Осцилографи, як і мультиметри, є найбільш популярними вимірювальними приладами. Важко собі уявити професійну майстерню або інженерну лабораторію, яка обійшлася без цього пристрою.

Приладу вже понад сотню років, і він досі не має прямої заміни. Більше того, осцилограф став основою для вузькоспеціалізованих вимірювальних систем, що працює за його принципом. Це незамінний інструмент у руках фахівців-радіоелектронників.

Що таке осцилограф

Осцилограф – це вимірювальний прилад, призначений для спостереження за амплітудно-часовою характеристикою сигналу. Пристрій дозволяє візуалізувати форму електросигналу та, як наслідок, проаналізувати його.

Зрозуміти, що таке осцилограф допоможе порівняння з відомим всім приладом - мультиметром. Уявімо ситуацію, коли фахівець вимірює напругу електричного сигналу. Мультиметр показує значення, але це лише миттєве вимір. Воно відображає показник напруги в даний момент.

Для побудови залежності U від проміжку часу мультиметр не дуже зручний. Можна проводити вимірювання із заданою періодичністю, наприклад, 1 раз на кілька секунд – записувати значення, формувати залежність U від часу у форматі таблиці. Більше того, при достатній кількості вихідних даних не важко сформувати графік зміни амплітуди. Це і буде візуалізація - не точна, але достатня для подання з яким типом електросигналу ми маємо справу.

Чим точніше ми хочемо отримати графік, тим частіше доведеться фіксувати свідчення мультиметром. Тепер уявіть, як виміряти амплітудно-тимчасову залежність імпульсів частотою, наприклад, 50 Гц – стандартна мережева частота. Обробити такий потік даних людині не під силу. Адже часто радіоелектронники мають справу з частотами сигналів, що вимірюються в МГц і навіть ГГц. Фіксувати описаним «ручним» методом мільярдних коливань електричного поля фізично неможливо.

Тому створено прилад осцилограф – з його допомогою ми можемо не лише з високим ступенем точності візуалізувати сигнал, але й аналіз параметрів високих і надвисоких коливань.

Пристрій та характеристики осцилографів

Розуміння, що таке осцилограф і чого він потрібен, починається з аналізу його структури. Будь-який прилад даного типу можна розділити на кілька основних блоків:

  • блок живлення: для осцилографів критично важливе стабільне живлення, від цього залежить точність аналізу вхідних електросигналів;
  • вхідна частина: відповідає за прийом вимірюваного сигналу, його підготовку до виміру;
  • блок обробки сигналу;
  • блок побудови та виведення графічного відображення.

Оскільки сьогодні дедалі активніше використовуються цифрові варіанти осцилографів, розглянемо модульну структуру саме цього типу приладів. Основні вузли:

  1. АЦП - аналогово-цифровий перетворювач. Найважливіша частина та ядро цифрової вимірювальної системи. Блок відповідає за перетворення аналогового сигналу на цифровий аналог. Головним параметром блоку є частота дискретизації. Вона показує, як швидко АЦП оцифровує вхідний потік. Що вище, то точніше цифрова копія повторює вихідний сигнал.
  2. Атенюатор. Відповідає за масштабування електросигналу. Атенюатор необхідний плавного зменшення амплітуди без спотворення початкової форми сигналу.
  3. Блок посилення вертикальної складової. Відповідає за лінійне збільшення амплітуди сигналу. У цьому враховується динамічний діапазон АЦП. Сигнал обов'язково повинен залишатись у робочих діапазонах приладу.
  4. Блок синхронізації вибірки. Визначає, з якою частотою АЦП здійснюватиме вибірку за цифровими еквівалентами вхідної напруги (точками вибірки).
  5. Оперативна пам'ять У ній зберігається проміжна інформація вимірювань, точок вибірки та інших даних.

Сучасний осцилограф – це пристрій багаторівневий та технічно складний. Наведена структура відображає лише загальні конструктивні елементи більшості приладів. Варто розуміти, що варіантів осцилографів багато і методи реалізації вимірювань можуть відрізнятися. Наприклад, прилади з технологією змішаних сигналів (MSO) мають свої унікальні особливості на відміну від осцилографів комбінованих доменів (MDO).

Основні характеристики приладів:

  • кількість каналів: визначає скільки одночасно сигналів може аналізувати система;
  • опір на вході: як правило, він досить великий (1 МОм і більше) для запобігання спотворення самим приладом;
  • діапазон досліджуваних частот: сьогодні осцилографи не обмежені МГц, у професійному середовищі активно використовуються прилади з ГГц діапазоном;
  • частота дискретизації (для цифрових моделей): кількість вибірок за секунду – показує кількість зрізів (знімків) сигналу за одиницю часу;
  • динамічна пам'ять: більший обсяг дає можливість записати широку ділянку сигналу без необхідності перезапису попередніх вимірів (у цифрових моделях);
  • швидкість оновлення даних: показує, наскільки точно пристрій відстежує сигнал.

Збільшена частота оновлення зменшує час, протягом якого частини імпульсу залишаються непоміченими. Те, що показує осцилограф із більшою швидкістю оновлення, краще відповідає реальній природі досліджуваного сигналу. Це підвищує точність аналізу.

Для чого використовують осцилограф

Основне завдання для чого потрібен осцилограф - дати фахівцю розуміння про форму та параметри сигналу. Якщо вольтметр, амперметр і частотомір дають окремо значення напруги, струму і частоти, осцилограф здатний об'єднати ці величини в єдину картинку. У цьому людина спостерігає зображення сигналу як реального часу.

Що можна виміряти осцилографом:

  • амплітуди;
  • форми сигналів;
  • синхронізацію кількох коливань;
  • періодичні, неперіодичні сигнали;
  • частоту, період коливань;
  • асинхронні сигнали та ін.

Цифрові пакети даних можна швидко розшифрувати за допомогою вбудованого логічного аналізатора. Більшість цифрових осцилографів мають цю опцію і здатні миттєво виконувати декодування потоку. Це основа роботи з процесорною, мікроконтролерною технікою.

Різновиди осцилографів

Для чого використовується осцилограф, ми розібралися, поговоримо про їхні типи. Існує дві великі групи даних приладів: аналогові та цифрові. Перша – найстаріша, ці пристрої започаткували аналіз швидкоплинних електричних процесів. Аналогові системи можна зустріти сьогодні. Однак через дуже обмежений функціонал, ці моделі рідше зустрічаються у професійних завданнях. В основі виведення зображення сигналу на електронно-променеву трубку (кінескоп).

Ширша група вимірювальних систем – цифрові. Сюди входять такі прилади:

  1. DSO - осцилографи, що запам'ятовують. У цих моделях відсутні недоліки аналогових приладів. Що робить осцилограф DSO структури – фіксує, записує та вимірює різні характеристики вхідного сигналу. Більше того, записані дані можна зберігати та аналізувати у будь-який момент, що було немислимо в аналогових інструментах. DSO можна поєднувати з комп'ютерами, групувати в єдину мережу вимірювальної апаратури через LAN, підключати зовнішні накопичувачі, встановлювати додаткові програмні модулі – їх можливості дуже широкі.
  2. MSO – цифрові осцилографи змішаних сигналів. Це ті ж запам'ятовують системи. Що можна перевірити осцилографом MSO – одночасний аналіз аналогових та цифрових потоків. Підсумковий результат вимірів синхронізується в єдиному часовому масштабі.
  3. Стробоскопічні. Призначені для аналізу надшвидких імпульсів. Дані, що вимірює осцилограф, послідовно стробуються. За рахунок цього вони можуть працювати у широкій смузі пропускання, а робочі частоти сягають десятків ГГц. Додатковою особливістю осцилографів є висока вхідна чутливість.
  4. Комбіновані. У цих приладах використовуються всі можливості цифрових систем аналізу сигналів. Крім класичного осцилографа, можуть оснащуватися генераторами сигналів, логічними аналізаторами, аналізаторами спектра. Нерідко в них є звичні функції мультиметра - вимірювач напруги, струму, частоти тощо.

Зважаючи на більшу кількість завдань, у яких є необхідність використання осцилографів, виробники розпочали випуск портативних моделей. Їхня особливість – компактні розміри. Такі прилади можна покласти в сумку та проводити виміри безпосередньо на виїзді, у польових умовах. Живлення інструменту виконується за рахунок вбудованого АКБ.

Як вибирати осциллограф

З поняттям осцилографа і навіщо він потрібен, ми познайомилися, тепер розглянемо важливі критерії вибору. На що звернути увагу:

  1. Які вимірювання виконуватиме прилад. Чи потрібно виконувати логічні перетворення, чи є потреба в аналізі радіочастотного спектру – наявність цих та інших моментів визначатиметься типом осцилографа.
  2. Пропускна спроможність. Існує правило «п'яти»: модель осцилографа, що цікавить, повинна мати п'ятикратний запас по частотній смузі, з якою ви працюватимете. Це дасть менше помилок і більшу достовірність відображення сигналу.
  3. Частота дискретизації. Що вища швидкість вибірки, то детальніше прилад обробляє потік. Тут також радимо використовувати правило "п'яти" - частота дискретизації повинна перевищувати в 5 разів найбільшу частотну компоненту вашої схеми.
  4. Щупи. Правильність виведення даних сигналу залежить від цього, наскільки достовірну інформацію отримує вимірювальний прилад. Щупи для осцилографа мають не меншу важливість, ніж сам пристрій. У комплекті, як правило, виробник постачає стандартні пасивні зонди. Однак якщо ви маєте справу з високими частотами, є сенс знайти сумісні активні щупи з малим ємнісним навантаженням.
  5. Глибина пам'яті. Працюєте зі складними сигналами? Зверніть увагу на моделі зі збільшеною динамічною пам'яттю. Вони забезпечать можливість фіксації довгих проміжків електросигналів без перезапису попередніх сегментів. Це збільшує деталізацію.
  6. Кількість каналів. Враховуйте для чого осцилограф вам потрібен і з якою кількістю вхідних даних потрібно працювати. Один, два або більше каналів осцилографа дозволяють одночасно спостерігати кілька сигналів на екрані. Ця опція буде корисною для дослідження синхронізації імпульсів, залежності одного електросигналу від іншого тощо.

Основний критерій – сфера вашої діяльності. Звичайно, можна придбати прилад із дуже широким функціоналом та характеристиками рівня дослідницької лабораторії. Але не забувайте - все це відіб'ється на ціннику пристрою.

Висновки

У цій статті ми розглянули особливості осцилографів – що це таке, які їх важливі параметри та на що звернути увагу при купівлі даного інструменту. Якщо у вас залишилися питання, звертайтесь до інтернет-магазину A-Radio. Наші співробітники допоможуть підібрати потрібне вам обладнання та проконсультують у сфері вимірювальних приладів.