Что такое осциллограф?
Осциллографы — это электронные приборы для измерения и контроля электрических сигналов в цепях. Определение формы и параметров колебаний необходимо для контроля правильной работы оборудования.
Содержание статьи:
Первые попытки создания приборов для измерения электрических колебаний относятся к 1880 году. Они были созданы французскими и русскими физиками. Первые осциллографы были аналоговыми; с 1980-х годов сигналы регистрируются с помощью цифрового оборудования.
Устройство и принцип действия прибора
Давайте кратко объясним, как работает аналоговый осциллограф «для чайников». Прибор состоит из следующих элементов.
- Лучевая трубка;
- Блок питания;
- Канал вертикального/горизонтального отклонения;
- Канал модуляции луча;
- Устройство для синхронизации и запуска развертки.
Ручки для управления параметрами сигнала и экранный дисплей. Более старые модели не имели экрана. Изображение фиксировалось на фотоленте.
Принцип работы
При включении устройства сигнал подается на вход канала вертикального отклонения. Входной импеданс высокий. Вольтметр работает по тому же принципу. Однако вольтметр не показывает временной график изменения напряжения.
После подачи сигнала на вход он усиливается до необходимого уровня. Это отображается на экране вдоль вертикальной оси. Усиление необходимо для работы отклоняющей системы лучевой трубки или аналого-цифрового преобразователя сигнала. Масштаб отображения колебаний на экране может быть изменен от большого до малого.
Устройство
Фототрубки чувствительны к электрическим импульсам. Чем ниже частота, тем выше чувствительность. В современных вакуумных трубках количество лучей может быть задано в диапазоне 1-16. Количество лучей соответствует количеству одновременно вводимых сигналов и отображаемых графиков.
Цифровые осциллографы имеют экран и аналоговый преобразователь сигналов. Он имеет память для хранения данных полученных графиков формы сигнала. Часть информации автоматически анализируется и отображается в обработанном виде. Аналоговые осциллографы не хранят данные, а только отображают их в реальном времени.
Развертка — это путь луча, который улавливает колебания и выводит изображение на экран. Он может быть эллиптическим, круговым или иметь различные другие формы. Величина развертки регулируется в зависимости от рассматриваемого сигнала по горизонтальной (временной) оси.
Блок питания подает напряжение на электронные схемы от сети 220 В. Имеются также модели с аккумуляторами, работающие автономно.
Виды осциллографов
По принципу действия осциллографы бывают цифровыми и аналоговыми. Существуют смешанные аналоговые, цифровые и цифровые приборы. Все больше и больше создается виртуальных. Так, в качестве экранов используются различные устройства — компьютерные мониторы, телевизоры.
Работа некоторых моделей основана на электромеханических принципах.
- Электродинамика;
- Электростатика;
- Выпрямитель;
- Электромагнитный;
- Магнитоэлектрический;
- Термоэлектрические.
Приборы могут работать самостоятельно или быть прикреплены к другому устройству (например, к компьютеру); во втором случае цена ниже, но сам прибор зависит от внешнего устройства.
Виды развёрток
В разных режимах осциллографа линейный (создаваемый пилообразным напряжением) может быть разным.
- Однократный. Генератор запускается один раз, а затем блокируется. Такой разряд необходим для коррекции некорневых сигналов;
- Ожидание. Запуск происходит сразу после подачи сигнала. Это необходимо для наблюдения за редкими колебаниями;
- Автоматический вызов. Генератор регулярно включается при отсутствии сигнала. Полезен для отображения частых периодических импульсов.
Измеряемые процессы
По принципу действия устройства делятся на:
- Специальные. Существуют блоки для целевого использования (например, телевизионные осциллографы);
- Стробоскопические. Чувствительные приборы для изучения кратковременных повторяющихся процессов;
- Высокоскоростные. Используются для коррекции процессов на высокой скорости (с нано- и пикосекундной точностью);
- Запоминающие. Сохраняют полученные изображения. Обычно используются для изучения редких единичных действий;
- Универсальный. Исследует различные процессы.
Где применяют осциллографы?
Информация, предоставляемая осциллографом:
- Значения напряжения, временные параметры;
- Сдвиг фаз, искажение импульсов в различных участках цепи;
- Частота (определяется путем изменения временной характеристики);
- Переменная и постоянная составляющие колебаний;
- Процессы в цепи.
Осциллографы используются в практических и исследовательских целях. Для простых измерений можно использовать мультиметр, но в большинстве случаев без осциллографа не обойтись.
Приборы используются для измерения вибраций при настройке электронного оборудования. Например, для настройки телевизионного сигнала необходим осциллограф. Приборы также используются для ремонта блоков питания, что является диагностикой печатных плат.
При ремонте автомобиля это устройство помогает получить данные о положении коленчатого и распределительного валов. Эти осциллограммы описывают наличие импульсов на катушки и показывают неисправности свечей и проводов, которые являются диодными мостами генератора.
Медицинские приборы (кардиографы, энцефалографы) также работают по принципу осциллографии. В живых организмах происходят только измеряемые ими электрические колебания.
Методика измерений
Осциллографы измеряют напряжение и строят график амплитуды электрических колебаний. Цифровые устройства могут запоминать полученный график и возвращаться к нему.
Колебания отображаются на экране в двумерной системе координат (напряжение — вертикальная ось, время — горизонтальная ось), образуя график — осциллограмму. Есть еще третий элемент исследования — уровень (или яркость) сигнала.
Если на экране нет входных импульсов, горизонтальная линия равна «нулю», что свидетельствует об отсутствии напряжения. Как только на вход (или входы) прибора подается напряжение, на экране одновременно появляется один или несколько графиков (в зависимости от количества измеряемых сигналов).
Графики электрических колебаний в форме:
- Синусоида;
- Затухающая синусоида;
- Прямоугольный;
- Серпантин;
- Треугольная;
- Пилообразная вариация;
- Импульс;
- Различия;
- Сложные сигналы.
Для получения стабильного графика колебаний на приборе установлен блок синхронизации. Только после установки значений синхронизации можно получить периодическое отображение вибраций. Оно считается «стартом» и служит отправной точкой для графика. Все скачки отображаются относительно этой точки.
Как выбрать
Вы должны представить, для какой цели и какое устройство будет использоваться, и выяснить, какие сигналы предназначены. Учитывайте количество точек одновременных измерений, одиночность или частоту колебаний. Можно использовать советские приборы. Однако с их помощью трудно получить точную настройку. Обратившись в компанию QRZ.RU вы можете осциллограф купить необходимую модель для ваших потребностей.
Количество каналов
По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала) или усовершенствованными (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.
Тип питания
Приборы с батарейками можно брать с собой. Это полезно для мастеров, которые проверяют свое оборудование на месте. Если поездок нет, лучше взять осциллограф, работающий от сети, так как он более стабилен и надежен.
Частота дискретизации
Частота дискретизации важна для измерения одиночных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране получается.
Полоса пропускания
Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная частота звука составляет 25 МГц. Для специализированных измерений необходимы приборы с этим параметром (до 200 или до 500 МГц). Современные линии связи функционируют на очень высоких частотах. Частота исследуемого сигнала должна быть в три-пять раз меньше полосы пропускания.
Настройка осциллографа
Перед использованием нового прибора его калибруют с помощью прямоугольного импульса в корпусе. Сигнальный зонд подключается к калибровочному выходу, и на экране появляется надпись «SAW» — зигзагообразные линии. Все функции и нормативная работа должны быть проверены.
В настоящее время осциллографы регулярно используются в области электроники. Существует широкий выбор приборов, позволяющих наблюдать параметры электрических колебаний. Осциллографы не могут обойтись ни инженеру-профессионалу, ни обычному любителю радиоэлектроники.
