K čemu je osciloskop: charakteristika a princip činnosti přístroje, jak přístroj správně používat

Pomocí multimetru můžete měřit jednoduché elektrické veličiny jako proud, odpor, napětí. Nestihnou ale včas prozkoumat tvar signálu ani jeho chování. K měření, kontrole a jemnému dolaďování přístrojů je proto potřeba osciloskop. Toto univerzální zařízení bylo dříve používáno pouze v laboratořích a servisních střediscích, ale dnes se stalo docela dostupným pro použití radioamatéry.

Typy a vlastnosti

Různé studie v oblasti elektřiny si vyžádaly zařízení, které umožňuje sérii měření chování daného parametru po určitou dobu. Zakladatelem takového zařízení byl André Blondel, který se narodil v roce 1863 ve Francii. Studiem elektrotechniky založil laboratoř ve městě Levallupe. V něm vědec na základě teorie Alfreda Cornu vynalezl a zkonstruoval magnetoelektrické zařízení s bifilárním zavěšením. Stalo se to v roce 1893.

Toto zařízení umožňovalo registrovat intenzitu střídavých proudů záznamem kmitů kyvadla s inkoustem připojeným k induktoru. Měřidlo mělo nízkou přesnost kvůli mechanickým částem. A jeho propustné pásmo bylo v rozsahu 10-19 kHz.

instagram viewer

Další vývoj zařízení vedl k tomu, že se v roce 1897 objevil osciloskop s katodovou trubicí (CRT). Jeho konstruktérem se stal fyzik z Německa Karl Braun. Ale první průmyslová kopie byla vydána až v roce 1932 britskou společností A. C. Cossor Ltd. V listopadu americká firma Allen B. DuMont Laboratories představily osciloskop sestávající ze dvou částí: CRT a krytu. Ve druhém z nich byly umístěny zaostřovací jednotky paprsku, zdroj energie a rozmítací jednotka. Technologie výroby obrazovky však umožnila její použití po dobu ne delší než tisíc hodin.

Druhá světová válka vývoj zařízení zastavila, ale po jejím skončení inženýři Wollum a Murdoch, zakladatelé Tektronix, do zařízení zařízení je zavedeno vyčkávací rozmítání, tedy takové, které se spouští pouze při výskytu elektromagnetického signál. Toto zařízení pracovalo se šířkou pásma 10 MHz.

Vývoj polovodičové technologie vedl k vývoji digitálního zařízení LeCroy v roce 1980. Poté se v Evropě začaly sériově vyrábět digitální přístroje nejen profesionální úrovně, ale i radioamatérské. Na trzích se objevily všechny druhy zařízení, které se liší přesností a funkčností.

Počátkem roku 2000 digitální technologie téměř úplně nahradila analogová zařízení, k čemuž přispěl vývoj osobních počítačů a možnost propojení měřiče s nimi. Ať je však použit jakýkoli způsob zpracování signálu, princip činnosti různých osciloskopů zůstává stejný.

Analogové zařízení

Dnes jsou analogové osciloskopy ve výzkumných laboratořích nebo servisních střediscích stále méně běžné. Ale radioamatéři mají stále dost zastaralých, ale stále docela účinných takových zařízení. Jakékoli analogové zařízení se skládá z jednoho nebo více vertikálních kanálů, horizontálního kanálu, spouštěcího obvodu a katodové trubice (CRT).

CRT je hlavní částí zařízení. Zobrazuje tvar zkoumaného signálu. Provádí se z vakuové baňky, do které jsou připájeny elektrody pro různé účely. První skupina tvoří elektronové dělo, které tvoří paprsek. Do ní je vyslán vyšetřovaný signál. A druhá se skládá z kontaktů vertikálně a horizontálně vychylovacích desek a je do ní přiváděno napětí generátoru rozmítání.

Tím pádem, zařízení se skládá z následujících částí:

• atenuátor - dělič vstupního napětí;
• předzesilovač;
• blok zpoždění;
• schéma spouštění synchronizace a rozmítání;
• generátor;
• koncový zesilovač.

Měřený signál je přiváděn na vertikální desky a poté do atenuátoru, který umožňuje nastavit citlivost zařízení. Regulační zařízení je vyrobeno ve formě otočného knoflíku. Spínací stupnice je uvedena ve voltech na dílek. Děliče se používají při měření výkonného signálu. Jedná se o speciální zařízení, která fungují na principu atenuátorů, ale zároveň snižují signál na bezpečnou úroveň pro vstupní obvody osciloskopu.

Signál z děliče nebo atenuátoru je na předzesilovači odbočen a vstupuje do zpožďovací a synchronizační jednotky. Poslední uzel vytváří podmínky pro spuštění generátoru, když se objeví elektromagnetické oscilace. Pilový signál z generátoru vstupuje do horizontálního kanálu X, kde je zesílen a přiváděn na obrazovku.

Druhá část signálu prochází zpožďovacím vedením do kanálu Y a poté do CRT. Výsledkem je, že poloha pulzu se zobrazí na obrazovce v souřadnicovém systému XY. Spodní frekvenční limit je kolem 10 Hz a horní závisí na kapacitě desek a kvalitě zesilovačů.

Pokud je tedy na desky aplikováno změřené napětí, paprsek se začne odchylovat vertikálně a horizontálně. Tyto pohyby probíhají synchronně a v důsledku toho se signál "rozvine" v čase. Výsledný obraz na obrazovce se nazývá oscilogram.

Digitální nástroj

Digitální zařízení kombinuje analogový osciloskop a minipočítač. Pomocí něj můžete nejen vizuálně vidět tvar, ale také provádět řadu operací, jako je sčítání a odečítání signálů, Fourierova transformace a určení spektra. Zařízení obsahuje:

• škálovací uzel;
• analogově-digitální převodník (ADC);
• paměť s náhodným přístupem (RAM);
• mikrokontrolér;
• skladovací buňky;
• obrazovka;
• ovládací prvky (tlačítka, knoflíky).

Signál jde na vstup škálovacího uzlu, kde je redukován na bezpečnou hodnotu pro vnitřní obvody zařízení. Poté je přiveden přes zesilovač do ADC. Převádí analogovou formu na řadu diskrétních posloupností logického kódu. K tomu slouží mikrokontrolér, který pracuje na principu pulzně šířkové modulace (PWM).

Kód se zapíše do RAM, ze které se po splnění určité podmínky přenese do paměťových buněk. Každý blok odpovídá pixelu, který je přeexponovaný. Souřadnice X je určena číslem buňky a souřadnice Y kódem v ní zapsaným. Paměťová buňka může obsahovat několik kódových symbolů, které tvoří řadu nepřetržitě svítících pixelů.

Digitální osciloskopy jsou rozděleny do několika podtypů a mohou být:

• Virtuální - s různými vstupními a výstupními porty. Jsou navrženy pro práci s externím softwarem nainstalovaným na PC.
• Stroboskopický - pomocí sekvenčního vzorkování okamžitých hodnot a jejich časové transformace pomocí krátkých pulzů (stroby).
• Fosfor - zobrazení signálu v časové a amplitudové rovině a také jeho intenzity. Taková zařízení se vyznačují vysokou hustotou vzorku a přesností.

Použití LCD obrazovky zlepšuje pohodlí osciloskopu. Je možné na něm vizuálně zobrazit jakákoli data a využití paměti v zařízení vám umožní porovnat jakékoli změny ve tvaru vlny v průběhu času.

Parametry přípravku

Osciloskop má jako každé elektrické zařízení řadu technických parametrů. Právě ony určují jeho funkčnost a míru využití. Na jeho práci jsou kladeny požadavky na třídu přesnosti, stabilitu provozu, hlukové charakteristiky.

Nejdůležitější parametry zařízení jsou:

• Šířka frekvenčního pásma. Určuje přesnost měření. Čím větší je, tím podrobněji můžete studovat průběh. V tomto případě by hodnota tohoto parametru měla několikrát překročit frekvenci zkoumaného signálu.
• Vzorkování. Určuje rozlišení přístroje.
• Počet kanálů. Jejich hodnota určuje počet současně nezávislých měření, která lze na zařízení provést. To umožňuje zobrazit na obrazovce několik grafů najednou a vzájemně je porovnávat. Radioamatérská třída má 2-4 kanály a profesionální třída má až 16.
• Velikost paměti. Jeho hodnota ovlivňuje rychlost odezvy zařízení.
• Druh jídla. Existují zařízení, která pracují na 220 voltové síti střídavého napětí nebo dobíjecích bateriích.
• Doba náběhu vstupního signálu. Méně je lepší. To znamená, že čím méně je začátek prvního signálu na obrazovce „ohlodán“ během vnitřní synchronizace, tím lepší jsou frekvenční vlastnosti osciloskopu.
• Vlastnosti obrazovky. To zahrnuje: detail, setrvačnost, frekvenci rozmítání. Navíc čím vyšší rozlišení, tím větší míra detailů.
• Režim segmentované paměti. Některé digitální přístroje mají režim segmentované paměti. To znamená, že mají schopnost selektivně zachytit signály s požadovanou (vysokou) vzorkovací frekvencí.
• Dostupnost ekvivalentního režimu. Používá se ke studiu periodického signálu. Umožňuje několikrát zvýšit vzorkovací frekvenci.

Osciloskopické aplikace

Osciloskop je určen ke studiu různých vztahů mezi několika veličinami. Křivka zobrazená na obrazovce ukazuje, jak se křivka napětí mění v průběhu času. Můžete tak snadno určit polaritu, amplitudu, dobu trvání, pracovní cyklus a frekvenci signálu.

V hrubém přiblížení funguje osciloskop jako grafický voltmetr. Měří signál a zobrazuje jeho tvar na displeji. Přístrojem lze měřit i vysokofrekvenční napětí. Jeho hlavním účelem je využití řešení problémů ve složitých elektronických obvodech nebo výzkumných měření. Například, jeho použití je možné:

• určit časové parametry;
• fázový posun studie;
• opravit frekvenci signálu;
• pozorovat střídavé a konstantní složky napětí;
• všimněte si přítomnosti harmonických a jejich parametrů;
• zjistit procesy probíhající v čase.

Osciloskop je tedy potřebný k tomu, aby bylo možné vizuálně pozorovat kolísání elektrického signálu a také vidět rušení a zkreslení, a tím identifikovat vadný prvek v různých uzlech podle tvaru vstupu a výstupu puls. Kromě toho je osciloskop široce používán v diagnostice elektromotorů. Studiem generací, které se vyskytují během provozu motoru, je možné vypočítat poruchu katalyzátoru, identifikovat zvýšený únik vzduchu a sledovat signály z různých senzorů.

Práce s měřičem

Kalibrace se provádí před použitím osciloskopu. K tomu jsou testovací vodiče připojeny ke vstupu zesilovače (svislé vychýlení paprsku) a společné svorce, označené jako zem. Pokud používáte CRT, musíte po zapnutí chvíli počkat, než se obrazovka zahřeje. Poté musíte projít následujícími kroky:

1. Knoflík pro úpravu času je nastaven na dílek odpovídající 1 ms / div.
2. Ovladač Volt / Div je přepnut do polohy 0,5 V / Div.
3. Řízení synchronizačních impulzů je přepnuto do režimu „auto“. Pokud tato poloha není zadána, pak se zvolí vnitřní synchronizace a nastaví se typ signálu - proměnný.
4. Otáčením ovladačů polohy paprsku (nahoru / dolů a vpravo / vlevo), nastavte režim "Auto" nebo jednoduše dosáhněte vzhledu paprsku na obrazovce.
5. Přepínač typu signálu je nastaven do polohy GND.
6. Společná sonda je připojena ke speciálnímu zemnicímu kontaktu krytu zařízení. Pokud takový kontakt v osciloskopu není, pak se svorka sondy nasadí na jakoukoli neizolovanou kovovou část pouzdra.
7. Přepínač typu signálu se přesune do neutrální polohy, aby se spojil kolík se zemí. Pokud takový spínač neexistuje, jsou sondy vzájemně uzavřeny.
8. Pomocí vertikálních a horizontálních nastavovacích knoflíků nastavte paprsek na střed obrazovky.
9. Pokud má zařízení přepínač "Typ signálu", pak se nastaví do polohy měření konstantního průběhu, nebo se sonda jednoduše odpojí od zemnící zásuvky.
10. Přepnutím stupnice "Volty / dělení" dosáhnete rozvinutí signálu na celou obrazovku, což zvyšuje přesnost pozorování.
11. Pomocí měřicích vodičů se spustí potřebné studie, v případě potřeby se upraví stupnice "Volt / dělení".

Použití osciloskopu tedy umožňuje provádět operace pro seřizování a opravy složitých přístrojů, které nelze provést pomocí testeru. Práce na moderním přístroji není o moc náročnější než měření multimetrem.