Содержание

Осциллограф, что с его помощью можно сделать

Осциллограф, что с его помощью можно сделать

Осциллограф — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте.

В мастерской электронщика и электрика если не обязательно, то, по крайней мере, крайне желательно наличие осциллографа. Его используют на ряду с простыми измерительными приборами: амперметром, вольтметром, омметром, в конце концов мультиметром. Из этой статьи вы узнаете об осциллографе - что это такое и для чего он нужен.

Осциллограф - что это?

Все, кто работает с электричеством, знают, что напряжение измеряют вольтметром, а ток амперметром. Но эти приборы показывают только то значение тока, которое есть в момент измерений. Даже при измерении переменных по значению и знаку величин вы получаете какое-то усредненное по определенным алгоритмам или законам значение.

Но с помощью вольтметра можно следить за тем, как измеряется величина, правда, с погрешностями. У стрелочных приборов они обусловлены конструктивными особенностями, а у цифровых также, но добавляются еще и частота дискретизации и другие программные проблемы.

Но как проследить за быстроизменяющимся сигналом, у которого величины изменяются за тысячные и миллионные доли секунды?

Такие измерения крайне важны во многих сферах:

- Во всех областях электронике;

- При изучении параметров электрооборудования;

- В диагностике и настройки систем автомобиля и прочих.

Для этого используют осциллографы и осциллографические пробники. Осциллограф - это тот же вольтметр, только на экране которого показывается не значение напряжения сигнала, а его форма и поведение. Форма сигнала отображается с привязкой к шкале проградуированной в Вольтах (вертикально) и секундах (горизонтально) - для подробного их изучения.

На картинке ниже вы видите примеры изображений на экране осциллографа, красным выделено сколько микросекунд в одном квадратике по горизонтали, а зеленым – сколько вольт по вертикали.

Иными словами цена деления на изображении – 1В/дел и 10 мкс/дел.

Сразу стоит отметить, что, в основном, с помощью осциллографов изучают сигнал, который периодически повторяется. Сигналы изменяющиеся произвольным образом изучают с помощью осциллографа с функцией самописца.

Такой функцией обладают преимущественно цифровые осциллографы, но не все цифровые осциллографы умеют записывать осциллограммы в память. На фото ниже изображен аналоговый с электроннолучевой трубкой – он для таких задач не подходит.

А это цифровой:

Чтобы разобраться каким образом сигнал, который измеряется с периодом в доли секунды замирает на экране можно привести простой пример - стробоскоп. Если любой подвижный предмет периодически освещать коротковременными вспышками света, то в результате вы будете видеть конкретные его положения, как на фотографиях.

При этом, если освещать таким образом вращающийся с определенной скоростью предмет, то при условии, что частота вспышек совпадет со скоростью его вращения - вы будете видеть неподвижный предмет или определенную часть вращающегося предмета обращенного к вам одной и той же стороной в момент вспышки.

Если частота вспышек не будет совпадать со скоростью вращения предмета, то вы будете видеть последовательность отдельных его участков в произвольном порядке.

Я встречал и сравнение на примере поезда с бесконечным числом одинаковых вагонов:

Если вспышки буду идти с частотой, совпадающей с частотой смены вагонов перед вами, то вам будет казаться, что каждый раз вы видите один и тот же неподвижный вагон перед собой.

Таким же образом работает и осциллограф - он отображает один и тот же участок периодического сигнала, в результате вы можете изучить особенности его изменения.

В пределах этой статьи мы не будем вдаваться в блоки, из которых он состоит, режимы работы, синхронизации и прочего, давайте рассмотрим что можно сделать с помощью осциллографа.

Осциллограф в электронике

Первое что приходит в голову - это электроника. Вы не можете наглядно увидеть, открылся ли транзистор, и как часто он это делает. Кроме того, при проектировании современных быстродействующих устройств, важно знать не только о самом факте срабатывания полупроводниковых ключей, но и о формах фронтов нарастания и затухания тока и напряжения.

Благодаря этому вы можете узнать насколько правильно подобран режим работы транзистора или другого компонента и о корректности работы радиоэлектронного устройства в целом.

Итак, при проектировании электроники нужно использовать осциллограф для наладки готового изделия и подбора конечных номиналов компонентов, что повышает его надежность.

Осциллограф в ремонте

Ремонт электроники это процесс поиска вышедшей из строя детали, который без необходимого набора инструментов сводится к поочередной замене элементов и узлов до доведения прибора до работоспособности. Иначе говоря - ремонт методом тыка.

Отдельные элементы, например транзисторы, резисторы, индуктивности и конденсаторы зачастую вы можете проверить с помощью мультиметра или универсального транзистор-тестера. С микросхемами дело обстоит иначе.

При ремонте блоков питания вы можете наглядно проконтролировать работу ШИМ-контролера - сердца импульсных преобразователей.

Больше нет способов с помощью которых вы можете достоверно убедится в его исправности. Хотя в этом можно убедиться по косвенным признакам.

А также:

При ремонте устройств с микроконтроллерами можно проверить работу тактового генератора, наличие сигналов на всех пинах микроконтроллера.

При диагностике усилителей звука, можно увидеть в каком месте исчезает или искажается сигнал.

Ремонт автомобилей

Большинство неисправностей современных автомобилей типа: "не заводится", "провалы при разгоне", "плохо едет и глохнет", - связаны с проблемами в электрической части. Так как все двигателя, которые сейчас устанавливаются, инжекторные, если речь вести о газе или бензине, а если в двигатель работает на дизельном топливе, то у него наверняка стоят форсунки с электронным управлением.

То же самое касается и системы зажигания.

Для функционирования систем впрыска и зажигания топлива, расчета моментов срабатывания форсунок и искрообразования, необходимо знать о положении коленчатого и распределительного валов двигателя. Поэтому автомобили оборудованы множеством датчиков.

Для диагностики всех этих систем используют как встроенные протоколы связи, считывают ошибки, так и мотортестеры - приборы которые могут и связываться с системой управления двигателя и работать в роли осциллографа.

Таким образом вы можете узнать о работе датчиков положения, проследить соответствие положения распределительного и коленчатого вала (фазы ГРМ).

С помощью специальных щупов - исправность работы системы зажигания, а по форме осциллограммы определить неисправность катушки, свечей, высоковольтных проводов и наличие импульса на катушки вообще.

Систему зарядки автомобиля можно проверить с помощью осциллографа. Так вы можете диагностировать неисправности диодного моста генератора, не снимая его с автомобиля.

Заключение

Осциллограф помогает увидеть форму сигнала и есть ли он вообще. Это важно и при разработке устройств и при их ремонте. Следует отметить, что можно обойтись и без него, но тогда вы потратите намного больше времени на диагностику прибора, а ремонт превратится в гадание на кофейной гуще.

Ранее ЭлектроВести писали, что на месте строительства многофункционального комплекса по переработке твердых бытовых отходов в Дергачевском районе изучают состав получаемого полигонного газа.

По материалам: electrik.info.

Осциллограф. Устройство и принцип работы. Органы управления.

Назначение, устройство и описание осциллографа

Если спросить профессионального регулировщика электронной аппаратуры или радиоинженера: "Какой самый главный прибор на вашем рабочем месте?" Ответ будет однозначным: "Конечно, осциллограф!". И это действительно так.

Конечно, невозможно обойтись без мультиметра. Измерить напряжение в контрольных точках схемы, замерить сопротивление и ток, «прозвонить» диод или проверить транзистор все это важно и нужно.

Но когда речь заходит о регулировке и настройке любого электронного устройства от простого телевизора до многоканального передатчика орбитальной станции, то без осциллографа обойтись невозможно.

Осциллограф предназначен для визуального наблюдения и контроля периодических сигналов любой формы: синусоидальной, прямоугольной и треугольной. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы. Например, измерить время нарастания импульса, а в цифровой аппаратуре это очень важный параметр.

Осциллограф – это своего рода телевизор, который показывает электрические сигналы.

Как работает осциллограф?

Чтобы понять, как работает осциллограф, рассмотрим блок-схему усреднённого прибора. Практически все осциллографы устроены именно так.

На схеме не показаны только два блока питания: высоковольтный источник, который используется для вырабатывания высокого напряжения поступающего на ЭЛТ (электронно-лучевая трубка

) и низковольтный, обеспечивающий работу всех узлов прибора. И отсутствует встроенный калибратор, который служит для настройки осциллографа и подготовки его к работе.

Исследуемый сигнал подаётся на вход "Y" канала вертикального отклонения и попадает на аттенюатор, который представляет собой многопозиционный переключатель, регулирующий чувствительность. Его шкала отградуирована в V/см или V/дел. Имеется в виду одно деление координатной сетки нанесённой на экран ЭЛТ. Там же нанесены сами величины: 0,1 В,10 В, 100 В. Если амплитуда исследуемого сигнала неизвестна, мы устанавливаем минимальную чувствительность, например 100 вольт на деление. Тогда даже сигнал амплитудой 300 вольт не выведет прибор из строя.

В комплект любого осциллографа входят делители 1 : 10 и 1 : 100 они представляют собой цилиндрические или прямоугольные насадки с разъёмами с двух сторон. Выполняют те же функции, что и аттенюатор. Кроме того при работе с короткими импульсами они компенсируют ёмкость коаксиального кабеля. Вот так выглядит внешний делитель от осциллографа С1-94.

Как видим, коэффициент деления его составляет 1 : 10.

Благодаря внешнему делителю удаётся расширить возможности прибора, так как при его использовании становится возможным исследование электрических сигналов с амплитудой в сотни вольт.

С выхода входного делителя сигнал поступает на предварительный усилитель. Здесь он разветвляется и поступает на линию задержки и на переключатель синхронизации. Линия задержки предназначена для компенсации времени срабатывания генератора развёртки с поступлением исследуемого сигнала на усилитель вертикального отклонения. Оконечный усилитель формирует напряжение, подаваемое на пластины "Y" и обеспечивает отклонение луча по вертикали.

Генератор развёртки формирует пилообразное напряжение, которое подаётся на усилитель горизонтального отклонения и на пластины "X" ЭЛТ и обеспечивает горизонтальное отклонение луча. Он имеет переключатель, градуированный как время на деление ("Время/дел"), и шкалу времени развёртки в секундах (s), миллисекундах (ms) и микросекундах (μs).

Устройство синхронизации обеспечивает начало запуска генератора развёртки одновременно с возникновением сигнала в начальной точке экрана. В результате на экране осциллографа мы видим изображение импульса развёрнутое во времени. Переключатель синхронизации имеет следующие положения:

  • Синхронизация от исследуемого сигнала.

  • Синхронизация от сети.

  • Синхронизация от внешнего источника.

Первый вариант наиболее удобный и он используется чаще всего.

Осциллограф С1-94.

Кроме сложных и дорогих моделей осциллографов, которые используются при разработке электронной аппаратуры, нашей промышленностью был налажен выпуск малогабаритного осциллографа C1-94 специально для радиолюбителей. Несмотря на невысокую стоимость, он хорошо зарекомендовал себя в работе и обладает всеми функциями дорогого и серьёзного прибора.

В отличие от своих более "навороченных" собратьев, осциллограф С1-94 обладает достаточно небольшими размерами, а также прост в использовании. Рассмотрим его органы управления. Вот лицевая панель осциллографа С1-94.

Справа от экрана сверху вниз.

  • Ручка: «Фокус».

  • Ручка «Яркость».

    Этими регуляторами можно настроить фокусировку луча на экране, а также его яркость. В целях продления срока службы ЭЛТ желательно выставлять яркость на минимум, но так, чтобы показания были видны достаточно чётко.

  • Кнопка «Сеть». Кнопка включения прибора.

  • Кнопка установки времени развёртки. Грубое переключение коэффициентов развёртки. Можно установить миллисекунды (ms) и микросекунды (μs). Напомним, что 1 ms = 1000 μs. Подробнее о сокращённой записи численных величин.

  • Кнопка режима «Ждущ-Авт».

    Это кнопка выбора ждущего и автоматического режима развёртки. При работе в ждущем режиме запуск и синхронизация развёртки производится исследуемым сигналом. При автоматическом режиме запуск развёртки происходит без сигнала. Для исследования сигнала чаще используется ждущий режим запуска развёртки.

  • Вот этой кнопкой производится выбор полярности запускающего импульса. Можно выбрать запуск от импульса положительной или отрицательной полярности.

  • Кнопка установки синхронизации «Внутр-Внешн».

    Обычно используется внутренняя синхронизация, так как для использования внешнего синхросигнала нужен отдельный источник этого внешнего сигнала. Понятно, что в условиях домашней мастерской это в подавляющем случае не нужно. Вход внешнего синхросигнала на лицевой панели осциллографа выглядит вот так.

  • Кнопка выбора "Открытого" и "Закрытого" входа.

    Тут всё понятно. Если предполагается исследование сигнала с постоянной составляющей, то выбираем "Переменный и постоянный". Этот режим называется "Открытым", так как на канал вертикального отклонения подаётся сигнал, содержащий в своём спектре постоянную составляющую или низкие частоты.

    При этом, стоит учитывать, что при отображении сигнала на экране он уйдёт вверх, так как к амплитуде переменной составляющей добавиться и уровень постоянной составляющей. В большинстве случаев лучше выбирать "закрытый" вход (~). При этом постоянная составляющая электрического сигнала будет отсечена и не отображается на экране.

  • Клемма «корпус» служит для заземления корпуса прибора. Это делается в целях безопасности. В условиях домашней мастерской порой нет возможности заземлить корпус прибора. Поэтому приходится работать без заземления. При этом важно помнить, что во включенном состоянии на корпусе осциллографа может быть потенциал напряжения. При касании корпуса может "дёрнуть". Особенно опасно дотрагиваться одной рукой до корпуса осциллографа, а другой рукой до батарей отопления или других работающих электроприборов. В таком случае опасный потенциал с корпуса пройдёт через ваше тело ("рука" - "рука") и вы получите электрический удар! Поэтому при работе осциллографа без заземления желательно не дотрагиваться до металлических частей корпуса. Это правило справедливо и для прочих электроприборов с металлическим корпусом.

  • По центру лицевой панели переключатель «развёртка» - Время/дел. Именно этот переключатель управляет работой генератора развёртки.

  • Чуть ниже располагается переключатель входного делителя (аттенюатора) - V/дел. Как уже говорилось, при исследовании сигнала с неизвестной амплитудой, необходимо выставить максимально возможное значение V/дел. Так для осциллографа С1-94 нужно установить переключатель в положение 5 (5V/дел.). В таком случае одна клетка на координатной сетке экрана будет равна 5-ти вольтам. Если ко входу "Y" осциллографа подключить делитель с коэффициентом деления 1 к 10 (1 : 10), то одна клетка будет равна 50-ти вольтам (5V/дел. * 10 = 50V/дел.).

Также на панели осциллографа имеются:

  • Ручка «Перемещение луча по горизонтали».

    Она служит для корректировки положения луча в горизонтальном направлении. Если покрутить данную ручку, то изображение развёртки будет смешатся либо вправо, либо влево.

  • Также есть и ручка «Перемещение луча по вертикали».

    С помощью её можно отрегулировать положение развёртки на экране по вертикали.

    Ручки «Перемещение луча по горизонтали» и «Перемещение луча по вертикали» служат исключительно для настройки комфортного отображения осциллограммы сигнала на экране. Они никак не влияют на настройку работы самого осциллографа.

  • А вот ручка «Уровень синхронизации» необходима для того, чтобы "остановить" осциллограмму сигнала на экране.

    Поворотом этой ручки добиваются того, чтобы изображение сигнала "застыло", а не "убегало". Иногда, чтобы поймать изображение с помощью ручки "Уровень" приходится изменить время развёртки переключателем Время/дел.

  • Входной разъём "Y" , к которому подключается измерительный щуп или внешний делитель выглядит так.

    Внизу указываются параметры входа, а именно входное сопротивление (1 MΩ) и входная ёмкость (40pF). Чем выше входное сопротивление измерительного прибора, тем лучше. Таким образом при измерении прибор не шунтирует элементы тестируемой схемы и не вносит искажений в измеряемый сигнал. Входная ёмкость прежде всего влияет на возможность исследования высокочастотных сигналов.

В настоящее время, с развитием цифровой техники, стали широко внедряться цифровые осциллографы. По сути это гибрид аналоговой и цифровой техники. Отношение к ним неоднозначное, как к мясорубке с процессором или к кофемолке с дисплеем.

Аналоговая аппаратура всегда была надежной и удобной в работе. Кроме того она легко ремонтировалась. Цифровой осциллограф стоит на порядок дороже и очень сложен в ремонте. Плюсов конечно много. Если аналоговый сигнал с помощью АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) перевести в цифровую форму, то с ним можно делать всё что угодно. Его можно записать в память и в любой момент вывести на экран для сравнения с другим сигналом, складывать в фазе и противофазе с другими сигналами. Конечно, аналоговая техника это хорошо, но за цифровой электроникой будущее.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

что это, какие бывают, что измеряют, как пользоваться

Чтобы отремонтировать современную электронную технику одного мультиметра порой недостаточно. Им можно определить целостность радиодеталей. Но определить работает или нет микросхема мультиметром не получится. Для этого нужен осциллограф. Что это за прибор, что он делает? Об этом и будет статья.

Содержание статьи

Что такое осциллограф

Осциллограф — это прибор для визуального отображения и измерений параметров сигналов различной формы (процесс называется «осциллографирование»). Сигналы подаются на вход и отображаются на экране. Экран разбит на квадраты, по центру проходят две оси координат.  По горизонтали измеряется время. По вертикали — амплитуда и/или напряжение. Цена деления задается при помощи ручек калибровки. Режим отображения подстраивается под каждый сигнал. Выбирается такой режим, который наиболее удобен в данном случае (в пределах возможностей прибора).

Осциллограф — это не обязательно большая, громоздкая вещь. Есть портативные цифровые модели, есть приставки. Есть даже программы, которые можно с адаптером установить на стационарный компьютер или ноутбук.

Так выглядит цифровой осциллограф Tektronix DPO 3054. На дисплее отображает сигнал, регуляторами выбираются параметры

По количеству одновременно отслеживаемых сигналов осциллографы есть однолучевые (одноканальные/моноканальные) и многолучевые (многоканальные). Однолучевые могут одновременно принимать только один сигнал, многолучевые — два, три, четыре и больше — до 16. Зависит от прибора.

Какой тип лучше? Многолучевой. Вы одновременно можете отслеживать сигнал в нескольких точках схемы. Изменяя параметры будете видеть реакцию устройства не только на выходе, но и в разных точках схемы.

Для чего он нужен

Для чего нужен осциллограф? Это просто необходимая вещь при ремонте электронной аппаратуры, при самостоятельной сборке или усовершенствовании каких-либо устройств. Многим хватает тестера или мультиметра. Да. Но для ремонта простых устройств без микросхем и микропроцессоров. Мультиметром вы можете проверить наличие обрыва, короткого замыкания, измерить напряжение и ток. Ни форму сигнала, ни конкретные параметры синусоиды или импульсов не измерить и не увидеть.

Осциллограф нужен для измерения напряжения и визуального отображения сигналов. На фото цифровой двухканальный осциллограф Hantek DSO5102B в рабочем режиме

А ведь бывает так, что все детали, вроде исправны, но устройство не работает. А все потому что некоторые детали требовательны не только к физическим параметрам питания (напряжение, сила тока), но и к форме сигнала. Этим «страдают» некоторые полупроводниковые детали, практически все микросхемы и процессоры. А без них сейчас обходятся только самые элементарные приборы типа кипятильника. Вот и получается, что найти сгоревший резистор, пробитый транзистор можно и мультиметром. Но для чуть более сложную поломку уже не устранить. Вот для этих случаев и нужен осциллограф. Он позволяет видеть форму сигнала, определять есть ли отклонения и находить источник проблемы.

Виды осциллографов

По принципу преобразования сигнала осциллографы бывают аналоговыми и цифровыми. Есть еще смешанный тип — аналогово-цифровой. Принципиальная разница между ними — в методах обработки сигналов и в возможности запоминания. Аналоговые модели транслируют «живой» сигнал в режиме реального времени. Записывать его на таком приборе нет возможности.

Аналогово-цифровые и цифровые уже имеют возможность записи. На них можно «открутить» время назад и просмотреть информацию, увидеть динамику изменения амплитуды или времени.

Еще одно отличие цифровых осциллографов от аналоговых — размеры. Цифровые приборы имеют значительно меньшие габариты

Цифровые осциллографы сначала оцифровывают синусоиду, записывают эту информацию в запоминающее устройство (ЗУ), а затем передают на экран монитора. Но не все цифровые модели имеют долговременную память — в таком случае запись ведется циклически. Это когда вновь пришедший сигнал записывается поверх предыдущего. В памяти хранится то, что появлялось на экране, но промежуток времени не такой большой. Если вам необходима запись длиной пять-десять минут, нужен запоминающий осциллограф.

Что измеряет осциллограф

На экране осциллографа отображается двухмерная картинка сигнала, который подали на измерительный вход. На экране есть две оси координат. Горизонтальная — ось времени, вертикальная — напряжение. Эти параметры и измеряют. А уже из них высчитывают остальные.

На экране осциллографа отображаются сигналы, которые подаются на его входы. Это например, двухлучевой аналоговый осциллограф, который показывает форму сигнала на входе (синусоида) и выходе (прямоугольный) импульсного преобразователя напряжения

Вот что можно измерить и отследить при помощи осциллографа:

  • Напряжение (амплитуду).
  • Временные параметры, по которым можно рассчитать частоту.
  • Отслеживать сдвиг фаз.
  • Видеть искажения, которые вносит элемент или участок цепи.
  • Определить постоянную и временную составляющие сигнала.
  • Увидеть наличие шума.
  • Рассчитать соотношение сигнал/шум.
  • Видеть/определить параметры импульсов.

Сигнал, который показывает осциллограф, довольно информативен. Видны искажения, которые вносит та или иная деталь, можно отследить, как меняется форма/амплитуда/частота в каждой точке схемы, после каждой детали.

Кроме наблюдения за формой сигнала, осциллограф можно использовать для определения целостности сопротивлений, конденсаторов, катушек индуктивности (см. видео ниже).

Устройство и принцип работы

Рассмотрим блок-схему и алгоритм работы аналогового осциллографа. Как уже говорили, изменять изображения можно по горизонтали и по вертикали. Приборы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) для этого имеют две пары пластин. Одна пара для изменения масштаба по вертикали (амплитуда или напряжение). Вторая — для растягивания или сжатия по горизонтали (временные параметры).

Устройство аналогового осциллографа: блок-схема

Отслеживаемый сигнал подается на входной усилитель, где усиливается или уменьшается до заданных значений. Значение задается переключателями. Коэффициент усиления обычно от 100 до 1000. Усиленный сигнал идет на пластины вертикальной развертки электронно-лучевой трубки.

Горизонтальная развертка формируется на основе пилообразного сигнала, который генерируется в соответствующем блоке (генератор развертки). Его параметры также задаются соответствующим переключателем. Отображение на экране ЭЛТ идет в режиме реального времени, с некоторой задержкой. Величина задержки прописывается в технических характеристиках прибора.

Основные блоки аналогового осциллографа

Для работы осциллографа важен блок синхронизации. Он обеспечивает появление картинки в момент поступления потенциала на вход. За счет этого на экране мы видим сигнал за некоторый промежуток времени. Есть разные типы синхронизации. Они выбираются переключателем. Чаще всего выбирают синхронизацию от самого исследуемого сигнала. Есть еще от сети и внешнего источника.

Режимы работы осциллографа

Осциллографом исследуют различные типы сигналов. Они могут быть постоянными (напряжение в сети), периодическими (шумы, помехи, звуки и т.д.). Периодические могут возникать случайно или с определенным интервалом. В зависимости от того, как часто или редко возникает сигнал, выбирают тот или иной режим работы.  Чаще всего в осциллографе есть два режима: автоматический (автоколебательный) и ждущий. Еще может быть однократный.

Выбор режима работы осциллографа

Если мы не знаем, как часто возникают импульсы, выбирают обычно автоматический режим. В нем даже при отсутствии потенциала на входе или при его недостаточном уровне экран светится. Отображается «нулевой» сигнал — прямая линия, которая должна идти по горизонтальной оси на экране (выставляется по линии регуляторами со стрелочками). При появлении потенциала на входе, он отображается на экране. Картинка при этом периодически обновляется и мы видим развертку сигнала по времени.

Так выглядит экран осциллографа в автоколебательном (авторежиме) при отсутствии сигнала

Ждущий режим хорош для редко появляющихся сигналах. Пока на входе ничего нет, экран не светится. При появлении каких-либо изменений он загорается, запускается генератор развертки и сигнал отображается на экране. Запуск можно настроить как по восходящему фронту импульса/синусоиды, так и по нисходящему. Можно настроить запуск не на исследуемый сигнал, а на то событие, которое ему предшествует (если такое есть).

Одиночный режим настраивает осциллограф на принятие одного сигнала. Когда на вход приходит потенциал нужного уровня, сигнал отображается на экране. После этого прибор переходит в неактивное состояние. И, даже если на входе будет следующий потенциал (или пять, или сто пять) он его не зарегистрирует. Для приема другого импульса нужно заново «взвести» прибор.

Делитель (аттенюатор)

Исследуемый сигнал может иметь напряжение от десятых долей до сотен вольт. Есть осциллографы со встроенным регулятором чувствительности — аттенюатором. Выглядит он как переключатель с градуировкой. Она задает «вес» одного деления на экране и определяет, во сколько раз понижается входной сигнал. Если ожидается малый уровень, мы просто выставляем на 1 или на 0,1. В таком случае одно деление на экране по вертикали будет 1 В и 0,1 В соответственно. И «понижать» сигнал будут в 1 раз (то есть, передадут как есть) или усилят в 10 раз перед подачей на вход (это если стоит 0,1).

Не все осциллографы имеют встроенный делитель (аттенюатор). В комплекте с таким прибором  идут внешние делители на 1:10 или 1:100. Это прямоугольные или цилиндрические насадки с разъемами с обоих сторон. Они устанавливаются во входной разъем и через них подается напряжение на вход, но уже пониженное в соответствующее количество раз.

Примерно так выглядит делитель. Он устанавливается во входное гнездо, а к нему уже подключается измерительный шнур

Ставить делитель необязательно. Необходимость определяется по ожидаемому уровню сигнала. В характеристиках указывается максимальное входное напряжение, которое может подаваться на прибор без делителя и с делителем. По уровню ожидаемого сигнала и ставим насадку.

Если уровень неизвестен, сначала выставляют самый большой делитель (или самое большое деление на аттенюаторе). Это предохранит прибор от перегорания если потенциал будет высоким. По результатам первого замера выбирается оптимальный режим.

Особенности цифровых моделей

Цифровой осциллограф работает иначе — аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму. В таком виде он записывается в ЗУ и передается на монитор, где из цифрового формата переводится снова в аналоговую форму. Отображение на экране начинается только в тот момент, когда уровень на входе превысит определенное значение (задается настройками).

Периодичность смены картинки зависит от выбранного режима работы: автоматический, одиночный и обычный. Обычный — это аналог ждущего.

Упрощенная блок-схема цифрового осциллографа

Чем лучше цифровые модели? Во-первых, такое преобразование делает изображение более стабильным. Во-вторых, проще увеличивать и уменьшать масштаб. В-третьих, есть возможность записи. Ну, и габариты. Самый небольшой аналоговый осциллограф — С1-94 — имеет размеры 100*190*300 мм и вес 3,5 кг. А цифровые при размерах 100*50-60*13-20 мм имеют вес порядка 150-300 граммов. И это вместе с аккумуляторами.

Как работать с осциллографом

Первоначально выставляются режим работы осциллографа (автоколебательный, ждущий или одиночный). Затем выбирается режим аттенюатора или устанавливается соответствующий делитель напряжения.
Это касается аналоговых приборов. Цифровые на входе анализируют сигнал и понижает/повышает его до необходимого уровня. В них на входе стоит аналитический блок, который сам понижает или повышает входной сигнал до требуемого уровня.

Подключение осциллографа

В комплекте с осциллографом идет измерительный шнур или шнуры. Их количество зависит от числа входных каналов конкретной модели. Если канал один, то и шнур один. Может быть два, три и до шестнадцати. Подключать надо столько, сколько собираетесь использовать.

Шнуры для осциллографа трудно спутать с другими. Один конец — со щупом и ответвлением. Это «измерительная» сторона. С другой находится характерный круглый разъем. Эта часть подключается к измерительному входу.

Провод, который идет в сторону от щупа — для подключения к «земле». Он часто бывает снабжен прищепкой или «крокодилом». Его подключать обязательно, вольтаж может быть разный и заземление необходимо.

Измерительные шнуры для осциллографа

Некоторые шнуры для осциллографа имеют на рукоятке переключатель, который работает как небольшой усилитель (на фото справа).

После подключения измерительных шнуров включаем прибор в сеть. Затем, перед работой, переводим в рабочее положение тумблер/кнопку включения прибора. Можно считать что осциллограф готов к работе.

Проверка осциллографа перед работой

Перед началом работы надо проверить осциллограф. Включаем его в сеть, устанавливаем измерительный шнур. К щупу прикасаемся пальцем, на экране появляется синусоида частотой 50 Гц — наводки от бытовой электросети.

Если пальцем прикоснуться к измерительному щупу, на экране появится синусоидальной формы сигнал. Синусоида неидеальна, но если она есть и ее частота 50 Гц, это значит, что осциллограф исправен

Затем берем земляной щуп и прикасаемся им к измерительному (палец продолжаем держать на острие щупа). Сигнал пропадает (отображается прямая). Это значит, что прибор исправен.

Как измерить осциллографом напряжение: переменное, меандра, постоянное

Как уже говорили, напряжение на экране осциллографа отображается по вертикали. Весь экран разбит на квадраты. Цена деления по вертикали выставляется переключателем, который подписан «V/дел». Что и обозначает, Вольт на одно деление. Перед подачей сигнала выставляем луч точно по горизонтальной оси — это важно.

Подаем сигнал и считаем, на сколько клеточек от нулевого уровня поднимается или опускается сигнал. Затем умножаем количество клеток на «цену деления», взятую с регулятора. В результате получаем напряжение сигнала. В случае с синусоидой или меандром (положительные и отрицательные прямоугольные импульсы) считается напряжение полуволны — верхней или нижней.

Измерение напряжения осциллографом

Чтобы было понятнее, разберем пример. На фото есть сигнал, полуволна которого понимается и опускается на три клеточки. Цена деления на регуляторе — 5 В. Имеем: 3 дел * 5 V/дел  = 15 V. Получается, данный сигнал имеет напряжение 15 вольт.

Если надо измерить постоянное напряжение, снова выставляем луч по горизонтали. Подаем напряжение и смотрим, на сколько клеток «подпрыгнул» или опустился луч. Дальше все точно так же: умножаем на цену деления и получаем значение постоянного напряжения.

Как осциллографом определить частоту

Частота определяется как 1/T, где Т — период сигнала. А период — это время, за которое сигнал проходит полный цикл. Для сигнала на экране это 5,7 клетки. Считаем от места пересечения с горизонтальной осью и до второй аналогичной точки.

Как определить частоту сигнала по осциллографу

Далее определяем частоту деления по переключателю развертки. Положение переключателя стоит на 50 миллисекунд. Берем количество делений и умножаем на количество клеток. Получаем 50 мс * 5,7 = 285 мс. Переводим в секунды. Для этого надо разделить на 1000. Получаем 0,285 сек. Считаем частоту: 1/0,285 = 3,5 Гц

Полоса пропускания осциллографа: что это и на что влияет

При выборе осциллографа смотрят на следующие параметры:

  • Полоса пропускания.
  • Максимальное входное напряжение.
  • Режимы развертки.
  • Источники синхронизации.

Обо всех параметрах, кроме полосы пропускания, уже рассказали. Полоса пропускания — это чуть ли не важнейший показатель. Она определяет максимальную частоту сигнала, который будет отображаться без искажений. Например, при полосе пропускания 20 Гц — 20 МГц, все что имеет более высокую частоту будет подавляться.

Там, где полоса пропускания заканчивается, частоты жестко подавляются

Как же выбирать частоту пропускания? Зависит от того, какие сигналы вы собираетесь изучать и насколько «глубоко» вам надо их исследовать. Для аналоговых сигналов все просто — верхний предел должен быть больше чем максимальная частота. С меандрами все сложнее. На самом деле они состоят их суммы нечетных гармоник сигнала. Чем больше гармоник, тем больше форма похожа на квадрат, а не на сглаженное что-то. Но гармоники высокого порядка имеют очень высокую частоту. Если надо исследовать фронты, их отклонение, то верхний предел полосы пропускания — это десятки гигагерц. А такие приборы очень дорогие. Для обычной синусоиды достаточно 10-20 МГц, что значительно дешевле.

Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть I

  1. Краткая история
  2. Общий принцип работы
  3. Какие бывают осциллографы
  4. Основные характеристики

К осциллографам у меня особая любовь. Кому-то бентли нравятся, а кому-то осциллографы. У каждого свои причуды. Бентли мне тоже нравится, но в отличии от всех других её владельцев, мне еще и осциллографы нравятся! =)

Главная задача осциллографа: регистрировать изменения исследуемого сигнала и выводить его на экран для просмотра. Это самый незаменимый прибор в лаборатории радиолюбителя. Можно и частоту прикинуть и амплитуду посмотреть и, что часто ещё важней, форму сигнала изучить. Решил заниматься электроникой -- обязательно купи.

Краткая история

История осциллографа насчитывает уже 100 с лишним лет. В разное время над усовершенствованием прибора работали такие известные люди как Адре Блондель, Роберт Андреевич Колли, Уильям Крукс, Карл Браун, И. Ценнек, А. Венельт, Леонид Исаакович Мандельштам и многие другие.

Кстати, а вы знали, что первое подобие осциллографа создали в Российской Империи? Это сделал В 1885 году русский физик Роберт Колли. Прибор назывался осциллометр. Осциллографы того времени сильно отличались от тех, что используются сейчас!

Общий принцип работы


Надо сказать, что сейчас существует огромное количество разных осциллографов. Но для нас важен общий принцип работы, который заключается в том, что прибор регистрирует изменение напряжения сигнала и выводит его на экран. Да, именно для этого и нужен осциллограф, и всё. Но это настолько важно для физиков и инженеров, что словами передать сложно. Важность этого прибора сравнима с открытием закона всемирного тяготения.

На картинке выше приведена типичная панель управления осциллографа. Куча всяки регуляторов, кнопочек, разъемов и экран. Ужас, как во всём это разобраться? Да легко. Поехали.

Никто не обидится, если я скажу, что у осциллографа два главных органа управления. Над ними обычно написано "Развертка" или "Длительность", "В/дел". Разберемся!

Сначала про "В/дел". На вход прибора ты можешь подавать сингал разной амплитуды. Захотел подал синусоиду с амплитудой в 1В, а захотел 0.2В или 10В. Как видно на картинке сверху, экран прибора обычно разделен на клеточки. Да, это та самая всем привычная декартова система координат. Так вот  "В/дел" позволяет изменять масштаб по оси Y. Другими словами можно менять размер клеточки в вольтах. Если выбрать 0.1В и подать синусоиду амплитудо в 0.2В, тогда вся синусоида займёт на экране 4 клетки. 

А при исследовании сигнала в реальной схеме амплитуда сигнала может быть такой, что весь сигнал не сможетпоместиться на экране прибора. Вот тогда ты и будешь крутить ручку регулировки "В/дел", устанавливая необходимый масшатб оси Y таким, чтобы увидеть весь сигнал. 

Теперь про "Длительность". Большую часть истории развития электронных осциллографов они были аналоговыми. В качестве экрана использовались ЭЛТ (электронно-лучевые трубки). Те самые, что уже и в телевизорах трудно встретить. Кому интересно, посмотрите видео ниже. Оно прекрасно объясняет принцип рисования исследуемого сигнала на экране ЭЛТ-осциллографа. Либо читаем дальше, если лень смотреть, -- я расскажу о самом главном. 

Итак, ручка "длительность" ("разёртка") нужна для того, чтобы задать с какой скоростью будет бегать луч на экране прибор слева на право.  (Ты думал, что там рисуется линия целиком? Нет, это в современных цифровых приборах так, но оних позже) Для чего это нужно? Да собственно на этом и строится работа осциллографа. Луч бегает слева-направо, а подаваемый на вход сигнал просто отклоняет его вверх или вниз. В итоге ты и видишь на экране прибора красивую картинку синусоиды или какого-нибудь шума. 

Ладно, зачем это нужно теперь понятно. Остался вопрос зачем менять скорость перемещения или, другими словами, частоту пробегания луча по экрану (частоту развертки)? 

Может ты замечал сам или видел на каком-нибудь шоу или концерте такой эффект, что когда в темноте вспихивал яркий свет на долю секунды, тогда казалось, что все движение прекратилось, мир замер? Поздравляю ты подметил стробоскопический эффект. Есть даже такое устройство -- стробоскоп. Стробоскоп позволяет разглядывать быстродвижущиеся предметы. В осциллографе тоже самое, он по сути представляет собой "электронный" стробоскоп! Только с помощью изменения частоты развертки мы добиваемся замирания картинки на экране прибора. И если частота развертки будет близка или совпадать с частотой сигнала, то на экране ты увидишь статичную картинку, которая словно нарисована на бумаге.

А иначе будет казаться, что синусоида куда-то бежит. Я не буду рассказывать как это достигается. Главное понять принцип, а детали конкретной реализации уже не столь важны. Все остальные функции осциллографа уже являются дополнением. Их наличие сильно упрощает исследование сигналов. И если каких-то из них нет в твоём приборе, то можно жить спокойно. 

Какие бывают осциллографы

Пока что ещё можно выделить три основных вида осциллографов: аналоговые, цифровые и аналогово-цифровые. Цифровых с 80х годов 20 века становится всё больше. Сейчас они представляют самую многочисленную группу. Обладают множеством полезных дополнительных функций, маленьким размером, весом и приличной стоимостью.

На момент написания этих строк, средняя цена за цифровой прибор будет от 15 тысяч за самую корявую модель. Более-менее нормльный прибор можно купить от 25 000. В то время как старый советский прибор с серьезными характеристиками, многократно превосходящими среднюю цифровую модель, можно найти за 3-6 тысяч, но вес, размеры и некоторые другие характеристики могут подойти не каждому =)

Основные характеристики

У осциллографов есть много характеристик. Обо всех радиолюбителю знать бесполезно. Разве что радиолюбитель решил стать профессионалом =) Но есть такие, о которых следует быть в курсе и понимать что они означают.

  • Полоса пропускания или параметры переходной характерис­тики
  • Время нарастания переходной характеристики τн
  • Чувствительность
  • Параметры входов
  • Размер экрана, габариты
  • Минимальная частота развертки
  • Минимальное коэф. В/дел

Что дальше

Заголовок этой записи начинается с фразы "Как пользоваться", однако получилось длинней, чем планировалось и поэтому практические приёмы я решил вынести во вторую часть

И на последок ещё одна крутая картинка, найденная на просторах сети и иллюстрирующая работу осциллографа:


Измерения в цифровых осциллографах и обработка результатов измерения

Современные цифровые запоминающие осциллографы (ЦЗО), построенные на базе открытой платформы дают возможность пользователю визуально наблюдать исследуемый сигнал, зачастую достаточно сложной формы. Использование длинной памяти, расширенных режимов синхронизации и сегментированной развертки позволяют инженеру фиксировать различные артефакты во входном сигнале или  же наоборот «отлавливать» полезные сигналы, имеющие определенные параметры. Эти возможности в том или ином виде присутствуют практически в любом современном цифровом осциллографе.

Но исключительная полезность цифрового осциллографа определяется не только его способностью визуально отображать форму входного сигнала, но и производить различного рода измерения, что, в общем, и классифицирует осциллограф как «средство измерения».

Большинство ЦЗО способно производить измерения достаточно большого типа параметров, так например, осциллографы серии WaveRunner производства компании LeCroy способен производить измерения до 40 параметров сигнала, с одновременной индикацией 8 результатов измерений в штатном режиме, а при инсталляции дополнительных опций осциллографы LeCroy старших серий способны приводить измерения до 170 различных параметров. Это широкий набор различных амплитудно-временных измерений вполне достаточных для удовлетворения потребностей широкого круга пользователей. Список измерений доступных для осциллографов LeCroy приведен в Приложении 1.

В основе всех видов измерений современного осциллографа лежат два вида измерений – это амплитудные и временные. Так же цифровые осциллографы способны осуществлять безразмерные виды измерений, например подсчет числа целых периодов сигнала, числа точек дискретизации, числа пиков гистограммы и пр.    Амплитудные измерения предназначены для измерений параметров амплитуды входного сигнала (или же результатов математической обработки) – это такие как, непосредственно, амплитуда, нижнее значение, верхнее значение, пиков значение, выбросы, среднеквадратическое значение и многие другие. Временные измерения предназначены для измерений параметров сигнала нормированных по времени – это частота, период, длительность, фазовые сдвиги, время нарастания и спада, параметры джиттера и многие другие. Так же современные ЦЗО имеют некоторые производные виды измерений от  амплитуды и времени, например 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 ЦЗО так же присутствуют специализированные виды измерений, предназначенные для измерения параметров специфических устройств или режимов, например измерение параметров мощности электрического сигнала, измерение параметров систем последовательной передачи данных, измерение параметров дисковых или оптических приводов, измерения джиттера и многие другие. Но и даже эти  специализированные виды измерений базируются на основных результатах измерения амплитудно-временных параметров сигнала.

Погрешность измерения амплитудных параметров определяется тем, что в большинстве современных ЦЗО используются 8-и битные АЦП, что дает теоретическую относительную погрешность измерения


с учетом нелинейности входных усилителей, нелинейности АЦП, температурного дрейфа, погрешности коэффициента усиления входных усилителей и т. д., погрешность измерения постоянного напряжения составляет порядка 3 % , а погрешность дифференциальных измерений напряжения (читай как амплитуды), составляет порядка 1,5%. Это достаточно большое значение погрешности измерения, учитывая тот факт, что средний вольтметр обеспечивает погрешность измерения постоянного напряжения около 0,025%. Но принимая во внимание, что осциллограф, первично, это визуальный прибор и то, что линейность АЧХ большинства современных осциллографов составляет порядка 0,7 от значения  полосы пропускания, а полоса пропускания современного ЦЗО может достигать 18 ГГц (LeCroy SDA 18000), то очевидно, что даже на частотах около 1000 МГц, ЦЗО составляет конкуренцию вольтметрам переменного тока или измерителями мощности имеющим погрешность порядка 3%. А принимая во внимание тот факт, что осциллограф способен производить измерения среднеквадратического значения напряжения сигнала любой формы, а ВЧ вольтметры переменного тока только сигнала синусоидальной формы, то преимущества осциллографа при измерении амплитудных параметров сигнала становятся очевидными.

Так на рисунке 1 приведена осциллограмма синусоидального сигнала частотой 350 МГц и уровнем 1 Вольт полученная с экрана осциллографа LeCroy WaveRunner WR-6051A с полосой пропускания 500 МГц. Измерения СКО (окно измерения Р1) индицирует значение 970 мВ. Погрешность измерения амплитуды в данном случае  составляет 3%.

Для того, что бы пользователь не воспринимал осциллограф,  в режиме измерения как вещь саму в себе или же наоборот четко представлял какие параметры и какой алгоритм измерения используется в данный момент, компания LeCroy в своих осциллографах при включении измерений сопровождает осциллограмму, на которой производятся измерения, автоматическими маркерами помощи. Так на рисунке 1 при измерении циклического СКЗ, виды маркеры, выделяющие полный цикл (полное число периодов) измеряемого сигнала. Но сигнал представленный на рисунке 1 достаточно простой. На рисунке 2 приведена осциллограмма одиночного радиоимпульса в режиме измерения циклического СКЗ, видны области измерения СКЗ и результат измерения  – 355 мВ.

Если же для данного сигнал применить алгоритм полного измерения СКЗ, то результат измерения будет абсолютно другой. Так на рисунке 3 изображена осциллограмма измерения полного СКЗ,  результат измерения составляет 182 мВ.  

Напомним,  что среднеквадратическое значение сигнала переменного тока эквивалентно значению постоянного напряжения, способного выделять такое же значение тепла на нагрузке, как и исходный сигнал переменного тока. Очевидно, что для режима измерения циклического СКЗ, расчет значения напряжения производится только на полезной части сигнал, обладающей энергией и  способной производить работу (в том числе выделять тепло). Для полного СКЗ в расчет принимаются и участки сигнала, имеющие нулевое значение амплитуды, и не способные совершать работу, что уменьшает значение СКЗ с 355 мВ до 182 мВ. Это становится наиболее очевидным и наглядным именно при использовании осциллографов способных дать инженеру подсказку в виде маркеров, которые кроме всего прочего индицируют в виде горизонтальной зоны значение СКЗ, именно  в виде эквивалентного постоянного напряжения.

Ранее уже отмечалось, что любой средний вольтметр способен производить измерения амплитуды гораздо более точно, чем цифровой осциллограф. Но это справедливо только для измерения постоянного напряжения или НЧ напряжения переменного тока синусоидальной формы. При измерении СКЗ сигналов сложной формы погрешность измерения вольтметра увеличивается исходя их коэффициента формы сигнала. Для стандартных сигналов, коэффициент формы можно учесть при определении дополнительной погрешности измерения напряжения и погрешность может возрастать в десятки раз, так, например, для вольтметра Agilent Technologies 34401 при измерении импульсных сигналов погрешность измерения напряжения может составлять 46%.  Для сигналов непредсказуемой формы коэффициент формы учесть невозможно, поэтому и погрешность измерения напряжения становится неопределенной. Цифровой осциллограф производит математическое вычисление среднеквадратического значения формы сигнала из массива данных, полученных в процессе сбора информации, по формуле:


где X1 ;X2 ; X3 …. . Xn  отсчеты амплитуды полученные в результате дискретизации входного сигнала, а n –  число отсчетов,  и такой алгоритм измерения СКЗ не требует никаких дополнительных поправочных коэффициентов. Для однократных и редких сигналов цифровой осциллограф остается единственным средством измерения СКЗ, да и других амплитудных параметров сигнала тоже. А принимая во внимание тот факт, что осциллограф при измерении СКЗ производит «полное» измерение сигнала, имея ввиду одновременное измерение как постоянной составляющей DC, так и переменной составляющей AC, а большинство вольтметров производит измерения отдельно DC  и AC, и лишь за редким исключением некоторые типы вольтметров способны производить измерения  DC +AC, то становится очевидным, что возможности амплитудных измерений ЦЗО дают пользователю значительные преимущества по отношению к универсальным вольтметрам.

Как ни странно, но даже среди опытных инженеров существует мнение, что цифровой осциллограф производит измерение напряжения по одному периоду периодического сигнала, но как видно из выкладок выше, это не соответствует действительности. Для определения различных амплитудных параметров сигнала, измерения производятся по всему массиву данных составляющих форму сигнала, но в силу особенности измерения амплитудных параметров, осциллограф действительно может выдать только один результат измерения за один проход развертки, поскольку именно это и является циклом измерения. Так на рисунке 4 приведен пример измерения пикового значения напряжения. Пиковое значение - это разность межу минимальным и максимальным значениями формы сигнала на одной развертке. Очевидно, что вычисления этого параметра прежде всего необходимо определить как минимальное так и максимальное значение на всей форме сигнала, а для этого опять же необходим анализ всего массива данных точек образующих форму сигнала.

Очевидно, что для обеспечения достоверных и быстрых измерения при большом массиве данных, осциллограф должен обладать достаточным быстродействием для обеспечения необходимых вычислений. И в этой ситуации не все осциллографы ведут себя одинаково. Так, например, осциллограф LeCroy, осциллограммы которого приведены выше, при длине памяти 10 М при отсутствии измерений обеспечивает время сбора осциллограмм 210 мс, при включении одного измерения время сбора осциллограммы увеличивается до 340 мс, а при включении четырех одновременных измерений увеличивается до 430 мс. То есть при включении четырех измерений время сбора осциллограмм увеличивается в 2,04 раза. Если же аналогичные режимы измерений произвести используя осциллограф Tektronix DPO-4034, то результата получаются следующие – при отсутствии измерений время сбора осциллограмм составляет 170 мс, при включении одного измерения время сбора осциллограммы увеличивается до 16 секунд, а при включении одновременно четырех измерений - увеличивается до 40 секунд. То есть при включении четырех измерений время сбора осциллограмм у осциллографа Tektronix DPO-4034  увеличивается в 235  раз...         
Современные профессиональные осциллографы, например LeCroy, в штатной комплектации (т.е. без дополнительных опций) могут обеспечить возможность измерения 11 амплитудных параметров, подробный перечень параметров приведен в [2].

Важной особенность обеспечения измерений является возможность проведения измерения в выделенной области. В этом случае измерения параметров производятся не по всему массиву данных осциллограммы, а только в пределах указанной области. Большинство же пользователей привыкло, что измерения с использованием ЦЗО нужно производить для простого периодического сигнала по всей осциллограмме, что присутствует на экране ЦЗО и только в этом случае результат измерения будет достоверным. На рисунке 5 проведен наглядный пример сложного сигнала, представляющего собой прямоугольный сигнал с модулированными базой и верхом. На первый взгляд автоматические измерения амплитудных параметров такого сигнала должно вызвать сложности у пользователя, но только не у пользователей осциллографов LeCroy.

Для измерения некоторых  амплитудных параметров модулирующего сигнал задействуем измерения Р1, Р2 и Р3.   Для измерения СКЗ модулирующего сигнала базы (измерения Р1) выделяется только часть модулирующего  сигнал базы. Результат составляет 147 мВ. Для измерения СКЗ модулирующего сигнала верха (измерения Р2) выделяется только часть модулирующего  сигнал верха. Результат составляет 1,01 В. Для измерения пикового значения модулирующего сигнала верха (измерения Р3) выделяется только часть модулирующего  сигнал верха. Результат составляет 482 мВ. Измерения Р4 и Р5 обеспечивают измерения амплитудных параметров основного прямоугольного сигнала  - уровня верха и уровня базы и эти измерения производятся без выделения области.

Таким образом, обеспечивая возможность одновременного измерения до 8 параметров сигнала, осциллографы LeCroy так же обеспечивают возможность измерения в 8 различных областях этого сигнала. Справедливости ради отметим, что и другие осциллографы, например Tektronix DPO-7000 или DPO-4000, так же дают возможность измерения параметров в выделенной области, но для всех измерения (DPO-7000 это 8 измерения, а для DPO-4000 это 4 измерения) существует всего одна выделенная область, что существенного ограничивает возможности измерения сложных сигналов.

Измерения временных параметров – это набор наиболее расширенных и точных видов измерений цифрового осциллографа. Так уже сложилось, что при анализе сигнала по временной оси существует наибольший набор параметров, в штатной комплектации осциллографы  LeCroy способны обеспечить до 69 видов измерения, а при инсталляции дополнительных опций общее число всех видов измерений может достигать 180. Основными отличиями цифровых осциллографов по отношению к традиционным аналоговым осциллографам при измерении временных интервалов являются:

Погрешность измерения временных параметров (ΔT) цифрового осциллографа определяется погрешностью опорного генератора, частотой дискретизации и собственным джиттером, что может быть выражено формулой:

Tоп – погрешность установки частоты опорного генератора;
Fд – частота дискретизации;
Tдж – собственный джиттер осциллографа.

Современные технологии электронных элементов дают возможность применения в осциллографах опорных генераторов с погрешностью установки до 10-6 в год (или 1 ppm), частота дискретизации для наиболее массовых моделей ЦЗО составляет 5 ГГц  или 10 ГГц, собственный джиттер современного осциллографа удается снизить до значений 3 пс (хотя есть «уникальные» модели ЦЗО, например DPO-4000 серии, имеющие джиттер 400 пс). Из этих выкладок следует, что наиболее существенным при определении погрешности измерения временных интервалов как раз и является погрешность установки частоты опорного генератора.

Но на этом и заканчивается идентичность подходов при измерения  временных интервалов различных производителей цифровых осциллографов. Разные производители при измерении временных интервалов накладывают дополнительные требования для достижения декларируемой погрешности измерения. Так, например, компания  Tektronix для своих осциллографов серии TDS-5000B для обеспечения погрешности указанной в формуле (1), дополнительно требует:

Но и это еще не все, различные производители ЦЗО использую различные алгоритмы измерения временных интервалов. Большинство производителей, например Tektronix или Agilent Technologies, используют алгоритм измерения частоты по одному периоду сигнала, находящегося сразу после точки запуска развертки или по первому целому периоду сигнала в левой части экрана. При таком алгоритме измерения, первое, что приносится в жертву время измерения – оно бесспорно увеличивается. Так, практические измерения показывают, что для упомянутого выше осциллографа Tektronix серии TDS-5000B (при длине памяти 2000 точек для минимизации временных затрат на вычислительный процесс), измерение частоты 10 МГц, полученной от рубидиевого стандарта частоты с погрешностью воспроизведения 10-10, время измерения, при выполнении всех требований производителя, составляет 1 минута 23 секунды. Компания LeCroy в своих осциллографах использует алгоритм измерения временного интервала не по одному периоду, а по всем периодам сигнала присутствующим в массиве данных.

Кроме того, компания LeCroy для обеспечения погрешности указанной в формуле (1), дополнительно требует выполнения двух условий:

 Очевидно, что такой алгоритм измерения обеспечивает следующие преимущества:

Практическое измерение, показывает, что для накопления статистики и получения достоверного результата при измерении частоты 10 МГц, при частоте дискретизации 5 ГГц, необходимо время 100 мс, что в 930 раз меньше, чем требовалось осциллографу Tektronix. Тем более, что за время измерения 1,23 минуты осциллограф Tektronix обеспечил погрешность измерения 27,64 ppm (при допустимой погрешности измерения 15 ppm) смотри рисунок 6 

А осциллограф LeCroy WR-6051А, за время измерения 100 мс обеспечил погрешность измерения 1 ppm (при допустимой погрешности измерения 10 ppm) смотри рисунок 7.

Практическая ценность измерения временных интервалов по всему числу периодов существующих во входном сигнале, обусловлена не только увеличением скорости измерений, но и увеличением достоверности измерения – очевидно, что если сигнал имеет вандер (медленная флуктуация во времени), то при достаточно большом времени измерения и тем более при использовании функции усреднения, достоверность измерения будет уменьшаться.

Так же совместно совмещение особенности измерения временных интервалов по всей осциллограмме и  режима измерения в выделенной области, дает новые возможности в измерениях сигналов. Так например, на рисунке 8 праведен пример частотно-модулированного сигнала (осциллограмма С1) и модулирующего сигнала (осциллограмма С2). Очевидно, что поскольку модулирующий сигнал имеет вид «ступенька», то и частоты в модулируемом сигнале так же изменяются дискретно.  

Включив режим измерения частоты осциллограммы С1 для всех восьми измерений Р1…Р8, с той лишь разницей, что для каждого измерения Р1…Р8 измерения частоты производятся в пределах выделенного окна равного времени одной ступеньки, возможно измерить частоту модулируемого сигнала, соответствующей каждому уровню модулирующего сигнала.

В заключение обзора «простых» режимов измерения хочется особо отметить, что для получения результатов измерения сложных сигналов, иногда не достаточно просто включить тот или иной режим измерения. Комбинирование различных режимов работы цифрового осциллографа, включая математическое операции над сигналом, может оказать существенную пользу при измерении параметров сигнала. Так, например, существует задача измерения временных параметров радиоимпульса – частоты заполнения и периода повторения и длительности импульсов. Если для измерения частоты заполнения, можно использовать методы, описанные выше, то автоматическое измерение периода повторения и длительности радиоимпульсов может вызвать затруднение. Для решения этой задачи необходимо выделить огибающую радиоимпульса и измерить период повторения и длительность. Огибающую радиоимпульса можно выделить используя математическую функцию «прореживание».

Так на рисунке 9 приведен пример радиоимпульса представляющего собой пакет синусоидальных колебаний частотой 1 МГц и периодом повторения 1,543 мс, каждый пакте содержит 428 колебаний частоты 1 МГц.

Из исходной осциллограммы С1 можно получить следующие результаты:

Из осциллограммы растяжки Z1 можно визуально оценить форму сигнала заполнения и так же измерить частоту сигнала заполнения (но более точно), результат представлен в окне Р2  - 1,0000004 МГц.

Из осциллограммы математики F1 можно получить следующие результаты:

В отличие от цифровых осциллографов других производителей, осциллографы LeCroy способны хранить результаты измерения всего массива данных, а это в зависимости от установленных, опций до 6 миллионов результатов измерений. Это массив данных можно представлять в графическом виде, обрабатывать методами математической статистики и выводить результаты статистической обработки, сохранять в виде файлов данных для экспорта в другие программные приложения операционной среды Windows. Все это дает пользователю осциллографов LeCroy широкие дополнительные возможности по анализу сигнала.

График слежения.  Например, существует широтно-импульсно модулированный сигнал (ШИМ), в котором по некоторому закону изменяется длительность импульса и необходимо оценить партеры этого сигнала. Несколько периодов исходного сигнала захвачены осциллографом о отображаются на осциллограмме С1 на рисунке 10.

Очевидно, что «широта» импульса в ШИМ сигнале это длительность импульса, измерение Р1, как раз, и обеспечивает измерение длительности импульса сигнала С1. Для наглядности возможностей режима измерения осциллограмма получена в режиме однократного пуска. Из статистического окна измерения Р1 видно, что на всем сигнале произведено 249 измерений длительностей импульса, а поскольку сигнал является динамическим (его параметр «длительность импульса» изменяется во времени), то окошко измерения Р1 дает только общие представления о длительности импульса, как последнее измерение, минимальное значение, максимальное значение и т. д., но не отражает динамики изменения самого параметра «длительность импульса». Осциллографы LeCroy имеют возможность формирования из массива данных измерения так называемого «графика слежения». Этот график представляет собой функцию в которой горизонтальная ось (ось X) представляет собой временную ось, полностью совпадающую с временною осью развертки, а по оси Y (вертикальной оси) располагаются значения результата измерения заданного параметра. В результате чего получается временной график измерений выбранного параметра в пределах одной развертки осциллографа. Из рисунка 10 четко видно, что ШИМ сигнал модулируется по закону близкому к логарифмическому. Используя режим курсорных измерений, достаточно просто подвести курсор к нужному значению длительности на графике слежения (само значение будет отображаться в дескрипторе графика слежения, в данном случае это F4, а положение курсора по временной оси индицируется во временном поле курсора)  и на осциллограмме входного сигнала этим же маркером будет отмечена точка сигнала соответствующая выбранной длительности. Используя растяжку сигнала можно получить изображение сигнала в удобном для визуального наблюдения масштабе – курсор также будет присутствовать на сигнале растяжки.

Для режима измерений возможно задать регистрацию только значений находящихся в пределах указанного допуска. Так, если для сигнала приведенного на рисунке 10 ограничить значения измеренной длительности пределом 440..505 нс, то осциллограф регистрирует только значения длительности находящиеся в этом пределе и тренд F4 приобретает вид, отличный от рисунка 10.

Такой вид графика слежения позволяет более наглядно обнаружить на исходном сигнале С1 участки соответствующие заданным пределам длительности.

Если же вернуться к частотно модулированному сигналу, приведенному на рисунке 8, и применить график слежения к результатам измерения частоты в пределах всей осциллограммы (см. рисунок 12), то полученный график даст более наглядный результат изменения частоты в модулированном сигнале, с учетом динамики изменения сигнала в пределах одной модулирующей ступеньки.  

На осциллограмме графика слежения так же представляется возможным произвести различные автоматические измерения, характеризующие изменение выбранного параметра. Например, на рисунке 13 осциллограмма С1 представляет собой частотно-модулированный сигнал с несущей 1 МГц, девиацией 200 кГц и частотой модулирующего синусоидального сигнала 1,234 кГц.

Осциллограмма F4 представляет собой график слежения изменения частоты в сигнале С1, форма осциллограммы F1 отображает форму модулирующего сигнала. Используя автоматические измерения для данного графика можно определить – минимальное значение частоты (Р4=800 кГц), максимальное значение частоты (Р3= 1,1999 МГц)и частоту модулирующего сигнала (Р2=1,233 кГц). Что совпадает с заданными параметрами ЧМ сигнала.

График слежения образуется из массива измерения амплитудных или временных измерений, он позволяет визуально отследить изменения выбранного параметра в пределах одной развертки, он позволяет, используя курсоры, получить результаты измерения выбранного параметра в точке нахождения курсора, но все же он не является реальным массивом результатов измерения. Так же учитывая алгоритм амплитудных измерений (одни полученный результат из одного прохода развертки осциллографа), график слежения обеспечивает наглядное отображение только временных измерений, при индикации амплитудных измерений график слежения сводится в одну точку, как раз и являющуюся результатом измерений.  Реальный массив измерений в графическом виде  в осциллографах LeCroy может быть представлен так называемым «трендом».

Тренд.  Этот график представляет собой функцию, в которой горизонтальная ось (ось X) представляет ось номера измерения – 1,2,3,4,…n, (эта ось не связана с временною осью развертки осциллографа), а по оси Y (вертикальной оси) располагаются значения результата измерения выбранного параметра. В результате получается график.

Отличиями тренда от графика слежения являются:

Так, например, при построении тренда и графика слежения для измеренных значений длительности импульса в нерегулярной последовательности в пределах одной развертки, тренд и график слежения практически совпадают по форме - см. рисунок 14. Разница состоит в том, что график слежения отображает изменение длительности импульсов во времени и имеет более сглаженный вид, а тренд отображает измеренное значение длительности импульса и имеет более «остроконечный» вид).

Практическая ценность тренда заключается в возможности не только в кратковременной, но и длительной регистрации и индикации результатов измерений выбранного параметра. В этом случае тренд будет выглядеть как регистрация данных на бумажном самописце, но без меток реального времени. При необходимости, изменение интервала регистрации производится изменением настроек схемы синхронизации, например установкой задержки синхронизации по числу событий. Это позволяет регистрировать, отображать и анализировать медленные измерения тех или иных параметров входного сигнала. Так, на рисунке 15 осциллограмма F1 представляет тренд изменения частоты входного сигнала С1, полученный из массива измерения частоты Р1.

На рисунке 16 осциллограмма F1 представляет тренд изменения амплитуды входного сигнала С1, полученный из массива измерения среднеквадратического значения Р1.

Способом аналогичным для графика слежения, на осциллограмме тренда так же можно осуществить различные автоматические измерения, далее строить тренды 2-го уровня для этих измерений, 3-го уровня  и так далее.

Осциллографы LeCroy обеспечивают построение тренда в трех режимах:

На рисунке 17, для сигнала С1 частотой 1 МГц, имеющего медленный дрейф, порядка 10 мГц, одновременно представлены все три типа трендов. F2 - полный, F1 - с усреднением полный, F3 - по одной осциллограмме.

Сочетание различных функциональных особенностей осциллографов LeCroy дает самые широкие возможности при исследовании различных сигналов, процессов и  устройств.

Так, например, режим построения тренда возможно использовать для измерения амплитудно-частотной характеристики устройств. Для этого достаточно синхронизировать процесс изменения частоты на генераторе тестового сигнала с разверткой осциллографа, произвести измерения амплитуды и частоты на выходе  устройства. И по полученным результатам построить тренд изменения амплитуды, что и будет являться АЧХ устройства. Синхронный тренд изменения частоты предназначен для формирования частотных меток АЧХ. Так на рисунке 18 осциллограмма F1 представляет собой АЧХ устройства в диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц. Осциллограмма F2, являющаяся трендом частоты идентифицирует частотный диапазон АЧХ. Используя курсорные измерения, возможно считать с АЧХ устройства информацию об амплитуде и частоте.      

Гистограммы.  Возможности построения, анализа и измерения гистограмм цифровыми осциллографами LeCroy являются одной из его отличительных особенностей, по отношению к производителям других ЦЗО, и превращающей просто цифровой осциллограф в мощный аналитический инструмент. Построение гистограмм осциллографом LeCroy является элементом математической статистики, специально адаптированного для анализа форм и параметров электрических сигналов. Гистограмма в http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0 title=Математическая статистика>математической статистике - это http://ru. wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%83%D0%BD%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F title=Функция>функция http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%BE%D1%8F%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8 title=Плотность вероятности>плотности вероятности некоторого распределения, построенная на основе выборки из него. Или, говоря другими словами, гистограмма – это  график отображающий степень повторяемости данных в больших массивах. Гистограмма позволяет сжать гигантский размер данных в компактный график, удобный для анализа, измерений ли просто визуальной оценки.. В случае цифрового осциллографа массивом данных выступает массив данных измерения выбранного параметра. Так на рисунке 19 приведена гистограмма измерения сигнала частотой 10 МГц (сам исходный сигнал на картинке не присутствует). Массив данных из которого строится данная гистограмма, собран при измерении частоты Р1 и представляет собой массив размером более 6 миллиона значений измерений частоты.

Поскольку сигнал является стабильным и изменения частоты не происходит, то разброс значений частоты вызван естественными причинами хаотического рода. Такая гистограмма является классической и называется нормальной или Гауссовой. Непрерывная случайная величина X имеет нормальный закон распределения с параметрами α (среднее значение) и σ (сигма или стандартное отклонение), если её плотность вероятности f(x) имеет вид:


Основными параметрами гистограммы являются:

Поскольку гистограмма строится из массива измерения, то основные параметры гистограммы связанны со статистическими данными результатов измерений, так:

Измерение таких параметров как верхнее значение и нижнее значение гистограммы дает значение нижней и верхней частоты в ЧМ сигнале (измерения Р4 и Р5).А амплитудное значении гистограммы деленное на два дает значение девиации ЧМ сигнала – измерение Р6 и  значение 198 кГц. Так же возможно для этой гистограммы использовать курсорные измерения для определения других параметров гистограммы, как диапазон гистограммы, нижнее и верхнее значения. А применение режимов измерения вспомогательных параметров гистограммы, как число пиков гистограммы даёт информацию о количестве стабильных состояний сигнала. Так  возвращаясь к рисунку 10, гистограмма F3, индицирует, что частота сигнала входного сигнала имеет 9 стабильных состояний, а измерение параметров гистограммы даст информацию о распределении частоты во входном сигнале.

Итак, как видно, гистограмма способна преобразовать большой объем информации в очень компактный формат, который может быть легко измерен и проанализирован методами математической статистики.

Список измеряемых параметров в базовой комплектации и при инсталляции основных опций в осциллографах LeCroy.

Автор:  Дедюхин А.А.
Дата публикации:  22.11.2006

ПараметрОписаниеОпределениеПримечания
Amplitude (Амплитуда)Измеряет разность между верхним и нижним уровнем напряжения в двухуровневых сигналах. Отличается от pkpk (размах) тем, что шум, выбросы, провалы и «звон» не влияют на результат измерения.top - baseНа сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), дает то же значение, что и pkpk.
Стандартный параметр.
Ampl asym (Асимметрия амплитуды)Асимметрия амплитуды между taa+ и taa-1 - |(taa+ - taa-)|/(taa+ - taa-)Аргумент гистерезиса, использующийся для того, чтобы отличать уровни напряжения от шума.
Доступен с опцией DDM2.
ACSNАвтокорреляционное отношение сигнал/шум — отношение сигнал/шум для периодических сигналов. Доступен с опцией DDM2.
Area (Площадь)Интеграл данных: вычисляет площадь под осциллограммой между курсорами относительно нулевого уровня. Значения, большие нуля, дают положительный вклад в площадь, меньшие нуля — отрицательный.Сумма значений сигнала от первой до последней точки, умноженная на интервал времени между крайними двумя точкамиСтандартный параметр
Base (Основание)Нижнее из двух наиболее вероятных состояний (верхнее состояние — top). Измеряет нижний уровень в двухуровневых сигналах. Отличается от min (минимум) тем, что шум, выбросы, провалы и «звон» не влияют на результат измерения.Значение наиболее вероятного нижнего состояния.На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), дает то же значение, что и min.
Стандартный параметр.
Cycles (Количество периодов)Определяет количество периодов периодического сигнала между курсорами. Первый период начинается с первого перепада, следующего за левым курсором. Перепад может быть положительным или отрицательным.Количество периодов периодического сигналаСтандартный параметр.
Сyclic Mean (Циклическое среднее)Вычисляет среднее от значений сигнала. В отличие от обычного среднего, cmean рассчитывается за целое число периодов, что устраняет смещение, вызванное учетом долей периодов.Среднее значение точек осциллограммы кривой за целое число периодов.Чтобы выбрать этот параметр, выберите Mean из таблицы параметров, затем коснитесь флажка Cyclic.
Стандартный параметр.
Cyclic Median (Циклическая медиана)Среднее от значений основания и вершины. В отличие от median, рассчитывается за целое число периодов, что устраняет смещение, вызванное учетом долей периодов.Такое значение, что 50% полученных точек находятся выше его, а другие 50% — ниже.Чтобы выбрать этот параметр, выберите Median из таблицы параметров, затем коснитесь флажка Cyclic.
Стандартный параметр.
Cyclic RMS (Циклическое действующее значение)Вычисляет квадратный корень из суммы квадратов значений сигнала, деленной на количество точек.  В отличие от rms, рассчитывается за целое число периодов, что устраняет смещение, вызванное учетом долей периодов.vi — измеренные значения сигнала
N — количество точек сигнала за учитываемые периоды.
Чтобы выбрать этот параметр, выберите RMS из таблицы параметров, затем коснитесь флажка Cyclic.
Стандартный параметр.
Cyclic Std Dev (Циклическое среднеквадратичное отклонение)Среднеквадратичное отклонение значений сигнала от среднего значения. В отличие от sdev, рассчитывается за целое число периодов, что устраняет смещение, вызванное учетом долей периодов.vi — измеренные значения сигнала
N — количество точек сигнала за учитываемые периоды.
Чтобы выбрать этот параметр, выберите Std dev из таблицы параметров, затем коснитесь флажка Cyclic.
Стандартный параметр.
Delay (Задержка)Время от запуска до первого перепада: измеряет промежуток времени между запуском и первым пересечением уровня 50%, которое следует за левым курсором. С помощью этого параметра можно измерять задержку распространения сигнала, осуществляя запуск от одного сигнала и измеряя задержку на другомИнтервал времени между запуском и первым пересечением уровня 50% за левым курсором.Стандартный параметр
Delta delay (Разность задержек)Вычисляет интервал между моментами, когда сигналы от двух источников пересекут уровень 50%.Интервал между прохождением средней точки двумя сигналами.Стандартный параметр.
[email protected] (Разность периодов на заданном уровне)Отклонение длительности каждого периода сигнала от соседних (межпериодное дрожание). Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
[email protected] (Разница времен на заданном уровне)Вычисляет время между пересечением заданных уровнейИнтервал времени между пересечением заданных уровней на двух источниках сигнала или от запуска до пересечения заданного уровня на одном источнике.Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Стандартный параметр.
Duration (Длительность)Для сигналов, зарегистрированных в однократном режиме, duration = 0. Для  последовательного режима оцифровки это интервал времени между запусками первого и последнего сегмента. Для отдельных сегментов — интервал времени от запуска предыдущего сегмента до запуска текущего сегмента. Для осциллограмм из памяти — время от первого до последнего запуска сохраненной осциллограммы.Интервал времени между первым и последним зарегистрированным массивом данных: для усреднения, гистограмм или осциллограмм, зарегистрированных в последовательном режиме.Стандартный параметр.
[email protected]Часть периода, в течение которой значения сигнала оказываются выше или ниже заданного уровня. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
Duty cycle (Скважность)Длительность в процентах от величины периода.width / periodСтандартный параметр.
[email protected] (Разность длительностей на заданном уровне)Разность длительностей в соседних периодах, измеряемых по заданному уровню. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
[email protected]Количество фронтов в осциллограмме. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
ExcelВыполняет измерения в Excel путем передачи в программу одной или двух осциллограмм и чтения результирующего значения параметра. Доступен с опцией XMAP.
В приборе должна быть установлена программа Excel.
Fall time (Время спада)Измеряет интервал времени между моментами, когда отрицательный фронт сигнала пересекает два заданных уровня. Окончательный результат получается путем усреднения значений, полученных для каждого фронта.
ПорогДист.Ниж.
предел
Верх.
предел
По
умолч.
Ниж.Низк.1%45%10%
Верх.Выс.65%99%90%
Пороги определяют два значения на каждом фронте, по которым рассчитывается время спада. Эти координаты рассчитываются по следующим формулам:
Ниж. = нижний порог ? усиление / 100 + base
Верх. = верхний порог ? усиление / 100 + base
Разность времен пересечения нижнего и верхнего порогов, усредненная по всем отрицательным фронтам.На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), вместо top и base по умолчанию может быть соответственно max и min, что, однако, дает менее предсказуемые результаты.
Стандартный параметр.
Fall 80-20% (Время спада 80-20%)Длительность участка отрицательного фронта импульса от 80% до 20%, усредненная по всем отрицательным фронтам между курсорамиСредняя длительность участка отрицательного фронта импульса от 80% до 20%На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), вместо top и base по умолчанию может быть соответственно max и min, что, однако, дает менее предсказуемые результаты.
Стандартный параметр.
[email protected] (Время спада на заданном уровне)Длительность участка отрицательного фронта импульса между двумя заданными пользователем уровнями. См. также [email protected].Длительность участка отрицательного фронта импульса между двумя уровнями.На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), вместо top и base по умолчанию может быть соответственно max и min, что, однако, дает менее предсказуемые результаты.
Стандартный параметр.
First (Первая точка)Показывает горизонтальную координату левого курсора.Горизонтальная координата левого курсора.Показывает положение левого курсора. Курсоры являются взаимозаменяемыми: например, левый курсор можно переместить правее правого курсора, после чего параметр first будет показывать положение того курсора, который ранее был справа, а теперь находится слева.
Стандартный параметр.
Frequency (Частота)Период периодического сигнала, измеренный как интервал между взятыми через один моментами пересечения сигналом уровня 50%. Начиная с первого пересечения, следующего за левым курсором, период измеряется для каждой пары пересечений. Полученные значения усредняются, а обратное значение от их среднего дает частоту.1 / periodСтандартный параметр.
[email protected] (Частота на уровне)Частота, измеряемая на заданном уровне и по фронту заданной полярности в каждом периоде сигнала. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
FWHM (Ширина на половине высоты)Измеряет ширину пика гистограммы, имеющего наибольшую площадь, по половине высоты (наполнения) самого высокого пика Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Стандартный параметр в DDA-5005.
FWxx (Ширина на уровне xx)Измеряет ширину пика гистограммы, имеющего наибольшую площадь, на уровне xx% от высоты (наполнения) самого высокого пика Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Half period (Полупериод)Половина периода сигнала. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
Hist ampl (Амплитуда гистограммы)Разница значений двух пиков гистограммы с наибольшим наполнением. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hist base (Основание гистограммы)Значение левого из двух пиков гистограммы с наибольшим наполнением. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hist maximum (Максимум гистограммы)Значение максимального (крайнего правого) интервала гистограммы с ненулевым наполнением. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hist mean (Среднее значение гистограммы)Среднее значение данных гистограммы. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hist median (Медиана гистограммы)Значение на горизонтальной оси гистограммы, делящее ее на две области с равным наполнением. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hist minimum (Минимум гистограммы)Значение минимального (крайнего левого) интервала гистограммы с ненулевым наполнением. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hist rms (Средний квадрат гистограммы)Средний квадрат значений гистограммы. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hist sdev (Ср.-кв. отклонение гистограммы)Среднеквадратичное отклонение значений гистограммы. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hist top (Вершина гистограммы)Значение правого из двух пиков гистограммы с наибольшим наполнением. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Hold time (Время задержки)Интервал времени от фронта тактового импульса до фронта импульса данных. Порог, полярность фронта и гистерезис для тактовых импульсов и данных устанавливаются независимо. См. также параметр Setup. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
Last (Последняя точка)Интервал времени от момента запуска до последнего (правого) курсора.Интервал времени от момента запуска до последнего курсора.Показывает положение правого курсора. Курсоры являются взаимозаменяемыми: например, правый курсор можно переместить левее левого курсора, после чего параметр last будет показывать положение того курсора, который ранее был слева, а теперь находится справа.
Стандартный параметр.
[email protected] (Уровень в точке X)Дает значение сигнала в заданной точке x. Если x находится между двумя точками, выдается интерполированное значение. Если установлен флажок Nearest, этот параметр дает значение сигнала в ближайшей точке. Стандартный параметр
Local base (Локальная базовая линия)Уровень базовой линии для локальной особенности сигнала. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local bsep (Локальное разделение базовой линии)Локальное разделение базовой линии между положительным и отрицательным фронтами. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local max (Локальный максимум)Максимальное значение локальной особенности сигнала. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local min (Локальный минимум)Минимальное значение локальной особенности сигнала. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local number (Число локальных особенностей)Количество локальных особенностей (пар пик/впадина) Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local pkpk (Локальный размах)Разность значений пика и впадины локальной особенности (lmax - lmin) Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local tbe (Интервал между локальными событиями)Интервал времени между событиями  (от локального пика до следующей впадины или от локальной впадины до следующего пика). Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local tbp (Интервал между локальными пиками)Интервал времени от локального пика до следующего локального пика Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local tbt (Интервал между локальными впадинами)Интервал времени от локальной впадины до следующей локальной впадины Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local tmax (Время локального максимума)Временная координата максимума локальной особенности. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local tmin (Время локального минимума)Временная координата минимума локальной особенности. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local tot (Время выше заданного локального уровня)Количество времени, в течение которого локальная особенность находится выше заданного уровня в процентах от амплитуды (вертикального расстояния от пика до впадины) Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local tpt (Время от локального пика до впадины)Интервал времени от локального пика до впадины. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local ttp (Время от локальной впадины до пика)Интервал времени от локальной впадины до следующего локального пика Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
Local tut (Время ниже заданного локального уровня)Количество времени, в течение которого локальная особенность находится ниже заданного уровня в процентах от амплитуды (вертикального расстояния от пика до впадины) Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
MathcadВозвращает значение параметра, используя заданную пользователем функцию Mathcad. Доступен с опцией XMAP.
В приборе должна быть установлена программа Mathcad версии 2001i и выше.
MATLABВозвращает значение параметра, используя заданную пользователем функцию MATLAB. Доступен с опцией XMAP.
В приборе должна быть установлена программа MATLAB.
Maximum (Максимум)Дает значение самой высокой точки осциллограммы. В отличие от top, не предполагает наличия двух уровней.Наибольшее значение осциллограммы  между курсорами.Дает сходные результаты при применении к осциллограмме во временной области или гистограмме данных той же кривой. Однако в случае гистограмм результат может содержать в себе вклад от нескольких зарегистрированных порций данных. Дает горизонтальную координату крайнего правого интервала гистограммы с ненулевым наполнением — не путать с maxp.
Max populate (Максимальное наполнение)Пик гистограммы с наибольшим наполнением. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
MeanСреднее значение точек кривой во временной области. Вычисляется как центроида распределения гистограммы. Дает сходные результаты при применении к кривой во временной области или гистограмме данных той же кривой. Однако в случае гистограмм результат может содержать в себе вклад от нескольких зарегистрированных порций данных.
Стандартный параметр.
Median (Медиана)Среднее от значений основания и вершины.Среднее от base и top.Стандартный параметр.
Minimum (Минимум)Дает значение самой низкой точки осциллограммы. В отличие от base, не предполагает наличия двух уровней.Наименьшее значение осциллограммы между курсорами.Дает сходные результаты при применении к осциллограмме во временной области или гистограмме данных той же осциллограмме. Однако в случае гистограмм результат может содержать в себе вклад от нескольких зарегистрированных массивов данных.
Стандартный параметр.
Mode (Мода)Положение самого высокого пика гистограммы. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Nb Phase (Узкополосная фаза)Измеряет фазу на заданной частоте сигнала (в узкой полосе). Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Nb Power (Узкополосная мощность)Измеряет мощность на заданной частоте сигнала (в узкой полосе). Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
NLTS (Нелинейный переходный сдвиг)Измеряет нелинейный переходный сдвиг prml-сигнала Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Npts (Число точек)Число точек осциллограммы между курсорами. Стандартный параметр
Overshoot- (Выброс-)Величина выброса, следующего за отрицательным фронтом, в процентах от амплитуды.(base - min) / ampl ? 100Осциллограмма должна иметь по меньшей мере один отрицательный фронт. На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), результаты могут быть непредсказуемыми.
Overshoot+ (Выброс+)Величина выброса, следующего за положительным фронтом, в процентах от амплитуды.(max - top) / ampl ? 100Осциллограмма должна иметь по меньшей мере один положительный фронт. На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), результаты могут быть непредсказуемыми.
Overwrite (Перезапись)Отношение остаточной и исходной мощности низкочастотной осциллограммы, на место которой записывается более высокочастотный сигнал. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Param ScriptСценарий на языке VBScript или JavaScript, принимающий на входе одну или две осциллограммы и выдающий на выходе результат измерения. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Peaks (Число пиков)Количество пиков на гистограмме Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Peak to Peak (Размах)Разность между значениями самой высокой и самой низкой точек осциллограммы. В отличие от ampl, не предполагает наличия двух уровней.maximum - minimumДает сходные результаты при применении к осциллограмме во временной области или гистограмме осциллограммы той же кривой. Однако в случае гистограмм результат может содержать в себе вклад от нескольких зарегистрированных массивов данных.
Стандартный параметр.
Percentile (Процентиль)Значение на горизонтальной оси гистограммы, делящее ее на две области, левая из которых имеет наполнение xx% от совокупного. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Period (Период)Период периодического сигнала, измеренный как интервал между взятыми через один моментами пересечения сигналом уровня 50%. Начиная с первого пересечения, следующего за левым курсором, период измеряется для каждой пары пересечений. Окончательный результат получается путем усреднения всех полученных значений.Здесь Mr — количество положительных фронтов, Mf — количество отрицательных фронтов, Trix — момент времени, в который положительный фронт пересекает уровень x%, а Tfix — момент времени, в который отрицательный фронт пересекает уровень x%.
Стандартный параметр
[email protected] (Период на заданном уровне)Период, измеряемый на заданном уровне и по фронту заданной полярности в каждом периоде сигнала. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
Phase (Фаза)Разность фаз между анализируемым сигналом и другим сигналом, используемым в качестве опорного. По вашему выбору отображение может осуществляться в процентах, градуса или радианах. Настроив опорный сигнал, дотроньтесь до вкладки More, чтобы задать нужные параметры сигнала.Разность фаз между анализируемым и опорным сигналомСтандартный параметр.
[email protected] (Наполнение в точке X)Наполнение интервала, имеющего заданную горизонтальную координату. Курсор можно поместить на любой интервал и задать его форму — абсолютную (Absolute), относительную (Reference) или дифференциальную (Difference). Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
PW50 (Длительность импульса на 50%)Средняя длительность импульса в точке посередине между локальной базовой линией и локальным пиком или впадиной. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
PW50- (Длительность отр. импульса на 50%)Средняя длительность импульса в точке посередине между локальной базовой линией и локальной впадиной. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
PW50+ (Длительность полож. импульса на 50%)Средняя длительность импульса в точке посередине между локальной базовой линией и локальным пиком. Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Range (Диапазон)Вычисляет диапазон гистограммы (max - min) Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
Resolution (Разрешение)Отношение значений taa для высокочастотной и низкочастотной осциллограммыtaa (HF) / mean taa (LF) * 100Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Стандартный параметр.
Rise (Время нарастания)Измеряет интервал времени между моментами, когда положительный фронт сигнала пересекает два заданных уровня. Окончательный результат получается путем усреднения значений, полученных для каждого фронта.
ПорогДист.Ниж.
предел
Верх.
предел
По
умолч.
Ниж.Низк.1%45%10%
Верх.Выс.55%99%90%
Пороги определяют два значения на каждом фронте, по которым рассчитывается время спада. Эти координаты рассчитываются по следующим формулам:
Ниж. = нижний порог ? усиление / 100 + base
Верх. = верхний порог ? усиление / 100 + base
Разность времен пересечения нижнего и верхнего порогов, усредненная по всем отрицательным фронтам.На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), вместо top и base по умолчанию может быть соответственно max и min, что, однако, дает менее предсказуемые результаты.
Стандартный параметр.
Rise 20-80% (Время нарастания 20-80%)Длительность участка положительного фронта импульса от 20% до 80%, усредненная по всем положительным фронтам между курсорамиСредняя длительность участка положительного фронта импульса от 20% до 80%На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), вместо top и base по умолчанию может быть соответственно max и min, что, однако, дает менее предсказуемые результаты.
Стандартный параметр.
[email protected] (Время нарастания на заданном уровне)Длительность участка положительного фронта импульса между двумя заданными пользователем уровнями.Длительность участка положительного фронта импульса между двумя уровнями.На сигналах, у которых нет двух основных уровней (например, треугольное или пилообразное напряжение), вместо top и base по умолчанию может быть соответственно max и min, что, однако, дает менее предсказуемые результаты.
Стандартный параметр.
RMS (Действующее значение)Среднеквадратичное значение данных между курсорами — примерно то же, что и sdev, для осциллограммы с нулевым средним значением.Дает сходные результаты при применении к кривой во временной области или гистограмме данных той же кривой. Однако в случае гистограмм результат может содержать в себе вклад от нескольких зарегистрированных порций данных.
vi — измеренные значения сигнала
N — количество точек сигнала за найденное количество периодов (до 100).
Стандартный параметр.
Setup (Задержка предустановки)Интервал времени от фронта импульса данных до фронта тактового импульса. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
Skew (Рассогласование)Разность времен между ближайшими фронтами двух сигналов тактовой частоты. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
Std dev (Ср.-кв. отклонение)Среднеквадратичное отклонение данных между курсорами — примерно то же, что и rms для сигналов с нулевым средним значением.Дает сходные результаты при применении к кривой во временной области или гистограмме данных той же кривой. Однако в случае гистограмм результат может содержать в себе вклад от нескольких зарегистрированных порций данных.
vi — измеренные значения сигнала
N — количество точек сигнала за найденное количество периодов (до 100).
Стандартный параметр.
TAAСредний размах (разность между значениями пика и впадины) всех локальных особенностей Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
TAA-Средняя отрицательная амплитуда (разность между значениями базовой линии и впадины) всех локальных особенностей Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
TAA+Средняя положительная амплитуда (разность между значениями пика и базовой линии) всех локальных особенностей Можно задавать ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опцией DDM2.
[email protected] (Ошибка временного интервала на заданном уровне)Разность между фактическим временем пересечения заданного фронта на заданном уровне и ожидаемым идеальным временем. Фронт может быть положительный, отрицательный или оба. В качестве единиц измерения результата можно выбрать время или единичный интервал (UI), который соответствует одному периоду сигнала тактовой частоты.
В диалоге Virtual Clock setup можно выбрать стандартный сигнал тактовой частоты (1,544 МГц) или нестандартные сигналы. Можно также использовать математическую систему фазовой автоподстройки частоты Golden FLL, позволяющую отфильтровать низкочастотное дрожание. Частота среза выбирается пользователем.
Частота среза =
= (1 / 1,667·10-3) ? тактовая частота
Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.
[email protected] (Время на заданном уровне)Интервал времени от запуска до момента пересечения сигналом заданного уровня.Интервал времени от запуска до момента пересечения сигналом заданного уровня.Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума.
Стандартный параметр.
Top (Вершина)Верхнее из двух наиболее вероятных состояний (нижнее состояние — base). Является характеристикой прямоугольных сигналов и определяется из статистического распределения значений сигнала.Значение верхнего наиболее вероятного состояния.Дает сходные результаты при применении к осциллограмме во временной области или гистограмме данных той же кривой. Однако в случае гистограмм результат может содержать в себе вклад от нескольких зарегистрированных массивов данных.
Стандартный параметр.
Total Pop (Совокупное наполнение)Совокупное наполнение гистограммы Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.Стандартный параметр в DDA-5005.
Width (Длительность импульса)Длительность периодического сигнала, определяемая по пересечению уровня 50%. Если первое пересечение, следующее за левым курсором, дает положительный фронт, то прибор считает, что сигнал состоит из импульсов положительной полярности, и длительность импульса измеряется как интервал времени между соседними положительным и отрицательным фронтами. И наоборот, если это отрицательный фронт, импульс считаются отрицательными, а за длительность импульса принимается расстояние между соседними отрицательным и положительным фронтом. В обоих случаях окончательный результат получается путем усреднения длительностей всех зарегистрированных импульсов.Длительность первого положительного или отрицательного импульса, усредненная по всем похожим импульсамАналогичен fwhm, однако тот, в отличие от width, применяется только к гистограммам.
Стандартный параметр.
[email protected] (Длительность импульса на заданном уровне)Длительность импульса, измеренная на заданном уровне. Можно устанавливать значения порогов и полярность фронта, а также ширину диапазона гистерезиса, который используется для различения полезных данных и шума. Доступен с опциями DDM2, JTA2 и XMAP.
X at max (X в максимуме)Горизонтальная координата максимального значения между курсорами. Только для осциллограмм во временной и частотной области.
X at min (X в максимуме)Горизонтальная координата минимального значения между курсорами. Только для осциллограмм во временной и частотной области.
X at peak (X в пике)Значение n-го по высоте пика гистограммы. Только для гистограмм.
Доступен с опциями JTA2 и XMAP.

Осциллограф

Осциллограф


    Осциллограф отображает изменение амплитуды и частоты электронных сигналов. Он имеет два входа, канал

A и канал B, таким образом одновременно могут быть два различных сигнала.

Пример работы оссцилографа можно просмотреть здесь

    Вы можете использовать осциллограф для получения графического изображения силы сигнала во времени, или для сравнения формы двух сигналов.

Изменение параметров осциллографа

    Вы можете изменять параметры осциллографа во время работы схемы. Если моделирование остается корректным, вы можете переключать выводы осциллографа к другим точкам схемы. В обоих случаях осциллограф перерисовывает изображение автоматически.

    Если вам нужно время для анализа форм сигнала на осциллографе установите флажок на команде Pause after each screen (Остановка после каждого экрана) в диалоговом окне Analysis Options (Параметры анализа).

   Подсказка: Если вы не видите форму сигнала на осциллографе, переключите триггер в режим Auto (Автоматический).

Указание осей осциллографа

    Оси осциллографа могут быть переключены из режима отображения амплитуды от времени (Y/T) в режим отображения амплитуды одного из каналов от амплитуды другого (A/B или B/A).

    В режиме Y/T ось X отображает время, а ось Y - количество вольт на деление. В режимах A/B и B/A обе оси показывают количество вольт на деление. Например, если вы сравниваете вход канала A с каналом B (A/B), шкала оси X определяется количеством вольт на деление (V/Div.), установленным для канала B, и наоборот.

Развертка по времени

    Установка развертки по времени управляет шкалой горизонтальной оси (оси X) осциллографа когда отображается амплитуда сигналов во времени (Y/T). Значение каждого деления горизонтальной шкалы может изменяться в диапазоне от 0.1 нс. (наносекунды) до 0.5 с.

    Чтобы получить легко читаемое изображение на экране осциллографа, устанавливайте развертку по времени обратно пропорционально установкам функционального генератора. Например, если вы хотите увидеть один период сигнала с частотой 1 кГц, установите развертку по времени равной 0.1 мс (миллисекунды). Один период сигнала с частотой 10 кГц требует развертки по времени равной 0.01 мс.

Установка вольт/деление (V/Div.)

    Установка вольт/деление (V/Div.) определяет шкалу по оси Y. Она также управляет шкалой оси X когда сравниваются сигналы каналов A и B (A/B или B/A). Вы можете изменять значение вольт/деление от 0.01 мВ/дел до 5.0 кВ/дел. Каждый канал моет быть установлен отдельно.

    Для получения легко читаемого изображения установите шкалу в зависимости от ожидаемого напряжения на канале. Переменный входной сигнал амплитудой заполняет экран осциллографа по вертикали если ось Y установлена в 1 В/дел.

Установка позиции оси X

    Установка позиции оси X (X POS) определяет начальную точку на оси X.

    Когда позиция оси X = 0, сигнал начинает отображаться от левой границы экрана осциллографа. Положительное значение сдвигает начальную точку вправо, отрицательное - влево.

Установка позиции оси Y

    Установка позиции оси Y (Y POS) определяет начальную точку на оси Y. Когда позиция оси Y = 0, начальная точка находится на оси X. Значение позиции оси Y может изменяться от -3.00 до 3.00. Значение 1.50, например, перемещает начальную точку на середину между осью X и верхней границей экрана осциллографа.

    Если вы хотите отделить друг от друга формы сигнала каналов A и B для сравнения или детального рассмотрения их, установите значение Y POS для одного или обоих каналов.

Кнопки AC, 0 или DC

    Вы можете указать различное сопряжение осциллографа по входу каждого канала используя кнопки AC, 0 или DC (закрытый вход, выключен, открытый вход). Для просмотра только переменной составляющей сигнала переключите вход в закрытый режим (кнопка AC). Для просмотра полного сигнала (и переменной и постоянной составляющей) переключите вход в открытый режим (кнопка DC). Установка 0 приводит к отображению прямой линии на уровне начальной точки канала Y (Y POS).

   Примечание: не включайте последовательно с измерительными входами осциллографа разделительные конденсаторы. Осциллограф не сможет проследить путь тока, и анализ покажет неправильное включение конденсатора. Используйте вместо этого закрытый режим входов.

Защелкивание

    Установка защелки (trigger) определяет когда сигнал будет отображаться. Если вы не видите сигнал, попытайтесь установить защелку в автоматический режим (Auto).

    Клавиши установки границ определяют будет ли начинаться отображение сигнала по фронту импульса или по его спаду.

    Уровень срабатывания защелки - это точка на оси Y осциллографа, которую должен пересечь сигнал защелки для начала отображения основных сигналов.

    Кнопки Auto, A, B и EXT (автоматический режим, канал A, канал B, внешний сигнал) определяют сигнал, который будет являться сигналом защелки. Используйте автоматический режим (Auto) если вы хотите получить изображение сигнала как можно быстрее или если вы ожидаете прямолинейный сигнал. Нажмите кнопки A или B для использования сигнала на этом канале в качестве сигнала защелки. Кнопка EXT использует внешний сигнал для сигнала защелки. (Если вы используете внешний сигнал защелки, подключите его к выводу trigger на иконке осциллографа).

Заземление

    Точка отсчета для осциллографа в обычном режиме присоединена к заземлению (общему проводу схемы).

    Вам нет необходимости заземлять осциллограф для получения точных результатов. Однако, когда вы пользуетесь осциллографом, сама схема должна быть заземлена.

   Подсказка: если вы хотите использовать точку отсчета отличную от земли (общего провода схемы), присоедините источник (или другие элементы) к выводу заземления осциллографа.

Увеличение экрана осциллографа

    Кнопка Zoom (Увеличить) расширяет графический экран осциллографа и перемещает органы управления в низ окна. Вы можете получить конкретные значения линии сигнала перемещением маркеров в желаемую позицию. Окна под экраном показывают время и изменение сигнала в позициях первого и второго маркеров, а также разницу между этими точками.

Увеличенный экран осциллографа.

Пример работы развернутого осциллографа

Если вы хотите напечатать изображение на экране осциллографа после его увеличения, выберите “X-Y Plot” (Печать области экрана) из диалогового окна Print (Печать). Заметим что на распечатке смещение для каждого канала равно:

 


Сайт создан в системе uCoz

20 самых важных характеристик осциллографов!

Попробуем разобраться в том, какую роль играет полоса пропускания, чувствительность и память осциллографа при измерениях, в каких случаях лучше использовать аналоговые и цифровые, двухканальные и двухлучевые осциллографы, а когда вместо современного стационарного цифрового или портативного осциллографа достаточно иметь под рукой старый советский прибор? Ответы на эти и другие вопросы, а также все типовые заблуждения, связанные с этими приборами, вы найдете в нашей подборке - 20 самых важных характеристик осциллографов!

Когда мы говорим «осциллограф», то представляем себе прибор, на лицевой панели которого расположен экран, отображающий графики входных электрических сигналов (амплитудные и временных характеристики). Однако поскольку видов этих сигналов «великое множество», очевидно, что не может быть одного универсального прибора, способного адекватно показать все. Поэтому, выбирая осциллограф, нужно ориентироваться во всех разновидностях этого «многоликого» по областям применения прибора, чтобы выбрать именно тот, который подходит для решения стоящих перед вами задач. И здесь немудрено запутаться или упустить какие-то моменты, что может привести к покупке «ненужного чуда» электронной техники. А чтобы не попасть впросак, стоит прислушаться к отзывам опытных практиков, помогающим системно подойти к своим запросам и сделать действительно безошибочный выбор. Далее разбираются основные параметры и технические характеристики осциллографов.

1. Чем хорош двухлучевой осциллограф?

Двухлучевой осциллограф позволяет двумя лучами одновременно наблюдать на общей временной развертке два независимых процесса. Двухканальный осциллограф содержит электронный коммутатор, коммутирующий либо намного чаще, чем частота процесса, либо намного реже, чем частота процесса два процесса на один луч. При этом получается, как бы два луча, но график отображается «кусками, хотя, если частота коммутации выбрана верно, то визуально это не заметно. Все это верно до тех пор, пока исследуются строго периодические процессы. Если же процессы импульсные или не строго периодические (форма сигнала отличается в разных периодах или период меняется), качественно наблюдать два таких процесса на двухканальном однолучевом осциллографе невозможно, потому что в каждый момент времени мы видим только кусочек одного процесса. В принципе двухлучевой осциллограф, конечно, намного лучше однолучевого двухканального. У двухлучевого есть и недостаток: вертикальная развертка каждого луча линейна в своей половине экрана, верхнего – в верхней, нижнего – в нижней. При попытке использовать весь экран одним лучом нас ждет разочарование – отклонение луча у двухлучевой ЭЛТ в «чужой» половине экрана существенно нелинейно.

2. Ограничения двухканального (многоканального) осциллографа

Двухканальный (многоканальный) осциллограф отличается от двухлучевого (многолучевого) тем, что у него одновременное наблюдение разных сигналов обеспечивается быстрым переключением с одного канала на другой, т. к. применяется однолучевая трубка. Из-за чего на высоких скоростях развертки он «рвет» сигналы на экране. Двухлучевой (многолучевой) – имеет трубку с несколькими лучами, поэтому он сигналы не «рвет», но стоит обычно дороже.

3. Любой осциллограф – это не измерительный, а наблюдательный прибор

Хотя в цифровых осциллографах используются также измерительные функции (можно, например, проводить измерения амплитуды сигнала и т. д.). У аналоговых осциллографов погрешность по экрану 5-10%. Цифровые, к которым относятся также USB-осциллографы, вроде более точные, но есть такое понятие, как «Вертикальное разрешение». Например, у типового USB-осциллографа – указано 9 бит вертикального разрешения (реально часто – 8 бит). Это значит, что входной сигнал, надо поделить на 2 в 8-й степени, то есть на 256, что при входном сигнале 10 В даст ступеньку в 0,4 В.

4. Цифровой или аналоговый осциллограф?

Выбор «цифровой или аналоговый осциллограф» зависит от характера исследуемых процессов. Цифровой имеет память, широчайшие возможности рассматривать уже зарегистрированные кратковременные сигналы (есть возможность делать их скриншоты), цветной дисплей (что очень способствует восприятию информации), множество способов синхронизации, некоторые возможности обработки сигнала. У аналогового – наименьшие искажения наблюдаемого сигнала, что обычно приводится как основной довод в их пользу. Других, более серьезных доводов обычно не приводят.

5. Цифровой осциллограф не покажет ВЧ импульсы

Еще одна особенность цифровых осциллографов: для наблюдения непрерывного сигнала, и для того, чтобы сильно не увеличивать частоту дискретизации (квантования) по времени (а это необходимо из-за того, что точных быстродействующих АЦП пока еще мало, а то и вовсе нет для решения каких-то задач), часто используются для обработки численные методы (аппроксимация, интерполяция, экстраполяция). Современные микроконтроллеры довольно просто с этой задачей справляются. Но в результате мы видим не настоящий сигнал, а эрзац-сигнал, полученный в результате обработки точечных отсчетов численными методами. То есть мы можем не увидеть на сигнале «иглы» высокочастотных импульсных помех, которые будут прекрасно видны на аналоговом осциллографе.

6. Цифровой осциллограф умеет запоминать сигналы

У цифрового осциллографа дополнительное удобство – он может запоминать сигнал и выводить его на экран в увеличенном масштабе (функция экранной лупы). А также достаточно просто реализуются функции автонастройки на сигнал и измерение параметров сигнала (но это уже в дорогих моделях). Еще одно важное достоинство – просмотр или предварительное (возможно и полное) декодирование промышленных протоколов.

7. Ограничения АЦП цифровых осциллографов

Цифровой осциллограф работает на принципе преобразования аналогового (т. е. непрерывного) сигнала в цифровой (т. е. дискретный) со всеми вытекающими отсюда последствиями: 

  • Для того чтобы передать сигнал как можно точнее, частота дискретизации должна быть намного выше частоты измеряемого сигнала. Т. е. чем больше дискретных отсчетов в единицу времени, тем более непрерывным будет отображение сигнала и более точным его воспроизведение на экране.
  • Дискретизация по уровню измеряемого сигнала (как правило, это напряжение). Чтобы его как можно точнее измерить, надо иметь хорошую дискретизацию по уровню. Допустим, мы имеем АЦП 8-бит. Теоретически он дает 256 уровней сигнала. Т. е. сигнал с амплитудой 10 В он может перевести в цифровой код с точностью 0,04 В, а если у АЦП 10 разрядов (1024 уровня), то мы сможем наблюдать этот же сигнал с точностью 0,01 В (правда, на самом деле точность будет ниже, из-за погрешности самого АЦП).
  • Многолучевым цифровой осциллограф в принципе быть не может.
  • Интерфейс для связи с компьютером имеют не только цифровые, но и многие аналоговые осциллографы.

8. Объем памяти цифрового осциллографа

Объем памяти выборок (в английской технической документации используются термины Record Length – длина записи или Memory Depth – глубина памяти) – третья ключевая характеристика цифровых осциллографов, наряду с полосой пропускания и частотой оцифровки. Суть в том, что это память, работающая на частоте оцифровки. Ее нехватка приводит к тому, что на медленных развертках осциллограф вынужден снижать частоту оцифровки во избежание переполнения памяти. Хотя есть «кривые» попытки обойти эту проблему, например, использованием пик-детектора. Если памяти выборок много (от 1 Мегасемплов), то это производителем специально подчеркивается, а если мало, то всячески замалчивается. Или приводится большой объем памяти, но оказывается, что это просто ОЗУ встроенного процессора, а не быстрая память выборок. Допустим, частота выборок – 500 мегавыборок в секунду (полоса пропускания – 50 МГц, 10 выборок на период). Смотрим сигнал 50 Гц (период 20 мс). За это время осциллограф сделает 10 000 000 выборок. С 8-битным АЦП ему надо запомнить 1 байт на выборку. Итого, чтобы зарисовать этот период, ему нужно либо 10 Мб памяти, либо снижать частоту выборок.

9. «Короткая и длинная» память в цифровом осциллографе

Короткая и длинная память - это «закон сохранения энергии в осциллографе». Если вы используете максимальную частоту дискретизации то у вас «короткая память» будет (извините за выражение), если же частота дискретизации будет в два раза меньше - то у вас память будет «ого-го». Если нужно посмотреть пачку импульсов - используете большую память, если периодический, но высокочастотный сигнал (тем более меандр), то тогда более важна частота дискретизации.

10. Время нарастания входного сигнала

Показатель «Время нарастания входного сигнала» – чем меньше, тем лучше. Это значит, что меньше будет «отгрызаться» начало первого сигнала на экране при внутренней синхронизации, и тем лучше частотные свойства осциллографа.

11. Полоса пропускания цифрового осциллографа

Считается, что для наблюдения цифровых сигналов полоса пропускания осциллографа должна быть в несколько раз выше частоты сигнала (хотя бы втрое), иначе прямоугольный сигнал превращается в «квазисинусоиду» (то есть «заваливаются» фронты). И частота дискретизации должна быть выше хотя бы раз в десять (некоторые даже считают, что это соотношение должно быть не менее 1:20).

12. Как связаны шумы и погрешность Разрешение экрана

Чем выше разрешение экрана, тем больше детализация. Выбирайте разрешение не менее 640 точек по горизонтали и не менее 480 точек по вертикали, многие современные относительно недорогие осциллографы уже имеют такие экраны. Экран должен быть цветным и с малой инерционностью. Черно-белые экраны с большой инерционностью - прошлый век.

13. Как связаны шумы и погрешность Когда нужен осциллограф с логическим анализатором?

Современная прикладная электроника – это в большинстве случаев «смесь цифры с аналогом». Расшифровка протоколов здесь не главное (хотя и не без нее). Но вот, допустим, имеем сигнал ШИМ, который в свою очередь может перейти во что угодно – ток, напряжение, температуру, магнитное поле, обороты и т. д. и т. п. Регулирование этих величин, допустим, выполняется с помощью микроконтроллера посредством какого-либо ПИД-регулятора. Как отрабатывать все тонкости этих процессов? Вот тут и придет на помощь встроенный в осциллограф логический анализатор. Конечно, все то же самое можно делать и отдельным анализатором, и синхронизировать его с аналоговыми сигналами. Но все это вы будете видеть на разных мониторах и засечь, что и после чего изменяется «от цифры в аналоге» уже будет очень неудобно и непродуктивно.

Таким образом, если вы собираетесь рассматривать цифровой и аналоговый сигналы одновременно, например, цифровой сигнал зависит (синхронизирован) от аналогового или наоборот, то лучшим решением будет осциллограф с логическим анализатором на борту или хотя бы с возможностью докупить логический анализатор позже (но нужно, чтобы у покупаемого осциллографа была такая опция). Отдельный логический анализатор удобен для работы с чистой цифрой.

14. Как связаны шумы и погрешность Как связаны шумы и погрешность осциллографа с разрешением экрана?

Шумы осциллографа не имеют никакого отношения к разрешению экрана.  Точно так же и погрешность осциллографа не имеет никакого отношения к разрешению экрана.

15. Эквивалентный режим

Эквивалентный режим используется только для периодических сигналов. Он позволяет повысить частоту дискретизации в десятки раз. Суть в том, что друг за другом делается не одна запись сигнала, а много, но каждый раз с небольшим смещением. Поскольку сигнал все время одинаковый (периодический), потом полученные записи накладывают друг на друга, и получают запись с как-бы очень высокой частотой оцифровки, например 50 ГГц, хотя реальная частота оцифровки была обычная, например 500 МГц. Для однократных сигналов не годится.

16. Режим сегментированной памяти

Некоторые цифровые осциллографы имеют режим сегментированной памяти. То есть их можно оставить работать хоть на неделю, но они будут записывать не весь сигнал, а только его часть, форма которой задается через меню, например, только короткие пики. Таким образом, ни один пик не будет пропущен и будет записан с нужной (высокой) частотой дискретизации. А потом все записанные сегменты (кусочки сигнала) можно разом просмотреть.

17. Минусы портативных осциллографов

У портативных приборов цены выше, а параметры хуже, это известно. В частности, «настольные» осциллографы давно «доросли» до 1-2 мегасемплов (мегабайт) памяти выборок, а у портативных эта память по-прежнему 1-40 килосемплов (килобайт).

18. Что такое мотортестер?

Для диагностики системы зажигания автомобильного двигателя используется мотортестер, представляющий собой многоканальный осциллограф (осциллограф-мультиметр с четырьмя и более каналами), с инсталлированным в нем специальным ПО. К осциллографу подключается комплект датчиков. Мотортестер отображает осциллограмму высокого напряжения системы зажигания и в реальном времени параметры импульсов зажигания, такие как пробивное напряжение, время и напряжение горения искры.

19. Что такое автомобильный диагностический сканер?

Для «общей» автодиагностики применяют диагностический адаптер или CAN-Bus автомобильный диагностический сканер, представляющий собой осциллограф смешанных сигналов – осциллограф со встроенным логическим анализатором, который, используя специальное ПО, выполняет дешифровку протоколов CAN/KWP2000/др. и трактует полученные данные. Система управления современного двигателя, отвечающего строгим нормам токсичности, в качестве главного своего элемента содержит электронный блок управления (ЭБУ). Так вот сканер предназначен именно для работы с ЭБУ, для его «сканирования». А так как сканер работает с блоком, то он позволяет:

  • Наблюдать сигналы с датчиков системы, следить за их изменением во времени.
  • Проверять работу исполнительных механизмов путем приведения их в действие и визуального или другого контроля.
  • Считывать сохраненные системой коды неисправностей.
  • Посмотреть идентификационные данные ЭБУ, системы и т. п.

20. Почему лучше не использовать осциллографы, выпущенные в СССР?

В России до сих пор продаются осциллографы, выпущенные в СССР 25-30 лет назад. Они могут привлечь внимание разве что новичков и не очень требовательных радиолюбителей. Однако опытные практики пишут на страницах интернет-форумов буквально следующее: «Ни в коем случае не советую связываться с советскими приборами, тем более осциллографами, управляемыми микропроцессором. Советские приборы утыканы сбоку и сверху подстроечниками для калибровки. Методика описана в инструкции, обычно довольно бестолковой. Перечень «пороков» советских приборов продолжают габариты, вес и высохшие электролиты».

Примечание.

При подготовке этой статьи использовались отзывы, советы и рекомендации по выбору и работе с электронными осциллографами,  собранные с крупнейших отечественных и зарубежных интернет-форумов.

 

Примеры оборудования:

Основные функции осциллографа

| Осциллографы (или осциллографы) Fluke

проверяют и отображают сигналы напряжения в виде осциллограмм, визуальных представлений изменения напряжения во времени. Сигналы нанесены на график, который показывает, как изменяется сигнал. Вертикальный (Y) доступ представляет собой измерение напряжения, а горизонтальная (X) ось представляет собой время.

Выборка

Выборка - это процесс преобразования части входного сигнала в несколько дискретных электрических величин с целью хранения, обработки и отображения.Величина каждой точки дискретизации равна амплитуде входного сигнала во время дискретизации сигнала.

Форма входного сигнала отображается на экране осциллографа в виде серии точек. Если точки расположены далеко друг от друга и их трудно интерпретировать как сигнал, их можно соединить с помощью процесса, называемого интерполяцией, который соединяет точки с линиями или векторами.

Выборка и интерполяция: выборка показана точками, а интерполяция показана черной линией.

Запуск

Элементы управления запуском позволяют стабилизировать и отображать повторяющийся сигнал.

Запуск по фронту - наиболее распространенная форма запуска. В этом режиме элементы управления уровнем запуска и наклоном обеспечивают основное определение точки запуска. Контроль наклона определяет, находится ли точка запуска на переднем или заднем фронте сигнала, а регулятор уровня определяет, где на фронте возникает точка триггера.

При работе со сложными сигналами, такими как серия импульсов, может потребоваться запуск по ширине импульса.При использовании этого метода и установка уровня запуска, и следующий задний фронт сигнала должны происходить в течение определенного промежутка времени. После выполнения этих двух условий осциллограф запускается.

Другой метод - запуск по одному импульсу, при котором осциллограф отображает кривую только тогда, когда входной сигнал соответствует установленным условиям запуска. Как только условия запуска выполнены, осциллограф регистрирует и обновляет отображение, а затем останавливает отображение, чтобы сохранить кривую.

Связанные ресурсы

Что измеряет осциллограф?

Большинство потребительских товаров включает электронные схемы или компоненты, и осциллограф используется на протяжении всего процесса разработки продукта для тестирования этих компонентов.Но что такое осциллограф? А что измеряет осциллограф?

Осциллограф - это прибор, который графически отображает электрические сигналы и показывает, как эти сигналы меняются с течением времени. Инженеры используют осциллографы для измерения электрических явлений и быстрого тестирования, проверки и отладки схемотехники. Основная функция осциллографа - измерение волн напряжения. Эти волны отображаются на графике, который может многое рассказать о сигнале, например:

  • Время и значения напряжения сигнала.
  • Частота колебательного сигнала.
  • «Движущиеся части» цепи, представленные сигналом.
  • Частота, с которой происходит определенная часть сигнала относительно других частей.
  • Указывает, искажает ли сигнал неисправный компонент.
  • Какая часть сигнала составляет постоянный ток (DC) или переменный ток (AC).
  • Какая часть сигнала является шумом и меняется ли шум со временем.

На самом базовом уровне график, отображаемый на осциллографе, показывает, как сигнал изменяется во времени, при этом напряжение отображается вертикально по оси Y, а время отображается горизонтально по оси X.

Интенсивность или яркость сигнала на дисплее осциллографа иногда называют осью Z. В осциллографах с цифровым люминофором (DPO) ось Z может быть представлена ​​с помощью градации цвета дисплея.

Для получения дополнительной информации о восстановлении сигналов, целостности сигналов и измерениях формы сигналов прочтите об основах работы с осциллографами.

Что измеряет осциллограф?

Хотя осциллографы в первую очередь предназначены для измерения вольт, они могут обнаруживать и измерять множество других сигналов, в том числе:

Текущий

Есть несколько способов использовать осциллограф для измерения тока; можно было бы измерить напряжение, падающее на шунтирующем резисторе.Другой - просто использовать токовый пробник.

Звук

Звук можно измерять с помощью осциллографа. Вам понадобится преобразователь (для «преобразования» аудиосигнала в напряжение), который затем вы подключите к каналу на прицеле. Затем вы отобразите сигнал как соответствующее напряжение в зависимости от времени.

Емкость

Хотя осциллограф не дает прямого измерения емкости, его можно использовать для измерения постоянной времени, чтобы найти фактическую емкость электрической системы или компонента с помощью генератора произвольных функций.

Напряжение постоянного тока

Большинство современных осциллографов позволяют автоматически измерять напряжение постоянного тока. Однако вы можете измерить его вручную, «посчитав» вертикальные сетки и умножив на вольты на деление.

Частота

Как и в случае с постоянным напряжением, большинство современных осциллографов измеряют частоту автоматически. Однако можно вычислить частоту вручную, вычислив период сигнала (с помощью курсоров или горизонтальных сеток) и разделив 1 на период, дающий вам частоту.

Индуктивность

Если у вас нет измерителя LCR, вы можете измерить индуктивность с помощью осциллографа и функционального генератора. Это будет простое измерение с погрешностью от 3 до 5%.

Найдите осциллограф, подходящий для вашего приложения

Не все осциллографы одинаковы. Поэтому, прежде чем решить, в какую машину вложить средства, важно понимать требования вашего проекта и тип осциллографа, который может вам понадобиться для получения наиболее эффективных и точных измерений.

При выборе осциллографа необходимо учитывать ряд факторов, включая полосу пропускания, время нарастания, частоту дискретизации, плотность каналов и совместимые пробники. Прочтите нашу разбивку по выбору осциллографа или изучите нашу полную линейку осциллографов, чтобы найти тот, который подходит для вашего приложения.

Осциллограф

: основы | Руководство по чтению и эксплуатации

Типы волн

Большинство волн можно разделить на следующие типы:

  • Синусоидальные волны.
  • Квадратные и прямоугольные волны.
  • Пилообразные и треугольные волны.
  • Формы ступеней и импульсов.
  • Периодические и непериодические сигналы.
  • Синхронные и асинхронные сигналы.
  • Сложные волны.

Далее мы рассмотрим каждый из этих типов волн.

Синусоидальные волны

Синусоидальная волна является основной формой волны по нескольким причинам. Он обладает гармоничными математическими свойствами »- это та же форма синуса, которую вы, возможно, изучали на уроках тригонометрии.

Напряжение в розетке изменяется синусоидально. Тестовые сигналы, создаваемые осцилляторной схемой генератора сигналов, часто являются синусоидальными волнами.

Большинство источников питания переменного тока генерируют синусоидальные волны (переменный ток означает переменный ток, хотя и переменное напряжение; постоянный ток означает постоянный ток, что означает постоянный ток и напряжение, которое производит батарея.) Затухающая синусоида - это особый случай, когда вы может видеть в цепи, которая колеблется, но со временем стихает.

Квадратные и прямоугольные волны

Прямоугольная волна - еще одна распространенная форма волны.По сути, прямоугольная волна - это напряжение, которое включается и выключается (или повышается и понижается) через определенные промежутки времени. Это стандартная волна для тестирования усилителей. Хорошие усилители увеличивают амплитуду прямоугольной волны с минимальными искажениями.

Телевидение, радио и компьютерные схемы часто используют прямоугольные волны для синхронизации сигналов. Прямоугольная волна похожа на прямоугольную, за исключением того, что высокие и низкие временные интервалы не имеют равной длины. Это особенно важно при анализе цифровых схем.

Пилообразные и треугольные волны

Пилообразные и треугольные волны возникают из-за схем, предназначенных для линейного управления напряжением, таких как горизонтальная развертка аналогового осциллографа или растровая развертка телевизора.

Переходы между уровнями напряжения этих волн изменяются с постоянной скоростью. Эти переходы называются рампами.

Формы ступеней и импульсов

Такие сигналы, как шаги и импульсы, которые возникают редко или непериодически, называются однократными или переходными сигналами.

Шаг указывает на внезапное изменение напряжения, подобное изменению напряжения, которое вы видите, если вы включаете выключатель питания.

Импульс указывает на внезапные изменения напряжения, похожие на изменения напряжения, которые вы видите, если вы включите, а затем снова выключите питание. Импульс может представлять один бит информации, проходящий через компьютерную схему, или это может быть сбой или дефект в цепи.

Набор распространяющихся вместе импульсов создает последовательность импульсов. Цифровые компоненты в компьютере взаимодействуют друг с другом с помощью импульсов.Эти импульсы могут быть в форме последовательного потока данных, или несколько сигнальных линий могут использоваться для представления значения на параллельной шине данных. Импульсы также распространены в рентгеновском, радарном и коммуникационном оборудовании.

Периодические и непериодические сигналы

Повторяющиеся сигналы называются периодическими сигналами, а сигналы, которые постоянно меняются, называются непериодическими сигналами. Неподвижное изображение аналогично периодическому сигналу, в то время как фильм аналогичен непериодическому сигналу.

Синхронные и асинхронные сигналы

Если между двумя сигналами существует временная зависимость, эти сигналы называются синхронными. Сигналы часов, данных и адреса внутри компьютера являются примерами синхронных сигналов.

Асинхронные сигналы - это сигналы, между которыми не существует временной зависимости. Поскольку не существует временной корреляции между нажатием клавиши на клавиатуре компьютера и часами внутри компьютера, эти сигналы считаются асинхронными.

Сложные волны

Некоторые формы сигналов сочетают в себе характеристики синусов, квадратов, ступеней и импульсов для создания сигналов сложной формы. Информация о сигнале может быть встроена в виде изменений амплитуды, фазы и / или частоты.

Например, хотя сигнал на рисунке 6 является обычным композитным видеосигналом, он состоит из множества циклов высокочастотных сигналов, встроенных в низкочастотную огибающую.

В этом примере важно понимать относительные уровни и временные отношения шагов.Для просмотра этого сигнала вам понадобится осциллограф, который фиксирует низкочастотную огибающую и смешивает высокочастотные волны с градацией интенсивности, чтобы вы могли видеть их общую комбинацию в виде изображения, которое можно интерпретировать визуально.

Цифровые люминофорные осциллографы (DPO) лучше всего подходят для просмотра сложных волн, таких как видеосигналы, показанные на рисунке 6. Их дисплеи предоставляют необходимую информацию о частоте появления или градацию интенсивности, которая необходима для понимания формы волны действительно делает.

Некоторые осциллографы могут отображать определенные типы сложных сигналов особым образом. Например, телекоммуникационные данные могут отображаться в виде глазковой диаграммы или диаграммы созвездия:

Рисунок 6 : Составной видеосигнал NTSC является примером сложной волны.

Телекоммуникационные цифровые сигналы данных могут отображаться на осциллографе в виде сигнала особого типа, называемого глазковой диаграммой. Название происходит от сходства формы волны с серией глаз (рис. 7).

Глазковые диаграммы формируются, когда цифровые данные из приемника дискретизируются и подаются на вертикальный вход, а скорость передачи данных используется для запуска горизонтальной развертки. Глазковая диаграмма отображает один бит или единичный интервал данных со всеми возможными краевыми переходами и состояниями, наложенными на одном всеобъемлющем представлении.

Созвездие - это представление сигнала, модулированного схемой цифровой модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция или фазовая манипуляция.

Типы осциллографов | Tektronix

Осциллографы с цифровым люминофором (DPO)

Цифровой люминофорный осциллограф (DPO) предлагает новый подход к архитектуре осциллографа.Эта архитектура позволяет ему предоставлять уникальные возможности сбора и отображения для точного восстановления сигнала. В то время как DSO использует архитектуру последовательной обработки для захвата, отображения и анализа сигналов, DPO использует архитектуру параллельной обработки для выполнения этих функций (рисунок 14).

Рисунок 14 : Архитектура параллельной обработки цифрового люминофорного осциллографа (DPO).

Архитектура DPO выделяет уникальное оборудование ASIC для получения изображений формы волны, обеспечивая высокую скорость захвата формы волны, что приводит к более высокому уровню визуализации сигнала.Эта производительность увеличивает вероятность засвидетельствования переходных процессов, происходящих в цифровых системах, таких как кратковременные импульсы, сбои и ошибки перехода, а также обеспечивает дополнительные возможности анализа.

Архитектура параллельной обработки

Первый (входной) каскад DPO аналогичен каскаду аналогового осциллографа - вертикальному усилителю, а его второй каскад аналогичен каскаду DSO - АЦП. Но DPO значительно отличается от своих предшественников аналого-цифровым преобразованием.

Для любого осциллографа - аналогового, DSO или DPO - всегда есть время задержки, в течение которого прибор обрабатывает самые последние полученные данные, сбрасывает систему и ожидает следующего триггерного события. В это время осциллограф не видит никакой активности сигнала. Вероятность увидеть нечастое или редко повторяющееся событие уменьшается с увеличением времени задержки.

Невозможно определить вероятность захвата, просто глядя на частоту обновления дисплея.Если вы полагаетесь исключительно на частоту обновления, легко ошибиться, полагая, что осциллограф фиксирует всю необходимую информацию о форме сигнала, хотя на самом деле это не так.

DSO последовательно обрабатывает захваченные сигналы. Скорость микропроцессора является узким местом в этом процессе, поскольку ограничивает скорость захвата формы сигнала. DPO преобразует данные оцифрованных сигналов в базу данных цифрового люминофора. Каждую 1/30 секунды - примерно так быстро, как человеческий глаз может это воспринимать - моментальный снимок сигнального изображения, который хранится в базе данных, конвейерно направляется непосредственно на дисплей.Эта прямая растеризация данных формы сигнала и прямое копирование в отображаемую память из базы данных устраняет узкое место обработки данных, присущее другим архитектурам. Результатом является улучшенное обновление дисплея в режиме реального времени. Детали сигнала, периодические события и динамические характеристики сигнала фиксируются в режиме реального времени. Микропроцессор DPO работает параллельно с этой интегрированной системой сбора данных для управления отображением, автоматизации измерений и управления приборами, поэтому он не влияет на скорость сбора данных осциллографом.

DPO точно имитирует лучшие характеристики отображения аналогового осциллографа, отображая сигнал в трех измерениях: время, амплитуда и распределение амплитуды во времени. Все в реальном времени.

В отличие от аналогового осциллографа, использующего химический люминофор, в DPO используется чисто электронный цифровой люминофор, который фактически является постоянно обновляемой базой данных. В этой базе данных есть отдельная «ячейка» информации для каждого пикселя на экране осциллографа. Каждый раз при захвате формы сигнала - другими словами, при каждом запуске осциллографа - он отображается в ячейки базы данных цифрового люминофора.Каждая ячейка, представляющая место на экране и затрагиваемая осциллограммой, подкрепляется информацией об интенсивности, в то время как другие ячейки - нет. Таким образом, информация об интенсивности накапливается в ячейках, где форма волны проходит чаще всего.

Когда база данных цифрового люминофора подается на дисплей осциллографа, на нем отображаются области усиленной формы волны, пропорциональные частоте появления сигнала в каждой точке, подобно характеристикам градации интенсивности аналогового осциллографа.DPO также позволяет отображать информацию о различной частоте появления на дисплее в виде контрастных цветов, в отличие от аналогового осциллографа. С DPO легко увидеть разницу между сигналом, который возникает почти при каждом запуске, и сигналом, который возникает, скажем, при каждом сотом запуске.

DPO устраняет барьер между аналоговыми и цифровыми осциллографами. Они одинаково подходят для просмотра высоких и низких частот, повторяющихся сигналов, переходных процессов и изменений сигнала в режиме реального времени.Только DPO обеспечивает ось Z (интенсивность) в реальном времени, чего нет в обычных DSO.

DPO идеально подходит для тех, кому нужен лучший универсальный инструмент для проектирования и поиска и устранения неисправностей для широкого спектра приложений (рис. 15). DPO является образцом для расширенного анализа, тестирования коммуникационной маски, цифровой отладки прерывистых сигналов, повторяющегося цифрового проектирования. и приложения времени.

Рисунок 15 : Некоторые DPO могут регистрировать миллионы сигналов всего за секунды, что значительно увеличивает вероятность захвата прерывистых и неуловимых событий и выявления динамического поведения сигнала.

Осциллограф

: основы | Руководство по чтению и эксплуатации

Типы волн

Большинство волн можно разделить на следующие типы:

  • Синусоидальные волны.
  • Квадратные и прямоугольные волны.
  • Пилообразные и треугольные волны.
  • Формы ступеней и импульсов.
  • Периодические и непериодические сигналы.
  • Синхронные и асинхронные сигналы.
  • Сложные волны.

Далее мы рассмотрим каждый из этих типов волн.

Синусоидальные волны

Синусоидальная волна является основной формой волны по нескольким причинам. Он обладает гармоничными математическими свойствами. "Это та же форма синуса, которую вы, возможно, изучали в классе тригонометрии.

Напряжение в розетке меняется как синусоида. Тестовые сигналы, создаваемые схемой генератора сигналов, часто имеют синусоидальный характер волны.

Большинство источников питания переменного тока излучают синусоидальные волны (переменный ток означает переменный ток, хотя и переменное напряжение; постоянный ток означает постоянный ток, что означает постоянный ток и напряжение, которое производит батарея.Затухающая синусоида - это особый случай, который вы можете увидеть в цепи, которая колеблется, но со временем спадает.

Квадратные и прямоугольные волны

Прямоугольная волна - еще одна распространенная форма волны. По сути, прямоугольная волна - это напряжение, которое включается и выключается (или повышается и понижается) через определенные промежутки времени. Это стандартная волна для тестирования усилителей. Хорошие усилители увеличивают амплитуду прямоугольной волны с минимальными искажениями.

Телевидение, радио и компьютерные схемы часто используют прямоугольные волны для синхронизации сигналов.Прямоугольная волна похожа на прямоугольную, за исключением того, что высокие и низкие временные интервалы не имеют равной длины. Это особенно важно при анализе цифровых схем.

Пилообразные и треугольные волны

Пилообразные и треугольные волны возникают из-за схем, предназначенных для линейного управления напряжением, таких как горизонтальная развертка аналогового осциллографа или растровая развертка телевизора.

Переходы между уровнями напряжения этих волн изменяются с постоянной скоростью.Эти переходы называются рампами.

Формы ступеней и импульсов

Такие сигналы, как шаги и импульсы, которые возникают редко или непериодически, называются однократными или переходными сигналами.

Шаг указывает на внезапное изменение напряжения, подобное изменению напряжения, которое вы видите, если вы включаете выключатель питания.

Импульс указывает на внезапные изменения напряжения, похожие на изменения напряжения, которые вы видите, если вы включите, а затем снова выключите питание. Импульс может представлять один бит информации, проходящий через компьютерную схему, или это может быть сбой или дефект в цепи.

Набор распространяющихся вместе импульсов создает последовательность импульсов. Цифровые компоненты в компьютере взаимодействуют друг с другом с помощью импульсов. Эти импульсы могут быть в форме последовательного потока данных, или несколько сигнальных линий могут использоваться для представления значения на параллельной шине данных. Импульсы также распространены в рентгеновском, радарном и коммуникационном оборудовании.

Периодические и непериодические сигналы

Повторяющиеся сигналы называются периодическими сигналами, а сигналы, которые постоянно меняются, называются непериодическими сигналами.Неподвижное изображение аналогично периодическому сигналу, в то время как фильм аналогичен непериодическому сигналу.

Синхронные и асинхронные сигналы

Если между двумя сигналами существует временная зависимость, эти сигналы называются синхронными. Сигналы часов, данных и адреса внутри компьютера являются примерами синхронных сигналов.

Асинхронные сигналы - это сигналы, между которыми не существует временной зависимости. Поскольку не существует временной корреляции между нажатием клавиши на клавиатуре компьютера и часами внутри компьютера, эти сигналы считаются асинхронными.

Сложные волны

Некоторые формы сигналов сочетают в себе характеристики синусов, квадратов, ступеней и импульсов для создания сигналов сложной формы. Информация о сигнале может быть встроена в виде изменений амплитуды, фазы и / или частоты.

Например, хотя сигнал на рисунке 6 является обычным композитным видеосигналом, он состоит из множества циклов высокочастотных сигналов, встроенных в низкочастотную огибающую.

В этом примере важно понимать относительные уровни и временные отношения шагов.Для просмотра этого сигнала вам понадобится осциллограф, который фиксирует низкочастотную огибающую и смешивает высокочастотные волны с градацией интенсивности, чтобы вы могли видеть их общую комбинацию в виде изображения, которое можно интерпретировать визуально.

Цифровые люминофорные осциллографы (DPO) лучше всего подходят для просмотра сложных волн, таких как видеосигналы, показанные на рисунке 6. Их дисплеи предоставляют необходимую информацию о частоте появления или градацию интенсивности, которая необходима для понимания формы волны действительно делает.

Некоторые осциллографы могут отображать определенные типы сложных сигналов особым образом. Например, телекоммуникационные данные могут отображаться в виде глазковой диаграммы или диаграммы созвездия:

Рисунок 6 : Составной видеосигнал NTSC является примером сложной волны.

Телекоммуникационные цифровые сигналы данных могут отображаться на осциллографе в виде сигнала особого типа, называемого глазковой диаграммой. Название происходит от сходства формы волны с серией глаз (рис. 7).

Глазковые диаграммы формируются, когда цифровые данные из приемника дискретизируются и подаются на вертикальный вход, а скорость передачи данных используется для запуска горизонтальной развертки. Глазковая диаграмма отображает один бит или единичный интервал данных со всеми возможными краевыми переходами и состояниями, наложенными на одном всеобъемлющем представлении.

Созвездие - это представление сигнала, модулированного схемой цифровой модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция или фазовая манипуляция.

オ シ ロ ス コ ー プ 入門 |テ ク ト ロ ニ ク ス

波形 の 種類

ほ と ん ど の 波 は 、 以下 の 種類 に 分 け ら れ ま す。

  • 正弦波
  • 方形 波 と 矩形 波
  • の こ ぎ り 波 と 三角 波
  • ス テ ッ プ と パ ル ス
  • 周期 的 な 信号 と 非 周期 的 な 信号
  • 同期 信号 と 非 同期 信号
  • 複 雑 な 波形

次 に そ れ ぞ れ の 波形 を 見 て い き ま す。

正弦波

「正弦波 は 、 い く つ か で 基本 的 な 波 と 言。 正弦波 は 、 的 に た 性質 をと 同 じ で す 。.

AC コ ン セ ン ト の 電 正弦波 で す。 シ グ ジ ェ ネ レ ー タ の オ シ ー タ 回路 で さ ス も

ほ と ん ど の AC 電源 は 正弦 波 す。 (は安定 し た 電流 、 電 ま。) 「減 衰 正弦波」 と と も に す 特別 な 正弦波 で す。

方形 波 と 矩形 波

も な じ の 波 で す。 方形 波 は 的 に は 規則 的 な 間隔 で す る (を使用 さ れ ま す。 高性能 の い 増 幅 器 は 、 方形 波 を 少 な 歪 み で 増 幅 ま す。

テ レ ビ, ラ ジ オ, コ ン ピ ュ ー タ な ど の 回路 で は, タ イ ミ ン グ 信号 と し て 方形 波 が よ く 使 用 さ れ ま す 「矩形 波」 は, 高低 の 時間 間隔 が 1: 1. で な い こ と を 除 け ば, 方形 波 と 似 て い ま す。 こ れ は 、 デ ジ タ ル 回路 を 解析 す る と き に 特 に 重 に な り ま す。

の こ ぎ り 波 と 三角 波

「三角」 と 「の こ ぎ」 は 、 ア ナ ロ グ ロ コ ー プ の 水平 テ レ ビ の の

電 圧 は 一定 の 割 ま す。 こ の 変 化 ラ ン プ 」と 呼 び ま す。

ス テ ッ プ と パ ル ス

ス テ ッ プ や パ ル ス の よ う に め っ た に 発 生 し な い 波形 や, 定期 的 に は 発 生 し な い 波形 を, 「単 発 信号」 ま た は 「ト ラ ン ジ ェ ン ト 信号」 と 呼 び ま す.

ス テ ッ プ 波形 は, 電源 ス イ ッ チ を 入 れ た と き な ど に 見ら れ る 電 圧 の 急 激 な 変 化 を 示 し ま す.

パ ル ス 波形 は, 電源 ス イ ッ チ を オ ン に し て す ぐ に オ フ に し た と き な ど に 見 ら れ る, 急 激 な 電 圧 の 変 化 の 際 に 得 ら れ ま す. パ ル ス は コ ン ピ ュ ー タ 回路 内を 移動 す る 1 ビ ッ ト の 情報 で あ る こ と も あ り, ま た 回路 内 の グ リ ッ チ (欠 陥) で あ る 場合 も あ り ま す. 多 く の パ ル ス が た く さ ん 連 続 す る と, パ ル ス 列 に な り ま す. コ ン ピ ュ ー タ の デ ジ タ ル · コ ン ポ ー ネ ン ト 間 の 通信 は, パ ル ス を 使用 し て 行 わ れ ま す. パ ル ス は, シ リ ア ル · デ ー タ · ス ト リ ー ム の 形式 や に な っ た り, 複 数 の 信号 線 に よ り が 集 ま っ て 特定 の 値 を と る パ ラ レ ル · デ ー タ · バ ス の 形式 に な り ま す.な っ た り し ま す。 か 、 パ ル ス は X 線 装置 、 ー ダ 、 通信 機器 さ て い ま す。

周期 信号 と 非 周期 信号

波形 が 同 じ 間隔 繰 返 す 」、 常 に 変 わ る 信号 を「 非 周期 信号 と い い ま す。 は 静止

同期 信号 と 非 同期 信号

2 つ の 信号 の タ イ ミ が 一致 し て い る と き 、 の 2 つ の 信号 は 「同期」 し る と い い す ン ピ

互 い の タ イ ミ ン グ に 関係 が な い 2 信号 の 関係 を, 「非 同期」 と い い ま す. コ ン ピ ュ ー タ の キ ー ボ ー ド を 打 つ 動作 と, コ ン ピ ュ ー タ 内 部 の ク ロ ッ ク に は 時間 的 な 関係 が な い の で, こ れ ら は 非 同期 と み な さ れま す。

複 雑 な 波形

信号 の 中 に は 、 正弦波 、 方形 ス テ ッ プ 、 パ ル な 在 し た 波形 も あ り す。 信号 情報 は 000 き

例 え ば, 図 6 は 通常 の コ ン ポ ジ ッ ト · ビ デ オ 信号 で す が, 低 周波 の 「エ ン ベ ロ ー プ (包 絡 線)」 の 上 に 高 周 波 成分 の 信号 が 重 畳 さ れ て い ま す.

こ の よ う な 波形 で は, ス テ ッ プ間 の 相 対 的 な レ ベ ル タ イ ミ ン グ の 関係 を に 重要 で す う な 信号 を 、 低輝 度 の 濃淡 と し て 表現 で き る オ シ ロ ス コ ー プ が 必要 で す.

図 6 に 示 す よ う な ビ デ オ 信号 な ど の 複 雑 な 波形 の 観 測 に は, デ ジ タ ル · フ ォ ス フ ァ · オ シ ロ ス コ ー プ が 適 し て い ま す. デ ジ タ ル · フ ォ ス フ ァ · オ シ ロ ス コ ー プ に は,頻 度 情報 を 、 輝 度 階 調 で 表現 き る 機能 が あ る た 真 実 の 波形 を 理解 す る 、 非常 に 重要 で す。

も あ り ま す。 例 え え ば 、 ム 通信 用 の デ ー タ ア イ ・ パ タ ー ン ま コ ン ス タ レ シ ・ ダ

図 6 : 複 雑 な 波形 の 例 : NTSC コ ン ポ ジ ッ ト デ オ 信号

テ レ コ ム 通信 の デ ジ タ ル · デ ー タ 信号 は, オ シ ロ ス コ ー プ 上 で は 「ア イ · パ タ ー ン」, あ る い は 「ア イ · ダ イ ア グ ラ ム」 と 呼 ば れ る 特殊 な 波形 で 表示 さ れ ま す. こ の 名 前 は, 波形 が 人間 の 目 の よ う な 形状 で あ るこ と か ら き て い ま す (図 7 を 参 照).

ア イ · パ タ ー ン は, レ シ ー バ か ら の デ ジ タ ル · デ ー タ を 垂直 入 力 に, デ ー タ · レ ー ト を 水平 掃 引 の ト リ ガ と し て 使用 す る こ と で 表示 さ れ ま す. ア イ · パ タ ー ン表示 で は, 1 ビ ッ ト ま た は 1UI (ユ ニ ッ ト · イ ン タ ー バ ル) の 中 に す べ て の エ ッ ジ が 含 ま れ た 状態 で 表示 さ れ ま す.

コ ン ス タ レ ー シ ョ ン · ダ イ ア グ ラ ム は, 直交 振幅 変 調 や 位相 シ フ ト · キ ー イ ン グ な ど の デ ジ タ ル 変 調 方式に よ る 信号 を 表 し た も の ​​で す。

Как использовать осциллограф

Введение

Вы когда-нибудь обнаруживали, что при поиске неисправностей в цепи вам требуется больше информации, чем может предоставить простой мультиметр? Если вам нужно получить такую ​​информацию, как частота, шум, амплитуда или любые другие характеристики, которые могут измениться со временем, вам понадобится осциллограф!

О-образные диафрагмы

- важный инструмент в лаборатории любого инженера-электрика.Они позволяют видеть электрические сигналы , поскольку они меняются во времени, что может иметь решающее значение для диагностики, почему ваша схема таймера 555 не мигает правильно или почему ваш генератор шума не достигает максимальных уровней раздражения.

Цифровое аналоговое открытие 2

В наличии TOL-13929

Digilent Analog Discovery 2 - это USB-осциллограф и многофункциональный прибор, который позволяет пользователям измерять, контролировать…

14

HAMlab - 160-6 10 Вт

Осталось всего 3! WRL-15001

HAMlab - это полнофункциональный SDR-трансивер с диапазоном 160-10 м и выходной мощностью 10 Вт, построенный на платформе STEMlab…

описано в этом учебном пособии

Целью данного руководства является ознакомление с концепциями, терминологией и системами управления осциллографов.Он разбит на следующие разделы:

  • Основы O-Scopes - Введение в осциллографы, что они измеряют и почему мы их используем.
  • Oscilloscope Lexicon - Словарь некоторых наиболее распространенных характеристик осциллографов.
  • Анатомия осциллографа - Обзор наиболее важных систем осциллографа - экрана, элементов управления по горизонтали и вертикали, триггеров и пробников.
  • Использование осциллографа - Советы и рекомендации для тех, кто впервые использует осциллограф.

Мы будем использовать Gratten GA1102CAL - удобный цифровой осциллограф среднего уровня - в качестве основы для обсуждения осциллографа. Другие o-области могут выглядеть иначе, но все они должны иметь одинаковый набор механизмов управления и интерфейса.

Рекомендуемая литература

Прежде чем продолжить изучение этого руководства, вы должны быть знакомы с приведенными ниже концепциями. Ознакомьтесь с руководством, если хотите узнать больше!

Видео


Основы O-Scopes

Основное назначение осциллографа - графическое изображение электрического сигнала, изменяющегося во времени .Большинство осциллографов создают двумерный график со временем по оси x и напряжением по оси y .

Пример дисплея осциллографа. Сигнал (в данном случае желтая синусоида) отображается на горизонтальной оси времени и вертикальной оси напряжения.

Элементы управления, окружающие экран осциллографа, позволяют регулировать масштаб графика как по вертикали, так и по горизонтали, что позволяет увеличивать и уменьшать масштаб сигнала.Также имеются элементы управления для установки спускового крючка на прицеле, который помогает сфокусировать и стабилизировать изображение.

Что могут измерить прицелы?

В дополнение к этим основным функциям многие осциллографы имеют инструменты измерения, которые помогают быстро определять частоту, амплитуду и другие характеристики формы сигнала. Как правило, осциллограф может измерять характеристики как по времени, так и по напряжению:

  • Временные характеристики :
    • Частота и период - Частота определяется как количество повторений сигнала в секунду.И период является обратной величиной (количество секунд, которое занимает каждый повторяющийся сигнал). Максимальная частота, которую может измерить осциллограф, варьируется, но часто она находится в диапазоне 100 МГц (1E6 Гц).
    • Рабочий цикл - Процент периода, в течение которого волна является либо положительной, либо отрицательной (есть как положительные, так и отрицательные рабочие циклы). Рабочий цикл - это коэффициент, который показывает, как долго сигнал «включен» по сравнению с тем, как долго он «выключен» в каждом периоде.
    • Время нарастания и спада - Сигналы не могут мгновенно переходить от 0 В до 5 В, они должны плавно нарастать.Продолжительность волны, идущей от нижней точки к верхней точке, называется временем нарастания, а время спада измеряет обратное. Эти характеристики важны при рассмотрении того, насколько быстро цепь может реагировать на сигналы.
  • Характеристики напряжения :
    • Амплитуда - Амплитуда - это мера величины сигнала. Существует множество измерений амплитуды, включая размах амплитуды, который измеряет абсолютную разницу между точкой высокого и низкого напряжения сигнала.С другой стороны, пиковая амплитуда измеряет только то, насколько высокий или низкий сигнал превышает 0 В.
    • Максимальное и минимальное напряжение - осциллограф может точно сказать вам, насколько высоким и низким становится напряжение вашего сигнала.
    • Среднее и среднее напряжение - Осциллографы могут вычислять среднее или среднее значение вашего сигнала, а также могут сообщать вам среднее значение минимального и максимального напряжения вашего сигнала.

Когда использовать O-Scope

o-scope полезен в различных ситуациях поиска и устранения неисправностей, в том числе:

  • Определение частоты и амплитуды сигнала, которые могут иметь решающее значение при отладке входа, выхода или внутренних систем схемы.По этому вы можете определить, неисправен ли какой-либо компонент в вашей цепи.
  • Определение уровня шума в вашей цепи.
  • Определение формы волны - синус, квадрат, треугольник, пилообразная, сложная и т. Д.
  • Количественное определение разности фаз между двумя разными сигналами.

Осциллограф Lexicon

Научиться пользоваться осциллографом - значит познакомиться с целым словарем терминов.На этой странице мы познакомим вас с некоторыми важными модными словечками o-scope, с которыми вам следует ознакомиться, прежде чем включать его.

Основные характеристики осциллографа

Некоторые прицелы лучше других. Эти характеристики помогают определить, насколько хорошо вы можете ожидать от прицела:

  • Полоса пропускания - Осциллографы чаще всего используются для измерения сигналов определенной частоты. Однако ни один прицел не идеален: у всех есть пределы того, насколько быстро они могут видеть изменение сигнала.Полоса пропускания осциллографа определяет диапазон частот , который он может надежно измерить.
  • Сравнение цифровых и аналоговых - Как и большинство других электронных устройств, осциллографы могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые осциллографы используют электронный луч для прямого отображения входного напряжения на дисплей. Цифровые осциллографы включают микроконтроллеры, которые отбирают входной сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя и отображают это показание на дисплее. Как правило, аналоговые осциллографы старше, имеют меньшую полосу пропускания и меньше функций, но они могут иметь более быстрый отклик (и выглядеть намного круче).
  • Количество каналов - Многие осциллографы могут считывать более одного сигнала одновременно, отображая их все на экране одновременно. Каждый сигнал, считываемый осциллографом, подается в отдельный канал. Очень распространены осциллографы от двух до четырех каналов.
  • Частота дискретизации - Эта характеристика уникальна для цифровых осциллографов, она определяет, сколько раз в секунду считывается сигнал. Для осциллографов с более чем одним каналом это значение может уменьшиться, если используется несколько каналов.
  • Время нарастания - Указанное время нарастания осциллографа определяет самый быстрый нарастающий импульс, который он может измерить. Время нарастания осциллографа очень тесно связано с полосой пропускания. Его можно рассчитать как Время нарастания = 0,35 / Пропускная способность .
  • Максимальное входное напряжение - Каждая электроника имеет свои пределы, когда дело касается высокого напряжения. Все осциллографы должны быть рассчитаны на максимальное входное напряжение. Если ваш сигнал превышает это напряжение, есть большая вероятность, что прицел будет поврежден.
  • Разрешение - разрешение осциллографа показывает, насколько точно он может измерять входное напряжение. Это значение может изменяться при настройке вертикального масштаба.
  • Вертикальная чувствительность - Это значение представляет собой минимальное и максимальное значения вертикальной шкалы напряжения. Это значение указано в вольтах на деление.
  • Временная база - Временная база обычно указывает диапазон чувствительности на горизонтальной оси времени. Это значение указывается в секундах на каждый div.
  • Входное сопротивление - Когда частота сигнала становится очень высокой, даже небольшой импеданс (сопротивление, емкость или индуктивность), добавленный к цепи, может повлиять на сигнал. Каждый осциллограф добавляет к цепи, которую он считывает, определенное сопротивление, называемое входным сопротивлением. Входные импедансы обычно представлены в виде большого резистивного сопротивления (> 1 МОм), подключенного параллельно (||), с малой емкостью (в диапазоне пФ). Влияние входного импеданса более очевидно при измерении очень высокочастотных сигналов, и пробник, который вы используете, может помочь его компенсировать.

На примере GA1102CAL приведены характеристики, которые можно ожидать от прицела среднего класса:

905 906 905 905 905 / дел.
Характеристика Значение
Пропускная способность 100 МГц
Частота дискретизации 1 Гвыб / с (1E9 выборок в секунду)
Время нарастания канала
Максимальное входное напряжение 400 В
Разрешение 8 бит
Вертикальная чувствительность 2 мВ / дел - 5 В / дел
Временная развертка
Входное сопротивление 1 МОм ± 3% || 16 пФ ± 3 пФ

Понимая эти характеристики, вы сможете выбрать осциллограф, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.Но вам все равно нужно знать, как им пользоваться ... на следующей странице!


Анатомия O-Scope

Хотя никакие осциллографы не создаются абсолютно равными, все они должны иметь некоторые общие черты, которые заставляют их функционировать одинаково. На этой странице мы обсудим несколько наиболее распространенных систем осциллографа: дисплей, горизонтальную, вертикальную, триггер и входы.

Дисплей

Осциллограф бесполезен, если он не может отображать информацию, которую вы пытаетесь проверить, что делает дисплей одним из наиболее важных разделов осциллографа.

Каждый дисплей осциллографа должен быть пересечен горизонтальными и вертикальными линиями, называемыми делениями . Масштаб этих делений изменен с помощью горизонтальной и вертикальной систем. Вертикальная система измеряется в «вольтах на деление», а горизонтальная - в «секундах на деление». Как правило, прицелы имеют 8-10 делений по вертикали (напряжение) и 10-14 делений по горизонтали (секунд).

Старые осциллографы (особенно аналоговые) обычно имеют простой монохромный дисплей, хотя интенсивность волны может варьироваться.Более современные осциллографы оснащены многоцветными ЖК-экранами, которые очень помогают отображать более одной формы сигнала за раз.

Многие дисплеи осциллографа расположены рядом с набором из пяти кнопок - сбоку или под дисплеем. Эти кнопки могут использоваться для навигации по меню и управления настройками осциллографа.

Вертикальная система

Вертикальная секция осциллографа контролирует шкалу напряжения на дисплее. В этом разделе традиционно есть две ручки, которые позволяют индивидуально управлять вертикальным положением и вольт / дел.

Более критическая ручка вольт на деление позволяет установить вертикальный масштаб на экране. Вращение ручки по часовой стрелке уменьшает масштаб, а против часовой стрелки - увеличивает. Меньший масштаб - меньшее количество вольт на деление экрана - означает, что вы в большей степени «увеличиваете масштаб» формы сигнала.

Дисплей GA1102, например, имеет 8 вертикальных делений, а ручка вольт / дел может выбрать шкалу от 2 мВ / дел до 5 В / дел. Таким образом, при полном увеличении до 2 мВ / дел на дисплее может отображаться осциллограмма 16 мВ сверху вниз.Полностью уменьшенный, осциллограф может отображать сигнал в диапазоне более 40 В. (Зонд, как мы обсудим ниже, может еще больше увеличить этот диапазон.)

Положение Ручка управляет вертикальным смещением формы сигнала на экране. Поверните ручку по часовой стрелке, и волна будет двигаться вниз, против часовой стрелки - вверх по дисплею. Вы можете использовать ручку положения, чтобы сместить часть сигнала за пределы экрана.

Используя одновременно ручки положения и вольт / деления, вы можете увеличить только крошечную часть сигнала, которая вас больше всего волнует.Если бы у вас был прямоугольный сигнал 5 В, но вы заботились только о том, насколько он звенел по краям, вы могли бы увеличить нарастающий фронт, используя обе ручки.

Горизонтальная система

Горизонтальная часть осциллографа контролирует шкалу времени на экране. Как и в вертикальной системе, горизонтальный элемент управления дает вам две ручки: положение и секунды / дел.

Ручка секунд на деление (с / дел) вращается для увеличения или уменьшения горизонтального масштаба.Если вы вращаете ручку s / div по часовой стрелке, количество секунд, которое представляет каждое деление, уменьшится - вы «увеличите масштаб» временной шкалы. Поверните против часовой стрелки, чтобы увеличить шкалу времени и показать на экране большее количество времени.

Если снова использовать GA1102 в качестве примера, дисплей имеет 14 горизонтальных делений и может отображать от 2 нс до 50 с на деление. Таким образом, при полном увеличении по горизонтали осциллограф может отображать 28 нс формы волны, а при увеличении масштаба он может отображать сигнал, когда он изменяется в течение 700 секунд.

Регулятор положения позволяет перемещать форму сигнала вправо или влево от дисплея, регулируя горизонтальное смещение .

Используя горизонтальную систему, вы можете настроить , сколько периодов осциллограммы вы хотите видеть. Вы можете уменьшить масштаб и показать несколько пиков и впадин сигнала:

Или вы можете увеличить масштаб и использовать ручку положения, чтобы показать только крошечную часть волны:

Система запуска

Секция триггера предназначена для стабилизации и фокусировки осциллографа.Триггер сообщает осциллографу, какие части сигнала «запускать» и начинать измерение. Если ваша форма волны периодическая , триггером можно управлять, чтобы дисплей оставался статичным и устойчивым. Плохо инициированная волна приведет к возникновению таких широких волн, как это:

Секция триггера осциллографа обычно состоит из ручки уровня и набора кнопок для выбора источника и типа триггера. Регулятор уровня можно повернуть для установки триггера на определенную точку напряжения.

Ряд кнопок и экранных меню составляют остальную часть триггерной системы. Их основное назначение - выбор источника и режима запуска. Существует множество типов триггеров , которые определяют способ активации триггера:

  • Спусковой механизм Edge - это самая простая форма спускового крючка. Он заставит осциллограф начать измерение, когда напряжение сигнала перейдет на определенный уровень. Триггер по фронту может быть настроен на захват нарастающего или спадающего фронта (или обоих).
  • Импульс , запуск сообщает осциллографу ввести заданный «импульс» напряжения. Вы можете указать длительность и направление импульса. Например, это может быть крошечный скачок 0 В -> 5 В -> 0 В, или это может быть секундный провал с 5 В на 0 В, обратно на 5 В.
  • Триггер по наклону может быть настроен на запуск осциллографа по положительному или отрицательному наклону в течение определенного периода времени.
  • Существуют более сложные триггеры, позволяющие сосредоточиться на стандартизированных формах сигналов, передающих видеоданные, например NTSC или PAL .Эти волны используют уникальный шаблон синхронизации в начале каждого кадра.

Обычно вы также можете выбрать режим запуска , который, по сути, сообщает осциллографу, насколько сильно вы относитесь к триггеру. В режиме автоматического запуска осциллограф может попытаться нарисовать вашу форму волны, даже если он не запускается. Нормальный режим будет рисовать вашу волну, только если видит указанный триггер. И single mode ищет указанный вами триггер, когда он его видит, он рисует вашу волну, а затем останавливается.

Зонды

Осциллограф хорош только в том случае, если вы действительно можете подключить его к сигналу, а для этого вам нужны пробники. Пробники - это устройства с одним входом, которые направляют сигнал от вашей схемы к осциллографу. У них есть острый наконечник , который исследует точку на вашей цепи. Наконечник также может быть оснащен крючками, пинцетом или зажимами, чтобы упростить фиксацию на цепи. Каждый пробник также включает зажим заземления , который следует надежно прикрепить к общей точке заземления на тестируемой цепи.

Хотя пробники могут показаться простыми устройствами, которые просто подключаются к вашей цепи и передают сигнал в осциллограф, на самом деле существует много вещей, которые нужно учитывать при проектировании и выборе пробников.

В оптимальном случае зонд должен быть невидимым - он не должен влиять на ваш тестируемый сигнал. К сожалению, все длинные провода обладают собственной индуктивностью, емкостью и сопротивлением, поэтому, несмотря ни на что, они будут влиять на показания осциллографа (особенно на высоких частотах).

Существует множество типов пробников, наиболее распространенным из которых является пассивный пробник , входящий в состав большинства прицелов.Большинство «штатных» пассивных пробников - это с ослабленным сигналом . Ослабляющие пробники имеют большое сопротивление, намеренно встроенное и шунтируемое небольшим конденсатором, что помогает минимизировать влияние длинного кабеля на нагрузку вашей цепи. Этот ослабленный пробник, подключенный последовательно к входному сопротивлению осциллографа , будет создавать делитель напряжения между вашим сигналом и входом осциллографа.

Большинство пробников имеют резистор 9 МОм для ослабления, который в сочетании со стандартным входным сопротивлением 1 МОм на осциллографе создает делитель напряжения 1/10.Эти зонды обычно называют 10X аттенуированными зондами . Многие пробники включают переключатель для выбора между 10X и 1X (без затухания).

Аттенуированные пробники отлично подходят для повышения точности на высоких частотах, но они также уменьшат амплитуду вашего сигнала. Если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам, возможно, придется использовать пробник 1X. Вам также может потребоваться выбрать настройку на вашем осциллографе, чтобы сообщить ему, что вы используете ослабленный зонд, хотя многие осциллографы могут это обнаружить автоматически.

Помимо пассивного аттенуированного пробника, существует множество других пробников. Активные пробники - это пробники с питанием (для них требуется отдельный источник питания), которые могут усилить ваш сигнал или даже предварительно обработать его, прежде чем он попадет в ваш осциллограф. Хотя большинство пробников предназначены для измерения напряжения, существуют пробники, предназначенные для измерения переменного или постоянного тока. Токовые пробники уникальны, потому что они часто зажимают провод, фактически не контактируя с цепью.


Использование осциллографа

Бесконечное разнообразие сигналов означает, что вы никогда не сможете использовать один и тот же осциллограф дважды. Но есть несколько шагов, на выполнение которых вы можете рассчитывать практически каждый раз, когда тестируете схему. На этой странице мы покажем пример сигнала и шаги, необходимые для его измерения.

Выбор и настройка датчика

Во-первых, вам нужно выбрать зонд. Для большинства сигналов простой пассивный пробник , входящий в комплект поставки осциллографа, будет работать идеально.

Затем, прежде чем подключать его к осциллографу, установите ослабление на пробнике. 10X - наиболее распространенный коэффициент затухания - обычно является наиболее всесторонним выбором. Однако, если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам может потребоваться использовать 1X.

Подсоедините зонд и включите осциллограф

Подключите пробник к первому каналу осциллографа и включите его. Наберитесь здесь терпения, некоторые осциллографы загружаются так же долго, как и старый компьютер.

При загрузке осциллографа вы должны увидеть деления, масштаб и зашумленную ровную линию формы волны.

На экране также должны отображаться ранее установленные значения времени и вольт на деление. Игнорируя пока эти шкалы, внесите эти настройки, чтобы поместить ваш прицел в стандартную настройку :

  • Включите канал 1 и выключите канал 2.
  • Установите канал 1 на Соединение по постоянному току .
  • Установите источник запуска на канал 1 - без внешнего источника или запуска по альтернативному каналу.
  • Установите для типа триггера нарастающий фронт, а для режима триггера установите автоматический (в отличие от одиночного).
  • Убедитесь, что коэффициент ослабления пробника на вашем прицеле соответствует настройке на вашем щупе (например, 1X, 10X).

Для получения помощи по настройке этих параметров обратитесь к руководству пользователя осциллографа (например, к руководству GA1102CAL).

Проверка датчика

Давайте подключим этот канал к значимому сигналу. Большинство осциллографов будут иметь встроенный генератор частоты , который излучает надежную волну заданной частоты - на GA1102CAL в правом нижнем углу передней панели имеется прямоугольный сигнал с частотой 1 кГц.Выход генератора частоты имеет два отдельных проводника - один для сигнала и один для заземления. Подключите заземляющий зажим пробника к земле, а наконечник пробника к выходу сигнала.

Как только вы подключите обе части зонда, вы должны увидеть, как сигнал начинает танцевать по вашему экрану. Попробуйте поиграть с помощью системных регуляторов горизонтального и вертикального , 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 повернуть ручку положения триггера на . Убедитесь, что триггер не выше самого высокого пика сигнала . По умолчанию тип триггера должен быть установлен по фронту, что обычно является хорошим выбором для таких прямоугольных волн.

Попробуйте повозиться с этими ручками, чтобы отобразить на экране один период вашей волны.

Или попробуйте уменьшить масштаб временной шкалы, чтобы отобразить десятки квадратов.

Компенсация затухающего пробника

Если ваш датчик настроен на 10X, и у вас нет идеально прямоугольной формы волны, как показано выше, вам может потребоваться компенсировать ваш датчик . Большинство пробников имеют утопленную головку винта, которую можно повернуть, чтобы отрегулировать шунтирующую емкость пробника.

Попробуйте использовать небольшую отвертку, чтобы повернуть этот триммер, и посмотрите, что происходит с осциллограммой.

Отрегулируйте подстроечный колпачок на ручке зонда так, чтобы получился прямоугольный сигнал с прямым краем и .Компенсация необходима только в том случае, если ваш зонд ослаблен (например, 10X), и в этом случае это критично (особенно если вы не знаете, кто использовал ваш осциллограф последним!).

Наконечники для пробников, запуска и масштабирования

После того, как вы скомпенсировали зонд, пришло время измерить реальный сигнал! Иди найди источник сигнала (генератор частоты ?, Террор-Мин?) И возвращайся.

Первый ключ к зондированию сигнала - найти прочную и надежную 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 пробников существуют в различных форм-факторах - подпружиненный зажим, острие, крючки и т. Д. - постарайтесь найти тот, который не требует от вас постоянного удерживания его на месте.

⚡ Внимание! Будьте осторожны при установке заземляющего зажима при проверке неизолированной цепи (например, без батарейного питания или при использовании изолированного источника питания). При проверке цепи, заземленной на сетевую землю, обязательно подключите заземляющий зажим к стороне цепи , подключенной к сетевой земле .Это почти всегда отрицательная сторона цепи / земля, но иногда может быть и другая точка. Если точка, к которой подключен заземляющий зажим, имеет разность потенциалов, вы создадите прямое короткое замыкание и можете повредить вашу схему, осциллограф и, возможно, вас самих! 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 начать с настройки горизонтального и вертикального масштабов, по крайней мере, так, чтобы приблизиться к вашему сигналу.Если вы исследуете прямоугольную волну 5 В и 1 кГц, вам, вероятно, понадобится значение вольта на деление где-то около 0,5-1 В и установите секунды / деление примерно на 100 мкс (14 делений покажут примерно полтора периода).

Если часть вашей волны поднимается или опускается на экране, вы можете отрегулировать вертикальное положение , чтобы переместить его вверх или вниз. Если ваш сигнал является чисто постоянным током, вы можете настроить уровень 0 В в нижней части дисплея.

После того, как вы настроите весы, возможно, потребуется запуск сигнала для вашей формы волны. Запуск по фронту - когда осциллограф пытается начать сканирование, когда видит повышение (или падение) напряжения выше заданного значения, - это самый простой в использовании тип. Используя триггер по фронту, попробуйте установить уровень триггера на точку на вашей форме сигнала, которая видит только нарастающий фронт один раз за период .

Теперь просто масштабируйте , позиционируйте, запускайте и повторяйте , пока не получите именно то, что вам нужно.

Отмерь дважды, отрежь один раз

Когда сигнал определяется, запускается и масштабируется, наступает время для измерения переходных процессов, периодов и других свойств формы сигнала.У некоторых осциллографов больше инструментов измерения, чем у других, но все они, по крайней мере, будут иметь деления, по которым вы сможете по крайней мере оценить амплитуду и частоту.

Многие осциллографы поддерживают различные инструменты автоматического измерения, они могут даже постоянно отображать самую важную информацию, например частоту. Чтобы получить максимальную отдачу от своей области действия, вы захотите изучить все функции измерения , которые он поддерживает. Большинство осциллографов автоматически рассчитают частоту, амплитуду, рабочий цикл, среднее напряжение и множество других волновых характеристик.

Используя инструменты измерения осциллографа, найдите V PP , V Max , частоту, период и рабочий цикл.

Третий измерительный инструмент, который предоставляют многие прицелы, - это курсоров . Курсоры - это подвижные маркеры на экране, которые можно размещать либо на оси времени, либо на оси напряжения. Курсоры обычно бывают парами, поэтому вы можете измерить разницу между ними.

Измерение звона прямоугольной волны курсорами.

После того, как вы измерили искомую величину, вы можете приступить к корректировке вашей схемы и еще раз измерить! Некоторые осциллографы также поддерживают с сохранением , с сохранением или с сохранением осциллограммы, поэтому вы можете вспомнить его и вспомнить те старые добрые времена, когда вы определяли этот сигнал.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *