Milleks on ostsilloskoop: seadme omadused ja tööpõhimõte, kuidas seadet õigesti kasutada

Multimeetri abil saate mõõta lihtsaid elektrilisi suurusi, nagu vool, takistus, pinge. Kuid nad ei saa signaali kuju ega käitumist õigeaegselt uurida. Seetõttu on instrumentide mõõtmiseks, kontrollimiseks ja peenhäälestamiseks vaja ostsilloskoopi. Seda universaalset seadet kasutati varem ainult laborites ja teeninduskeskustes, kuid tänaseks on see muutunud üsna taskukohaseks raadioamatööride jaoks.

Tüübid ja omadused

Erinevad elektrivaldkonna uuringud on nõudnud seadet, mis võimaldab mõõta teatud parameetri käitumist teatud aja jooksul. Sellise seadme rajaja oli André Blondel, kes sündis 1863. aastal Prantsusmaal. Elektrotehnikat õppides asutas ta Levallupe linna labori. Selles leiutas ja konstrueeris teadlane Alfred Cornu teooriale tuginedes kahefilaarse vedrustusega magnetoelektrilise seadme. See juhtus 1893. aastal.

See seade võimaldas registreerida vahelduvvoolu intensiivsust, registreerides induktiivpooliga ühendatud tindiga pendli võnkumisi. Arvesti täpsus oli mehaaniliste osade tõttu madal. Ja selle pääsuriba oli vahemikus 10-19 kHz.

instagram viewer

Seadme edasine areng viis 1897. aastal katoodkiiretoruga (CRT) ostsilloskoobi ilmumiseni. Selle kujundajaks sai Saksamaalt pärit füüsik Karl Braun. Kuid esimese tööstusliku eksemplari lasi välja alles 1932. aastal Briti firma A. C. Cossor Ltd. Novembris avaldas Ameerika firma Allen B. DuMont Laboratories tutvustas ostsilloskoopi, mis koosneb kahest osast: CRT-st ja korpusest. Viimases paiknesid kiire teravustamise seadmed, toiteallikas ja pühkimisseade. Kuid ekraani tootmistehnoloogia võimaldas seda kasutada mitte rohkem kui tuhat tundi.

Teine maailmasõda peatas seadme arendamise, kuid pärast selle lõppu insenerid Wollum ja Murdoch, Tektronixi asutajad, seadme seadmesse sisestatakse ootepühkimine, st see, mis käivitatakse ainult elektromagnetilise häire ilmnemisel. signaal. See seade töötas 10 MHz ribalaiusega.

Pooljuhttehnoloogia areng viis LeCroy poolt 1980. aastal välja digitaalse seadme väljatöötamiseni. Pärast seda hakati Euroopas tootma digitaalseid seadmeid, mitte ainult professionaalsel tasemel, vaid ka amatöörraadio. Turgudele on ilmunud igasuguseid seadmeid, mis erinevad täpsuse ja funktsionaalsuse poolest.

2000. aasta alguses asendas digitaaltehnoloogia peaaegu täielikult analoogseadmed, seda soodustas personaalarvutite areng ja võimalus nendega arvesti liidestada. Kuid olenemata sellest, millist signaalitöötlusmeetodit kasutatakse, jääb erinevate ostsilloskoopide tööpõhimõte samaks.

Analoogseade

Tänapäeval on analoogostsilloskoobid teaduslaborites või teeninduskeskustes üha vähem levinud. Kuid raadioamatööridel on selliseid aegunud, kuid siiski üsna tõhusaid seadmeid endiselt piisavalt. Iga analoogseade koosneb ühest või mitmest vertikaalsest kanalist, horisontaalsest kanalist, päästikahelast ja elektronkiiretorust (CRT).

CRT on seadme põhiosa. See kuvab uuritava signaali kuju. See viiakse läbi vaakumkolvist, millesse on joodetud erinevatel eesmärkidel kasutatavad elektroodid. Esimene rühm moodustab elektronkahuri, mis moodustab kiire. Sellele saadetakse uuritav signaal. Ja teine ​​​​koosneb vertikaalselt ja horisontaalselt painutavate plaatide kontaktidest ja sellele antakse pühkimisgeneraatori pinge.

Seega seade koosneb järgmistest osadest:

• atenuaator - sisendpingejagur;
• eelvõimendi;
• viivitusplokk;
• sünkroniseerimis- ja pühkimisskeem;
• generaator;
• lõppvõimendi.

Mõõdetud signaal suunatakse vertikaalsetele plaatidele ja seejärel atenuaatorile, mis võimaldab reguleerida seadme tundlikkust. Reguleerimisseade on valmistatud pöördnupu kujul. Lülitusskaala on näidatud voltides jaotuse kohta. Võimsa signaali mõõtmisel kasutatakse jagajaid. Need on spetsiaalsed seadmed, mis töötavad atenuaatorite põhimõttel, kuid samal ajal vähendavad nad signaali ostsilloskoobi sisendahelate jaoks ohutule tasemele.

Jagaja või atenuaatori signaal hargneb eelvõimendil ja siseneb viivitus- ja sünkroniseerimisüksusesse. Viimane sõlm loob tingimused generaatori käivitamiseks elektromagnetiliste võnkumiste ilmnemisel. Generaatori saehamba signaal siseneb horisontaalsesse kanalisse X, kus see võimendatakse ja suunatakse ekraanile.

Signaali teine ​​osa läheb läbi viivitusliini Y-kanalisse ja seejärel CRT-sse. Selle tulemusena kuvatakse ekraanil impulsi asukoht XY koordinaatsüsteemis. Alumine sageduspiir on umbes 10 Hz ja ülemine sõltub plaatide mahtuvusest ja võimendite kvaliteedist.

Seega, kui plaatidele rakendatakse mõõdetud pinget, hakkab tala vertikaalselt ja horisontaalselt kõrvale kalduma. Need liikumised toimuvad sünkroonselt ja selle tulemusena "rullub" signaal õigeaegselt lahti. Saadud pilti ekraanil nimetatakse ostsillogrammiks.

Digitaalne instrument

Digitaalne seade ühendab endas analoogostsilloskoobi ja miniarvuti. Seda kasutades saate mitte ainult kujundit visuaalselt näha, vaid teha ka mitmeid toiminguid, nagu signaalide liitmine ja lahutamine, Fourier' teisendus ja spektri määramine. Seade sisaldab:

• skaleerimissõlm;
• analoog-digitaalmuundur (ADC);
• muutmälu (RAM);
• mikrokontroller;
• säilitusrakud;
• ekraan;
• juhtelemendid (nupud, nupud).

Signaal läheb skaleerimissõlme sisendisse, kus see vähendatakse seadme sisemiste ahelate jaoks ohutu väärtuseni. Seejärel juhitakse see läbi võimendi ADC-sse. See teisendab analoogvormi loogilise koodi diskreetse jada jadaks. Selleks kasutatakse mikrokontrollerit, mis töötab impulsi laiuse modulatsiooni (PWM) põhimõttel.

Kood kirjutatakse RAM-i, kust pärast teatud tingimuse täitmist kantakse see salvestusrakkudesse. Iga plokk vastab pikslile, mis on ülevalgustatud. X-koordinaadi määrab lahtri number ja Y-koordinaadi sellesse kirjutatud kood. Mälulahter võib sisaldada mitut koodisümbolit, mis moodustavad pidevalt valgustatud pikslite rea.

Digitaalsed ostsilloskoobid jagunevad mitmeks alatüübiks ja võivad olla:

• Virtuaalne – millel on erinevad sisend- ja väljundpordid. Need on loodud töötama arvutisse installitud välise tarkvaraga.
• Stroboskoopiline - kasutades hetkväärtuste järjestikust proovivõttu ja nende ajalist teisendamist lühikeste impulsside (stroobid) abil.
• Fosfor - signaali kuvamine aja- ja amplituuditasanditel, samuti selle intensiivsus. Selliseid seadmeid iseloomustab suur proovide tihedus ja täpsus.

Vedelkristallekraani kasutamine suurendab ostsilloskoobi mugavust. Sellel on võimalik kõiki andmeid visuaalselt kuvada ja seadme mälu kasutamine võimaldab võrrelda lainekuju aja jooksul toimunud muutusi.

Armatuuri parameetrid

Ostsilloskoobil, nagu igal elektriseadmel, on mitmeid tehnilisi parameetreid. Just nemad määravad selle funktsionaalsuse ja kasutusastme. Selle tööle seatakse nõuded täpsusklassile, töö stabiilsusele, müraomadustele.

Seadme kõige olulisemad parameetrid on:

• Sageduse ribalaius. Määrab mõõtmiste täpsuse. Mida suurem see on, seda üksikasjalikumalt saate lainekuju uurida. Sel juhul peaks selle parameetri väärtus uuritava signaali sagedust mitu korda ületama.
• Proovide võtmine. Määrab instrumendi eraldusvõime.
• Kanalite arv. Nende väärtus määrab samaaegselt sõltumatute mõõtmiste arvu, mida seadmes saab teha. See võimaldab kuvada ekraanile korraga mitut graafikut ja neid omavahel võrrelda. Raadioamatööride klassis on 2-4 kanalit ja profiklassis kuni 16 kanalit.
• Mälu suurus. Selle väärtus mõjutab seadme reageerimiskiirust.
• Toidu tüüp. On seadmeid, mis töötavad 220-voldise vahelduvpinge võrguga või laetavate akudega.
• Sisendsignaali tõusuaeg. Vähem on parem. See tähendab, et mida vähem "näritakse" sisemise sünkroniseerimise käigus ekraanil esimese signaali algust, seda paremad on ostsilloskoobi sagedusomadused.
• Ekraani omadused. See hõlmab järgmist: detail, inerts, pühkimissagedus. Veelgi enam, mida suurem on eraldusvõime, seda suurem on detailsus.
• Segmenteeritud mälurežiim. Mõnel digitaalsel instrumendil on segmenteeritud mälurežiim. See tähendab, et neil on võimalus soovitud (kõrge) diskreetimissagedusega signaale selektiivselt püüda.
• Samaväärse režiimi saadavus. Seda kasutatakse perioodilise signaali uurimiseks. Võimaldab diskreetimissagedust mitu korda suurendada.

Ostsilloskoobi rakendused

Ostsilloskoop on mõeldud mitmete suuruste erinevate seoste uurimiseks. Ekraanil kuvatav lainekuju näitab, kuidas pinge lainekuju aja jooksul muutub. Seega saate selle abil hõlpsasti määrata signaali polaarsuse, amplituudi, kestuse, töötsükli ja sageduse.

Ligikaudselt töötab ostsilloskoop nagu graafiline voltmeeter. See mõõdab signaali ja kuvab selle kuju ekraanil. Seadmega saab mõõta isegi kõrgsageduslikke pingeid. Selle põhieesmärk on kasutada tõrkeotsingut keerulistes elektroonilistes vooluringides või uurimismõõtmistes. Näiteks, selle kasutamine on võimalik:

• määrata aja parameetrid;
• õppefaasi nihe;
• fikseerige signaali sagedus;
• jälgida vahelduv- ja püsipinge komponente;
• tähele harmooniliste olemasolu ja nende parameetreid;
• teada saada õigeaegselt toimuvad protsessid.

Seega on ostsilloskoopi vaja selleks, et oleks võimalik visuaalselt jälgida elektrisignaali kõikumisi ja näha ka häireid ja moonutusi, tuvastades seeläbi vigase elemendi erinevates sõlmedes sisendi ja väljundi kuju järgi pulss. Lisaks kasutatakse ostsilloskoopi laialdaselt elektrimootorite diagnostikas. Uurides mootori töötamise ajal tekkivaid põlvkondi, on võimalik arvutada katalüsaatori rike, tuvastada suurenenud õhulekkeid ja jälgida erinevate andurite signaale.

Arvestiga töötamine

Enne ostsilloskoobi kasutamist tehakse kalibreerimine. Selleks ühendatakse testjuhtmed võimendi sisendiga (tala vertikaalne läbipaine) ja ühise klemmiga, mis on määratud maandusega. Kui kasutatakse CRT-d, peate pärast sisselülitamist veidi ootama, kuni ekraan soojeneb. Seejärel peate läbima järgmised sammud:

1. Aja reguleerimise nupp on seatud jaotusele, mis vastab 1 ms / div.
2. Volt / Div nupp on lülitatud asendisse 0,5 V / Div.
3. Sünkroonimise impulsi juhtimine lülitatakse režiimile "automaatne". Kui seda positsiooni ei pakuta, valitakse sisemine sünkroonimine ja määratakse signaali tüüp - muutuv.
4. Pöörates kiire asendi juhtnuppe (üles / alla ja paremale / vasakule), seadke režiim "Auto" või saavutage lihtsalt kiire välimus ekraanil.
5. Signaalitüübi lüliti on seatud asendisse GND.
6. Ühine sond on ühendatud seadme korpuse spetsiaalse maanduskontaktiga. Kui ostsilloskoobis sellist kontakti pole, asetatakse sondiklamber korpuse mis tahes isoleerimata metallosale.
7. Signaalitüübi lüliti liigutatakse neutraalasendisse, et ühendada viik maandusega. Kui sellist lülitit pole, on sondid üksteisega suletud.
8. Kasutage vertikaalseid ja horisontaalseid reguleerimisnuppe, et seada valgusvihk ekraani keskele.
9. Kui seadmel on lüliti "Signaali tüüp", siis seatakse see konstantse lainekuju mõõtmisasendisse või on sond lihtsalt maanduspesast lahti ühendatud.
10. Skaala "Voldid / jaotus" ümberlülitamisel saavutatakse signaali lahtivoltimine täisekraanile, mis suurendab vaatluste täpsust.
11. Mõõtejuhtmete abil alustatakse vajalike uuringutega, kohandades vajadusel skaalat "Volt / jaotus".

Seega võimaldab ostsilloskoobi kasutamine teostada keeruliste instrumentide seadistamise ja parandamise toiminguid, mida pole võimalik testeri abil teha. Kaasaegse seadmega töötamine pole palju keerulisem kui multimeetriga mõõtmine.