Elektroniskās tehnoloģijas iekļūst visās mūsu dzīves jomās. Miljoniem un miljardiem cilvēku lieto katru dienu Mobilie tālruņi, televizori, datori un citas elektroniskas ierīces. Uzlabojoties elektroniskajām tehnoloģijām, palielinās šīs iekārtas ātrums. Mūsdienās lielākā daļa mūsdienu ierīču izmanto ātrdarbīgas digitālās saskarnes.
Inženieriem jāspēj pareizi izstrādāt un droši pārbaudīt savu ātrdarbīgo digitālo ierīču sastāvdaļas. Testēšanas iekārtām, ko inženieri izmanto izstrādes un testēšanas procesā, jāspēj darboties augstās frekvencēs un lieli ātrumi datu pārraide. Un osciloskops ir šāda veida instrumenta piemērs.
Osciloskopi ir spēcīgi instrumenti, kas ir izrādījušies noderīgi elektronisko ierīču projektēšanā un testēšanā. Šīs ierīces ir būtiskas sistēmas stāvokļa novērtēšanai, ar to palīdzību kļūst iespējams noteikt, kuras no sastāvdaļām darbojas pareizi un kuras ir kļūdu avots. Turklāt tie palīdz uzzināt, vai jaunais komponents darbojas tā, kā tas tika izstrādāts. Osciloskopi ir daudz jaudīgāki nekā multimetri, jo tie ļauj redzēt, kā patiesībā izskatās elektroniskie signāli.
Osciloskopi tiek izmantoti visdažādākajos lietojumos, sākot no automobiļu rūpniecības līdz universitāšu pētniecības laboratorijām un aizsardzības un kosmosa rūpniecībai. Profesionāļi paļaujas uz osciloskopiem, lai palīdzētu viņiem efektīvāk izolēt ierīces problēmas un veidot bagātīgus produktus.
Kas ir osciloskops un kāpēc inženieriem tas ir vajadzīgs?
Osciloskopa galvenais mērķis ir precīzi vizualizēt signālus. Šī iemesla dēļ signāla integritāte ir ļoti svarīga īpašība. Signāla integritātes jēdziens attiecas uz osciloskopa spēju reproducēt viļņu formu tā, lai tas precīzi attēlotu sākotnējo signālu. Osciloskops ar vāju signāla integritāti ir bezjēdzīgs, jo ir bezjēdzīgi veikt mērījumus, ja viļņu forma osciloskopa ekrānā pēc formas un īpašībām atšķiras no reālā signāla. Tomēr ir svarīgi atcerēties, ka viļņu forma instrumenta ekrānā nekad nebūs precīza reālā signāla attēlojums neatkarīgi no tā, cik labs ir osciloskops. Tas ir tāpēc, ka, pievienojot osciloskopu ķēdei, pats osciloskops kļūst par šīs ķēdes daļu. Citiem vārdiem sakot, ir zināms slodzes efekts. Instrumentu ražotāji cenšas samazināt stresa ietekmi, taču tā vienmēr zināmā mērā pastāv.
Kā izskatās osciloskops?
Vairumā gadījumu mūsdienu digitālie osciloskopi ir līdzīgi osciloskopiem, kas parādīti 1. attēlā. Tomēr tirgū ir daudz dažādu veidu osciloskopi, tāpēc jūsu instruments var izskatīties ļoti atšķirīgi. Neskatoties uz to, ir dažas raksturīgas iezīmes, kas raksturīgas lielākajai daļai šāda veida ierīču.
Lielākajai daļai osciloskopu priekšējo paneli var iedalīt vairākās galvenajās daļās: kanālu ievades, displejs, horizontālās sistēmas vadības ierīces, vertikālās sistēmas vadības ierīces un sprūda vadīklas. Ja jūsu osciloskopā darbojas operētājsistēma, kas nav Microsoft Windows, tad tam, visticamāk, būs funkciju taustiņu komplekts, lai kontrolētu izvēlni ekrānā.
Rīsi. 1. Keysight InfiniiVision 2000 X sērijas osciloskopa priekšējais panelis
Signāli tiek ievadīti osciloskopā caur kanālu ieejām, kas ir savienotāji zondes savienošanai. Displejs ir vienkārši ekrāns, kas parāda interesējošos signālus. Horizontālās un vertikālās novirzes sistēmu vadības blokos ir pogas un taustiņi, kas regulē horizontālās (kas parasti ir laika ass) un vertikālās (kas apzīmē spriegumu) ass parametrus, parādot signālus displeja ekrānā. Sprūda vadīklas norāda osciloskopam, kādos apstākļos tam vajadzētu sākt datu tveršanu.
Piemērs tam, kā izskatās osciloskopa aizmugurējais panelis, ir parādīts 2. attēlā. Kā redzat, daudziem osciloskopiem ir tādas pašas savienojamības iespējas kā personālajiem datoriem. Šeit un diskdziņi CD-ROM, CD-RW un DVD-RW, un USB porti, un seriālie porti, kā arī savienotāji ārējā monitora, peles un tastatūras pievienošanai.
Rīsi. 2. attēls. Keysight Infiniium 9000 sērijas osciloskopa aizmugurējais panelis
Osciloskopu mērķis
Osciloskops ir testa instruments, ko izmanto, lai parādītu viena mainīgā diagrammu pret citu. Piemēram, displejā varat attēlot spriegumu (Y ass) pret laiku (X ass). 3. attēlā ir parādīts šāda grafika piemērs. Tas var būt noderīgi, ja vēlaties pārbaudīt elektronisko komponentu un noteikt, vai tas darbojas pareizi. Ja zināt, kāda viļņa forma konkrētajam komponentam ir jāizvada, varat izmantot osciloskopu, lai pārbaudītu, vai komponents patiešām izvada pareizo signālu. Lūdzu, ņemiet vērā, ka X un Y asis ir sadalītas daļās un veido režģi. Režģis ļauj vizuāli izmērīt signāla parametrus, lai gan ar moderniem osciloskopiem lielāko daļu šo mērījumu var veikt automātiski un precīzāk pats osciloskops.
Rīsi. 3. Taisnstūra signāla sprieguma atkarības no laika attēls uz osciloskopa ekrāna.
Osciloskopa iespējas neaprobežojas ar sprieguma un laika attēlošanu. Osciloskopam ir vairākas ieejas, ko sauc par kanāliem, un katra no tām spēj darboties neatkarīgi. Tātad jūs varat savienot 1. kanālu ar vienu ierīci un 2. kanālu ar citu. Šajā gadījumā osciloskops ļauj attēlot 1. kanālā izmērīto spriegumu pret spriegumu, kas mērīts kanālā 2. Šo režīmu sauc par osciloskopa XY režīmu. Šis režīms ir noderīgs grafiskais attēlojums strāvas-sprieguma raksturlielumi vai Lissajous figūru konstrukcija, pēc kuras formas var spriest par fāzu starpību un divu signālu frekvenču attiecību. 4. attēlā ir parādīti Lissajous skaitļu piemēri un fāzu atšķirības un frekvenču attiecības, kurām tie atbilst.
Rīsi. 4. Lissajous figūras
Osciloskopu veidi
Analogie osciloskopi
Pirmie osciloskopi bija analogie osciloskopi, kas signāla attēlošanai izmantoja katodstaru lampas. Fotoluminiscējošais luminofors, kas pārklāj ekrānu, mirdz, kad tam trāpa elektrons, un, iedegas katrai nākamajai fosfora daļai, jūs varat redzēt signāla attēlu. Osciloskopa iedarbināšanas sistēma ir nepieciešama, lai signāla attēls ekrānā izskatītos stabils. Kad tiek parādīta visa viļņu forma, osciloskops gaida nākamo definēto sprūda notikumu (piemēram, pieaugošo malu, kas šķērso sprieguma uzdoto punktu) un pēc tam atkal sāk slaucīšanu. Nesinhronizēts slaucīšanas trigeris ir bezjēdzīgs, jo viļņu formas attēls ekrānā būs nestabils (tas attiecas arī uz DSO un MSO, kas ir apspriesti tālāk).
Rīsi. 5. Analogā osciloskopa piemērs
Analogie osciloskopi ir noderīgi galvenokārt tāpēc, ka luminofora mirdzums nepazūd uzreiz. Varat novērot vairākas viļņu formas, kas pārklājas viena ar otru, ļaujot izsekot kļūmēm un citām signāla anomālijām. Tā kā viļņu formas displejs notiek, kad elektrons saduras ar ekrānu, parādītās viļņu formas spilgtums ir tieši saistīts ar faktiskā signāla intensitāti. Tas ļauj viļņu formu aplūkot kā 3D grafiku (tas ir, X ass ir laiks, Y ass ir spriegums un Z ass ir intensitāte).
Analogo osciloskopu trūkums ir tāds, ka tie neļauj uzņemt attēlu uz ekrāna un saglabāt viļņu formu ilgu laiku. Tā kā fosfora materiāls tiek ātri dzēsts, daļa signāla var tikt zaudēta. Tāpat nevar veikt automātiskus signāla mērījumus. Tā vietā parasti ir jāveic mērījumi, izmantojot displeja režģi. Analogie osciloskopi var nerādīt visu veidu signālus, jo elektronu stara vertikālajam un horizontālajam ātrumam ir augšējā robeža. Lai gan daudzi inženieri joprojām izmanto analogos osciloskopus, tos bieži neredz pārdošanā. Tos nomainīja modernāki digitālie osciloskopi.
Digitālie uzglabāšanas osciloskopi (DSO — digitālie uzglabāšanas osciloskopi)
Digitālie uzglabāšanas osciloskopi (DSO vai DSO) tika izveidoti, lai kompensētu trūkumus, kas raksturīgi analogajiem osciloskopiem. Digitālajā osciloskopā ieejas signāls tiek digitalizēts, izmantojot analogo-digitālo pārveidotāju (ADC). 6. attēlā parādīts arhitektūras piemērs vienam no Keysight Technologies, Inc. digitālajiem osciloskopiem.
Rīsi. 6. Digitālā osciloskopa arhitektūra
Vājinātājs ir paredzēts signāla mērogošanai. Vertikālās novirzes pastiprinātājs nodrošina signāla papildu mērogošanu, pirms tas tiek padots ADC. Analogo-digitālo pārveidotājs ņem paraugus un digitalizē ieejas signālu. Pēc tam šie dati tiek saglabāti instrumenta atmiņā. Trigeru sistēma meklē sprūda notikumus, un laika bāzes bloks nosaka osciloskopa ekrānā redzamā laika intervāla ilgumu. Mikroprocesors veic lietotāja norādītu papildu pēcapstrādi, pēc kuras signāls beidzot tiek parādīts osciloskopa ekrānā.
Digitālo datu pieejamība ļauj osciloskopam veikt daudz dažādu signālu parametru mērījumus. Turklāt signālus var saglabāt atmiņā patvaļīgi ilgu laiku. Datus var izdrukāt vai pārsūtīt uz datoru, izmantojot zibatmiņas disku vai DVD-RW, kā arī izmantojot LAN un USB saskarnes. Pašlaik programmatūra ļauj vadīt osciloskopu no datora, izmantojot virtuālo priekšējo paneli.
Jaukto signālu osciloskopi (MSO)
Digitālajos osciloskopos ieejas signāls ir analogs, un analogo-digitālo pārveidotājs to digitalizē. Tajā pašā laikā, attīstoties digitālās elektronikas tehnoloģijām, būtiski pieaugusi nepieciešamība pēc vienlaicīgas analogo un digitālo signālu novērošanas. Rezultātā osciloskopu ražotāji ir sākuši ražot jaukta signāla osciloskopus, kas var parādīt un aktivizēt gan analogos, gan digitālos signālus. Parasti tipisks jaukta signāla osciloskops satur divus vai četrus analogos kanālus un vairāk digitālo kanālu (7. attēls).
Rīsi. 7. Ieejas savienotāji jauktā signāla osciloskopa priekšējā panelī: četri analogie kanāli un astoņi vai sešpadsmit digitālie kanāli
Jaukta signāla osciloskopu priekšrocība ir tāda, ka tie ļauj aktivizēt analogo un digitālo signālu kombināciju un parādīt tos vienā laika skalā.
Priekšējā paneļa vadības ierīces
Parasti osciloskopa vadīšanai tiek izmantoti priekšējā paneļa vadības elementi un taustiņi. Papildus priekšējā paneļa vadības ierīcēm tagad ir aprīkoti daudzi moderni augstas veiktspējas osciloskopi operētājsistēmas, kā rezultātā tie uzvedas kā datori. Osciloskopam var pievienot peli un tastatūru un izmantot tās, lai iestatītu vadīklas, izmantojot displeja nolaižamās izvēlnes un pogas. Turklāt dažiem osciloskopiem ir skārienekrāni, tāpēc, lai piekļūtu izvēlnēm, varat izmantot irbuli vai pieskarties ar pirkstiem.
Pirms mērījumu sākšanas...
Kad sākat lietot osciloskopu, vispirms pārliecinieties, vai jūsu izmantotais ievades kanāls ir ieslēgts. Lai atiestatītu osciloskopa noklusējuma stāvokli, nospiediet taustiņu (Noklusējuma iestatījumi), ja tas ir pieejams. Pēc tam, ja pieejams, nospiediet taustiņu (Automātiskā tālummaiņa). Tas ļauj automātiski pielāgot vertikālās un horizontālās skalas, lai signāls vislabāk tiktu parādīts displejā. Šos iestatījumus var uzskatīt par sākumpunktu, un pēc tam tos var mainīt pēc vajadzības. Ja signāls pēkšņi pazūd vai rodas problēmas ar signāla displeju, ieteicams šīs darbības atkārtot. Lielākajai daļai osciloskopu priekšējie paneļi ietver vismaz četrus galvenos blokus: vertikālās un horizontālās novirzes vadīklas, sprūda vadīklas un ievades kanālu vadīklas.
Vertikālās novirzes vadīklas
Osciloskopa vertikālās novirzes sistēmas vadības ierīces parasti tiek apvienotas blokā, kas apzīmēts kā "Vertikāls". Šie elementi ļauj iestatīt parametrus signāla attēlošanai pa displeja vertikālo asi. Tā, piemēram, starp tiem ir regulatori, ar kuru palīdzību pa ekrāna režģa Y asi tiek iestatīts voltu skaits uz sadalījumu (novirzes koeficients). Viļņu formu var izstiept vertikāli, samazinot novirzes koeficienta vērtību, vai, gluži pretēji, to saspiest, palielinot šo vērtību. Turklāt blokā “Vertikāls” ir iekļautas signāla vertikālās pozīcijas (nobīdes) vadības ierīces. Šīs vadīklas ļauj vienkārši pārvietot visu viļņu formu displejā uz augšu vai uz leju. 7. attēlā parādītas Keysight InfiniiVision 2000 X sērijas osciloskopa vertikālās novirzes vadīklas.
Rīsi. 8. attēls. Keysight InfiniiVision 2000 X sērijas vertikālās novirzes vadības bloks
Vadības ierīces horizontālās novirzes sistēmai
Horizontālās novirzes sistēmas vadības ierīces osciloskopa priekšējā panelī parasti tiek apvienotas blokā, kas ir apzīmēts ar "Horizontāli". Šīs vadīklas ļauj pielāgot viļņu formas horizontālo skalu. Viens no šī bloka elementiem ļauj iestatīt mērogu pa X asi - sekunžu skaitu iedalījumam (vai slaucīšanas koeficientu). Samazinot slaucīšanas koeficienta vērtību, varat samazināt ekrānā redzamo laika intervālu. Vēl viena šī bloka poga ir paredzēta, lai kontrolētu viļņu formas pozīciju (nobīdi) horizontāli. Tas ļauj pārvietot viļņu formu ekrānā no kreisās puses uz labo un otrādi tieši vēlamajā pozīcijā. 9. attēlā parādītas Keysight InfiniiVision 2000 X sērijas horizontālās novirzes vadības ierīces.
Rīsi. 9. attēls. Keysight InfiniiVision 2000 X sērijas horizontālās novirzes vadības bloks
Jebkuram profesionālam elektronikas uztvērējam vai elektronikas inženierim galvenā darba ierīce ir osciloskops. Bez tā nevar iztikt, uzstādot televizoru, raidītāju.
Osciloskopus izmanto, lai kontrolētu un uzraudzītu dažādu formu periodiskus signālus, tostarp sinusoidālus. Pateicoties tā plašajam slaucīšanas intervālam, tas ļauj slaucīt impulsu pat, lai kontrolētu nanosekundes laika intervālus. Osciloskops ir kā televizors, kas parāda elektriskos signālus.
Ierīce un darbības princips
Lai labāk izprastu ierīces darbību, mēs analizēsim tipiskā osciloskopa blokshēmu, jo visiem to galvenajiem veidiem ir līdzīga ierīce.
Šajā diagrammā nav parādīti barošanas avoti: zemsprieguma bloks, kas nodrošina strāvu, lai darbinātu mezglus, un paaugstināta sprieguma avots, ko izmanto, lai radītu augstu spriegumu, kas nāk uz katodstaru lampu. Arī diagrammā nav kalibratora ierīces iestatīšanai un sagatavošanai darbībai.
Pārbaudāmais signāls tiek padots uz vertikālās novirzes kanālu "Y", pēc tam uz vājinātāju, kas izgatavots vairāku pozīciju slēdža veidā, kas regulē osciloskopa jutību. Tās skala ir norādīta voltos uz centimetru vai voltos uz sadalījumu. Tas nozīmē vienu koordinātu tīkla dalījumu staru lampas ekrānā. Tur ir norādīti paši daudzumi. Ja signāla amplitūda nav zināma, tiek iestatīta zemākā jutība. Šajā gadījumā pat liels 300 V signāls nesabojās ierīci.
Parasti komplektā nāk osciloskops sadalītāji, speciālu sprauslu veidā ar savienotājiem. Tie darbojas tāpat kā vājinātāji. Šie padomi kompensē kabeļa kapacitāti, strādājot ar maziem impulsiem. Fotoattēlā redzams dalītājs. Dalīšanas attiecība ir 1:10.
Ar dalītāja palīdzību tiek paplašinātas ierīces iespējas, iespējams izmeklēt vairāku simtu voltu signālus. Pēc dalītāja signāls pāriet uz priekšpastiprinātājs , sadalās un nonāk pie sinhronizācijas slēdža un kavēšanās līnija , kas kalpo, lai kompensētu slaucīšanas ģeneratora reakcijas laiku. Galīgais pastiprinātājs rada spriegumu, kas tiek pielikts "Y" plāksnēm, un novirza staru vertikālā plaknē.
Slaucīšanas ģenerators rada zāģa zoba spriegumu, kas tiek pielikts uz "X" plāksnēm un horizontālajam pastiprinātājam, savukārt stars tiek novirzīts horizontālajā plaknē.
Ierīce sinhronizācija rada apstākļus, lai slaucīšanas ģenerators darbotos vienlaikus ar signāla parādīšanos. Rezultātā impulsa attēls tiek parādīts osciloskopa displejā. Laika slēdzis darbojas laika iestatīšanas pozīcijās no:
- pētāmais signāls.
- Tīkli.
- ārējais avots.
Pirmā pozīcija tiek izmantota biežāk, jo tā ir ērtāka.
Klasifikācija
Osciloskopi ir izplatīts mērinstrumentu veids. Ir vairāki osciloskopu veidi ar atšķirīgām īpašībām, konstrukciju un darbību.
Analogs
Šādi osciloskopi ir klasiski šāda veida mērinstrumentu modeļi. Jebkuriem analogiem osciloskopiem ir dalītājs, vertikālais pastiprinātājs, sinhronizācija un novirze, barošanas avots un staru kūļa caurule.
Šādām caurulēm ir lielāks frekvenču diapazons. Sijas novirze uz ekrāna ir tieši atkarīga no plākšņu sprieguma. Horizontālā slaucīšana darbojas lineāri ar horizontālo plākšņu spriegumu.
Apakšējā frekvences robeža ir 10 herci. Augšējo robežu nosaka plākšņu un pastiprinātāja kapacitāte. Mūsdienās analogās ierīces tiek aizstātas ar digitālajām ierīcēm, kurām ir savas priekšrocības. Taču analogās ierīces to zemo izmaksu dēļ vēl nepazūd.
Digitālā krātuve
Salīdzinot ar analogajām ierīcēm, digitālajām ierīcēm ir vairāk iespēju. To izmaksas pakāpeniski samazinās. Digitālais osciloskops ietver dalītāju, pastiprinātāju, analogā signāla pārveidotāju, atmiņu, vadības bloku un displeju LCD panelī.
Šāda veida osciloskopu darbības princips dod viņiem lielas iespējas. Ienākošais analogais signāls tiek digitalizēts un saglabāts. Uzglabāšanas ātrumu nosaka vadības ierīce. Tā augšējo robežu nosaka pārveidotāja ātrums, un tā apakšējā robeža ir neierobežota.
Signāla pārvēršana ciparu kodā ļauj palielināt displeja stabilitāti, saglabāt datus atmiņā, atvieglot stiepšanu un tālummaiņu. Displeja izmantošana elektronu caurules vietā ļauj parādīt jebkādus datus un vadīt ierīci. Dārgas ierīces ir aprīkotas ar krāsu ekrānu, kas ļauj atšķirt signālus no citiem kanāliem, kursoriem, izcelt dažādas vietas ar krāsu.
Digitālo osciloskopu parametri ir daudz augstāki nekā analogajiem modeļiem, signāla stiepšanās ir lielās robežās. Izņemot vienkāršas shēmas iespējot sinhronizāciju, sinhronizāciju var izmantot dažiem notikumiem vai signāla parametriem. Sinhronizāciju var redzēt tieši pirms slaucīšanas ieslēgšanas.
Izmantotie signālu procesori ļauj apstrādāt signāla spektru, izmantojot Furjē transformācijas analīzi. Informācija digitālā formā ļauj ierakstīt atmiņā ekrānu ar mērījumu rezultātiem, kā arī izdrukāt to uz printera. Daudzas ierīces ir aprīkotas ar atmiņas ierīcēm attēlu ierakstīšanai arhīvā un tālākai apstrādei.
Digitālie fosfori
Šāda veida osciloskopi darbojas uz jaunas konstrukcijas struktūras, kuras pamatā ir digitālais fosfors. Tas, līdzīgi kā analogās ierīces, imitē attēla izmaiņas ekrānā. Fosfors digitālie veidi osciloskopi sniedz iespēju displejā redzēt visu modulēto signālu detaļas, tāpat kā analogos veidus. Tas nodrošina to analīzi un saglabāšanu atmiņā.
Fosfora ierīcēm, tāpat kā iepriekšējam aplūkotajam modelim, ir sava atmiņa dažādas informācijas glabāšanai, ieskaitot laika aizkaves starpību starp dažādām zondēm. Fosfora osciloskopu spēja izvadīt datus ar mainīgu intensitāti ievērojami vienkāršo kļūdu meklēšanu impulsu bloki. Tas tiek izteikts, aprēķinot signāla modulācijas dziļumu, regulējot izejas spriegumu, izraisot nestabilu bloku darbību.
Fosfora digitālie osciloskopi apvieno digitālo un analogo ierīču priekšrocības un daudzējādā ziņā pārspēj tās. Fosfora instrumentiem ir visas uzglabāšanas osciloskopu priekšrocības, nodrošinot analogo instrumentu iespējas: ātru reakciju uz signāla izmaiņām un attēlošanu ar dažādu spilgtumu.
Digitālais stroboskops
Šāda veida osciloskopā tiek pielietota secīga signāla bloķēšanas efekts. Kad signāls tiek atkārtots, tiek izvēlēta momentānā vērtība noteiktā punktā. Kad pienāk jauns signāls, atlases punkts pārvietojas pa signālu. Tas turpinās, līdz signāls ir pilnībā izgaismots. Šādā veidā modificēts signāls ievades signāla momentāno vērtību aploksnes līnijas veidā atkārto signāla formu.
Modificētā signāla ilgums ir daudz ilgāks par pārbaudītā signāla ilgumu, kas nozīmē, ka notiek spektra saspiešana. Tas atbilst joslas platuma palielinājumam. Stroboskopiskajiem osciloskopu veidiem ir liels joslas platums, un tie ļauj veikt periodisku signālu pētījumus ar visīsāko ilgumu. Osciloskopu paraugu ņemšanas izmaksas ir ļoti augstas, tāpēc tos visbiežāk izmanto sarežģītiem uzdevumiem.
Virtuālie osciloskopi
Jaunā tipa instrumenti var būt gan atsevišķa ierīce ar paralēlo pieslēgvietu informācijas izvadīšanai vai ievadei, gan USB pieslēgvieta, kā arī iebūvēta palīgierīce, kuras pamatā ir ISA kartes. Virtuālo osciloskopu programmatūras apvalks ļauj pilnībā vadīt ierīci, un tam ir vairākas servisa iespējas: informācijas imports un eksports, digitālā filtrēšana, dažādi mērījumi, informācijas apstrāde matemātiskā veidā u.c.
Osciloskopu izmantošana personālais dators var izmantot plašam mērīšanas iespēju klāstam. Piemēram, radio un elektronisko iekārtu apkopei un attīstībai, telekomunikācijās, datorizēto iekārtu ražošanā, veicot transportlīdzekļu diagnostikas pasākumus degvielas uzpildes stacijās un daudziem citiem gadījumiem, kad nepieciešama nestabilu pāreju novērtēšana un pārbaude.
Virtuālo osciloskopu modeļi ir laba alternatīva standarta digitālajiem atmiņas osciloskopiem, jo tiem ir zemas izmaksas, ērta lietošana, mazs izmērs un liels ātrums. Virtuālo osciloskopu trūkumi ietver nespēju izmērīt un parādīt nemainīga vērtība signāliem.
Pārnēsājami osciloskopi
Strauji attīstās digitālās tehnoloģijas, kā rezultātā digitālās stacionārās ierīces tiek pārveidotas par portatīvām ierīcēm ar labiem parametriem. kopējie izmēri un masu, kā arī zemu elektroenerģijas patēriņu.
Tajā pašā laikā pārnēsājamie darbināmo osciloskopu modeļi funkciju skaita ziņā neatpaliek no stacionārajām ierīcēm, tiem ir lieliskas iespējas izmantot dažādās zinātniskās pētniecības un rūpnieciskās ražošanas jomās.
Elektroniskais osciloskops (EO) ir ierīce, ko izmanto, lai novērotu, izmeklētu un izmērītu elektrisko signālu amplitūdas un to laika parametrus. Šāda ierīce ir visizplatītākā radio mērvienība, pateicoties kurai var redzēt notiekošos elektriskos procesus neatkarīgi no impulsa parādīšanās brīža un tā ilguma. No attēla, kas tiek pārraidīts uz ekrānu, ir iespējams precīzi noteikt pētāmā signāla amplitūdas svārstības un to ilgumu jebkurā tīkla sadaļā.
Osciloskopi, kuru pamatā ir katodstaru lampa, ir apjomīgi un zemas mobilitātes vienības. Tomēr tiem ir raksturīga augsta mērījumu precizitāte. Šādas ierīces spēj ātri apstrādāt ienākošos signālus. Viņiem ir plašs frekvenču diapazons un lieliska jutība.
EO izmantošanas joma
Osciloskopu darbības joma ir plaša. Ar to palīdzību pētnieks varēs novērot elektrisko impulsu formas, pateicoties kurām šī iekārta ir kļuvusi par neaizstājamu "palīgu" elektronisko iekārtu regulēšanas darbos. EO funkcijas:
- signāla un tā frekvences sprieguma un laika parametru noteikšana;
- viļņu formas novērošana;
- impulsu kropļojumu izsekošana jebkurā tīkla daļā;
- fāzes nobīdes noteikšana;
- strāvas stipruma, pretestības mērīšana.
Mērot sprieguma vērtības collās elektriskās ķēdes Osciloskops praktiski nepatērē enerģiju un darbojas plašā frekvenču diapazonā.
Elektronisko osciloskopu izmanto pētniecības laboratorijās, diagnostikas autoservisos un elektronikas remontdarbnīcās. Pateicoties šādai ierīcei, jūs varat ātri noteikt mikroshēmas nepareizas darbības cēloni.
Elektronisko osciloskopu ierīce
Neskatoties uz plašo radio mērinstrumentu klāstu, osciloskopa ķēde neatkarīgi no modeļa un dizaina iezīmes vienības ir aptuveni vienādas. Jebkuras EO vissvarīgākās sastāvdaļas:
- katodstaru lampa (CRT);
- novirzes kanāli (vertikāli un horizontāli);
- Vadības bloks;
- kalibratori;
- spēka avots.
EO galvenā daļa ir vakuuma CRT, kas ir iegarena stikla tvertne. Tas satur elektrodu kompleksu (sauktu par elektronu lielgabalu) un fosfora ekrānu, pateicoties kuriem elektronu ienākšanas rezultātā var novērot bioluminiscenci. Vakuuma caurulē ir arī katods, modulators, 2 anodi un pāris novirzošo plākšņu. Horizontālajā kanālā ir slaucīšanas ģenerators, sinhronizācijas ierīce un pastiprinātājs. Vertikālās novirzes kanāls ietver savienojuma kabeli, ieejas pārslēgšanas slēdzi un sprieguma dalītājus.
Vadības bloks ir paredzēts, lai apgaismotu slaucīšanas gājienu uz priekšu, un tas ir nepieciešams, lai nodzēstu elektronu staru atpakaļgaitas laikā. Kalibrators ir ierīce, kas veic sprieguma ģeneratora funkciju. Tas ir paredzēts augstas precizitātes impulsu signālu frekvences un amplitūdas noteikšanai. Barošanas bloks nodrošina strāvas padevi visām EO vienībām un mehānismiem. Iekārtai tiek piegādāts 220 V spriegums, pēc kura tas tiek pārveidots un novirzīts uz kvēldiegiem, oscilatoru pastiprinātājiem un citām ierīces sastāvdaļām.
Elektronisko osciloskopu darbības iezīmes
Jebkura EO modeļa darbība ietver pētīto impulsu pārveidošanu vizuālā paraugā, kas tiek parādīts vakuuma CRT ekrānā. Elektronu emisija tiek veikta, izmantojot elektronu lielgabalu, kas atrodas pretī staru caurules galam. Starp elektrodu sistēmu un ekrānu atrodas modulators, ar kura palīdzību tiek regulēta elektronu plūsma, kā arī 2 plākšņu pāri, kas ļauj novirzīt elektronu staru horizontāli vai vertikāli.
CRT darbības princips ir šāds: kvēldiegam tiek pielikts maiņspriegums, bet modulatoram - pastāvīgs spriegums. Novirzošās plāksnes tiek padotas pastāvīgs spriegums, kuras dēļ elektronu plūsma tiek novirzīta uz sāniem, un mainīgais, kas nepieciešams, lai izveidotu skenēšanas līniju. Tās garumu ietekmē zāģa zoba sprieguma amplitūdas vērtība. Ja spriegums tiek pieslēgts vienlaikus vienam un otrajam plākšņu pārim, ekrānā tiek parādīta pētāmā impulsa sinusoidāla slaucīšanas līnija.
EO izvēle atkarībā no mērķa
Visizplatītākie elektronisko osciloskopu modeļi ir universālas ierīces. Tajos izmeklējamais signāls tiek padots caur vājinātājiem un pastiprinātājiem uz vertikāli novirzošu CRT. Horizontālais slīpums ir saistīts ar slaucīšanas ģeneratoru. Šādas ierīces ļauj pētīt elektriskos impulsus plašā frekvenču un amplitūdu diapazonā. Pateicoties šiem osciloskopu modeļiem, ir iespējams izmērīt ienākošā signāla ilgumu no sekundes daļām.
Stroboskopisko elektronisko osciloskopu izmantošana ļauj pētīt periodiski sastopamo signālu formas un izmērīt amplitūdu un laika parametrus. Šādas ierīces ir nepieciešamas, lai pētītu pārejas procesus ātrgaitas pusvadītāju tehnoloģijās, mikromodulārajās un integrētajās ierīcēs. Ar šo mērierīci var novērot atkārtotus signālus, kuru ilgums ir sekundes daļas.
Īpaši katodstaru osciloskopi ir paredzēti, lai atrisinātu konkrēti uzdevumi. Visbiežāk šādas ierīces izmanto televīzijas un radara signālu pētīšanai. Speciālo vienību ierīcē ir noteikti mezgli.
Plaši tiek izmantoti arī uzglabāšanas osciloskopi. Tos izmanto, ja nepieciešams pētīt lēnus procesus un atsevišķus impulsus. Šādi EO modeļi ir aprīkoti ar īpaša ierīce ar atmiņu, pateicoties kurai ir iespējams saglabāt saņemtos datus uz noteiktu laiku. Ja nepieciešams, signālu var reproducēt tā izpētei un turpmākai apstrādei.
Ātrgaitas EO izmanto, lai uzraudzītu harmoniskos vai impulsa signālus, kas plūst reāllaikā dažu nanosekundēs. Impulsu operatīva apstrāde ar šādām ierīcēm tiek panākta, izmantojot CRT ar ceļojošu vilni. Šīm ierīcēm nav ģenerējošā pastiprinātāja vertikālās novirzes kanālā.
Liels pieprasījums ir arī EO ar maināmiem blokiem. Mainot bloku ierīcē, jūs varat mainīt tā raksturlielumus un pamata darbības parametrus, piemēram:
- joslas platums;
- slaucīšanas faktors;
- novirzes vērtība.
Mainot bloku, iespējams mainīt ierīces funkcionalitāti.
EO izvēle atkarībā no kanālu skaita
Radio mērinstrumentu ražotāji ražo osciloskopus, kas var būt vienceļu, divceļu vai daudzceļu, kā arī divu un daudzkanālu. Viena stara EO ir vienība, kurai ir viena ievades ierīce. Visizplatītākās ir divu staru un divu kanālu ierīces. Tie ir paredzēti divu impulsu signālu vienlaicīgai novērošanai un izpētei vienā CRT ekrānā.
Divstaru osciloskopi ir ērti lietojami, ja nepieciešams salīdzināt impulsu signālus izejā un ieejā, uzraudzīt dažādus devējus un risināt citas problēmas. Šīm elektroniskajām ierīcēm ir 4 darbības režīmi:
- Vienkanāls, kad tas ir aktivizēts, darbojas tikai viens no diviem kanāliem.
- Interleaving, kas ļauj pēc katras slaucīšanas pēc kārtas ieslēgt vienu un otro kanālu.
- Pārtraukt, ļaujot aktivizēt abus kanālus. Tomēr tie pārslēdzas dažādās frekvencēs.
- Papildinājums, pateicoties kuram abi kanāli darbojas ar tādu pašu slodzi.
Divu kanālu un divu staru ierīcēm ir savas priekšrocības un trūkumi. Pirmās priekšrocības ir budžeta cena un lieliska specifikācijas. Pēdējās priekšrocības ir iespēja pētīt divus signālus gan atsevišķi, gan kopā. Daudzstaru elektroniskās ierīces ir izgatavotas pēc divu staru principa. Cik staru ir osciloskopam, tikpat daudz signāla ieeju tam ir.
Elektronisko osciloskopu priekšrocības
Elektroniskajiem osciloskopiem ir vairākas svarīgas priekšrocības:
- signāla amplitūdas operatīva mērīšana ar osciloskopu;
- augsta attēla stabilitāte;
- paaugstināta jutība;
- milzīga praktiskā pielietojuma funkcionalitāte.
EO veiktie mērījumi ir ārkārtīgi skaidri. Ar viņu palīdzību jūs varat apsvērt jebkurus elektriskos procesus. Pēc attēla uz CRT ir iespējams izmērīt un salīdzināt strāvas un spriegumus neatkarīgi no formas, kā arī novērtēt to amplitūdas vērtības, dažādu paņēmienu fāzes raksturlielumus. Osciloskops ir vienkāršs instruments ar augstu mērījumu precizitāti. Milzīgs šādu radio mērīšanas ierīču klāsts ļaus jums izvēlēties ierīci konkrētiem mērķiem.
EO savienošanas iezīmes
Radio mērīšanas ierīces pieslēgšana pētāmo signālu avotam jāveic, izmantojot vadus un koaksiālo kabeli. Savienojošie vadi jāizmanto, lai uzraudzītu nepārtrauktus zemas un vidējas frekvences impulsus. Lai pētītu impulsus un augstfrekvences spriegumus, ieteicams izmantot kabeļus augsta frekvence. Lai vājinātu ievades ķēdes ietekmi, ierīce tiek pievienota, izmantojot atkārtotāju. Šai ierīcei ir liels aktīvā pretestība, neliela ieejas kapacitāte, ekvivalenta amplitūda un frekvences parametri, mazs pārneses koeficients.
Sprieguma mērīšanas gadījumos ar augstsprieguma impulsu starp signāla avota izeju un radio mērierīces ieeju ir jāpievieno sprieguma dalītājs. Lai izvairītos no kropļojumiem, izvadot īsus impulsus, ieteicams izmantot augstfrekvences kabeļus ar minimālu garumu. Ja ir nepieciešams iegūt oscilogrammas ar strāvas impulsiem, pētāmajā ķēdē jāiekļauj papildu rezistors ar nelielu induktivitātes vērtību.