Всё о осциллографах - виды, советы и рекомендации

 Содержание:

1. Аналоговые
2. Цифровые запоминающие
3. Цифровые люминофорные
4. Виртуальные
5. Портативные
6. Для чего он нужен
7. Измерения
8. Осциллограмма
9. Каналы
10. Подключение
11. Содержание драгметаллов
12. Как пользоваться
13. Диагностика
14. Режимы

Аналоговые

Классический вариант. Состоит из делителя, вертикального усилителя, обладает синхронизацией и отклонением, а также блоком питания и электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).
Такие трубки имеют больший частотный диапазон. Отклонение луча напрямую зависит от напряжения пластин. Нижний предел частоты составляет 10 герц. Верхняя граница зависит от ёмкости пластин и усилителя. В современном мире аналоговые модели вытесняются цифровыми, но пока ещё применяются ввиду их низкой стоимости.

Цифровые запоминающие

Цифровые обладают большими возможностями по сравнению с аналоговыми. На данный момент их стоимость постепенно снижается. Обычно имеет делитель, усилитель, преобразователь аналогового сигнала, внутреннюю память, блок управления и жидкокристаллический дисплей для вывода информации.

Входящий аналоговый сигнал преобразуется в цифровой вид, а затем сохраняется, что позволяет увеличить устойчивость отображения, сохранять данные в память, сделать процесс масштабирования проще.

Цифровые люминофорные

Принцип работы основывается на цифровом люминофоре. Он имитирует изменение изображения на экране по подобию аналоговых приборов. Возможность выводить данные с изменяемой интенсивностью значительно упрощает поиск повреждений в импульсных блоках.
Цифровые стробоскопические.

В низ используется эффект последовательного стробирования сигнала. При повторении сигнала выбирается мгновенное значение в определенной точке. Эти виды имеют большие полосы пропускания, дают возможность исследования периодических сигналов меньшей продолжительности. Стоимость таких устройств крайне высока, поэтому чаще всего их применяют для решения сложных задач.

Виртуальные

Могут быть отдельным прибором с параллельным интерфейсом ввода и вывода информации. Программная составляющая в таких осциллографах позволяет управлять устройством, имеет возможность импорта и экспорта данных, функции цифровой фильтрации, различных измерений, обработки показаний математическим способом и т.д.
Часто подключаются к персональному компьютеру или ноутбуку через разъём USB, обладают низкой стоимостью, высоким быстродействием и компактными размерами.

Портативные

Технологии стремительно развиваются, в результате чего стационарные приборы модифицируют в портативные устройства с хорошими характеристиками, малыми габаритными размерами и весом, а также низким расходом электроэнергии, которые не уступают стационарным моделям по количеству функций.

Для чего нужен осциллограф

Осциллограф предназначен для визуального исследования частотных, амплитудных и временных параметров входящих электрических сигналов, и последующего их отображения сразу на дисплее прибора.
Также он может служить для следующих задач:

1. определение временных параметров и величины сигнального напряжения;
2. вычисление частоты сигнала;
3. наблюдение сдвига фаз, происходящего при прохождении разных участков цепи;
4. выяснение постоянной и переменной сигнальных составляющих, искажения сигнала, создаваемого одним из участков цепи;
5. выяснение соотношения сигнала к шуму;
6. определение вида шума (стационарный или нет), его изменений во времени.

Осциллографы могут использоваться в научной и медицинской областях, для разработки, настройки и диагностики разнообразной радиоаппаратуры и электронных устройств.
По форме сигнала, определённой с помощью измерительного прибора специалист может установить процессы, происходящие в электрических цепях. Сравнив данные на входе и выходе он может узнать о форме искажений, вносимых усилителем, оценить изменение амплитуды, задержку по времени, и тем самым определить неисправность изделия в целом или его компонента.

Измерения осциллографом

Большинство устройств способно выполнять измерения достаточно большого типа параметров, например, некоторые модели измеряют до 41 параметра сигнала, с одновременной индикацией 33 результатов измерений в штатном режиме. Это широкий набор различных амплитудно-временных измерений, вполне достаточный для удовлетворения потребностей широкого круга пользователей.
Базовые виды измерений современного осциллографа - амплитудные и временные. Так же цифровые осциллографы способны осуществлять безразмерные замеры, например подсчет числа целых периодов сигнала, числа точек дискретизации, числа пиков гистограммы и пр.

Амплитудные измерения предназначены для определения параметров амплитуды входного сигнала (или же результатов математической обработки), таких как амплитуда, нижнее, верхнее и пиковое значения, выбросы, среднеквадратическое значение и многие другие.
Временные предназначены для сигналов, нормированных по времени, — это частота, период, длительность, фазовые сдвиги, время нарастания и спада, параметры джиттера и многие другие. Современные ЦЗО имеют некоторые производные виды измерений от амплитуды и времени, в частности, измерение площади сигнала, что применительно к импульсному сигналу определяет его энергию, измерение числа периодов сигнала на заданном участке или измерение числа точек дискретизации, образующих форму сигнала на всем экране или на заданном участке. В некоторых приборах также присутствуют возможности измерения параметров специфических устройств или режимов, например мощность электрического сигнала, характеристик систем последовательной передачи данных, дисковых или оптических приводов, джиттера и многие другие. Но и даже эти специализированные виды основываются на результатах измерения амплитудно-временных характеристик сигнала.

Осциллограмма

Осциллограмма представляет собой специальную кривую, построенную с помощью осциллографа, которая отражает характеристики какого-либо колебательного процесса.
Этот движущийся график способен показать, как изменяется электрический сигнал с течением периода времени. Он перемещается слева направо, а вертикальное отклонение ему задаёт входной импульс. В результате на дисплее отображается сигнал синусоидальной или другой формы. Наиболее распространённые формы сигнала:

1. Синусоида;
2. Меандр (квадрат);
3. Треугольный;
4. Пилообразный.

Рис. 1 Осциллограммы

Каналы

Каналы осциллографа или сигнальные входы предназначены для подключения исследуемых приборов, устройств или их компонентов с целью отображения их сигналов на дисплее.
Осциллографы делятся на одноканальные и многоканальные (2, 4, 6 и более каналов вертикального отклонения). Чем больше каналов, тем большее количество источников сигнала можно одновременно исследовать на экране, а также измерять их параметры и сравнивать их между собой.

Подключение

При проведении измерений важно правильно подключить прибор к измеряемому участку цепи. Имеет два выхода с подключаемыми к ним клеммами или щупами. Одна клемма - фазовая, она соединена с усилителем вертикального отклонения. Другая - земля, соединенная с корпусом прибора. На большинстве современных приборов фазовый провод заканчивается щупом или миниатюрным зажимом, а земля — небольшим зажимом типа «крокодил».
Щупы могут быть сменными. Помимо стандартных, популярны аттенюаторные щупы, содержащие дополнительный резистор большого сопротивления. Он нужен для ослабления входного сигнала и расширения возможностей по измерению высоких напряжений без риска сжечь входной усилитель.

Рис. 2 Щупы осциллографа для подключения

Содержание драгметаллов

Драгоценные металлы широко применяются в различных радиоприборах и аппаратуре, благодаря уникальным физико-химическим свойствам. Они встречаются в качестве микроскопических включений и легирующих добавок, меняющих технические и эксплуатационные свойства основных материалов. К отличительным качествам драгметаллов относят твёрдость, теплостойкость и ковкость. Данные технико-эксплуатационные характеристики превосходят аналогичные свойства традиционно применяемых конструкционных материалов. Использование драгоценных металлов в осциллографах объясняется их каталитическими свойствами и высокой электропроводностью.
В приборах и радиодеталях, изготовленных в СССР, содержится в регламентированном количестве в виде сплавов золото, платина, палладий, серебро, тантал, родий, иридий.
Самостоятельное извлечение ценных металлов запрещено законодательством РФ и может быть опасно для здоровья и окружающей среды!

Как пользоваться

Перед эксплуатацией любого измерительного прибора следует изучить руководство пользователя!

 Во-первых, нужно выбрать пробник. Для большинства сигналов подойдёт комплектный пассивный пробник.
Перед подключением к осциллографу необходимо установить затухание на пробнике. 10X - самый распространенный коэффициент затухания. Для сигнала очень низкого напряжения, вам потребуется щуп с аттенюатором 1X.
 Подключите пробник к каналу 1 осциллографа и включите его. Когда прибор загрузится, должны быть видны деления, масштаб и шумная ровная линия формы волны.
На экране также должны отображаться ранее установленные значения времени и вольт на деление. Пока не обращайте внимания на эти шкалы, а внесите следующие изменения (для стандартной настройки):
Включите канал 1 и выключите 2.
Установите канал 1 на связь по постоянному току.
Выставите источник запуска на 1 канал - без внешнего источника или запуска по альтернативному каналу.
Установите тип триггера на нарастающий фронт, а режим на автоматический (в отличие от одиночного).
Убедитесь, что ослабление пробника на устройстве соответствует настройке на вашем щупе (например, 1X, 10X).
Для детальной справки обратитесь к руководству пользователя вашего прибора.

  Давайте подключим канал к значимому сигналу. Большинство моделей имеют встроенный частотный генератор, который излучает надежную волну заданной частоты. Зачастую в правом нижнем углу передней панели есть прямоугольный выходной сигнал частотой 1 кГц. Выход генератора частоты имеет два отдельных проводника - один для сигнала и один для заземления. Подключите зажим заземления пробника к земле, а наконечник к выходу сигнала.

  После подключения обеих частей щупа, вы увидите, как сигнал начинает скакать по экрану. Попробуйте покрутить ручки горизонтальной и вертикальной систем, чтобы перемещать форму волны по экрану. Поворот регуляторов шкалы по часовой стрелке «увеличивает» осциллограмму, а против часовой стрелки - уменьшает. Вы также можете использовать ручку положения для дальнейшего определения вашего сигнала.

  Если ваша волна все еще нестабильна, попробуйте покрутить регулятор положения триггера. Убедитесь, что триггер не превышает самый высокий пик вашей формы волны. Стандартно тип триггера должен быть установлен по фронту, что обычно является наилучшим выбором для прямоугольных волн.

  Экспериментируйте с этими ручками, чтобы на экране отобразился один период волны. Также можно уменьшить масштаб временной шкалы, чтобы отобразить несколько квадратов.

  Если ваш датчик настроен на 10X, и у вас нет идеально прямоугольной формы волны, как показано выше, вам может потребоваться компенсация вашего датчика. Большинство пробников имеют утопленную головку винта, которую можно повернуть, чтобы отрегулировать шунтирующую емкость пробника. Попробуйте повернуть этот винт и посмотрите, что происходит с осциллограммой.

  Отрегулируйте подстроечный винт на рукоятке зонда так, чтобы получилась прямоугольная волна с прямыми краями. Компенсация необходима только в том случае, если ваш зонд ослаблен (например, 10X).
После того, как вы скомпенсировали щуп, пришло время измерить сигнал с реального источника!

  Ключ к успеху - найти надёжную точку заземления. Прикрепите зажим заземления к известному заземлению, иногда вам, возможно, придется использовать небольшой провод для промежуточного звена между зажимом заземления и точкой заземления вашей цепи. Затем подключите наконечник пробника к тестируемому сигналу. Наконечники бывают разных форм-факторов - подпружиненный зажим, остриё, крючок и т.д., найдите тот, который не требует постоянного удержания его на месте.

  Будьте предельно осторожны при установке заземляющего зажима во время проверки неизолированной цепи (например, без батарейного питания или при использовании изолированного источника питания). При проверке заземленной цепи, обязательно подключайте заземляющий зажим к той стороне цепи, которая подключена к заземлению сети. Если точка, к которой подключен заземляющий зажим, имеет разность потенциалов, вы создадите прямое короткое замыкание и можете повредить вашу схему, осциллограф или сами получить повреждения! Для дополнительной безопасности при проверке цепей, подключенных к сети, подключайте его к источнику питания через изолирующий трансформатор.

  Как только ваш сигнал появится на экране, вы можете настроить горизонтальный и вертикальный масштаб. Если вы исследуете прямоугольную волну 5 В на 1 кГц, вам понадобится значение "В/дел" в пределах 0,5 ... 1 В и установка "секунды/деление" примерно на 100 мкс (14 делений составят приблизительно полтора периода).

  Если часть вашей волны поднимается или опускается на экране, вы можете отрегулировать вертикальное положение, чтобы переместить ее вверх или вниз. Если ваш сигнал является чисто постоянным током, вы можете настроить уровень 0 В в нижней части дисплея.
После всех настроек, для вашей формы волны может потребоваться запуск. Запуск по фронту - это когда осциллограф пытается начать сканирование при повышении (или понижении) напряжения выше заданного значения - это самый простой тип. Используя триггер по фронту, попробуйте установить уровень триггера на точку на вашей форме сигнала, которая видит нарастающий фронт только один раз за период.

  Теперь просто изменяйте масштаб, позиционирование, запускайте и повторяйте, пока не получите то, что вам нужно.
С определенным диапазоном, запуском и масштабированием сигнала пришло время измерить переходные процессы, периоды и другие свойства формы сигнала. У некоторых осциллографов больше инструментов измерения, чем у других, но все они, по крайней мере, будут иметь деления, по которым вы сможете оценить амплитуду и частоту.

  Многие осциллографы обладают автоматическим измерением, они могут даже постоянно отображать самую важную информацию, например частоту. Большинство автоматически рассчитают частоту, амплитуду, рабочий цикл, среднее напряжение и множество других волновых характеристик.

  Третий инструмент измерений, который есть во многих осциллографах - это курсоры. Они представляют собой подвижные маркеры на экране, которые можно разместить на оси времени или напряжения. Курсоры обычно парные, поэтому вы сможете измерять разницу между ними.

Диагностика

Осциллограф можно использовать для диагностики систем различных транспортных средств и другой моторизированной техники.
С его помощью можно выявить нарушения в следующих системах:

1. Система подачи топлива (проверка топливных форсунок; проверка на работоспособность датчиков температуры; а также проверка датчика массового расхода воздуха, положения дроссельной заслонки в карбюраторе, датчика кислорода и т.д.).
2. Система зарядки и питания (проверка системы зарядки аккумуляторной батареи; проверка работы генератора).
3. Система зажигания (определение углов опережения зажигания; диагностика датчиков системы зажигания; определение неисправностей у катушки зажигания; определение состояния высоковольтных свечных проводов и свечей).
4. Система газораспределения (правильная установка ремня ГРМ; оценка относительной компрессии цилиндров при запуске стартером; оценка компрессии в работающем режиме двигателя и в режиме прокрутки; а также проверка работы клапанов).

Режимы

• Режим работы осциллографа определяется режимами работы его каналов: X, Y, Z.
• Режим линейной развертки. Применяется для временного представления исследуемого сигнала. В этом режиме исследуемое напряжение подается на входной канала Y, а развертывающее пилообразное напряжение вырабатывается генератором развертки в канале Х. Синхронизация развертки напряжения осуществляется входным сигналом, снимаемого с предварительного усилителя канала Y. Сигнал на экране это зависимость напряжения от времени в декартовой системе координат.
• Режим усиления. Применяется для не временного представления исследуемого сигнала. В этом режиме исследуется взаимосвязь двух независимых сигналов, один из которых подается на вход канала Y, а другой на вход канала Х. Внутренний генератор развертки в канале Х выключен. Сигнал на экране это фигура Лиссажу или параметрическая зависимость.
• Режим без модуляции яркости. В этом режиме для управления яркостью внешние сигналы не используются. Значение требующей яркости устанавливается органом регулировки канала Z.
• Режим с модуляцией яркости. На вход канала Z подается внешний сигнал. Сигнал управляет напряжением, которое регулирует яркость луча. Он получает необходимую яркостную градацию. Виден след от луча в виде совокупности меток.