на станциях технического обслуживания и для многих других случаев, где требуется оценка и тестирование неустойчивых переходных процессов.

Виртуальные модели осциллографов являются хорошим альтернативным вариантом для стандартных запоминающих цифровых осциллографов, так как они обладают достоинствами в виде малой стоимости, простоте применения, компактных размеров и высокого быстродействия. К недостаткам виртуальных осциллографов относится невозможность измерения и отображения постоянной величины сигналов.

Портативные осциллографы

Цифровые технологии быстро развиваются, в результате чего цифровые стационарные приборы модифицируют в портативные устройства с хорошими параметрами габаритных размеров и массы, а также низким расходом электрической энергии.

При этом портативные осциллографы с питанием от гальванических элементов не уступают по характеристикам стационарным приборам по количеству функций, имеют большие возможности использования в разных областях научных исследований, промышленном производстве.

Небольшой обзор осциллографа для дома

По работе пользуюсь Keysight, Agilent, старших линеек но этим малышом я доволен. Меню интуитивное, все продумано и удобно в настройках есть и русский думаю кривой т.к. даже именитые фирмы переводят криво. Нет тормозов кроме тех, что должно быть — например на большом временном интервале. Внешний вид и интерфейс производят приятное впечатление, достаточно интуитивно. Настройки не сбиваются. Все кнопки отрабатывают как надо. Триггеры срабатывают исправно. Не могу оценить точность, но для ремонтов хватит. Щупы дешевые но за эту цену вполне себе. Переключатель делителя 10x на них есть, работает, винт настройки щупов есть, работает настроил. Сам ослик поддерживает и другие делители. В общем очень очень понравился )). Первый ремонт в котором применил — починка фоторамки. С помощью осциллографа сразу была видна сильнейшая пульсация по цепи питания. Замена конденсаторов помогла, конденсаторы не были вздутыми.

сигналы маркеры на осциллограмме (напряжение) нарастание сигналов маркеры на осциллограмме (время)

Шаг 14: Хотите больше возможностей?

Скачайте полный проект с сайта GitHub.

Посмотрите видео на YouTube.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.