Na čo slúži osciloskop: charakteristika a princíp činnosti prístroja, ako prístroj správne používať

Pomocou multimetra môžete merať jednoduché elektrické veličiny ako prúd, odpor, napätie. Nestihnú však včas preskúmať tvar signálu ani jeho správanie. Na meranie, kontrolu a dolaďovanie nástrojov je preto potrebný osciloskop. Toto univerzálne zariadenie sa predtým používalo iba v laboratóriách a servisných strediskách, ale dnes sa stalo cenovo dostupným pre rádioamatérov.

Typy a vlastnosti

Rôzne štúdie v oblasti elektriny si vyžadovali prístroj schopný vykonať sériu meraní správania sa daného parametra počas určitého časového obdobia. Predchodcom takéhoto zariadenia bol André Blondel, ktorý sa narodil v roku 1863 vo Francúzsku. Po štúdiu elektrotechniky založil laboratórium v ​​meste Levallupe. V ňom vedec na základe teórie Alfreda Cornu vynašiel a skonštruoval magnetoelektrické zariadenie s bifilárnym zavesením. Stalo sa to v roku 1893.

Toto zariadenie umožňovalo registrovať intenzitu striedavých prúdov zaznamenávaním kmitov kyvadla s atramentom napojeným na induktor. Merač mal nízku presnosť kvôli mechanickým častiam. A jeho priepustné pásmo bolo v rozsahu 10-19 kHz.

instagram viewer

Ďalší vývoj zariadenia viedol k tomu, že v roku 1897 sa objavil osciloskop s katódovou trubicou (CRT). Jeho konštruktérom sa stal fyzik z Nemecka Karl Braun. Prvú priemyselnú kópiu však vydala až v roku 1932 britská spoločnosť A. C. Cossor Ltd. V novembri americká firma Allen B. DuMont Laboratories predstavili osciloskop pozostávajúci z dvoch častí: CRT a krytu. V druhom z nich boli umiestnené jednotky na zaostrovanie lúča, zdroj energie a jednotka zametania. Technológia výroby obrazoviek však umožnila jej použitie nie dlhšie ako tisíc hodín.

Druhá svetová vojna vývoj zariadenia zastavila, no po jej skončení inžinieri Wollum a Murdoch, zakladatelia Tektronix, do zariadenia prístroja sa zavedie vyčkávací pohyb, to znamená taký, ktorý sa spustí iba pri výskyte elektromagnetického signál. Toto zariadenie pracovalo so šírkou pásma 10 MHz.

Vývoj polovodičovej technológie viedol v roku 1980 k vývoju digitálneho zariadenia od LeCroya. Potom sa v Európe začali sériovo vyrábať digitálne prístroje nielen profesionálnej úrovne, ale aj rádioamatérstva. Na trhoch sa objavili všetky druhy zariadení, ktoré sa líšia presnosťou a funkčnosťou.

Začiatkom roku 2000 digitálna technológia takmer úplne nahradila analógové zariadenia, čo bolo uľahčené vývojom osobných počítačov a možnosťou prepojenia merača s nimi. Bez ohľadu na to, aký spôsob spracovania signálu sa použije, princíp činnosti rôznych osciloskopov zostáva rovnaký.

Analógové zariadenie

Dnes sú analógové osciloskopy vo výskumných laboratóriách alebo servisných strediskách čoraz menej bežné. Ale rádioamatéri majú stále dosť zastaraných, ale stále dosť účinných takýchto zariadení. Akékoľvek analógové zariadenie pozostáva z jedného alebo viacerých vertikálnych kanálov, horizontálneho kanála, spúšťacieho obvodu a katódovej trubice (CRT).

CRT je hlavnou súčasťou zariadenia. Zobrazuje tvar skúmaného signálu. Vykonáva sa z vákuovej banky, do ktorej sú prispájkované elektródy na rôzne účely. Prvá skupina tvorí elektrónové delo, ktoré tvorí lúč. Do nej je vyslaný vyšetrovaný signál. A druhá pozostáva z kontaktov vertikálne a horizontálne vychyľovacích dosiek a je do nej privádzané napätie generátora závory.

teda zariadenie sa skladá z nasledujúcich častí:

• atenuátor - delič vstupného napätia;
• predzosilňovač;
• blok oneskorenia;
• schéma spúšťania synchronizácie a rozmietania;
• generátor;
• koncový zosilňovač.

Nameraný signál ide do zvislých dosiek a potom do atenuátora, ktorý umožňuje nastaviť citlivosť zariadenia. Regulačné zariadenie je vyrobené vo forme otočného gombíka. Spínacia stupnica je uvedená vo voltoch na dielik. Deliče sa používajú pri meraní silného signálu. Ide o špeciálne zariadenia, ktoré fungujú na princípe atenuátorov, no zároveň znižujú signál na bezpečnú úroveň pre vstupné obvody osciloskopu.

Signál z deliča alebo atenuátora sa rozvetvuje na predzosilňovači a vstupuje do oneskorovacej a synchronizačnej jednotky. Posledný uzol vytvára podmienky na spustenie generátora, keď sa objavia elektromagnetické oscilácie. Pílovitý signál z generátora vstupuje do horizontálneho kanála X, kde je zosilnený a privádzaný na obrazovku.

Druhá časť signálu ide cez oneskorovaciu linku do kanálu Y a potom do CRT. Výsledkom je, že poloha pulzu sa zobrazí na obrazovke v súradnicovom systéme XY. Spodná hranica frekvencie je okolo 10 Hz a horná závisí od kapacity platní a kvality zosilňovačov.

Preto, ak sa na dosky aplikuje namerané napätie, lúč sa začne vertikálne a horizontálne odchyľovať. Tieto pohyby prebiehajú synchrónne a v dôsledku toho sa signál "rozvinie" v čase. Výsledný obraz na obrazovke sa nazýva oscilogram.

Digitálny nástroj

Digitálne zariadenie kombinuje analógový osciloskop a minipočítač. Pomocou nej môžete nielen vizuálne vidieť tvar, ale tiež vykonávať množstvo operácií, ako je sčítanie a odčítanie signálov, Fourierova transformácia a určenie spektra. Zariadenie obsahuje:

• škálovací uzol;
• analógovo-digitálny prevodník (ADC);
• pamäť s náhodným prístupom (RAM);
• mikrokontrolér;
• skladovacie bunky;
• obrazovka;
• ovládacie prvky (tlačidlá, gombíky).

Signál ide na vstup škálovacieho uzla, kde sa zníži na bezpečnú hodnotu pre vnútorné obvody zariadenia. Potom sa privádza cez zosilňovač do ADC. Prevádza analógovú formu na sériu diskrétnych sekvencií logického kódu. Na to slúži mikrokontrolér, ktorý pracuje na princípe pulzne šírkovej modulácie (PWM).

Kód sa zapíše do RAM, z ktorej sa po splnení určitej podmienky prenesie do pamäťových buniek. Každý blok zodpovedá pixelu, ktorý je preexponovaný. Súradnica X je určená číslom bunky a súradnica Y kódom v nej zapísaným. Pamäťová bunka môže obsahovať niekoľko kódových symbolov, ktoré tvoria rad súvisle svietiacich pixelov.

Digitálne osciloskopy sú rozdelené do niekoľkých podtypov a môžu byť:

• Virtuálne - s rôznymi vstupnými a výstupnými portami. Sú navrhnuté pre prácu s externým softvérom nainštalovaným na PC.
• Stroboskopický - pomocou sekvenčného vzorkovania okamžitých hodnôt a ich časovej transformácie pomocou krátkych impulzov (stroboskopov).
• Fosfor - zobrazenie signálu v rovine času a amplitúdy, ako aj jeho intenzita. Takéto zariadenia sa vyznačujú vysokou hustotou vzorky a presnosťou.

Použitie LCD obrazovky zlepšuje pohodlie osciloskopu. Je možné na ňom vizuálne zobraziť akékoľvek údaje a použitie pamäte v zariadení vám umožňuje porovnať akékoľvek zmeny v priebehu času.

Parametre prípravku

Osciloskop, ako každé elektrické zariadenie, má množstvo technických parametrov. Práve tie určujú jeho funkčnosť a mieru využitia. Na jeho prácu sú kladené požiadavky na triedu presnosti, stabilitu prevádzky, hlukové charakteristiky.

Najdôležitejšie parametre zariadenia sú:

• Šírka frekvenčného pásma. Určuje presnosť meraní. Čím je väčšia, tým podrobnejšie môžete študovať priebeh. V tomto prípade by hodnota tohto parametra mala niekoľkonásobne prekročiť frekvenciu skúmaného signálu.
• Vzorkovanie. Určuje rozlíšenie prístroja.
• Počet kanálov. Ich hodnota určuje počet súčasne nezávislých meraní, ktoré je možné na zariadení vykonať. To umožňuje zobraziť na obrazovke niekoľko grafov naraz a navzájom ich porovnávať. Rádioamatérska trieda má 2-4 kanály a profesionálna trieda má až 16.
• Veľkosť pamäte. Jeho hodnota ovplyvňuje rýchlosť odozvy zariadenia.
• Druh jedla. Existujú zariadenia, ktoré fungujú na 220 voltovej sieti so striedavým napätím alebo na dobíjacích batériách.
• Čas nábehu vstupného signálu. Menej je lepšie. To znamená, že čím menej je začiatok prvého signálu na obrazovke počas internej synchronizácie „odhryznutý“, tým lepšie sú frekvenčné vlastnosti osciloskopu.
• Vlastnosti obrazovky. To zahŕňa: detail, zotrvačnosť, frekvenciu zametania. Navyše, čím vyššie rozlíšenie, tým väčšia miera detailov.
• Režim segmentovanej pamäte. Niektoré digitálne prístroje majú režim segmentovanej pamäte. To znamená, že majú schopnosť selektívne zachytávať signály s požadovanou (vysokou) vzorkovacou frekvenciou.
• Dostupnosť ekvivalentného režimu. Používa sa na štúdium periodického signálu. Umožňuje niekoľkokrát zvýšiť vzorkovaciu frekvenciu.

Aplikácie osciloskopov

Osciloskop je určený na štúdium rôznych vzťahov medzi viacerými veličinami. Tvar vlny zobrazený na obrazovke ukazuje, ako sa tvar vlny mení v priebehu času. Takže pomocou neho môžete ľahko určiť polaritu, amplitúdu, trvanie, pracovný cyklus a frekvenciu signálu.

V hrubom priblížení funguje osciloskop ako grafický voltmeter. Meria signál a zobrazuje jeho tvar na displeji. Prístrojom možno merať aj vysokofrekvenčné napätia. Jeho hlavným účelom je využitie odstraňovania porúch v zložitých elektronických obvodoch alebo výskumných meraní. Napríklad, pomocou neho je možné:

• určiť časové parametre;
• fázový posun štúdie;
• opraviť frekvenciu signálu;
• pozorovať zložky striedavého a konštantného napätia;
• všimnite si prítomnosť harmonických a ich parametre;
• zistiť procesy prebiehajúce v čase.

Preto je potrebný osciloskop, aby bolo možné vizuálne pozorovať kolísanie elektrického signálu a vidieť aj rušenie a skreslenie, čím identifikuje chybný prvok v rôznych uzloch podľa tvaru vstupu a výstupu pulz. Okrem toho je osciloskop široko používaný pri diagnostike elektromotorov. Štúdiom generácií, ktoré sa vyskytujú počas prevádzky motora, je možné vypočítať poruchu katalyzátora, identifikovať zvýšený únik vzduchu a sledovať signály z rôznych snímačov.

Práca s meračom

Pred použitím osciloskopu sa vykoná kalibrácia. Na tento účel sú testovacie káble pripojené k vstupu zosilňovača (vertikálne vychýlenie lúča) a spoločnej svorke, označenej ako zem. Ak sa používa CRT, po zapnutí musíte chvíľu počkať, kým sa obrazovka zahreje. Potom musíte prejsť nasledujúcimi krokmi:

1. Gombík nastavenia času je nastavený na dielik zodpovedajúci 1 ms / div.
2. Gombík Volt / Div sa prepne do polohy 0,5 V / Div.
3. Riadenie synchronizačného impulzu je prepnuté do režimu „auto“. Ak takáto poloha nie je poskytnutá, potom sa zvolí vnútorná synchronizácia a nastaví sa typ signálu - variabilný.
4. Otáčaním ovládačov polohy lúča (nahor/nadol a vpravo/vľavo), nastavte režim „Auto“ alebo jednoducho docielite vzhľad lúča na obrazovke.
5. Prepínač typu signálu je nastavený do polohy GND.
6. Spoločná sonda je pripojená k špeciálnemu uzemňovaciemu kontaktu krytu zariadenia. Ak v osciloskope nie je takýto kontakt, potom sa svorka sondy nasadí na akúkoľvek neizolovanú kovovú časť puzdra.
7. Prepínač typu signálu sa presunie do neutrálnej polohy, aby sa kolík spojil so zemou. Ak takýto spínač neexistuje, potom sú sondy navzájom uzavreté.
8. Pomocou vertikálnych a horizontálnych nastavovacích gombíkov nastavte lúč do stredu obrazovky.
9. Ak má zariadenie prepínač "Typ signálu", potom sa nastaví do polohy merania konštantného tvaru vlny alebo sa sonda jednoducho odpojí od uzemňovacej zásuvky.
10. Prepnutím stupnice "Volty / delenie" dosiahnete rozvinutie signálu na celú obrazovku, čo zvyšuje presnosť pozorovania.
11. Pomocou meracích drôtov sa spustia potrebné štúdie, v prípade potreby sa upraví stupnica "Volt / delenie".

Použitie osciloskopu teda umožňuje vykonávať operácie na nastavenie a opravu zložitých nástrojov, ktoré nie je možné vykonať pomocou testera. Práca na modernom zariadení nie je oveľa náročnejšia ako meranie pomocou multimetra.