Как пользоваться цифровым осциллографом, преимущества и недостатки, где купить

Цифровой осциллограф – это прибор, который позволяет получать и обрабатывать сигналы в результате пропускания через цифровую «начинку» устройства. Благодаря именно такому строению цифровые осциллографы, в отличие от аналоговых приборов, способны выполнять и другие функции: измерять, подгонять автоматически, останавливать, записывать сигналы.

Еще десятилетие назад подобные устройства считались огромной редкостью и были только у очень состоятельных радиолюбителей или реальных фанатов своего дела, поскольку стоимость одного такого прибора достигала цены подержанной иномарки.

Сегодня ситуация немного изменилась, что связано не только с развитием электроники и схемотехники, но также с производством таких приборов частными компаниями, что привело к созданию конкуренции в продажах, с открытием рынка китайской продукции для наших граждан. Поэтому приобрести устройство, например, марки OWON, может себе позволить любой желающий.

цифровой осциллограф

Как подготовить к работе цифровой осциллограф

Нажав на кнопку питания, подключить осциллограф, на любой из существующих каналов прикрепить щуп. Чаще всего подсоединяется CH1 – первый канал.

В щупе предусмотрен делитель, как и в самом осциллографе, но все зависит от модели и типа устройства. Необходимо ползунок перевести на позицию 10Х. Как правило, в настройках по умолчанию в приборе установлен делитель на такую же отметку 10Х. В противном случае нужно перейти в настройки устройства и найти там характеристики канала, где выполнить ручную установку на отметку «10Х».

В качественном осциллографе предусмотрен частотный генератор импульсов прямоугольной формы встроенного типа, причем амплитуда напряжения должна соответствовать 5 В, а частота модуляции 1 кГц (1000 Гц). Расположение данного блока может быть разным (все зависит от сборки и марки прибора), однако чаще всего он находится справа в нижнем углу. На него необходимо нацепить щуп. Название блока может быть Probe Comp или другое.

При правильной настройке и подключении устройства должна получиться следующая картина:

При выполнении этих операций на дисплее должны появляться разные изображения сигналов, которые характеризуются неравномерностью и произвольностью.

Чтобы устранить подобное явление, в некоторых осциллографах есть кнопка для автоматического позиционирования сигнала. Чаще всего название подобной функции – «Autoscale», однако может быть и другим, что нужно учитывать и искать в инструкции к прибору.

При запросе на согласие с позиционированием сигнала в автоматическом режиме следует нажать «ОК» и продолжить работу.

После настроек сигнал должен выглядеть следующим образом:

Если сигнал не отличается периодичностью, ровностью и прямоугольностью, то это говорит об искажениях, которые вносятся в систему самим щупом. Для их устранения следует перед каждым применением устройства выполнять корректировку щупа.

Щупы современного образца оснащены специальным миниатюрным винтом. С помощью соответствующей отвертки необходимо производить через подкручивание винтов корректировку сигналов.

После каждого подкручивания в любую сторону следует обязательно проверять, как именно изменяется форма и модуляция сигнала на дисплее.

Если получается подобная картина, то это свидетельствует о сильном отклонении от требуемой позиции винта. В этом случае он поворачивается в обратную сторону до полного выравнивания сигнала так, чтобы его горизонтальная верхушка выровнялась.

После того как на мониторе получен ровный прямоугольный сигнал, можно приступать к дальнейшей работе с прибором, так как все настройки и корректировки были произведены правильно.

Как измеряется напряжение с помощью цифрового осциллографа

По завершении калибровки щупа устройства могут выполняться другие измерения характеристик сигналов. Часто прибор применяется для получения данных о переменном и постоянном напряжении.

Цифровые осциллографы выпускаются с английской маркировкой, где постоянный ток обозначается как Direct Current или сокращенно «DC», а переменный соответственно Alternating Current или в сокращении «АС». Необходимо отметить, что в русской речи такое понятие, как постоянное напряжение и постоянный ток, а также переменное напряжение и переменный ток используются как синонимичное обозначение одной и той же физической величины.

Сначала необходимо выбрать тип тока, который будет измеряться осциллографом. Сделать это можно посредством нажатия кнопки Н1 (клавиши Coupling).

Как измеряется постоянный ток

В правой части дисплея появляются всплывающие окна, в которых необходимо выбрать режим для постоянного тока, а именно DC, для чего нажимается кнопка F1.

Пробное напряжение следует выставить непосредственно на блоке питания с уровнем 5 В.

Далее щупы осциллографа и блока питания нужно соединить. При этом следует соблюдать соответствие цвета и полярности щупов, а именно черный крокодил, который отвечает за минус, подсоединить к черному щупу, отвечающему за «землю», а красный крокодил, который соответствует плюсу устройства, – с сигнальным щупом прибора.

Далее нужно изучить изображение, которое будет выводиться на экране осциллографа.

Должна отобразиться осциллограмма постоянного напряжения. Под постоянным напряжением принято понимать такое напряжение, которое с течением времени не изменяется по величине и полярности.

Для более подробного изучения этого явления следует тщательно исследовать получаемое на дисплее прибора изображение. Важные моменты отмечены белыми стрелками.

значение напряжения

Поскольку данное измерение производится первым разъемом прибора, то оно получает отметку «1», что отражается в рамке и кружке красного цвета. Несложно заметить деление всего экрана своеобразной двухмерной шкалой, которая разделяет область на одинаковые квадраты со штриховыми линиями. На оси ординат (Y) в области красной рамки откладывается напряжение одной стороны квадрата. В этом случае величина составляет 2 В. При проведении подсчетов от центра точки, где пересекаются утолщенные штриховые линии, расположение осциллограммы находится на отметке, равной 2,5 стороны квадрата. Для получения значения напряжения необходимо выполнить умножение отметки шкалы на цену ее деления, что дает 2 х 2,5 = 5 (В).

Чтобы получить точное значение измеряемого параметра, необходимо нажать на кнопку с надписью «Measure», что переводится с английского как «измерять». В конкретном случае показатель получился равным 5,085 В.

Как измеряется переменный ток

Следующим шагом будет измерение переменного напряжения или переменного тока (напомним, что данные понятия используются как синонимы). Для проведения эксперимента в качестве наглядности и более четких результатов лучше всего воспользоваться лабораторным автотрансформатором (ЛАТР). С его помощью можно повысить или понизить переменное напряжение от сети.

Выставляется значение напряжения на отметке 100 В.

На осциллографе необходимо выставить режим для измерения переменного напряжения, которое обозначается как AC.

Для этого крокодилы от ЛАТР подсоединяются к щупам цифрового прибора, а на экране оценивается получаемое изображение.

В результате таких манипуляций должна появиться синусоида, которая свидетельствует о том, что напряжение переменное и обладает определенной частотой. Для вывода точного значения интересующих параметров можно воспользоваться клавишей «Measure». Синусоидальный сигнал от бытовой сети обладает определенными стандартными показателями, а именно частотой F, равной 50 Гц и периодом Т, соответствующим 20 миллисекундам. Это связано с особенностями бытовой электросети РФ, которая так же, как и в некоторых других странах постсоветского пространства, установлена как 50 Гц. Некоторые Европейские страны и Америка используют другую частоту – 60 Гц, поэтому правильно настроенный цифровой осциллограф на территории России должен показывать отметку именно 50 Гц. Кроме того, прибором отображается среднеквадратичное напряжение, которое обозначается как Vk, а для используемого ЛАТРа составляет 100 В (данный показатель устанавливался изначально для измерения переменного тока).

Автоматическое измерение параметров сигнала

Для получения более четких представлений о проводимых измерениях необходимо воспользоваться в качестве примера установленными параметрами. Поэтому в генераторе частоты, который установлен в приборе, необходимо выбрать форму сигнала прямоугольную, а частоту выставить на отметке 1000 КГц (что также может обозначаться как 1 МГЦ).

На дисплее осциллографа должно появиться следующее изображение, которое соответствует сигналу с указанными выше параметрами:

сигнал

В результате таких манипуляций изначально форма сигнала далека от правильной прямоугольной. Подобные искривления и неточности возникают за счёт несовершенства радиоэлементов и цепей, которые используются для конструирования осциллографа. Подобная осциллограмма хорошо просматривается на диапазоне высоких частот.

Поэтому необходимо разобраться в соответствии элементов изображения, которое в этом случае выводится на дисплей прибора.

схема

Прибор оснащен «магической» кнопкой для получения точных значений параметров измеряемого сигнала. Обозначается она как «Measure», что соответствует английскому «измерять». После ее нажатия выводятся необходимые параметры сигнала, который измеряется прибором.

Для дальнейшей работы с этой информацией необходимо нажать на «Add», что выполняется посредством кнопки «H1».

Получить все снимаемые осциллографом сведения можно через клавишу «Show All», что с английского дословно переводится как «показать все», нажимая кнопку «F3».

Такие действия вызовут таблицу со всеми параметрами сигнала, которые измерялись прибором:

Необходимо также осветить вопрос типов и видов параметров сигналов, которые бывают в принципе. Как известно, на осциллографе отображаются изменяющиеся во времени колебания напряжения сигнала. Именно по этой причине выделяют такие типы параметров сигналов:

  • временные;
  • амплитудные.

В таблице данные показатели имеют собственные обозначения, которые для удобства лучше расшифровать. Нужно отметить, что описание будет производиться в направлении слева направо.

Period – с английского слово переводится как «период» и обозначает время, за которое сигнал полностью себя повторяет. Для обозначения данного параметра применяется буква «Т». Отображение этого показателя на осциллограмме следующее:

Для подсчета данного показателя самостоятельно нужно знать цену деления горизонтальной части ячейки. Подсказка по таким значениям находится в нижней части дисплея:

Исходя из установленных для конкретного примера значений цена деления одной клетки составляет 500 наносекунд. Поскольку длительность периода 2 ячейки, то период находится как умножение количества занимаемых сигналом клеток на цену их деления и составляет в этом примере 2 х 500 = 1 микросекунда (1000 наносекунд).

Чтобы проверить правильность произведенных вычислений, можно воспользоваться автоматическими показаниями.

Как видно из изображения, расчеты совпали на все 100%.

Для обозначения дробных значений в физике применяются такие буквенные символы:

  • p = 10-12 «пико»;
  • n = 10-9 «нано»;
  • u = 10-6 «микро»;
  • m = 10-3 «милли».

Для помощи в этих измерениях используется следующая таблица

Следующий параметр – это частота сигнала, которая обозначается символом «F» и расшифровывается как frequency или сокращенно Freq. При наличии значения периода определение частоты выполняется по следующей формуле:

F=1/T

В рассматриваемом примере:

1/(10-6) = 106 = 1 МГц (MHz)

Для проверки можно воспользоваться подсказкой с автоматическими измерениями:

В данном случае можно отметить, что расчеты также были произведены верно, поскольку результаты ручного определения и автоматического полностью совпали.

Для измерения значения постоянного напряжения или определения средней величины сигнала применяется параметр Mean, который обозначается сокращенно как V и актуален только для постоянного тока. В случае измерения переменного тока такая величина не используется вовсе. При измерении постоянного тока на дисплей выводится соответствующее значение.

Измерить напряжение между пиками сигнала позволяет параметр Peak-to-Peak, который на приборе обозначается в сокращении как PK-PK, а в измерениях – как величина Vp. На соответствующей осциллограмме приведено изображение данного вида напряжения:

Слева внизу выводится значение стороны квадрата шкалы, которое в примере установлено на уровне 1 В.

Подобным образом вычисляется межпиковое напряжение, которое в рассматриваемом примере равно приблизительно 5 В. После сверки с автоматическими измерениями получается примерно такой же результат.

Преимущества и недостатки цифрового осциллографа

Подобные приборы значительно упрощают работу радиоэлектронщика и схемотехника, поэтому обладают целым рядом достоинств:

  • среди дополнительных функций устройства, которые отличают его от аналогового прибора выделяются такие, как автоматическое измерение, остановка, запись сигнала и другие;
  • размер корпуса существенно меньше;
  • более низкое энергопотребление;
  • в аналоговом осциллографе применяется кинескопный дисплей, который не только не дает высокой точности и четкости сигнала по сравнению с жидкокристаллическим экраном цифрового устройства, но и значительно массивнее и габаритнее, что делает аналоговый осциллограф тяжелым и большим по размеру.

Однако существует несколько недостатков, которые следует учитывать перед приобретением такого устройства:

  • высокая стоимость;
  • сигнал прорисовывается дискретно в бюджетных приборах, но более дорогостоящие модели обладают сходными показателями прорисовки сигналов.

Где купить цифровой осциллограф

Современные интернет-магазины и точки продажи в магазинах электроники предлагают приборы по ценам, которые значительно превышают прайс на Алиэкспрессе. Иногда такая разница достигает двух- или трехкратного размера, что делает выбор способа и места приобретения осциллографа очевидным. Выше рассматривался прибор марки OWON, однако многие пользователи оставляют положительные отзывы о более функциональном приборе Hantek, купить на Алиэкспресс можно по этой ссылке.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...