למה מיועד אוסילוסקופ: מאפיינים ועיקרון הפעולה של המכשיר, כיצד להשתמש במכשיר בצורה נכונה

ניתן למדוד כמויות חשמליות פשוטות כגון זרם, התנגדות, מתח באמצעות מודד. אבל הם לא יוכלו לחקור את צורת האות או התנהגותו בזמן. לכן, יש צורך באוסילוסקופ למדידה, בדיקה וכיוונון של מכשירים. מכשיר אוניברסלי זה שימש בעבר רק במעבדות ובמרכזי שירות, אך כיום הוא הפך סביר למדי לשימוש על ידי חובבי רדיו.

סוגים ומאפיינים

מחקרים שונים בתחום החשמל דרשו מכשיר המאפשר סדרת מדידות של התנהגות פרמטר נתון לאורך תקופה. מייסד מכשיר כזה היה אנדרה בלונדל, שנולד ב-1863 בצרפת. בלימודי הנדסת חשמל, הקים מעבדה בעיר Levallupe. בו, בהתבסס על התיאוריה של אלפרד קורנו, המדען המציא ובנה מכשיר מגנו-אלקטרי עם מתלה דו-פילרי. זה קרה ב-1893.

מכשיר זה איפשר לרשום את עוצמת הזרמים המתחלפים על ידי רישום התנודות של מטוטלת עם דיו המחובר למשרן. למד היה דיוק נמוך עקב חלקים מכניים. ופס המעבר שלו היה בטווח של 10-19 קילו-הרץ.

התפתחות נוספת של המכשיר הובילה להופעתו בשנת 1897 של אוסילוסקופ עם שפופרת קרני קתודה (CRT). הפיזיקאי מגרמניה קרל בראון הפך למעצב שלה. אבל העותק התעשייתי הראשון שוחרר רק ב-1932 על ידי החברה הבריטית A. ג. Cossor Ltd. בנובמבר, החברה האמריקאית אלן ב. DuMont Laboratories הציגו אוסילוסקופ המורכב משני חלקים: CRT ומארז. זה האחרון הכיל יחידות מיקוד אלומה, מקור כוח ויחידת סוויפ. אבל טכנולוגיית ייצור המסך אפשרה להשתמש בו לא יותר מאלף שעות.

מלחמת העולם השנייה עצרה את פיתוח המכשיר, אך לאחר סיומה המהנדסים וולום ומרדוק, מייסדי Tektronix, סוויפ המתנה מוכנס למכשיר ההתקן, כלומר כזה ששוגר רק בזמן התרחשות אלקטרומגנטית אוֹת. מכשיר זה עבד עם רוחב פס של 10 מגה-הרץ.

התפתחות טכנולוגיית המוליכים למחצה הובילה לפיתוח מכשיר דיגיטלי על ידי LeCroy ב-1980. לאחר מכן החלו לייצר מכשירים דיגיטליים המוני באירופה, לא רק ברמה מקצועית, אלא גם של רדיו חובבני. בשווקים הופיעו כל מיני מכשירים שונים ברמת הדיוק והפונקציונליות.

בתחילת שנת 2000, הטכנולוגיה הדיגיטלית החליפה כמעט לחלוטין את המכשירים האנלוגיים, זאת הקלה על ידי פיתוח מחשבים אישיים והאפשרות להתממשק למונה איתם. עם זאת, לא משנה באיזו שיטה של ​​עיבוד אותות נעשה שימוש, עקרון הפעולה של אוסילוסקופים שונים נשאר זהה.

מכשיר אנלוגי

כיום, אוסילוסקופים אנלוגיים נפוצים פחות ופחות במעבדות מחקר או במרכזי שירות. אבל לחובבי רדיו עדיין יש מספיק מכשירים מיושנים, אבל עדיין די יעילים כאלה. כל מכשיר אנלוגי מורכב מערוץ אנכי אחד או יותר, ערוץ אופקי, מעגל טריגר וצינור קרן קתודית (CRT).

CRT הוא החלק העיקרי של המכשיר. הוא מציג את צורת האות הנחקר. זה מתבצע מבקבוק ואקום שלתוכו מולחמות אלקטרודות למטרות שונות. הקבוצה הראשונה יוצרת אקדח אלקטרונים היוצר קרן. האות הנחקר נשלח אליו. והשני מורכב ממגעים של צלחות מסיטות אנכית ואופקית והמתח של מחולל הסוויף מסופק אליו.

לכן, המכשיר מורכב מהחלקים הבאים:

• מחליש - מחלק מתח כניסה;
• קדם מגבר;
• חסימת עיכוב;
• סכימת הפעלת סנכרון וסוויפ;
• גֵנֵרָטוֹר;
• מגבר סופי.

האות הנמדד מוזן לצלחות האנכיות, ולאחר מכן למחליש, המאפשר לך להתאים את רגישות המכשיר. מכשיר ויסות עשוי בצורה של כפתור סיבובי. סולם המיתוג מצוין בוולט לחלוקה. מחלקים משמשים בעת מדידת אות רב עוצמה. מדובר במכשירים מיוחדים הפועלים על עיקרון של מחלשים, אך במקביל הם מפחיתים את האות לרמה בטוחה עבור מעגלי הכניסה של האוסילוסקופ.

האות מהמחלק או הממתיש מסועף בקדם-מגבר ונכנס ליחידת ההשהיה והסנכרון. הצומת האחרון יוצר תנאים להפעלת הגנרטור כאשר מופיעות תנודות אלקטרומגנטיות. אות שן המסור מהגנרטור נכנס לערוץ האופקי X, שם הוא מוגבר ומוזן למסך.

החלק השני של האות עובר דרך קו ההשהיה לערוץ Y, ולאחר מכן ל-CRT. כתוצאה מכך, מיקום הדופק מוצג על המסך במערכת הקואורדינטות XY. גבול התדר התחתון הוא בסביבות 10 הרץ, והגבוהה תלויה בקיבול הפלטות ובאיכות המגברים.

לכן, אם מתח נמדד מופעל על הלוחות, הקרן מתחילה לסטות אנכית ואופקית. תנועות אלו מתרחשות באופן סינכרוני, וכתוצאה מכך, האות "מתגלגל" בזמן. התמונה המתקבלת על המסך נקראת אוסצילוגרמה.

מכשיר דיגיטלי

המכשיר הדיגיטלי משלב אוסילוסקופ אנלוגי ומיני מחשב. באמצעותו ניתן לא רק לראות חזותית את הצורה, אלא גם לבצע מספר פעולות, כגון חיבור וחיסור של אותות, טרנספורמציה פורייה וקביעת הספקטרום. המכשיר כולל:

• צומת קנה מידה;
• ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC);
• זיכרון גישה אקראית (RAM);
• מיקרו-בקר;
• תאי אחסון;
• מָסָך;
• רכיבי שליטה (כפתורים, כפתורים).

האות עובר לכניסה של צומת קנה המידה, שם הוא מופחת לערך בטוח עבור המעגלים הפנימיים של המכשיר. לאחר מכן הוא מוזן דרך מגבר ל-ADC. הוא ממיר צורה אנלוגית לסדרה של רצף בדיד של קוד לוגי. לשם כך, נעשה שימוש במיקרו-בקר הפועל על העיקרון של אפנון רוחב דופק (PWM).

הקוד נכתב ל-RAM, ממנו, לאחר התקיים תנאי מסוים, הוא מועבר לתאי האחסון. כל בלוק מתאים לפיקסל שחשוף יתר על המידה. קואורדינטת X נקבעת לפי מספר התא, וקואורדינטת Y לפי הקוד הכתוב בה. תא הזיכרון יכול להכיל מספר סמלי קוד, היוצרים שורה של פיקסלים מוארים ברציפות.

אוסילוסקופים דיגיטליים מחולקים למספר תתי סוגים ויכולים להיות:

• וירטואלי - בעל יציאות קלט ופלט שונות. הם מתוכננים לעבוד עם תוכנות חיצוניות המותקנות במחשב.
• Stroboscopic - שימוש בדגימה רציפה של ערכים מיידיים והשינוי הזמני שלהם באמצעות פולסים קצרים (strobes).
• זרחן - הצגת האות במישורי הזמן והמשרעת, וכן את עוצמתו. מכשירים כאלה מאופיינים בצפיפות ודיוק מדגם גבוהים.

השימוש במסך ה-LCD משפר את נוחות האוסילוסקופ. זה הופך להיות אפשרי להציג חזותית כל נתונים עליו, והשימוש בזיכרון במכשיר מאפשר לך להשוות כל שינוי בצורת הגל לאורך זמן.

פרמטרים של מתקן

לאוסילוסקופ, כמו לכל מכשיר חשמלי, יש מספר פרמטרים טכניים. הם אלה שקובעים את הפונקציונליות ומידת השימוש שלו. דרישות למעמד הדיוק, יציבות הפעולה, מאפייני הרעש מוטלות על עבודתו.

הפרמטרים החשובים ביותר של המכשיר הם:

• רוחב פס תדר. מציין את דיוק המדידות. ככל שהוא גדול יותר, כך תוכל ללמוד את צורת הגל בצורה מפורטת יותר. במקרה זה, הערך של פרמטר זה צריך לעלות על תדירות האות הנחקר בכמה פעמים.
• דְגִימָה. קובע את הרזולוציה של המכשיר.
• מספר הערוצים. ערכם קובע את מספר המדידות הבלתי תלויות בו זמנית שניתן לבצע במכשיר. זה מאפשר להציג מספר גרפים על המסך בבת אחת ולהשוות ביניהם. בכיתת חובבי הרדיו 2-4 ערוצים, ובכיתה המקצועית עד 16.
• גודל זיכרון. ערכו משפיע על מהירות התגובה של המכשיר.
• סוג אוכל. ישנם מכשירים הפועלים על רשת מתח חילופין של 220 וולט או סוללות נטענות.
• זמן עלייה של אות הכניסה. פחות עדיף. המשמעות היא שככל שתחילת האות הראשון על המסך פחות "נכרסמת" במהלך הסנכרון הפנימי, כך תכונות התדר של האוסילוסקופ טובות יותר.
• מאפייני מסך. זה כולל: פירוט, אינרציה, תדירות סוויפ. יתרה מכך, ככל שהרזולוציה גבוהה יותר, כך מידת הפירוט גדולה יותר.
• מצב זיכרון מפולח. לחלק מהמכשירים הדיגיטליים יש מצב זיכרון מפולח. כלומר, יש להם את היכולת ללכוד אותות באופן סלקטיבי עם קצב הדגימה הרצוי (הגבוה).
• זמינות מצב שווה ערך. הוא משמש לחקר אות תקופתי. מאפשר להגדיל את קצב הדגימה מספר פעמים.

יישומי אוסילוסקופ

האוסילוסקופ נועד לחקור קשרים שונים בין מספר כמויות. צורת הגל המוצגת על המסך מראה כיצד צורת גל המתח משתנה לאורך זמן. אז לפי זה אתה יכול לקבוע בקלות את הקוטביות, המשרעת, משך הזמן, מחזור העבודה ותדירות האות.

בקירוב גס, אוסילוסקופ פועל כמו מד מתח גרפי. הוא מודד את האות ומציג את צורתו על הצג. אפילו מתחים בתדר גבוה ניתן למדוד עם המכשיר. מטרתו העיקרית היא להשתמש בפתרון בעיות במעגלים אלקטרוניים מורכבים או מדידות מחקר. לדוגמה, השימוש בו אפשרי:

• קביעת פרמטרי זמן;
• שינוי שלבים ללמוד;
• לתקן את תדר האות;
• להתבונן ברכיבי המתח המתחלפים והקבועים;
• שימו לב לנוכחות הרמוניות ולפרמטרים שלהן;
• לגלות את התהליכים המתרחשים בזמן.

לפיכך, יש צורך באוסילוסקופ על מנת לראות חזותית את התנודות של האות החשמלי, וכן רואים גם הפרעות ועיוות, ובכך מזהים את האלמנט הפגום בצמתים שונים לפי צורת הקלט והפלט דוֹפֶק. בנוסף, האוסילוסקופ נמצא בשימוש נרחב באבחון של מנועים חשמליים. בלימוד הדורות המתרחשים במהלך פעולת המנוע, ניתן לחשב את תקלת הזרז, לזהות דליפת אוויר מוגברת ולעקוב אחר אותות מחיישנים שונים.

עבודה עם המונה

הכיול מתבצע לפני השימוש באוסילוסקופ. לשם כך, מובילי הבדיקה מחוברים לכניסת המגבר (הסטה אנכית של הקרן) ולטרמינל משותף, המיועד להארקה. אם נעשה שימוש ב-CRT, לאחר ההפעלה, עליך להמתין זמן מה עד שהמסך יתחמם. לאחר מכן עליך לעבור את השלבים הבאים:

1. כפתור כוונון הזמן מוגדר לחלוקה המתאימה ל-1 ms/div.
2. כפתור ה-Velt / Div מועבר למצב 0.5 V / Div.
3. בקרת דופק סינכרון מועברת למצב "אוטומטי". אם מיקום כזה לא מסופק, אז הסנכרון הפנימי נבחר וסוג האות מוגדר - משתנה.
4. סיבוב בקרי מיקום האלומה (מעלה / למטה וימינה / שמאלה), הגדר את מצב "אוטומטי" או פשוט השיג את מראה האלומה על המסך.
5. מתג סוג האות מוגדר למצב GND.
6. הגשש המשותף מחובר למגע הארקה מיוחד של בית ההתקן. אם אין מגע כזה באוסילוסקופ, אז מהדק הבדיקה מונח על כל חלק מתכתי לא מבודד של המארז.
7. מתג סוג האותות מועבר למצב ניטרלי כדי לחבר את הפין לאדמה. אם אין מתג כזה, הבדיקות סגורות זו עם זו.
8. השתמש בכפתורי הכוונון האנכיים והאופקיים כדי להגדיר את האלומה לאמצע המסך.
9. אם למכשיר יש מתג "סוג אות", אז הוא מוגדר למצב המדידה של צורת גל קבוע, או שהבדיקה פשוט מנותקת משקע האדמה.
10. החלפת סולם "וולט / חלוקה" משיגה את פתיחת האות למסך המלא, מה שמגביר את דיוק התצפיות.
11. בעזרת חוטי המדידה מתחילים במחקרים הדרושים, התאמת סולם "וולט/חלוקה" במידת הצורך.

כך, השימוש באוסילוסקופ מאפשר לבצע פעולות להקמה ותיקון של מכשירים מורכבים שלא ניתן לבצע באמצעות בודק. עבודה על מכשיר מודרני היא לא הרבה יותר קשה מאשר מדידה עם מולטימטר.