Триггер в осциллографе для чего нужен
Основы использования осциллографов, анализаторов спектра и генераторов
Работа с осциллографом.
Всё начинается с измерительного щупа!
Провод щупа коаксиальный. Центральная жила щупа сигнальная, оплётка земля (минус или общий провод).
На некоторых щупах, особенно на современных осциллографах, внутри встроен делитель напряжения (1:10 или 1:100), который позволяет измерять широкий диапазон напряжений. Перед проведением измерений обращайте внимание на положение тумблера на щупе, во избежании ошибок измерения.
В осциллографах имеется внутренний генератор меандра, сигнал которого выведен на переднюю панель, на клемму «калибровка». Калибровочный сигнал предусмотрен специально для подстройки компенсационной емкости. Частота этого сигнала обычно равна 1кГц, при размахе в 1В. Щуп подключается к клемме «калибровка» и подстраивается для получения наиболее правильной формы сигнала.
Подключаем щуп к осциллографу.
Вход осциллографа может быть закрытым или открытым. Это позволяет подключать сигнал к усилителю Y либо напрямую, либо через разделительный конденсатор. Если вход открытый, то на усилитель Y будет подана и постоянная составляющая и переменная. Если закрытый только переменная.
Пример 1. Нам нужно посмотреть уровень пульсаций блока питания. Допустим, что напряжение блока питания 12 вольта. Величина пульсаций может быть не более 100 милливольт. На фоне 12 вольт пульсации будут совсем незаметны. В таком случае мы используем закрытый вход. Конденсатор отфильтровывает постоянное напряжение. На усилитель Y поступает только переменный сигнал. Теперь пульсации можно усилить и проанализировать!
Ручка Усиление масштабирует сигнал по оси Y. Она определяет цену деления одной клетки по вертикали в вольтах.
Ручка Длительность масштабирует сигнал по оси X. Она определяет цену деления одной клетки по горизонтали в секундах.
Пример 2. Основываясь на значениях которые указывают эти ручки и количество клеток занимаемых сигналом можно определить временные параметры сигнала в секундах и его амплитуду в вольтах. Основываясь на этих данных можно вычислить длительность импульса, паузы, периода и частоту сигнала.
Режим развёртки определяет поведение осциллографа. Предполагается три режима: автоматический (AUTO), ждущий (Normal), и однократный (Single).
Автоматический режим позволяет получать изображения входного сигнала даже когда не происходит выполнения условий запуска. Осциллограф ожидает выполнения условий запуска в течении определённого периода времени и при отсутствии требуемого пускового сигнала производит автоматический запуск регистрации.
Ждущий режим позволяет осциллографу регистрировать форму сигналов только при выполнении условий запуска. При отсутствии выполнения этих условий осциллограф ждёт их появления, на экране сохраняется предыдущая осциллограмма, если она была зарегистрирована.
В режиме однократной регистрации после нажатия кнопки RUN/STOP осциллограф будет ожидать выполнения условий запуска. При их выполнении осциллограф произведёт однократную регистрацию и остановится.
Осциллограф поддерживает ряд видов запуска развёртки : запуск по фронту, запуск по срезу, запуск произвольным фронтом.
Уровень запуска – это значение напряжения, по достижении которого осциллограф начинает прорисовывать осциллограмму.
Работа с анализатором спектра.
Существует общая методика исследования сигналов, которая основана на разложении сигналов в ряд Фурье при помощи алгоритма быстрого вычисления дискретного преобразования Фурье, Fast Fourier Transform ( FFT ).
Данная методика основывается на том, что всегда можно подобрать ряд сигналов с такими амплитудами, частотами и начальными фазами, алгебраическая сумма которых в любой момент времени равняется величине исследуемого сигнала.
Благодаря этому стало возможным анализировать спектр сигналов в реальном времени.
На его вход поступает исследуемый сигнал. Анализатор выбирает из сигнала последовательные интервалы («окна»), в которых будет вычисляться спектр, и производит FFT в каждом окне для получения амплитудного спектра.
Вычисленный спектр отображается в виде графика зависимости амплитуды от частоты.
Для достижения более высокого частотного разрешения приходится анализировать более длинные участки сигнала.
Когда нужно проанализировать быстрые изменения в сигнале, длину окна выбирают маленькой. В этом случае разрешение анализа по времени увеличивается, а по частоте – уменьшается. Таким образом, разрешение анализа по частоте обратно пропорционально разрешению по времени.
Один из простейших сигналов – синусоидальный. Как будет выглядеть его спектр на FFT-анализаторе? Оказывается, это зависит от его частоты. FFT раскладывает сигнал не по тем частотам, которые на самом деле присутствуют в сигнале, а по фиксированной равномерной сетке частот.
Если частота тона совпадает с одной из частот сетки FFT, то спектр будет выглядеть «идеально»: единственный острый пик укажет на частоту и амплитуду тона.
Если же частота тона не совпадает ни с одной из частот сетки FFT, то FFT «соберёт» тон из имеющихся в сетке частот, скомбинированных с различными весами. График спектра при этом размывается по частоте. Такое размытие обычно нежелательно, так как оно может закрыть собой более слабые сигналы на соседних частотах.
Чтобы уменьшить эффект размытия спектра, сигнал перед вычислением FFT умножается на весовые окна – гладкие функции спадающие к краям интервала.
Они уменьшают размытие спектра за счёт некоторого ухудшения частотного разрешения.
Простейшее окно – прямоугольное: это константа 1, не меняющая сигнала. Оно эквивалентно отсутствию весового окна.
Весовые окна различаются по двум основным параметрам: степени расширения главного пика и степени подавления размытия спектра («боковых лепестков»). Чем сильнее мы хотим подавить боковые лепестки, тем шире будет основной пик. Прямоугольное окно меньше всего размывает верхушку пика, но имеет самые высокие боковые лепестки.
Окно Кайзера обладает параметром, который позволяет выбирать нужную степень подавления боковых лепестков.
Чтобы компенсировать расширение пиков при применении весовых окон, можно использовать более длинные окна FFT: например, не 4096, а 8192 отсчета. Это улучшит разрешение анализа по частоте, но ухудшит по времени.
Работа с генератором сигналов.
Когда речь идёт об измерительной технике, то первое, что приходит в голову, это, как правило, осциллограф или логический анализатор ( регистрирующие приборы ).
Однако эти приборы способны выполнять измерения лишь в том случае, если на них поступает сигнал.
Можно привести множество примеров, когда такой сигнал отсутствует, пока на исследуемое устройство не будет подан внешний сигнал.
Пример. Нужно измерить характеристики разрабатываемой схемы и убедиться, что она соответствует требованиям.
Поэтому набор приборов для измерения характеристик электронных схем должен включать в себя источники воздействующего сигнала и регистрирующие приборы.
Генератор сигналов представляет собой источник воздействующего сигнала.
В зависимости от конфигурации генератор может формировать аналоговые сигналы, цифровые последовательности, модулированные сигналы, преднамеренные искажения, шум и многое другое.
Генератор может создавать «идеальные» сигналы или добавлять к сигналу заданные искажения или ошибки нужной величины и типа.
Сигналы могут иметь всевозможные формы:
К сигналам сложной формы относятся:
Одной из разновидностей генераторов является генератор качающейся частоты. Это особый вид генератора сигналов, в котором частота выходного сигнала плавно изменяется в определенном интервале, а затем быстро возвращается к начальному значению. В это время амплитуда выходного сигнала остается постоянной.
Если в распоряжении радиолюбителя есть осциллограф, то пользуясь им совместно с генератором качающейся частоты можно легко проверить и настроить кварцевые, электромеханические и LC-фильтры, радиочастотный и ПЧ тракты приемника или передатчика, исследовать АЧХ радио- и телеаппаратуры в широком интервале частот.
Результаты сравнения технических характеристик и внутреннее устройство измерительного комплекса будут подробно описаны в следующем видео.
Электроника для всех
Блог о электронике
Использование осциллографа
Страшный прибор, да? Куча ручек, каких то кнопочек, да еще экран и нифига не понятно что тут да зачем. Ничего, сейчас исправим. Сейчас я тебе расскажу как пользоваться осциллографом.
Как всегда, поясню на отвлеченном примере.
Представь, что ты стоишь перед железной дорогой, а мимо тебя с бешеной скоростью мчится бесконечный поезд состоящий из совершенно одинаковых вагонов. Если просто на них стоять и смотреть, то ничего кроме размытой фигни ты не увидишь.
А теперь ставим перед тобой стенку с окошком. И начинаем открывать окошко только тогда, когда очередной вагон будет в том же положении, что и предыдущий. Так как у нас вагоны все одинаковые, то тебе совершенно необязательно видеть один и тот же вагон. В результате картинки разных, но идентичных вагонов будут выскакивать перед твоими глазами в одном и том же положении, а значит картинка как бы остановится. Главное это синхронизировать открытие окошка со скоростью поезда, чтобы при открытии положение вагона не менялось. Если скорость не совпадет, то вагоны будут «двигаться» либо вперед, либо назад со скоростью, зависящую от степени рассинхронизации.
На этом же принципе построен стробоскоп — девайс, позволяющий разглядывать быстро движущиеся или вращающиеся хреновины. Там тоже шторка быстро-быстро открывается и закрывается.
Принцип работы
Дальше все просто, если начало появления периода пилы (луч в крайне левом положении) и начало периода сигнала совпадают, то за один проход развертки нарисуется один или несколько периодов измеряемого сигнала и картинка как бы остановится. Меняя скорость развертки можно добиться того, что на экране вообще останется только один период — то есть за один период пилы пройдет один период измеряемого сигнала. 
Развертка осциллографа во времени
В топку теорию, переходим к практике.
Показывать буду на примере своего осциллографа, спертого когда то давно с оборонного предприятия КБ «Ротор» :). Обычный осцил, не шибко навороченный, но надежный и простой как кувалда.
Мой верный осциллограф
Итак:
Яркость, фокус и освещение шкалы думаю не требуют пояснений. Это настройки интерфейса.
Усилитель У и стрелочки вверх вниз. Эта ручка позволяет гонять изображение сигнала вверх или вниз. Добавляя ему дополнительное смещение. Зачем? Да иногда не хватает размера экрана, чтобы вместить весь сигнал. Приходится его загонять вниз, принимая за ноль не середину, а нижнюю границу.
Ниже идет тумблер переключающий ввод с прямого, на емкостный. Этот тумблер в том или ином виде есть на всех без исключения осциллографах.
Две здоровенные крутилки Усиление и Длительность
Длительность определяет частоту развертки. Чем короче интервал, чем больше частота, тем более высокочастотный сигнал ты сможешь разглядеть. Тут клеточки проградуированы уже в милли и микросекундах. Так что по ширине сигнала ты можешь посчитать сколько он клеток, а умножив его на масштаб по оси Х получишь длительность сигнала в секундах. Также можно посчитать длительность одного периода, а зная длительность легко найти частоту сигнала f=1/t
Верхняя пипка на крутилках позволяет менять масштаб плавно. Обычно у меня она стоит на щелчке, чтобы я всегда четко знал какой у меня масштаб.
Также там есть вход Х на который можно подать свой сигнал, вместо пилы развертки. Таким образом осциллограф может послужить телевизором или монитором, если собрать схему которая будет формировать изображение.
Крутилка с надписью Развертка и стрелочками влево и вправо позволяет гонять график по экрану влево и вправо. Удобно иногда бывает, чтобы подогнать нужный участок под деления сетки.
Как только появилась полоса, то выстави крутилками смещения её на ноль. Если у тебя аналоговый осцил, особенно если древний, то дай ему прогреться. У моего после включения ноль плавает еще минут пятнадцать.
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
84 thoughts on “Использование осциллографа”
Вот думаю компьютерный осцил в буке заюзать,не подскжете програмку поудобнее и несложную приставку на вход?
Как триггер осциллографа действительно работает?
Я пытаюсь узнать больше о цифровых осциллографах, особенно о триггерах. Вот как я думаю, что триггер работает: допустим, я установил триггер в граничный режим и уровень 5V. Когда измеренный сигнал достигает 5 В, активируется АЦП прицела, и он начинает выборку сигнала. Некоторое количество точек данных собрано, и они нанесены на экран. Затем наступает небольшое «мертвое время», после которого область снова ожидает выполнения условия запуска, и снова собирается то же количество точек данных. Теперь они должны совпадать с предыдущим набором семплов, и поэтому вывод области видимости будет стабильным на экране.
Из общего интереса давайте вернемся назад во времени и поговорим о том, как работал запуск аналогового осциллографа.
Поскольку дисплей напрямую переводит напряжение в положение точки, это достаточно просто сделать для вертикальной (например, величины) величины трассы. Вы просто буферизуете и усиливаете входной сигнал по мере необходимости и применяете его к вертикальным отклоняющим пластинам.
Горизонтальная развертка внутренне контролируется напряжением, накопленным на конденсаторе (который затем усиливается для возбуждения пластин таким же образом, как и вертикальные пластинки). Подметание было выполнено источником тока, который заряжает этот конденсатор. Когда вы меняли горизонтальную временную базу, вы меняли зарядный ток или переключали значение конденсатора.
Триггер работал, в основном, закорачивая конденсатор, поэтому луч (который образует точку) фиксируется в одной позиции в X. Когда происходит событие триггера, он щелкает защелкой в осциллографе, и интегратор конденсатора начинает накапливаться, что генерирует линейную развертку по экрану.
Как только заряд конденсатора достигает определенного напряжения, развертка обрабатывается как «выполнено», заряд в конденсаторе сбрасывается с помощью электронного переключателя, и тогда система готова к другому событию запуска.
Это актуально, потому что большая часть языка, который окружает запуск осциллографа, происходит от аналоговых осциллографов. «Мертвое время» заключается в том, что для аналогового осциллографа требуется ненулевой период времени для разряда конденсатора горизонтальной развертки. Вполне возможно создать цифровой осциллограф, у которого нет мертвого времени.
Тангенс:
То, что вы должны сделать, это использовать линию задержки, чтобы, ну, в общем, задержать входной сигнал и использовать отдельный вход триггера для фактического триггера. Делая это, вы эффективно сдвигаете время начала трассировки на любое время, на которое задерживается линия задержки (обычно до нескольких сотен наносекунд).
Недостатком этой техники является то, что вам нужен специализированный виджет (линия задержки). Обычно они имеют фиксированную задержку и могут влиять на ваш сигнал в зависимости от их полосы пропускания и характеристик.
Когда измеренный сигнал достигает 5 В, активируется АЦП прицела, и он начинает выборку сигнала. Некоторое количество точек данных собрано, и они нанесены на экран.
АЦП прицела постоянно работает и собирает данные. Триггер контролирует то, что отображается.
Затем наступает небольшое «мертвое время», после которого область снова ожидает выполнения условия запуска, и снова собирается то же количество точек данных. Теперь они должны совпадать с предыдущим набором семплов, и поэтому вывод области видимости будет стабильным на экране.
Дело в том, что это не всегда так с моим осциллографом. Иногда напряжение в начале координат не равно уровню триггера, и сигнал даже медленно дрейфует в любом направлении. Что вызывает дрейф сигнала, даже если установлен триггер?
t = 0 ‘ role=»presentation» style=»position: relative;»> T знак равно 0
Область непрерывно захватывает данные, но отображает данные только тогда, когда полученные данные удовлетворяют условиям запуска. В зависимости от вашего горизонтального положения количество отображаемых данных после запуска или до запуска будет меняться.
В то время как базовые USB-осциллографы используют непрерывный программный \ цифровой запуск, это не то, как работают настольные прицелы. Слишком большая аналоговая полоса пропускания на высоких скоростях, чтобы можно было контролировать всю информацию с помощью АЦП. Тем более что современные прицелы имеют расширенные возможности запуска.
Современные осциллографы имеют компараторы, которые сравнивают входное напряжение с заданным уровнем, а затем запускают его. На высоких скоростях АЦП может не отставать от данных, но их обработка становится проблемой, поэтому при срабатывании область показывает только данные АЦП вокруг точки запуска.
Иногда напряжение в начале координат не равно уровню триггера, и сигнал даже медленно дрейфует в любом направлении. Что вызывает дрейф сигнала, даже если установлен триггер?
Маленькая стрелка определяет, где срабатывает уровень срабатывания прицела.
Если вы используете кнопку горизонтального положения, вы можете переместить триггерную точку влево и получить больше данных вправо. Поскольку большинство людей интересуются тем, что происходит до запуска, осциллографы также это показывают.
Что вызывает дрейф сигнала, даже если установлен триггер?
Вот как я думаю, что триггер работает: допустим, я установил триггер в граничный режим и уровень 5V. Когда измеренный сигнал достигает 5 В, активируется АЦП прицела, и он начинает выборку сигнала. Некоторое количество точек данных собрано, и они нанесены на экран. Затем наступает небольшое «мертвое время», после которого область снова ожидает выполнения условия запуска, и снова собирается то же количество точек данных. Теперь они должны совпадать с предыдущим набором семплов, и поэтому вывод области видимости будет стабильным на экране.
Так работали старые аналоговые прицелы. Цифровые прицелы разные. АЦП непрерывно записывает данные в буфер. Сначала он игнорирует триггер до тех пор, пока не будет заполнен буфер «pre-trigger». Затем он непрерывно перезаписывает этот буфер при поиске условия запуска. Когда триггер найден, область действия заполняет оставшуюся часть буфера и отображает весь буфер. Таким образом, триггерная точка может быть размещена в любом месте на дисплее области. Напротив, точка запуска в аналоговых областях не столь гибкая и, как правило, может быть размещена только с левой стороны дисплея. С помощью линий задержки его можно перенести на дисплей за несколько нс.
На вашем снимке экрана сигнал действительно пересекает точку запуска, которая обозначена маленькими стрелками уровня и положения триггера, и это именно то, что вы ожидаете увидеть.
В некоторых областях (особенно в областях более высокого уровня) путь запуска может быть отделен от пути получения. В этом случае сигналы запуска поступают из компараторов, и калибровка может дрейфовать между АЦП и компаратором запуска, поэтому уровень запуска и, возможно, положение не так точны, как должно быть.
Опять же, в цифровой области действия захват является непрерывным, и область поддерживает буфер предварительного запуска, который постоянно обновляется до тех пор, пока не возникнет условие запуска. Это чрезвычайно мощная функция, так как она позволяет вам посмотреть, что предшествовало некоторому событию, что вообще невозможно сделать с аналоговыми областями (если вы не можете вставить достаточно длительную задержку во входные данные, которая реально достигает нескольких наносекунд).
Осциллограф — понятие и конструкция прибора
Настройка
Перед работой с прибором производят калибровку его входов при помощи встроенного калибратора. Осуществляя калибровку высокочастотных моделей, используют кабель с двумя разъёмами. Разъёмы подключаются к выходу калибратора и входу прибора. Калибруя низкочастотные устройства, нужно кратковременно приставить щуп к выходу калибратора. Далее выполняются следующие шаги:
При чувствительности канала в 250 мВ сигнал амплитудой 1В занимает 4 деления шкалы. Если это так, то калибровка устройства произведена.
Как он функционирует
Сердце всех осциллографов – электронно-лучевая трубка. Это, можно сказать, радиолампа, следовательно, внутри находится вакуум. На катоде происходит излучение электронов. При помощи фокусирующей системы производится формирование тонкого луча из этих электронов. Внутренняя часть экрана покрыта ровным слоем люминофора. Он при воздействии электронов начинает светиться. Глядя снаружи на экран, можно видеть посредине светлую точку.
В электронно-лучевой трубке имеется две пары пластинок, которые направляют электронный луч в нужную сторону. Причем его отклонение происходит в перпендикулярных (взаимно) направлениях. Если говорить проще, то получается две координатные системы. Чтобы наблюдать за напряжением на экране трубки, нужно:
Синхронные и асинхронные триггеры
Эти группы созданы по принципу зависимости состояний выхода от синхроимпульсов.
Асинхронные триггеры
Изделия данного типа изменяют состояние хранящейся информации после поступления соответствующих данных на вход. Незначительная задержка объясняется временем прохождения сигнала по цепи переключающих элементов схемы.
Синхронные триггеры с динамическим тактированием
В этой группе представлены изделия, управляемые синхроимпульсами. Переключение состояния выполняется по переднему или заднему фронту. При отсутствии активности на C данные сохраняются в неизменном состоянии, вне зависимости от поступления новой информации.
Применение осциллографа
Осциллограф предназначен для изучения различных взаимосвязей между несколькими величинами. Отображаемая на экране осциллограмма показывает как изменяется форма напряжения во времени
Так, по ней можно легко определить полярность, амплитуду, длительность, скважность и частоту сигнала
В грубом приближении осциллограф работает как графический вольтметр. Он измеряет сигнал и выводит его форму на дисплей. Устройством можно измерить даже напряжение высокой частоты. Его основное назначение заключается использование поиска неисправностей в сложных радиоэлектронных схемах или исследовательских измерениях. Например, с помощью него возможно:
Таким образом, осциллограф нужен для того, чтобы можно было наглядно наблюдать колебания электротехнического сигнала, а также видеть помехи и искажения, тем самым определяя неисправный элемент в различных узлах по форме входного и выходного импульса. Кроме этого, осциллограф широко применяется при диагностике электродвигателей. Изучая генерации, возникающие при работе мотора, можно вычислить неисправность катализатора, выявить увеличенный подсос воздуха, отследить сигналы с различных датчиков.
Развертка
Движение луча ЭЛТ по горизонтальной оси при отсутствии исследуемого сигнала на информационных входах называется разверткой, при подаче он будет развернут на временном интервале.
Принцип работы регулятора развертки
Развертка создается с помощью генератора, работа которого зависит от выбранного режима внутренней или внешней синхронизации. Внутренняя – частота задается вручную или синхронизируется с питающей сетью, внешняя – запуск генератора от входного импульса, различают запуск по фронту, спаду или от стороннего источника. Регулятор развертки служит для увеличения/уменьшения периода отображения сигнала.
Блок управления параметрами синхронизации
Позволяет установить значение напряжения исследуемого сигнала и момент (фронт/спад), когда следует запускать генератор
Правильная регулировка позволит добиться стабильного изображения, что важно для снятия данных
Совет. От устойчивости картинки зависит погрешность измерения – она должна быть качественной.
Дополнительные возможности и советы
Осциллографы могут быть двулучевыми. Двулучевые осциллографы необходимы для построения изображений большего количества сигналов. Эти устройства имеют в своей комплектации специальную ЭЛТ с двумя лучами. Конструкция её состоит из стеклянной колбы, в которой есть две системы отклоняющихся пластин, независимые друг от друга.
Один сигнал выбирают главным, по нему синхронизируют осциллограф и относительно главного сигнала наблюдают за остальными. Для увеличения входного диапазона используются входные делители 1:10 или 1:100, поднимающие верхнее допустимое значение до 10 или 100 раз. Это нужно учитывать в дальнейших расчётах, чтобы не допустить ошибки. Наличие входного делителя при этом увеличивает и входное сопротивление.
Цифровые осциллографы не требуют подсчёта амплитуд и частот вручную. Эти значения выводятся на экран. Более того, изображение можно занести в память и распечатать.
Когда нет дополнительных входов Y, для определения фазовых сдвигов нужен осциллограф с входом Х, у которого отключён внутренний генератор развёртки. Тогда, подавая колебания на эти входы, фазы и частоты можно сравнивать по «фигурам Лиссажу».
Основные параметры осциллографа
Осциллограф имеет ряд характеристик, которые помогают лучше определить его области применения.
Сопротивление входа
Большинство осциллографов имеют сопротивление входа 1 МОм. Это нужно для того, что вход самого устройства не искажал схему. Для этого его сопротивление должно быть достаточно большим.
Верхняя граница частоты исследуемого сигнала
Это тоже очень важный параметр. Сейчас осциллографы могут работать с колебаниями частот в гигагерцах. И имеется в виду не только частота сигнала, но так же длительность его фронта и спад определённых импульсов. Другими словами, время измерения амплитуды.
Особенно это полезно при исследовании сигналов, не обладающих формой синусоида. В сигнале больше гармонических составляющих с большой частотой, когда форма сигнала близится к прямоугольной. И входные цепи должны быть рассчитаны на такие частоты. Иначе задняя и передняя стенки импульсов на изображении будут искажены. Форма импульса не будет соответствовать действительности, хотя частота будет верной.
Здесь важно учесть, что при исследовании прямоугольных колебаний максимально допустимая частота осциллографа должна превосходить частоту сигнала в несколько раз
Допустимые значения уровня
Понятно, что колебания малого уровня едва ли вызовут отклонения пучка электронно-лучевой трубки. Да и выйти из границ допустимых пределов разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя частот тоже. Высокие значения в свою очередь могут вызвать множество реакций, от искажений изображения до выведения из строя входных цепей всего устройства.
Виды амперметров
Классифицировать устройства можно по способу индикации. Наиболее широко распространены аналоговые амперметры – с градуированной шкалой, по которой движется стрелка. Современные приборы имеют цифровой дисплей, на котором отображается значение величины тока.
Приборы со стрелочной головкой
Стрелочные амперметры постепенно исчезают. Они отличаются более сложным устройством, чем современные модели, и обладают ограниченной областью применения. Еще один недостаток – меньший срок работы из-за наличия большего количества механических деталей. При этом современные условия иногда требуют измерения меньших величин, чем требуется для отклонения стрелки даже на одно деление. Из-за этого стрелочные приборы приходится модифицировать усилителями сигнала.
Интересно. Долгое время эти приборы не имели аналогов – точность измерений была достаточно высокой. Однако развитие электротехнической промышленности позволило разработать более дешевые в изготовлении приборы.
Принцип действия стрелочной головки
Еще одна сложность при использовании стрелочного амперметра – принцип работы стрелки, отличающийся в разных системах измерения:
Во всех типах прибора используется корректор – специальный винт, соединенный с пружиной. Он необходим для установки стрелки в нулевое положение.
Игнорирование начальной регулировки может привести к неправильному отображению величины измеряемого тока, так как стартовое положение стрелки будет находиться левее нуля.
Приборы с цифровым индикатором
Цифровые устройства вытесняют аналоговые, благодаря ряду отличий:
Цифровой амперметр
Переход к цифровому исполнению позволил шире применять приборы в быту. Они проще в использовании – вертикальное и горизонтальное расположение не влияет на работу. Также они лучше защищены от внешних воздействий, например, механических ударов по корпусу.
Как проводятся измерения
Продолжаем описывать, как пользоваться цифровым осциллографом или аналоговым
Важно отметить, что у них у всех есть недостаток. Стоит упомянуть одну особенность – все измерения осуществляются визуально, поэтому имеется риск того, что погрешность окажется высокой
Также следует учитывать тот факт, что напряжения развертки обладают крайне малой линейностью, что приводит к погрешности измерений сдвига фаз или частоты примерно на 5%. Чтобы минимизировать эти погрешности, требуется выполнить одно простое условие – график должен занимать примерно 90% площади экрана. Когда проводятся измерения частоты и напряжения (имеется временной интервал), следует регуляторы корректировки усиления сигнала на входе и скорости развертки выставить в крайние правые положения. Стоит заметить одну особенность: так как пользоваться цифровым осциллографом может даже новичок, приборы с электронно-лучевой трубкой потеряли актуальность.
Что такое осциллограф и зачем он нужен
Осциллограф позволяет визуализировать электрические сигналы, импульсы и колебания
При диагностике неисправностей электронной аппаратуры очень важно видеть процессы, происходящие в электронной схеме, даже если они кратковременны и происходят в случайный момент. По осциллограмме можно видеть амплитуду электронного колебания и время любого его участка
С помощью осциллографа измеряют: фазы, частоты, коэффициенты модуляции электронных колебаний и многие иные необходимые измерения. Большой диапазон измеряемых частот, возможность отделения необходимого сигнала от помех делает его незаменимым прибором при ремонте сложной электронной техники. В общих чертах и понятным новичку языком принцип работы можно описать следующим образом.
Специалисты рекомендуют знать устройство и принцип работы никель металлогидридных аккумуляторов.
Как правильно пользоваться осциллографом
После того, как стало понятны устройство и виды, нужно понять, как пользоваться осциллографом.
Начать стоит с калибровки. Для этого предусмотрены выходы встроенного калибратора, в котором значения частоты и напряжения строго фиксированы. Изображение на экране подгоняют под норму, регулируя чувствительность и частоту. Следует помнить, что щупы у этого устройства имеют два выхода, один из которых подключается к массе – общей точке всей электросхемы.
Далее на входном аттенюаторе нужно выставить уровень напряжения измеряемого сигнала. Если оно неизвестно, то устанавливается максимальное положение. Обычно – 100В на одно деление экрана. Переключениями аттенюатора нужно добиться, чтобы картинка заняла большую часть экрана.
Следующий шаг – выставить нужный режим синхронизации и частоту задающего генератора. Значения длительности периода колебаний установлены на регуляторе частот. Например, переключатель установлен на 20 мс/дел. Это обозначает, что период колебаний, длящийся 20мс, уложится в одно деление на координатной сетке. Частота будет равна 50Гц.
Регулируя уровень и синхронизацию, нужно добиться неподвижности изображения.
Чтобы произвести измерения, нужно следовать алгоритму:
Устройство и принцип работы осциллографа
Среди всех измерительных приборов осциллограф считается одним из самых сложных в плане своего устройства. И не зря. Ведь по принципу работы он сравним с телевизором. Разница разве что в виде сигнала, обрабатываемом этими устройствами.
В основе лежит электронно-лучевая трубка. На ней отображается состояние входного электрического сигнала. Чтобы изображение совпадало с формой колебаний, электронный луч осциллографа управляется генератором строчной развёртки. (картинка)
У осциллографа электронно-лучевая трубка в своём устройстве имеет две пары отклоняющихся пластинок. Именно они и управляют положением электронного луча на экране.
Первая пара – горизонтальная. Она отвечает за отклонение луча в этой плоскости. На неё подаётся напряжение пилообразной формы от генератора горизонтальной развёртки. Потом напряжение увеличивается. Это вызывает отклонение луча по горизонтали. Луч вернётся назад и начнёт движение заново во то время, когда импульс резкой пойдёт на спад. Сам момент возвращения луча виден быть не должен. На экран в это время подаётся напряжение гашения луча.
Чтобы лучше понять принцип работы устройства, можно изучить блок-схему осциллографа. По ней в том числе становится понятно, что в состав устройства входят горизонтальный и вертикальный каналы.
Горизонтальная развёртка
Канал горизонтального подключения подключается к генератору развёртки. Он вырабатывает сигналы горизонтального отклонения лучей. Генератор Х (развёртки) работает в нескольких режимах.
При исследовании стабильных сигналов удобно использовать режим внутренней синхронизации. В этих условиях изображение будет неподвижным. Чтобы увеличить стабильность можно организовать захват частоты на входе генератором развёртки.
Также этот режим называется ждущим. В нём запуск генератора происходит в тот момент, когда входной сигнал достигает определённого уровня. Или от внешнего источника. В режиме внешней синхронизации удобно исследовать не очень стабильные колебания, особенно если есть синхронизация между генератором развёртки и схемы от одного источника колебания. Прибор поддаётся регулировка, чтобы точно установить уровень, на котором генератор запускается.
Если синхронизация происходит от сети питания, то запуск развёртки будет синхронизирован с колебанием напряжения сети. Так что синхронизация от сети так же предусмотрена, чтобы наблюдать за помехами и искажениями. Ручная синхронизация подходит для исследования различных непериодических сигналов. К примеру, в логических схемах.
Вертикальная развёртка
Канал вертикального отклонения называется каналом Y, по аналогии с горизонтальной осью Y в системе координат. В нём входной исследуемый сигнал обрабатывается. Сигнал этот поступает в канал через аттенюатор. Аттенюатор – это ступенчатый регулятор уровня. Это делается для того, чтобы амплитуда параметра, который измеряют, не превышала допустимый уровень. А картинка тем временем не выходила за пределы экрана. Канал Y может передать сигнал на генератор горизонтального отклонения для его синхронизации.
Обычно канал вертикального отклонения работает в открытом режиме. Это значит, что само отклонения луча будет чётко совпадать с уровнем сигнала. Когда есть постоянная составляющая, то это мешает наблюдению за колебаниями. Происходит это из-за того, что картинка будет слишком смещена к границам экрана сверху или снизу. Так же она может вообще выходить за границы. Эту постоянную составляющую можно убрать, если включить режим закрытого входа. Или настроить аттенюатор под размеры экрана.
Про закрытый вход. Сигнал поступает через конденсатор, не создающий препятствия для переменного напряжения. Тогда оба канала обладают оконченными усилителями, формирующими нужные уровни сигналов, которые подаются на отклоняющие пластины.
Дополнительные возможности
В современной электронике часто приходится проверять аналоговые и цифровые сигналы одновременно. Для работы с такими задачами пригодится осциллограф с встроенным логическим анализатором.
Некоторые современные приборы оснащают режимом сегментации блока памяти. Это пригодится для длительного контроля сигнала с автоматическим сравнением по образцовой форме. Регистрироваться и записываться будут только отклонения (шумы, искажения).
Для автомобильных сервисных станций выпускают специализированные осциллографы (сканеры). Кроме особых переходников, такие аппараты дополняют программным обеспечением. Это оборудование применяют для контроля функционального состояния датчиков и других электронных компонентов через бортовой компьютер.
Виды тензометров
Для измерения деформаций различных объектов были созданы тензометры, отличающиеся принципами действия и областями применения. По этим признакам измерительное оборудование подразделяют на следующие виды:
Механические
Измерения основаны на фиксации изменения длины объекта под нагрузкой. Работа механического тензометра заключается в определении зависимости удлинения тела от напряжения в поперечном сечении.
Резистивные
Плёночные тензоризисторы, наклеенные в разных направлениях на теле объекта, при его сжатии или растяжении меняют своё электрическое сопротивление вместе с объектом. Точность измерений деформаций обеспечивается работой не одного датчика, а группы тензорезистров.
Плёночные тензорезисторы
Струнные
Струнный вариант представляет собой стальную проволоку (струну), её натягивают между опорами, которые закрепляют на поверхности объекта. Суть измерений заключаются в определении отношения частоты колебания струны к степени её натяжения при изменении длины обследуемого тела под воздействием нагрузки.
Ёмкостные
В качестве датчика применяют конденсатор с переменной ёмкостью. Деформация объекта вызывает изменение зазора между пластинами конденсатора, что отражается на характеристике тока в измерительной схеме прибора.
Индуктивные
Устройство прибора основано на применении катушки индуктивности, в которой установлен подвижный сердечник. Он напрямую контактирует с поверхностью объекта. При малейшей деформации поверхности происходит смещение сердечника в катушке. Изменяющиеся параметры катушки индуктивности фиксируются через электросхему прибором.
Как измерить частоту
При помощи осциллографа можно провести измерения временных интервалов, в частности, периода сигнала. Вы понимаете, что частота любого сигнала всегда пропорциональна периоду. Измерение периода можно провести в любой области осциллограммы. Но удобнее и точнее провести замер в тех точках, в которых график пересекается с горизонтальной осью. Следовательно, перед началом измерений обязательно установите развертку четко на горизонтальную линию, расположенную по центру. Так как пользоваться портативным цифровым осциллографом намного проще, нежели аналоговым, последние давно канули в лету и редко используются для измерений.
Далее, используя рукоятку, обозначенную горизонтальной двунаправленной стрелкой, необходимо сместить начало периода с крайней левой линией на экране. После вычисления периода сигнала можно, используя простую формулу, рассчитать частоту. Для этого нужно единицу разделить на вычисленный ранее период. Точность измерений бывает различной. Чтобы увеличить ее, необходимо как можно сильнее растягивать график по горизонтали.
Обратите внимание на одну закономерность: при увеличении периода уменьшается частота (пропорция ведь обратная). И наоборот – при уменьшении периода происходит увеличение частоты
Низкое значение погрешности – это когда она составляет менее 1 процента. Но такую высокую точность не каждый осциллограф способен обеспечить. Только на цифровых, в которых линейная развертка, можно получить такие точные измерения.
Как пользоваться осциллографом
Наконец, после изучения функций, измерений и типов осциллографа, как на самом деле работает осциллограф?
Шаг 1: Включите осциллограф
Шаг 2. Подключение к колеблющемуся сигналу
Как только вы подключитесь к сигналу через ваши пробники, вы должны начать видеть, как сигнал начинает танцевать на вашем экране.
Перемещая горизонтальные и вертикальные системные ручки, вы можете перемещать осциллограмму вокруг экрана. (Если вы поверните регуляторы масштаба по часовой стрелке, он увеличит масштаб вашего сигнала, а если вы повернете его против часовой стрелки, он уменьшит масштаб.)
Теперь, если ваша волна на дисплее нестабильна, поверните регулятор уровня триггера
При этом вы увидите, как индикатор уровня триггера перемещается вверх и вниз по дисплею.
Обратите внимание, что если триггер выше самого высокого пика вашего сигнала, сигнал станет нестабильным.
Шаг 4: Начните измерения!
История
Функциональный триггер можно создать из обычного реле с электромеханическим приводом. Установив нужным образом контакты управляющей цепи, обеспечивают включение силовой группы после определенной комбинации входных сигналов. Отдельной клавишей выполняют сброс.
Схема RS триггера на одном реле
Электронные аналоги были собраны в начале прошлого века из ламповых приборов. Действующие схемы впервые опубликованы российскими и английскими учеными в 1918-20 гг. Позднее стали применять полупроводниковые транзисторы. В наши дни соответствующие устройства создают с применением микроэлектронных технологий.
Назначение осциллографа
Из прошлых пунктов уже можно выделить несколько областей, в которых применяются осциллографы. Но о том, для чего именно нужен осциллограф, ещё сказано не было.
Понятно, что они нужны для измерений и анализа форм периодических сигналов. И иногда при измерениях без осциллографов не обойтись. Амперметр и вольтметр дадут понятие только об уровне сигнала, а частометр – о частоте. Но полной картины достигнуто не будет. Тут то и помогают осциллографы.
Самая большая область применения этих устройств – исследование форм телевизионных сигналов. В них, кроме сигналов с информацией об изображении, так же есть данные о синхронизации кадровой развёртки и строчной, импульсах синхронизации цвета и прочая информация. В этом случае наблюдение за изображением на осциллографах очень облегчает процесс ремонта и регулировку трактов изображения у телевизоров. На картинке – телевизионный осциллограф.
Основные параметры
Для выбора осциллографа рекомендуется правильно оценивать следующие характеристики:
Перед детальным анализом нужно уточнить, для чего именно предназначается прибор. Далее оценивают соответствие по следующим параметрам:
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:
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).
Где применяют осциллографы?
Информация, которую даёт осциллограф:
Осциллографы используют как в практических, так и в научно-исследовательских целях. Для простых измерений можно воспользоваться мультиметром, но в большинстве случаев осциллограф незаменим.
Приборы для измерения колебаний применяют при настройке электронного оборудования. К примеру, для регулировки телевизионного сигнала необходимо получить его осциллографическое изображение. Приборы также используются при ремонте блоков питания, диагностике печатных плат.
При ремонте автомобилей устройство поможет получить данные о положении коленчатого и распределительного валов, датчиков положения. Данные осциллограммы расскажут о наличии импульса на катушке, укажут на неисправность свечей и проводов, диодного моста генератора.
Медицинское оборудование (кардиографы, энцефалографы) тоже работает по принципу осциллографирования. Только электрические колебания, измеряемые ими, происходят в живых организмах.