В этой статье мы поговорим о таком устройстве как осциллограф. Осциллограф предназначен для записи, контроля и измерений сигналов разных форм, поступающих на вход устройства. Осциллограф может измерять искажения, определять изменения шума и другие параметры сигнала, при этом данные измерений выводятся на экране или в записи.
В основном с осциллографом работают электрики, инженеры и профессиональные настройщики электронных устройств, но могут и радиолюбители или диагносты. При настройке телевизора или другого электронного устройства без осциллографа не обойтись, поэтому данный прибор является одним из самых распространённых измерительных устройств, наряду с мультиметром.
На сегодняшний день представлено множество моделей осциллографов, которые обладают значительным набором измерительных приложений, сенсорным экраном, большой памятью, и высокой скоростью обновления сигналов во время исследований и разработок. Если вы начинающий радиолюбитель или часто работаете с электронными устройствами и планируете к покупке такой прибор, но не знаете как выбрать подходящий, то данная статья поможет вам в этом. Вы узнаете как работает осциллограф, его виды и особенности, и применение.
Устройство и принцип работы
Все виды осциллографов имеют аналогичное устройство и состоят из таких компонентов как:
- источник повышенного напряжения;
- электронно-лучевая трубка;
- блок питания;
- калибратор;
- канал вертикального / горизонтального отклонения;
- аттенюатор;
- делители;
- канал модуляции луча;
- устройство синхронизации и запуска развёртки.
Принцип работы
При запуске прибора сигнал подаётся на вход канала вертикального отклонения. Он имеет высокое входное сопротивление. Далее сигнал усиливается до необходимого уровня и отображается на экране по вертикальной оси. Усиление требуется для работы отклоняющей системы лучевой трубки или преобразователя сигнала из аналогового в цифровой. Оно позволяет менять масштаб отображения колебаний на экране от крупного до мелкого.
Виды осциллографов:
Осциллографы делятся на несколько типов, различающихся как по характеристикам, так и по принципу действия. Различают аналоговый осциллограф, цифровой, цифровой люминофорный, виртуальный и портативный.
Аналоговый осциллограф
Это самый распространённый тип осциллографа, как его еще называют — классический. Любой аналоговый осциллограф состоит из следующих составляющих: входной делитель, усилитель вертикального отклонения, схема синхронизации и горизонтального отклонения, источник питания и электронно-лучевая трубка.
В осциллографах применяют электронно-лучевые трубки с электростатическим отклонением, в отличие от телевизоров и мониторов, где используется магнитное отклонение. Электронно-лучевые трубки с электростатическим отклонением, хотя и более сложны в изготовлении, имеют гораздо больший частотный диапазон. В каждый конкретный момент отклонение электронного луча и светового пятна на экране, которое он образует, пропорционально напряжению, приложенному к пластинам вертикального отклонения. Напряжение на пластинах горизонтального отклонения изменяется линейно, обеспечивая горизонтальную развертку. Нижняя частота, при которой картинка еще читается, составляет в среднем 10 Гц, хотя при применении специальных электронно-лучевых трубок с большим временем послесвечения она может быть значительно ниже. Верхняя рабочая частота определяется в основном характеристиками усилителя вертикального отклонения и емкостью между отклоняющими пластинами.
Аналоговые осциллографы выполняют развертку сигнала, работают с изменяющимися физическими величинами, например, напряжением.
Цифровой осциллограф
На вход осциллографа подается сигнал, который оцифровывается с помощью АЦП, записывается в память, обрабатывается микропроцессором и отображается на дисплее. Цифровые осциллографы делают выборку характеристик сигналов, работают с дискретными двоичными числами, которые представляют значение напряжения. .
Для цифровых приборов характерно:
- Работа в режиме эквивалентного и реального времени с полосой пропускания до 70 ГГц и более.
- Прямая регистрация оптических сигналов с помощью модулей.
- Невысокий уровень шума, менее 200 пс.
- Повторяющийся характер работы, что идеально для наблюдения за характеристиками сигнала.
Информация, выдаваемая цифровым устройством, отображается на экране текстом, что точнее, чем графики на мониторе аналогового осциллографа. Процессы обработки сигнала происходят на основе метода Фурье. Данные записывают в память компьютера и распечатывают. Цифровые устройства бывают запоминающими, люминофорными и стробоскопическими.
Цифровой люминофорный осциллограф
Устройства этого типа работают за счет технологии цифрового люминофора, что обособляет их методы построения на фоне приборов другого типа. На сегодняшний день цена этих устройств остается самой высокой в классе, однако функционал цифровых люминофорных осциллографов позволяет получить все основные преимущества как аналоговых, так и цифровых приборов. Таким образом помимо записи проведенных исследований цифровые люминофорные осциллографы способны имитировать изменение интенсивности выводимого изображения, что позволяет оператору выводить все тонкие детали модулированных сигналов.
Виртуальные осциллографы
Виртуальные приборы представляют собой относительно молодой тип устройств, разработанных в качестве расширения к персональному компьютеру. Виртуальные осциллографы способны работать как через распространенный интерфейс USB, так и через интерфейсы PCI и ISA, обеспечивая гибкие возможности по установке прибора. Помимо этого программное обеспечение виртуальных осциллографов позволяет взаимодействовать с операционной системой компьютера на нативном уровне, обеспечивая проведение сбора и обработки данных вычислительными мощностями компьютера, что позволяет добиться более широких возможностей по группировке и анализу информации.
Портативные осциллографы
Портативные осциллографы появились как следствие развития цифровых технологий и повсеместного уменьшения цифровых схем. Таким образом портативные осциллографы по характеристикам проводимых исследований являются теми же стационарными приборами, но с улучшенными массо-габаритными свойствами и возможность автономной работы.
Применение
Осциллограф представляет измерительный прибор, при помощи которого можно:
- Определить значения напряжения сигнала (амплитуду) и временные параметры.
- Измерив временные характеристики сигнала, удастся определить его частоту.
- Наблюдать сдвиг фаз, происходящий при прохождении разных участков цепи.
- Выяснить переменную (AC) и постоянную (DC), которые составляют сигнал.
- Наблюдать искажение сигнала, который вносит определенный участок цепи.
- Выяснить соотношение сигнал/шум, определить стационарность шума или его изменение по времени.
- Понять процессы, которые происходят в электрической цепи.
- Выяснить частоту колебаний и так далее.
Эти устройства преимущественно применяются в электронике и радиотехнике. Особенно важным элементом прибор используется в электромеханических сферах производства. Данное устройство выступает в качестве фиксирующего прибора, который наглядно отображает все колебания электрического тока, происходящие в определенном электрическом механизме. С помощью прибора можно найти помехи, а также искажения прохождения электрического импульса в самых разных узлах схемы.
