Осцилло́граф (лат. oscillo — качаюсь + греч. γραφω — пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте. Один из важнейших приборов в радиоэлектронике.
Википедия.
Моим первым осциллографом был радиолюбительский Н3015, произведённый в СССР в 1985 году. Со временем, у него отказала часть вертикальной отклоняющей системы. Затем была попытка создания самодельного цифрового осциллографа на основе микроконтроллера STM32 с цветным LCD-дисплеем. Проект частично работает, но был заброшен из-за нехватки времени. Может как-нибудь о нём напишу потом статью. И вот недавно на Aliexpress я стал присматриваться к недорогим наборам для самостоятельной сборки осциллографа. Среди множества моделей я остановился на DSO150 от компании JYE Tech. Покупал я его на Aliexpress. Найти можно его по этой ссылке. На момент покупки он стоил 1320 руб.
ЗамечаниеУ меня ревизия 05. На момент написания статьи уже появилась ревизия 06. В устройство могут вноситься различные изменения и коррективы, поэтому внимательно изучайте свою инструкцию перед сборкой.
Распаковка
Пришёл осциллограф вот в такой коробочке из довольно плотного картона. Испытание почтой она выдержала отлично. На коробке отметка «15001K». Буква «K» означает, что это кит для самостоятельной сборки. Набор 15002K отличается от 15001K нераспаянными SMD элементами. Ещё есть 15003K — он без корпуса.
Содержимое коробки:
- корпус;
- две платы + дисплей;
- маленькая плата для установки энкодера;
- набор радиодеталей;
- щупы (крокодилы);
- две инструкции;
- электрическая схема.
Корпус пластиковый, состоит из пяти частей: лицевой части, лицевой рамки (на фотографии они соединены), задней части, нижней и верхней торцевых частей: Радиодетали:
- BNC-разъём;
- металлический контакт для выхода тестового сигнала;
- конденсаторы;
- конденсаторы электролитические (100µF 16V);
- резисторы;
- плата для энкодера;
- энкодер;
- двухконтактный разъём для подключения аккумулятора;
- два переключателя;
- три гребёнки контактов;
- два подстречных конденсатора (5-30 pF);
- 4 кнопки.
Плата с аналоговой частью. Здесь уже распаяны SMD конденсаторы, резисторы и микросхемы: Цифровая часть. Здесь ещё дополнительно распаяны стабилизатор напряжения, разъём питания, кварц, колодка под гребёнку контактов, дисплей:
Сборка
1. Для начала убеждаемся, что основная часть у нас работает и не повреждена. Для этого подаём питание 9 вольт на круглый разъём (центральный контакт — плюсовой). Если всё нормально, то мы должны увидеть загрузку, логотип, а затем картинку с сигналом, как на следующей фотографии. Если этого не произошло, то необходимо либо поднимать вопрос о возврате с продавцом, либо связаться с изготовителем для исправления самостоятельно. У меня всё заработало сразу: 2. Впаиваем контакт выхода тестового сигнала (J8). 3. Впаиваем разъём для питания от аккумулятора (J6). 4. Выключатель питания (SW5). 5. Впаиваем гребёнку из 4-х контактов (J2). 6. Кнопки (SW1-4). 7. Теперь необходимо убрать резистор R30 с основной платы (выпаять паяльником, либо аккуратно выломать плоскогубцами). Он был нужен для подачи питания в обход выключателя при первоначальной проверке платы: Теперь снова подаём питание и убеждаемся, что выключатель и все кнопки функционируют нормально. Сборка основной платы закончена. Теперь аналоговая часть. 1. Впаиваем резисторы. Внимательно проверяем номиналы по полоскам и лучше при этом вооружиться мультиметром.
| R1 | 510 KΩ |
| R2 | 5.1 MΩ |
| R3 | 1.2 MΩ |
| R4 | 11 KΩ |
| R5, R6, R14 | 1 KΩ |
| R7 | 300 Ω |
| R8, R13, R16 | 150 Ω |
| R9 | 91 Ω |
| R10 | 30 Ω |
| R11, R12 | 15 Ω |
| R15 | 680 Ω |
| R26, R27 | 120 Ω |
2. Впаиваем конденсаторы. Сверяемся с маркировкой.
| C1 | 0.1 µF |
| C2 | 330 pF |
| C4 | 1 pF |
| C6, C7 | 120 pF |
3. Два подстроечных конденсатора.
| C3, C5 | 5-30 pF |
4. Переключатель режимов (SW1). 5. Электролитические конденсаторы.
| C10, C11, C12, C13, C14 | 100 µF / 16V |
6. Впаиваем BNC коннектор. Тут потребуется мощный паяльник, чтобы хорошо прогреть место крепления к плате. 7. Две гребёнки контактов 2×5 (J2, J3). Обе платы собраны и теперь выглядят вот так:
USB-осциллограф INSTRUSTAR ISDS205B с АлиПроверка и калибровка
Аккуратно собираем лицевую часть. Для этого вставляем LCD дисплей в лицевую панель, затем главную плату. Вставляем плату с энкодером, прикручиваем её и припаиваем к основной плате. Теперь соединяем плату с аналоговой частью и основную плату через разъёмы указанные на фото: Подключаем питание 9 вольт. Переключатель AC/DC/GND переводим в положение GND. Включаем питание выключателем ON/OFF и замеряем напряжения. Они должны соответствовать указанным в инструкции. Подключаем красный щуп к выходу тестового сигнала. Нажимаем на энкодер (ADJ) и держим 3 секунды, пока в левом нижнем углу дисплея не появится надпись «T.S. Amp»: Коротким нажатием на энкодер устанавливаем значение напряжения тестового сигнала в 0.1V. Затем нажатиями кнопки V/DIV устанавливаем выделение на индикатор напряжения в левом нижнем углу. Поворотом энкодера устанавливаем там значение 50mV. Теперь нажимаем кнопку TRIGGER до тех пор, пока уровень триггера (стрелочка справа) не окрасится в голубой цвет. После этого крутим энкодер и устанавливаем его так, чтобы уровень триггера был между максимальным и минимальным значениями сигнала. Это стабилизирует картинку. Теперь берём маленькую отвёртку и крутим конденсатор C3. Необходимо как можно точнее приблизить изображение сигнала к прямоугольной форме. Затем нажимаем на энкодер и устанавливаем напряжение тестового сигнала 3.3V. Теперь крутим конденсатор C5. На этом калибровка окончена. Можно всё собрать в корпус.
Обзор и тестирование
Характеристики осциллографа:
| Максимальная скорость оцифровки сигнала (частота дискретизации) | 1 млн/с |
| Аналоговая полоса пропускания | 0 — 200 кГц |
| Диапазон чувствительности | 5 мВ/дел — 20 В/дел |
| Максимальное входное напряжение | 50 Vpk |
| Входное сопротивление и ёмкость | 1 MΩ / 20 pF |
| Разрешение | 12 бит |
| Длина буфера | 1024 точки |
| Диапазон времени | 500 с/дел — 10 мкс/дел |
| Режимы триггера | Авто, нормальный, один замер |
| Позиция триггера | Центр буфера |
| Питание | 9 В / DC (8 — 10 В) |
| Ток потребления | ~120 мА @ 9 В |
| Размеры | 105 x 75 x 22 мм |
| Масса | 100 г (без щупов и блока питания) |
| Дисплей | 2.4″ TFT LCD 320×240 |
В качестве микроконтроллера используется STM32F103C8T6. Усилением сигналов в аналоговой части занимаются операционные усилители серий TL082 и TL084. А за переключение резисторных делителей отвечают аналоговые мультиплексоры 74HC4053 и 74HC4051. Судя по схеме, используется аппаратный контроль триггера. За это отвечает ОУ, включенный в режиме компаратора. Уровень сигнала для сравнения задаётся через ШИМ с микроконтроллера. Отрицательное напряжение для питания операционных усилителей и мультиплексоров генерируется преобразователем ICL7660. В качестве источника питания я сначала выбрал сетевой блок питания 9 вольт. Но так как осциллограф позиционируется как портативный, то логично было бы подключить к нему аккумулятор. Вот тут возникают определённые трудности. У меня в наличии имеется трёхбаночный LiFePO4 аккумулятор. В полностью заряженном состоянии его напряжение составляет 10.95 В, что довольно много. Разрядив до допустимых 10 вольт, я попробовал подключить его. И увидел сильные всплески сигнала в отрицательном напряжении. Постепенно разряжая аккумулятор, удалось добиться нормальной работы только при напряжении меньше 9.3 В. Но тут возникает другая проблема: довольно быстрое снижение напряжения аккумулятора (основной его рабочий диапазон находится в районе 9.9 В). По этой причине я хочу заказать повышающий DC-DC преобразователь, поставить одну-две банки 18650 и выставить выходное напряжение 9 вольт. Осциллограф действительно маленький, легко помещается в руке. Но при этом это полноценный прибор, с возможностью отображения осциллограммы, замера частоты, напряжения и других параметров. На передней панели у нас располагается цветной LCD дисплей диагональю 2.4 дюйма. Подсветка достаточно яркая, все элементы интерфейса видно хорошо. Ниже располагаются 4 кнопки и ручка энкодера.Функции кнопок:
| Кнопка | Функция | При долгом нажатии |
|---|---|---|
| V/DIV | Калибровка нуля (необходимо перевести переключатель AC/DC/GND в положение GND). | |
| SEC/DIV | Переход в центр буфера | |
| TRIGGER | Установка уровня триггера по среднему значению амплитуды сигнала. | |
| OK | Включение режима HOLD («заморозка» сигнала). | Включение/выключение замеров. |
| ADJ | Изменение выбранного параметра. | Выбор напряжения тестового сигнала. |
| OK + TRIGGER | Сохранение текущего сигнала в EEPROM | |
| OK + SEC/DIV | Отображение сохранённого сигнала из EEPROM | |
| SEC/DIV + TRIGGER | Восстановление заводских настроек |
Снизу располагается разъём и выключатель питания. Отверстие для выведения провода подключения аккумулятора не предусмотрено. При необходимости его нужно будет просверлить самостоятельно. Сверху находятся: разъём BNC для подключения щупов, выход тестового прямоугольного сигнала (0.1 В или 3.3 В, 1 кГц), и переключатель AC/DC/GND. В положении AC отфильтровывается постоянная составляющая сигнала, в положении GND входной контур замыкается на землю. Основная площать дисплея поделена на 12 делений по горизонтали и 8 делений по вертикали. Осциллограмма изображается жёлтой линией. Слева находится стрелка — указатель нулевого уровня. Справа — указатель уровня триггера. Сверху отображается статус осциллографа (Running / HOLD), горизонтальная позиция в буфере, состояние триггера. Состояний триггера три:
- Holdoff — триггер выключен до тех пор, пока буфер не заполнен до точки его запуска.
- Waiting — ожидание необходимого фронта волны.
- Trigged — сигнал зарегистрирован.
Если установлен режим времени 50 мс/дел и медленнее и при этом режим триггера AUTO, то триггер автоматически переходит в статус Holdoff с постоянным движением осциллограммы справа налево. В нижней части дисплея отображается чувствительность, род тока (AC/DC), режим времени, режим триггера, тип триггера (по фронту или по спаду). Для тестирования я воспользовался программой для смартфона «Function Generator» от Keuwlsoft. Скачать можно в Google Play. Синус 100 Гц:
<center>
- Freq — частота;
- Cycl — период;
- PW — ширина импульса (Pulse Width);
- Duty — заполнение ШИМ в %;
- Vmax — макимальное напряжение;
- Vmin — минимальное напряжение;
- Vavr — среднее напряжение;
- Vpp — амплитуда сигнала (Vmax — Vmin);
- Vrms — эффективное значение напряжения переменного тока. Среднеквадратичное значение синусоидальной волны представляет собой значение постоянного напряжения, которое обеспечивало бы такое же количество тепла в нагревательном элементе.
В общем, очень неплохой осциллограф за свои деньги. Свои задачи выполняет полностью. Собирается довольно легко, нужны только минимальные навыки владения паяльником.
Предупреждение!Автор не несёт ответственности за возможную порчу оборудования. Всё, что вы делаете — вы делаете на свой страх и риск!
Update: Пока писал эту статью, вздулся аккумулятор который у меня был подключен к осциллографу. Собственно от этого напряжение и падало быстро. Теперь точно куплю двухбаночный LiPo и DC-DC step up.
Карманный осциллограф Fnirsi 1С15 (110 МГц): лучший выбор за $60Похожие записи:
Windows 8 — первое знакомствоИзготовление печатной платы с помощью ЛУТПЛИСЧувства электроники
- Цена: 35,23$
JYE Tech уже почти 10 лет выпускает конструкторы для сборки измерительных приборов. DSO 150 — один из популярных продуктов: невысокая цена и наличие корпуса выгодно отличают его от других продуктов компании. В обзоре мы соберем прибор, переведем инструкцию по сборке на русский язык и проведем немного тестов. Для заинтересовавшихся — прошу под кат. Внимание, трафик!
Введение:
Я несколько лет занимаюсь радиолюбительством как хобби, и как у многих, чьё хобби не связано с основной работой — у меня нет доступа к профессиональному оборудованию, а именно — к осциллографу. Как любителя, меня отпугивает высокая цена на прибор, который будет мало использоваться. Поэтому мне было интересно взять на обзор небольшой осциллограф DSO 15002K, чтобы понять — нужен ли мне более профессиональный прибор, и понять принцип работы осциллографа.
Технические характеристики:
Сразу скажу пару слов о том, что именно эту модель активно подделывают. Производитель даже отдельную страницу на своем форуме посвятил тому, как отличить оригинал от подделки:Дополнительная информация Мой прибор оригинальный. Подделка также отличается очень низкой ценой. Только на оригинале можно менять прошивки; подделки, судя по форумам, при попытке их обновить превращаются в кирпич (хотя есть способы откатиться к старой версии прошивки).Про ценовую политику
Упаковка и комплектация:
Упаковка:Прибор пришел в стандартном для банггуда черном пакете. На пакете была отдельная наклейка с надписью «Fragile» (Хрупкое).
Приступим к сборке:
Инструкция советует сборку начать с проверки основной платы. Никаких деталей паять не нужно до того, как Вы убедитесь, что она работает, иначе лишитесь гарантии. Проверяем и видим такую картину: Сразу же и оценим экран: обычный TFT 320х240, углы обзора неважные. На свету яркость и контрастность падает, в темноте смотрится нормально: Едем дальше. Для пайки я использовал гель флюс, так как он потом легче смывается. Сначала были припаяны все кнопки и контакт для тестового сигнала:
Итоги:
Достоинства: — Низкая цена; — Качественные печатные платы; — Наличие заводского корпуса, ничего не нужно допиливать; — Подробная инструкция (хотя русский пришлось «допиливать»).Недостатки: — Заявленная полоса частот сильно завышена; — На корпусе нет защитного стекла для экрана (при перевозке в сумке экран можно повредить). P.S. Переведенную инструкцию, последнюю прошивку, схемы сложил в архив. Upd. от 12.03.2018: Перепрошил на версию 111, вот как это выглядит: Для начала запаиваем 2 перемычки на основной плате: И впаиваем разъем для удобства: Я прошивал с помощью адаптера на CP2102, т.к. адаптер на PL2303HX не видела программа. Вот он в диспетчере устройств: Далее Вам нужно запросить у китайцев по электронной почте код доступа:Этапы прошивки
Содержание
На китайских площадках можно встретить довольно много разновидностей цифровых осциллографов начального уровня по цене до $50. Можно найти эти же модели и в российских торговых точках; правда, по цене на 50-200% выше. 🙂
Конечно, это не могут быть серьёзные модели для профессионалов; но давайте разберёмся, совсем там всё плохо, или не совсем?!
Двухканальный/двухлучевой осциллограф JDS2022A с красивым названием JINHANА в качестве примера рассмотрим популярный карманный осциллограф DSO150. Кстати, он известен также под именами DSO Fnirsi 150, DSO Shell и DSO 150, — это всё синонимы.
Изображение — с официальной страницы продавца (как выяснится позже, это не совсем то же самое, что с сайта производителя). Все картинки в обзоре — кликабельны.
Обзор начнём, как всегда, с технических характеристик.
Технические характеристики одноканального цифрового осциллографа DSO150
| Частотный диапазон | 0 — 200 кГц |
| Максимальное входное напряжение | 50 В |
| Входное сопротивление | 1 МОм |
| Вертикальная чувствительность / точность | 5 мВ — 20 В на деление / точность 5% |
| Масштаб по горизонтали | 10 мкс — 500 с (!) / деление |
| Объём буфера | 1024 семпла |
| Разрядность АЦП семплирования | 12 |
| Частота семплирования | до 1 МГц (1 Msps) |
| Диагональ экрана | 2.4 дюйма |
| Разрешение экрана | 320 x 240 |
| Питание | 9 В / 120 мА (адаптера нет в комплекте) |
| Габариты / масса | 115 x 75 x 22 мм / 100 г |
Осциллограф продаётся на Алиэкпресс в нескольких вариантах.
Один вариант — в полностью собранном и «готовом к употреблению» виде; второй вариант — в виде деталей корпуса, плат и россыпи деталей для пайки; и третий вариант — детали корпуса и платы с напаянными деталями. Я выбрал последний вариант, в котором нужно просто правильно всё собрать воедино без пайки (лень, знаете ли).
Приобрёл я всё это .
Цена такого комплекта на дату обзора с доставкой в Россию — около 1300 российских рублей ($20).
Упаковка, состав комплекта, сборка и внешний вид осциллографа DSO150
Осциллограф прибыл в пенопластовой коробке, добросовестно обмотанной плёнкой и скотчем. Так она выглядит после освобождения от внешних покровов:
Пенопласт — это хорошая защита от неприятностей в пути; внутри ничего не пострадало.
В самой коробке оказался такой набор деталей для сборки:
Сборка прошла не совсем гладко.
Очень не хотела налезать на свою ось ручка энкодера. Пришлось применить грубую физическую силу (это помогло её одеть, хотя и не совсем до конца; было страшновато что-нибудь сломать).
Возможно, более лучшим вариантом было бы применение паяльного или косметического фена для разогрева оси и ручки (но осторожно, чтобы не подплавить пластиковые детали).
Кроме того, не удалось настолько точно подогнать верхнюю крышку и дно, чтобы между ними совсем не было зазора. Правда, оставшийся зазор в полмиллиметра можно даже назвать декоративным.
Давайте посмотрим на результат сборки.
Вид сверху:
Здесь расположен разъём для подключения источника питания и ползунок включения/выключения осциллографа.
Вид со стороны верхнего торца:
Здесь (на вехнем торце) — ползунок переключения входа (закрытый / открытый / земля), плоский контакт напряжения калибровки 1 кГц, и, собственно, разъём BNC для подачи сигнала.
В целом вид осциллографа получился довольно-таки благопристойным, и особо не напоминает «игрушку» или учебно-тренировочный экземпляр (как его исторический предшественник DSO138 в прозрачном корпусе или вообще в бескорпусном виде).
Также корпус хорошо закрыт от проникновения мелких внешних предметов и загрязнений (в отличие, например, от DSO188).
А вот что не есть хорошо — это необходимость во внешнем питании (встроенного аккумулятора нет). Правда, внутри осциллографа есть ещё свободное место, чтобы там разместить аккумулятор и необходимую «обвязку», но это — не для таких ленивых, как я. Обсуждение способов установки внутреннего питания есть на форуме официального производителя (JYE Tech).
Печатные платы и схема осциллографа DSO150
Вот наконец-то мы подошли и к электронной «начинке» нашего осциллографа.
Эта начинка состоит из двух плат: аналоговой и цифровой.
Аналоговая плата — небольшая. но весьма насыщенная компонентами:
Здесь радует, что маркировка всех элементов оставлена читаемой, и даже продублирована надписями на плате. Бывает, что отдельные особо бессовестные китайские производители — наоборот, тщательно затирают маркировку, чтобы затруднить ремонт изделий. Но здесь — не тот случай, к счастью!
Более того, ещё и принципиальные схемы можно скачать с официальной страницы осциллографа на сайте производителя (внизу страницы, в разделе «Documents»). Это вообще уже можно приравнять к чуду!!!
Основной элемент на плате — счетверённый операционник TL084C со входами на полевых транзисторах. Он отвечает за приём и усиление сигнала.
Обеспечивают переключение масштабов усиления два аналоговых коммутатора: HC4053 и HC4051.
Все перечисленные выше микросхемы требуют двухполярного питания, а запитывается устройство однополярным. Соответственно, создаёт отрицательную полярность для внутреннего питания преобразователь ICL7660, а стабилизируют питание 78L05 (+5 В) и 79L05 (-5 В).
За подстройку входной ёмкости отвечают зелёные триммеры в верхней части платы (необходимо для корректного отображения фронтов сигналов). Инструкция по настройке есть в прилагаемом бумажном документе (настраивать надо, естественно, до установки плат в корпус; или в корпусе, но без заглушки верхнего торца).
Теперь изучим цифровую плату, сначала — вид со стороны экрана:
Здесь — ручка энкодера, кнопки и экран. Шлейф экрана под ним припаян прямо к плате. Это затруднит смену экрана, если Вы его «грохнете». Правда, после сборки осциллографа сделать это будет довольно трудно, т.к. экран расположен в углублении. Но аккуратность в обращении не отменяется.
Экран не имеет регулировки яркости, но его яркость настроена на некий средний уровень, достаточный для комфортной работы в типовых условиях применения.
Углы обзора экрана — разные по вертикали и по горизонтали.
По горизонтали угол обзора — не широкий, даже при небольших поворотах вправо-влево экран заметно бледнеет.
При поворотах вверх-вниз, наоборот, изображение остаётся ярким и контрастным даже при больших поворотах.
Вид цифровой платы со стороны элементов значительно интереснее:
Здесь сначала обратим внимание на важный организационный момент: в белой рамке, расположенной в левом нижнем углу, должен быть номер платы, но его там нет!
В соответствии с инструкцией производителя «Как отличить не оригинальный осциллограф от оригинального» (ссылка) делаем вывод, что данный экземпляр — не оригинальный.
Что из этого следует? Следует, что его прошивку вряд ли получится обновить. В лучшем случае, новая прошивка просто не установится (производитель не даст код для её установки), а в худшем осциллограф может «окирпичиться». Можно ли жить с той прошивкой, какая есть — разберёмся.
Вернёмся к плате.
Здесь видим «сердце» осциллографа — аналого-цифровой процессор STM32F103C8T6.
Рядом с ним расположен кварц на 8 МГц; но процессор имеет собственный умножитель частоты и работает на частоте 72 МГц. Это — не много, но зато на низкой частоте и потребление энергии меньше.
Процессор сделан по принципу «всё-в-одном»: ОЗУ и ПЗУ тоже находятся в процессоре. Он же формирует изображение для отправки на дисплей.
Кроме процессора, на плате есть ещё две «микрухи»: флеш-память с последовательным интерфейсом и линейный стабилизатор на 3.3 В, который обеспечивает процессор питанием.
Чтобы окончательно прояснить ситуацию с версией ПО (прошивки), посмотрим на фотку экрана в момент загрузки осциллографа:
Таким образом, осциллограф работает под прошивкой версии 062. Эта версия — не последняя, но довольно отработанная и сильными глюками удивлять не должна.
Тестирование осциллографа DSO150
С механикой и схемой разобрались, переходим к практическому тестированию. Для тестирования использовался генератор FY6800.
Начнём с элементарного и стандартного: синус, 1 кГц, размах 5 В (стандартнее не придумаешь!):
Обращаем внимание сначала на множество параметров, измеряемых осциллографом в реальном времени, прямо по ходу сигнала.
Кроме результатов измерений, осциллограф показывает собственные режимы работы (сверху над осциллограммой и снизу под ней).
Если данные измерений мешают наблюдать форму осциллограммы, то их можно убрать с экрана.
А теперь — заценим точность измерения.
Размах напряжения (Vpp) осциллограф показал в 5.15 В. Это — хороший результат, поскольку укладывается в заявленную погрешность 5%. Правда, при снижении амплитуды сигнала и точность снижается, но это соответствует теории вопроса.
А теперь посмотрим на частоту. Осциллограф показал 973.303 Гц. Для измерения частоты такая точность просто никуда не годится.
Проверка замера частоты при другом масштабе по времени показала гораздо более приличный результат:
Здесь осциллограф замерил частоту абсолютно точно: 1 кГц.
Вероятнее всего, расчет частоты аппарат ведёт примитивно, по числу пересечения сигналом уровня триггера за период, равный наполнению буфера. Чем больше периодов влезает в буфер, тем и замер частоты получается точнее.
Идём далее.
Проверка полосы частот по уровню минус 3 дБ показала результат, примерно соответствующий заявленному в параметрах: около 220 кГц.
Теперь подаём прямоугольник 20 кГц и проверяем фронты:
В целом фронты «прямоугольника» можно оценить, как хорошие. Но есть и интересная особенность: отрицательный фронт — более крутой, чем положительный; который имеет довольно плавное «скругление» вверху.
Аналогичные эффекты будут наблюдаться и на других осциллограммах «классического» ряда:
Теперь перейдём от теории к практике и посмотрим пару реальных осциллограмм.
В качестве объекта испытаний был выбран импульсный блок питания, дающий напряжения + 5 и +12 В с током выхода 3 А по выходу +5 В и 2 А по выходу +12 В.
Напряжение снималось с отвода импульсного трансформатора, идущего к выпрямителю напряжения +5 В.
Вариант 1, блок питания без нагрузки:
Вариант 2, с нагрузкой 1 А по выходу +5 В:
По осциллограммам можно оценить частоту работы преобразователя импульсного блока питания (составила чуть выше 50 кГц) и величину импульсов прямого и обратного хода.
Смотреть частоту сигнала по показаниям измерений самого осциллографа для сигналов такой сложной формы бесполезно — он может показать всё, что угодно (причём вполне законно).
По итогам этой главы надо сказать, что электрические процессы с частотой около 50 кГц — это предел, когда можно реально отследить форму сигнала с помощью этого осциллографа. Для более высоких частот на период сигнала будет приходиться слишком мало отсчетов, чтобы судить о его реальной форме.
Стробоскопический эффект
Пользователи цифровых осциллографов уже, вероятно, знают об этом интересном эффекте. Но тех для любителей и профессионалов, кто пока пользовался только аналоговыми «трубчатыми» осциллографами, это может оказаться новостью. 🙂
Кстати, аналоговые осциллографы — это не анахронизм, они до сих пор с успехом производятся и используются (пример на Алиэкспресс). Но, конечно, отсутствие в них математической обработки, а также большой вес и габариты не способствуют их популярности.
Начну подход к проблеме издалека. В Википедии, в статье «Осциллограф» (ссылка), есть интересный пассаж о недостатках цифровых осциллографов (подчёркнут):
Данная проблема (отображение несуществующих сигналов вместо реальных) возникает из-за стробоскопического эффекта.
Возникают стробоскопические эффекты тогда, когда количество отсчетов сигнала на период становится слишком малым.
Согласно классической для радиотехники теореме Котельникова, любой сигнал может быть абсолютно точно восстановлен, если частота его дискретизации хотя бы в два раза превосходит верхнюю частоту в спектре сигнала.
Но это действительно, условно говоря, для сигналов бесконечной длины и после обработки соответствующими алгоритмами, а не в режиме реального времени.
А в режиме реального времени сигнал «теряет форму» настолько серьёзно, что становится совсем не похож сам на себя.
Так, например, показывает наш осциллограф синусоиду с частотой 246 кГц:
Наблюдатель видит на экране несуществующий амплитудно-модулированный сигнал. На самом же деле на осциллограф подана чистейшей воды синусоида.
Иногда даже опытные обзорщики пишут, что на высокой частоте какой-либо осциллограф показывает сигнал с испорченной формой, скачущей амплитудой и т.п. На самом же деле такое отображение сигнала может быть вполне законным с физической и даже с геометрической точки зрения.
Поскольку при переключении на осциллографе масштаба по оси времени меняется и его частота семплирования, то пользователь может увидеть эти эффекты и на довольно низких частотах.
Например, следующая осциллограмма сделана при частоте прямоугольного сигнала 124 кГц; но из-за того, что частота семплирования при масштабе 0.2 мс/деление снизилась до 50 кГц, сигнал на экране выродился в прямоугольник с частотой 1 кГц:
Наблюдателю будет казаться. что он видит прямоугольный сигнал с частотой 1 кГц; и только неестественно-затянутые для такой частоты фронты будут подсказкой, что «что-то здесь не так».
Существование этого эффекта надо учитывать при работе с цифровыми осциллографами (т.е. правильно подбирать параметры горизонтальной развёртки).
Этот эффект может использоваться и с пользой: существуют специальные стробоскопические осциллографы для исследования периодических процессов на СВЧ, но это уже далеко не «общегражданские» приборы.
Заключение
Протестированный осциллограф — один из самых дешевых, такие обычно называют «игрушками» или «показометрами».
Тем не менее, он может использоваться и в серьёзных целях, если не ставить для него невыполнимых задач.
Например, для проверки и настройки усилителей класса D он не подойдёт: там частота импульсов ШИМ начинается от 400 кГц.
Зато для работы с «обычными» усилителями (класса A или AB) почти никаких препятствий нет; разве что он может не показать самовозбуждение усилителя, если оно случилось на высокой частоте.
Также можно использовать для работы с импульсными блоками питания с частотой ШИМ до 50 кГц ( а это, правда, не всегда бывает так; иногда даже в типовых контроллерах повербанков частота может быть до 100 кГц).
Одним словом — он подходит для работы с низкочастотными устройствами.
Из обнаруженных проблем прошивки надо отметить некорректную автоматическую установку уровня триггера при длительном удержании кнопки TRIGGER (уровень устанавливается не точно посередине размаха сигнала, а примерно на 10% от величины размаха выше).
Вторая проблема — «перевёрнутая» работа энкодера: происходит увеличение регулируемого параметра при вращении против часовой стрелки и уменьшение — по часовой. Привыкнуть к этому сложно, но можно. 🙂
И ещё надо отметить аппаратную проблему — нестандартное напряжение питания (9 В). У каждого из нас валяется дома гора стандартных адаптеров на 5 В; а на 9 В вряд ли у кого завалялось.
Как быть? Можно купить адаптер на 9 Вольт, можно подключить батарейку или аккумулятор на 9 Вольт («Крона»), можно приобрести DC-DC преобразователь с 5 В до 9 В, можно (кому не лень) встроить аккумулятор внутрь осциллографа (как описывают на форумах). Выход есть!
Описанный в обзоре осциллограф приобретён на Алиэкпресс .
Спасибо за внимание!
Используемые источники:
- https://19dx.ru/2017/07/obzor-karmannogo-oscillografa-dso150/
- https://mysku.ru/blog/china-stores/60054.html
- https://www.ixbt.com/live/instruments/karmannyy-oscillograf-dso150-na-chto-sposobna-igrushka.html
Загрузка...
Обзор USB-осциллографа Hantek DSO-6022BL с логическим анализатором и гикпорном
Обзор карманного осциллографа DSO Nano DSO201
Осциллограф-приставка Hantek 6022BE для радиолюбителя
Что такое USB-осциллограф, особенности работы, плюсы и минусы