Реклама ООО «3ДТУЛ» ИНН 7733905388
Содержание:
Всем привет. С вами компания 3Dtool!
Осциллографы используются для наблюдения, записи и анализа амплитудных и временных параметров электрических сигналов. В первую очередь осциллографы предоставляют визуальную информацию — отображают параметры колебаний в виде графиков, называемых осцилограммами. Графики можно исследовать и сравнивать для выявления неполадок или несоответствий заданным характеристикам исследуемой техники.
Области применения
Осциллографы широко используются в лабораторных, научных и прикладных целях — везде, где приходится иметь дело с разработкой, ремонтом или настройкой электроники.
Отдельные примеры:
- диагностика электронных компонентов транспорта;
-
проверка целостности сигналов в микроэлектронике;
-
тестирование средств связи на работоспособность и соответствие нормативам;
-
разработка новых электронных систем;
-
регулировка телевизионных сигналов;
-
обучение студентов-электронщиков;
-
ремонт бытовой электронной техники.
С помощью осциллографов можно анализировать сигналы работающих элементов, определять частоты сигналов и выявлять неисправные компоненты. Например, при работе с электронными системами автомобилей осциллографы применяются в диагностике систем зажигания и впрыска топлива, подачи воздуха, и так далее. Важность этого направления такова, что для автосервисной отрасли производятся специальные многоканальные, портативные приборы, зачастую с автономным питанием и программным обеспечением для автоматического анализа данных.
Виды осциллографов
В современном мире аналоговые осциллографы практически полностью вытеснены цифровыми, однако функционал первых не утерян. Аналоговые приборы хороши точным, четким отображением сигналов в реальном времени, особенно сигналов, меняющихся с высокой частотой, однако снимать измерения приходится визуально, по специальной сетке, что неизбежно снижает точность. Базовые варианты таких приборов с выводом данных посредством электронно-лучевых трубок правильнее называть осциллоскопами. Осциллографы — это уже разновидность осциллоскопов с дополнительной возможностью вывода данных (осциллограмм) на бумажной ленте, хотя для простоты осциллоскопы обычно тоже называют осциллографами.
Аналоговый осциллограф
Цифровые осциллографы выгодно отличаются как раз высокой точностью измерений, а также широкими полосами пропускания, возможностью автоматического анализа и обработки сигналов, удобного хранения и передачи данных.
С помощью аналоговых осциллографов можно определять амплитуду сигналов, частоту колебаний и длительность импульсов, складывать два сигнала. Цифровые приборы не только более точно отображают данные, но и позволяют анализировать дополнительные параметры — период, частоту, длительность положительного и отрицательного импульсов, длительность фронта, длительность спада, максимум, минимум и размах сигнала, среднее и среднеквадратичное значение напряжения, скважность, фазу, задержку импульса.
Многие
современные осциллографы выполняются по комбинированной схеме. Такие приборы называются осциллографами с функцией запоминания или просто запоминающими осциллографами. Осциллографы с функцией запоминания оснащаются аналого-цифровыми преобразователями и позволяют хранить и передавать данные на компьютеры и/или накопители.
Цифровой осциллограф смешанных сигналов Rigol MSO7014
В отдельную категорию выделяются осциллографы смешанных сигналов. Это тоже запоминающие приборы, но способные работать и с аналоговыми, и с цифровыми потоками одновременно. Дополнительное оснащение может включать генераторы сигналов, мультиметры, вольтметры, частотомеры, анализаторы.
Ключевые понятия
Развертка — диапазон отображения сигнала на экране. Вертикальная развертка измеряется в вольтах на деление, горизонтальная — в секундах на деление.
Триггер — задержка сбора и отображения данных принимаемых импульсов до тех пор, пока не будут выполнены заданные условия. Триггеры позволяют точно настраивать приборы на регистрацию определенных одиночных или периодических событий. Продвинутые осциллографы могут иметь триггеры по видеосигналу, времени нарастания или спада, выделенной зоне, длительности импульса, фронту сигнала, и так далее.
Целостность поступающего сигнала. Очень важная характеристика, определяющая точность воспроизведения формы сигнала. Чем выше целостность, тем эффективнее прибор, однако добиться абсолютной целостности на практике невозможно, так как при подключении к сети осциллограф прибор сам становится частью электрической схемы.
Полоса пропускания — диапазон частот, в котором обеспечивается точное измерение сигналов. Полоса пропускания определяется относительно опорной частоты — минимальной, регистрируемой без ослабления.
Частота дискретизации — своего рода разрешение осциллографа, характеризуемое количеством замеров в секунду. В идеале этот показатель должен быть выше частоты самого сигнала в несколько раз, чтобы форма принимаемого импульса воспроизводилась как можно точнее. В аналоговых приборах частота дискретизации измеряется в герцах, в цифровых — в выборках за секунду. Цифровые осциллографы позволяют замерять регистрируемые импульсы миллионы и даже миллиарды раз в секунду.
Глубина записи — объем памяти цифрового осциллографа, измеряемый в байтах. Чем больше памяти, тем тщательнее можно исследовать сигнал.
Время нарастания — период колебания сигнала от низкого опорного до высокого опорного значения. Время нарастания характеризует достоверность определения нарастаний и спадов импульсов, поэтому чем оно меньше, тем лучше.
Вертикальное разрешение. В аналого-цифровых преобразователях вертикальное разрешение определяет точность перевода аналогового сигнала в цифровой. Чем выше вертикальное разрешение, тем лучше.
Чувствительность характеризует возможности усилителя системы вертикального отклонения и особенно важна при работе со слабыми входными сигналами. Усилитель вертикального отклонения отвечает за линейное усиление сигнала. Усиление не должно выходить за рамки аналого-цифрового преобразователя. В аналоговых осциллографах чувствительность измеряется в вольтах на миллиметр, в цифровых — в вольтах на деление.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) трансформирует аналоговые сигналы в цифровые.
Пробники (щупы). Снимать сигналы обычными проводами не рекомендуется, так как слишком высока вероятность искажения ввиду внешних помех, а также высокой емкости и низкой однородности самых проводников. Специальные, качественные пробники имеют экранирующую оплетку и жилу небольшого диаметра с низкой емкостью. Пробники зачастую снабжаются аттенюаторами.
Аттенюатор — резистивный делитель напряжения, позволяющий расширять диапазон регистрируемых напряжений. Аттенюаторы применяются для ослабления исследуемого сигнала, когда амплитуда импульсов превышает максимальное входное напряжение, например при исследовании сигналов автомобильных топливных инжекторов и первичного зажигания.
Число каналов. Чем больше каналов, тем больше сигналов можно исследовать одновременно, и тем шире круг решаемых задач. В большинстве приложений хватает двух или четырех каналов, но продвинутые цифровые осциллографы с параллельной передачей информации нередко имеют восемь или даже шестнадцать каналов.
Внутренняя память каналов — оперативная память для хранения информации, поступающей с аналого-цифрового преобразователя.
Принцип работы
Работа осциллографов основана на преобразовании электрического сигнала в аналоговый или цифровой. В последнем случае напряжение проходит через усилитель с делителем и преобразуется в дискретную последовательность кодов со значениями напряжений с помощью аналого-цифрового преобразователя. Значения последовательно записываются в оперативную память, а по окончании измерений сохраняются на запоминающем устройстве.
Цифровой осциллограф смешанных сигналов Rigol MSO5074
После этого на экране формируется картинка входящего сигнала — осциллограмма. При наличии нескольких каналов можно отслеживать, обрабатывать и анализировать несколько импульсов одновременно.
Цифровые осциллографы
В электронно-лучевых осциллографах применяется метод формирования изображения исследуемых сигналов с помощью аналоговых средств на экране электронно-лучевой трубки. В оборудовании с цифровыми модулями замера принцип действия остается прежним, где цифровая часть выполняет функцию создания эталонного образа (электронные метки).
Принцип осциллографирования, связанный с преобразованием аналогового сигнала в цифровой поток данных, сохраняемый в оперативной памяти и отображаемый на дисплее в виде совокупности светящихся точек, называется цифровой осциллографией. Осциллографы, работающие по данному принципу, называются цифровыми (ЦО). Преобразование мгновенных значений сигналов в цифровые коды с сохранением их в блоке памяти дает возможность решать ряд проблем, недоступных для аналоговых осциллографов:
- ЦО способны работать с единичными и случайными сигналами. Они запоминаются, а затем выводятся на дисплей. ЦО также известны как цифровые запоминающие осциллографы;
-
Достижение высокой точности измерений напряжения и временных промежутков, присущей цифровым приборам;
-
Увеличение полосы пропускания путем применения современных высокопроизводительных аналого-цифровых преобразователей;
-
Улучшение возможностей для синхронизации и начала измерений;
-
Выполнение косвенных измерений с отображением результатов на дисплее;
-
Подключение к измерительным системам.
Особенностью построения ЦО является разделение блоков оцифровки входного сигнала и блоков построения изображения на экране. В них отсутствует сквозной тракт прохождения сигнала от входа до индикатора. При этом упрощается построение широкополосных входных усилителей, так как от них не требуется больших выходных напряжений, что необходимо в традиционном ЭЛО. Построение изображения производят программным способом. Быстродействие ЦО ограничивается, в основном, возможностями АЦП. Для его повышения приходится использовать АЦП с небольшой разрядностью, что приводит к появлению на экране заметных шумов квантования.
Структурная схема цифрового осциллографа
Входной аналоговый блок выполняет обычные для любого осциллографа функции – регулировку чувствительности, переключение «открытый/закрытый» вход, усиление сигнала. Далее сигнал поступает на быстродействующий аналого-цифровой преобразователь. Моменты выборок значений сигнала определяются тактовой частотой АЦП (дискретизация по времени). Квантование сигнала по уровню задаѐтся разрядностью АЦП. Как правило, используют равномерную дискретизацию – мгновенные отсчѐты сигнала берутся через равные отрезки времени (интервалы дискретизации) и им присваивается цифровой код, соответствующий ближайшему уровню квантования. Разность между соседними уровнями называется интервалом квантования – он определяет разрешающую способность цифрового осциллографа по уровню. Интервал дискретизации определяет быстродействие осциллографа – чем меньше этот интервал, тем более быстрые процессы можно наблюдать на экране без искажения. Массив цифровых данных с АЦП поступает в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
При формировании изображения данные сигнала последовательно извлекаются из ОЗУ. Для управления выборкой из ОЗУ используют счѐтчик адресов. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) канала Y преобразует поток цифровых данных в аналоговый сигнал, который поступает на вход Y осциллографического индикатора. Одновременно с помощью счѐтчика развѐртки вырабатываются линейно-нарастающие коды, имитирующие ход осциллографической развѐртки. Эти коды подают на вход канала X. Аналоговый сигнал развѐртки формируют с помощью ЦАП и подают его на вход индикатора.
Наиболее часто в цифровых осциллографах применяют матричные дисплеи (монохромные и цветные), не требующие обратного цифроаналогового преобразования. Электровакуумные растровые дисплеи в настоящее время заменены матричными индикаторами на жидкокристаллических панелях. Такие дисплеи компактны, не требуют высоковольтных источников питания, обеспечивают равномерную яркость изображения и лѐгкость оцифровки осциллограммы. Традиционные ЭЛТ в сочетании с ЦАП в каналах X и Y используют только в комбинированных аналого-цифровых осциллографах.
Момент начала формирования изображения, как и в аналоговом осциллографе, определяется устройством запуска. С этого устройства на микропроцессор поступает импульс, соответствующий началу входного сигнала (или сигналу внешнего запуска). Дополнительно в ЦО предусматривают большое количество программных способов запуска на основе анализа всего преобразованного сигнала.
Для оцифровки мгновенных значений сигнала в ЦО используют быстродействующие АЦП мгновенных значений невысокой разрядности (8, реже 10–12 бит). Частоту дискретизации выбирают в пределах от 10 до 100 МГц (в недорогих моделях) до единиц и даже десятков ГГц (в быстродействующих ЦО).
Подключение цифрового осциллографа к тестируемому устройству осуществляется с помощью выносного пробника. Помимо пассивных пробников-делителей, используемых в аналоговых электронно-лучевых осциллографах, используются более сложные активные пробники, которые позволяют увеличить чувствительность и снизить паразитную входную емкость. Несмотря на достаточно высокую стоимость, активные пробники лучше всего подходят для измерений, требующих широкой полосы пропускания (до нескольких гигагерц). Как правило, такие пробники стоят дороже пассивных и обладают более узким диапазоном входных напряжений. Однако, благодаря значительно меньшей входной емкости, они обеспечивают более точное измерение быстрых сигналов.
Для работы активного пробника требуется источник питания, которое подается через “интеллектуальный интерфейс” на входном разъеме ЦО. Он также действует как канал связи между пробником и осциллографом. Через этот интерфейс ЦО может определить тип подключенного пробника, настроить нужные значения входного импеданса, коэффициента ослабления и диапазона смещения. Некоторые осциллографы способны распознавать коэффициенты деления и обычных пассивных пробников, у которых конструкция разъѐма предусматривает выдачу информации о коэффициенте деления.
Основное различие между цифровыми осциллографами и электронно-лучевыми осциллографами заключается в том, что цифровые осциллографы сначала преобразуют мгновенные значения напряжения в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), сохраняют их в цифровом запоминающем устройстве и затем обрабатывают и выводят на экран по различным алгоритмам. К цифровым осциллографам относятся не только приборы, имеющие цифровые компоненты (такие как микропроцессорное управление или встроенные цифровые мультиметры), но и те, которые выполняют цифровое преобразование аналоговых сигналов, сохраняют их в памяти и представляют сигналы в цифровой форме.
Типы цифровых осциллографов
Цифровые запоминающие осциллографы (DSO –Digital Storage Oscilloscope).
DSO обычно представлен стробоскопическим цифровым осциллографом реального времени. Выборка в реальном времени означает, что осциллограф может захватывать сигналы, используя высокую частоту дискретизации аналого-цифрового преобразователя с АЦП. DSO не используют повторяющиеся выборки для “накопления” их количества, необходимого для представления исследуемого сигнала, хотя из этого правила есть исключения.
Осциллографы с цифровым люминофором (DPO–Digital Phosphor Oscilloscope).
DPO переводит в растровый формат оцифрованные данные о форме сигнала в базу данных «цифрового люминофора». Cпециализированный процессор DPX преобразует оцифрованную осциллограмму в динамическую трехмерную базу данных, которую и называют «цифровым фосфором».
Осциллографы смешанных сигналов (MSO–Mixed Signal Oscilloscope).
Осциллограф смешанных сигналов представляет собой цифровой осциллограф со встроенным логическим анализатором. Это позволяет наблюдать аналоговый сигнал, используя синхронизацию по значению на цифровой шине или цифровой сигнал, используя синхронизацию по аналоговому процессу.
Осциллографы смешанного диапазона (MDO-Mixed Domain Oscilloscope ).
Эти осциллографы предоставляют те же возможности, что и осциллографы смешанных сигналов, но также оснащены встроенным анализатором спектра, добавляя радиочастотную отладку к аналоговым и цифровым возможностям.
Цифровые стробоскопические осциллографы (DCA- Digital communication Analyzers).
Данный тип осциллографов используются для изучения временных и амплитудных характеристик периодических сигналов, визуализации их формы. Полоса пропускания и высокоскоростная синхронизация DCA в 10 раз выше, чем у других осциллографов для повторяющихся сигналов.
Наша компания предлагает широкий ассортимент высокопроизводительных профессиональных цифровых измерительных приборов под брендом Rigol — два десятка моделей под любой бюджет, включая запоминающие осциллографы и осциллографы смешанных сигналов с разной шириной полос пропусканий и до шестнадцати цифровых каналов. Отдельные модели, например
Rigol MSO7014 и
Rigol MSO5074, внесены в Государственный реестр средств измерений РФ.
Свяжитесь с нами, и наши специалисты будут рады предоставить подробную консультацию по возможностям и эксплуатации цифровых осциллографов.
Приобрести осциллографы RIGOL или другое оборудование вы можете связавшись с нами: :
по почте: sales@3dtool.ru
на сайте: http://3dtool.ru
или по телефону: 8 800 775 86 69 Так же мы выкладываем наши материалы в Telegram канале, на Dzen и в нашей группе ВКонтакте
В статье использованы материалы учебно-методического пособия "Радиоизмерения и измерительные приборы: осциллографы. осциллографические измерения" под авторством И.Н. Зайцевой, Э.И. Исакович, Н.А. Ярлыковой.
$$
