Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть I

Назначение, устройство и описание осциллографа

Если спросить профессионального регулировщика электронной аппаратуры или радиоинженера: «Какой самый главный прибор на вашем рабочем месте?» Ответ будет однозначным: «Конечно, осциллограф!». И это действительно так.

Конечно, невозможно обойтись без мультиметра. Измерить напряжение в контрольных точках схемы, замерить сопротивление и ток, «прозвонить» диод или проверить транзистор все это важно и нужно.

Но когда речь заходит о регулировке и настройке любого электронного устройства от простого телевизора до многоканального передатчика орбитальной станции, то без осциллографа обойтись невозможно.

Осциллограф предназначен для визуального наблюдения и контроля периодических сигналов любой формы: синусоидальной, прямоугольной и треугольной. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы. Например, измерить время нарастания импульса, а в цифровой аппаратуре это очень важный параметр.

Осциллограф – это своего рода телевизор, который показывает электрические сигналы.

Как работает осциллограф?

Чтобы понять, как работает осциллограф, рассмотрим блок-схему усреднённого прибора. Практически все осциллографы устроены именно так.

На схеме не показаны только два блока питания: высоковольтный источник, который используется для вырабатывания высокого напряжения поступающего на ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) и низковольтный, обеспечивающий работу всех узлов прибора. И отсутствует встроенный калибратор, который служит для настройки осциллографа и подготовки его к работе.

Исследуемый сигнал подаётся на вход «Y» канала вертикального отклонения и попадает на аттенюатор, который представляет собой многопозиционный переключатель, регулирующий чувствительность. Его шкала отградуирована в V/см или V/дел. Имеется в виду одно деление координатной сетки нанесённой на экран ЭЛТ. Там же нанесены сами величины: 0,1 В,10 В, 100 В. Если амплитуда исследуемого сигнала неизвестна, мы устанавливаем минимальную чувствительность, например 100 вольт на деление. Тогда даже сигнал амплитудой 300 вольт не выведет прибор из строя.

В комплект любого осциллографа входят делители 1 : 10 и 1 : 100 они представляют собой цилиндрические или прямоугольные насадки с разъёмами с двух сторон. Выполняют те же функции, что и аттенюатор. Кроме того при работе с короткими импульсами они компенсируют ёмкость коаксиального кабеля. Вот так выглядит внешний делитель от осциллографа С1-94. Как видим, коэффициент деления его составляет 1 : 10.

Благодаря внешнему делителю удаётся расширить возможности прибора, так как при его использовании становится возможным исследование электрических сигналов с амплитудой в сотни вольт.

С выхода входного делителя сигнал поступает на предварительный усилитель. Здесь он разветвляется и поступает на линию задержки и на переключатель синхронизации. Линия задержки предназначена для компенсации времени срабатывания генератора развёртки с поступлением исследуемого сигнала на усилитель вертикального отклонения. Оконечный усилитель формирует напряжение, подаваемое на пластины «Y» и обеспечивает отклонение луча по вертикали.

Генератор развёртки формирует пилообразное напряжение, которое подаётся на усилитель горизонтального отклонения и на пластины «X» ЭЛТ и обеспечивает горизонтальное отклонение луча. Он имеет переключатель, градуированный как время на деление («Время/дел»), и шкалу времени развёртки в секундах (s), миллисекундах (ms) и микросекундах (μs).

Устройство синхронизации обеспечивает начало запуска генератора развёртки одновременно с возникновением сигнала в начальной точке экрана. В результате на экране осциллографа мы видим изображение импульса развёрнутое во времени. Переключатель синхронизации имеет следующие положения:

• Синхронизация от исследуемого сигнала.

• Синхронизация от сети.

• Синхронизация от внешнего источника.

Первый вариант наиболее удобный и он используется чаще всего.

Осциллограф С1-94.

Кроме сложных и дорогих моделей осциллографов, которые используются при разработке электронной аппаратуры, нашей промышленностью был налажен выпуск малогабаритного осциллографа C1-94 специально для радиолюбителей. Несмотря на невысокую стоимость, он хорошо зарекомендовал себя в работе и обладает всеми функциями дорогого и серьёзного прибора.

В отличие от своих более «навороченных» собратьев, осциллограф С1-94 обладает достаточно небольшими размерами, а также прост в использовании. Рассмотрим его органы управления. Вот лицевая панель осциллографа С1-94.

Справа от экрана сверху вниз.

• Ручка: «Фокус».

• Ручка «Яркость».

  Этими регуляторами можно настроить фокусировку луча на экране, а также его яркость. В целях продления срока службы ЭЛТ желательно выставлять яркость на минимум, но так, чтобы показания были видны достаточно чётко.

• Кнопка «Сеть». Кнопка включения прибора.

• Кнопка установки времени развёртки. Грубое переключение коэффициентов развёртки. Можно установить миллисекунды (ms) и микросекунды (μs). Напомним, что 1 ms = 1000 μs. Подробнее о сокращённой записи численных величин.

• Кнопка режима «Ждущ-Авт».

  Это кнопка выбора ждущего и автоматического режима развёртки. При работе в ждущем режиме запуск и синхронизация развёртки производится исследуемым сигналом. При автоматическом режиме запуск развёртки происходит без сигнала. Для исследования сигнала чаще используется ждущий режим запуска развёртки.

• Вот этой кнопкой производится выбор полярности запускающего импульса. Можно выбрать запуск от импульса положительной или отрицательной полярности.

Кнопка установки синхронизации «Внутр-Внешн».

Обычно используется внутренняя синхронизация, так как для использования внешнего синхросигнала нужен отдельный источник этого внешнего сигнала. Понятно, что в условиях домашней мастерской это в подавляющем случае не нужно. Вход внешнего синхросигнала на лицевой панели осциллографа выглядит вот так.

Кнопка выбора «Открытого» и «Закрытого» входа.

Тут всё понятно. Если предполагается исследование сигнала с постоянной составляющей, то выбираем «Переменный и постоянный». Этот режим называется «Открытым», так как на канал вертикального отклонения подаётся сигнал, содержащий в своём спектре постоянную составляющую или низкие частоты.

При этом, стоит учитывать, что при отображении сигнала на экране он уйдёт вверх, так как к амплитуде переменной составляющей добавиться и уровень постоянной составляющей. В большинстве случаев лучше выбирать «закрытый» вход (~). При этом постоянная составляющая электрического сигнала будет отсечена и не отображается на экране.

</li>

Клемма «корпус» служит для заземления корпуса прибора. Это делается в целях безопасности. В условиях домашней мастерской порой нет возможности заземлить корпус прибора. Поэтому приходится работать без заземления. При этом важно помнить, что во включенном состоянии на корпусе осциллографа может быть потенциал напряжения. При касании корпуса может «дёрнуть». Особенно опасно дотрагиваться одной рукой до корпуса осциллографа, а другой рукой до батарей отопления или других работающих электроприборов. В таком случае опасный потенциал с корпуса пройдёт через ваше тело («рука» — «рука») и вы получите электрический удар! Поэтому при работе осциллографа без заземления желательно не дотрагиваться до металлических частей корпуса. Это правило справедливо и для прочих электроприборов с металлическим корпусом.

По центру лицевой панели переключатель «развёртка» — Время/дел. Именно этот переключатель управляет работой генератора развёртки.

</li>

Чуть ниже располагается переключатель входного делителя (аттенюатора) — V/дел. Как уже говорилось, при исследовании сигнала с неизвестной амплитудой, необходимо выставить максимально возможное значение V/дел. Так для осциллографа С1-94 нужно установить переключатель в положение 5 (5V/дел.). В таком случае одна клетка на координатной сетке экрана будет равна 5-ти вольтам. Если ко входу «Y» осциллографа подключить делитель с коэффициентом деления 1 к 10 (1 : 10), то одна клетка будет равна 50-ти вольтам (5V/дел. * 10 = 50V/дел.).

</li></ul>

Также на панели осциллографа имеются:

• Ручка «Перемещение луча по горизонтали».

  Она служит для корректировки положения луча в горизонтальном направлении. Если покрутить данную ручку, то изображение развёртки будет смешатся либо вправо, либо влево.

• Также есть и ручка «Перемещение луча по вертикали».

  С помощью её можно отрегулировать положение развёртки на экране по вертикали.

  Ручки «Перемещение луча по горизонтали» и «Перемещение луча по вертикали» служат исключительно для настройки комфортного отображения осциллограммы сигнала на экране. Они никак не влияют на настройку работы самого осциллографа.

• А вот ручка «Уровень синхронизации» необходима для того, чтобы «остановить» осциллограмму сигнала на экране.

  Поворотом этой ручки добиваются того, чтобы изображение сигнала «застыло», а не «убегало». Иногда, чтобы поймать изображение с помощью ручки «Уровень» приходится изменить время развёртки переключателем Время/дел.

• Входной разъём «Y» , к которому подключается измерительный щуп или внешний делитель выглядит так.

  Внизу указываются параметры входа, а именно входное сопротивление (1 MΩ) и входная ёмкость (40pF). Чем выше входное сопротивление измерительного прибора, тем лучше. Таким образом при измерении прибор не шунтирует элементы тестируемой схемы и не вносит искажений в измеряемый сигнал. Входная ёмкость прежде всего влияет на возможность исследования высокочастотных сигналов.

В настоящее время, с развитием цифровой техники, стали широко внедряться цифровые осциллографы. По сути это гибрид аналоговой и цифровой техники. Отношение к ним неоднозначное, как к мясорубке с процессором или к кофемолке с дисплеем.

Аналоговая аппаратура всегда была надежной и удобной в работе. Кроме того она легко ремонтировалась. Цифровой осциллограф стоит на порядок дороже и очень сложен в ремонте. Плюсов конечно много. Если аналоговый сигнал с помощью АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) перевести в цифровую форму, то с ним можно делать всё что угодно. Его можно записать в память и в любой момент вывести на экран для сравнения с другим сигналом, складывать в фазе и противофазе с другими сигналами. Конечно, аналоговая техника это хорошо, но за цифровой электроникой будущее.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Методика проверки ИК-приёмника.

• Как определить мощность трансформатора по его размерам?

• Что такое децибел и для чего он применяется?

Аналоговый осциллограф

Осцилло́граф (лат. oscillo — качаюсь + греч.γραφω — пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, и наглядно отображаемого (визуализации) непосредственно на экране, либо регистрируемого на фотоленту.

Современные осциллографы позволяют исследовать сигнал гигагерцовыхчастот. Для исследования более высокочастотных сигналов можно использовать электронно-оптические камеры.

Классификация

По логике работы и назначению осциллографы можно разделить на три группы^[1]:

• реального времени (аналоговый)
• запоминающий осциллограф (storage oscilloscope)
  • аналоговый (например, с запоминающим устройством на ЭЛТ)
  • цифровой (DSO — digital storage oscilloscope)
• стробирующий осциллограф (sampling oscilloscope)

Осциллографы с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте (шлейфовый осциллограф).

По количеству лучей: однолучевые, двулучевые и т. д. Количество лучей может достигать 16 и более (n-лучевой осциллограф имеет n сигнальных входов и может одновременно отображать на экране n графиков входных сигналов).

Осциллографы с периодической развёрткой делятся на: универсальные (обычные), скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные; цифровые осциллографы могут сочетать возможность использования разных функций.

Имеются осциллографы (в основном, портативные), совмещенные с другими измерительными приборами (напр.мультиметром). Такие приборы называются скопметрами. В последние годы на рынке появились планшетные осциллографы, т.е. приборы с полностью сенсорным управлением на цветном дисплее.

Осциллограф также может существовать не только в качестве отдельного прибора, но и в виде приставки к компьютеру: в виде карты расширения, или подключаемой через какой-либо внешний порт (чаще всего USB).

Устройство

Осциллограф с дисплеем на базе ЭЛТ состоит из следующих основных частей:

Эта страница в последний раз была отредактирована 8 октября 2019 в 17:08.

17 июня 2019, 14:56

Приветствую! 

Добавляю небольшую статью на тему выбора домашнего компактного осциллографа начального уровня для работы и хобби. 

Почему речь пойдет про карманные и и компактные — потому что это самые бюджетные варианты. Настольные осциллографы можно посмотреть по ссылке ниже. Это, как правило, достаточно дорогие модели ($200-400 и дороже) на 4 канала со множеством функций. А вот компактные модели на 1 канал для простых измерений и оценки формы сигнала можно приобрести буквально за $20…$40. И будут приличные модели, достаточные для большинства измерений

.

Основные технические характеристики карманных осциллографов — это рабочая полоса, которая измеряется в МГц, а также частота дискретизации, которая напрямую влияет на качество измерений. Не менее важная характеристика — это размер дисплея и емкость батареи, обеспечивающие комфортную работу в автономном режиме.

В статье постараюсь описать осциллографы, которые лично были в руках и дать небольшие плюсы и минусы данных моделей.

Начальный вариант, через который прошли многие радиолюбители — это осциллограф на базе микроконтроллера ATmega, на Али есть множество вариантов, в том числе для самостоятельной сборки, например, DSO138. Его развитие на базе микроконтроллера STM32 называется DSO150.

DSO150 — это неплохой осциллограф для радиолюбителя начального уровня. Сам осциллограф имеет полосу около 200кГц. Построен на базе STM32, АЦП до 1М семплов. Хороший вариант для проверки простых блоков питания (ШИМ) и аудиотрактов. Цена $17 за комплект с корпусом и щупом Р6100. Подойдет для начинающих, например, для исследования звуковых сигналов (настройке усилителя и т.п.). Из минусов отмечу невозможность сохранить картинку осциллограммы, а также небольшую полосу пропускания.

 Но хобби быстро прошло, перешел к серьезным моделям.

В начале 2018 года попался один из популярных вариантов осциллографов начального уровня — простой, но неплохой .

Если одного мегагерца мало, можно посмотреть в сторону карманных осциллографов в корпусе с BNC коннектором. 

Есть вариант с BNC-крокодилами.

Есть вариант с щупом 10х щуп P6010 (с полосой до 10МГц). 

 Я бы взял первый вариант (с крокодилами) и докупил бы щупы отдельно. Ссылка на щупы есть ниже.

По результатам использования отмечу удобный корпус,  большой дисплей. Тестовый сигнал на 5МГц (синус) показывает без особых проблем, другие периодические и апериодические сигналы нормально показывает до 1 МГц. 

Если полоса выше 1МГЦ не критична, и не требуется работать с большими напряжениями, то DSO FNIRSI PRO c BNC коннектором — хороший выбор. Он использует стандартные щупы и может применяться как быстрый карманный осциллографический пробник — потыкать и посмотреть, жив ли обмен, микросхема и т.п. А потом топать за большим осциллографом либо нести пациента на стол и вскрывать. 

 А вот если требуется полоса чуть больше — обратите внимание на недорогой 

Осциллограф DSO168 имеет необычный дизайн, смахивающий на популярные МР3 плееры. Это одновременно и плюс (металлический стильный корпус), и минус устройства. Не самый удачный выбор разъема — MiniUSB для зарядки аккумулятора. А также отмечу подключение через джек 3.5 мм — самый главный минус данной модели.

DSO168 — интересный прибор за свою стоимость. Гораздо лучше огромного количества подобных DSО138, которые строятся на базе микроконтроллеров со встроенным АЦП (200kHz). В данной модели DSO168 установлен отдельный АЦП AD9283, который обеспечивает уверенный анализ сигналов до 1МГц. До 8 МГц можно использовать данный прибор, но как «отображалку» сигналов, без каких либо серьезных измерений. А вот до 1МГц — без проблем.

 В комплекте идет стандартный щуп Р6100 BNC, а также адаптер с джека 3.5мм на BNC. 

На борту отдельный АЦП от AD с частотой семплирования до 100 MSPS, аналоговая полоса до 20МГц, один канал.

Осциллограф DSO168 имеет полосу 20МГЦ (при частоте семплирования 60MSA/s), не самый удачный, но более-менее аккуратный корпус аля iPod, встроенный аккумулятор 800 мАч (может питаться от USB). Сходство с плеером добавляют щупы через джек 3,5 мм (есть адаптер BNC-3.5mm). Памяти для сохранения осциллограмм — нет.

Далее предлагаю посмотреть еще одну недорогую модель осциллографа DSO338 с полосой 30МГц.

 Для измерений используется стандартный щуп P6100 BNC.

 Осциллограф достаточно хорошо себя показывает на частотах более 20 МГц.

 Но, учитывая его стоимость, можно посмотреть и другие варианты.

 Новая модель и один из лучших за свои деньги. Это одноканальный 100-МГцовый осциллограф с памятью. Частота семплирования достигает 500 Msps.  Цена на распродаже c учетом купона продавца $76.

Осциллограф является одним из самых «мощных» и «навороченных» в своем ценовом диапазоне. Имеется 1 канал BNC, но осциллограф может отображать синусоидальный сигнал до 100МГц. Другие периодические и апериодические сигналы нормально смотрятся до 70-80 МГц.

 В комплекте с осциллографом есть неплохой щуп Р6100 с делителем 10х и полосой до 100МГц, а также кейс для хранения и переноски.

Осциллограф справляется с сигналами не хуже, чем старший собрат Rigol.

 Отмечу отсутствие связи с компьютером (отчасти это не минус, так как нет необходимости осуществлять гальваническую развязку), а также наличие всего одного канала для измерения.

DSO Fniski 100MHz — это хороший выбор, особенно если нет подходящего прибора и остро стоит вопрос стоимости. Если есть возможность добавить — лучше добавить и взять что-то на два канала и с возможностью сохранения результатов.

Хит 2019 года — портативный осциллограф с частотой 40 МГц (есть модель 2C72 до 70МГЦ) на два канала и с генератором частоты. Встроенный мультиметр. Поставляется с сумкой для переноски.  Цена от $99 на распродаже.

В комплекте есть все необходимое + кейс для переноски. Частота оцифровки до 250MSa/s — это самый лучший результат для портативных осциллографов. Существуют версии 2С42/2С72 без встроенного генератора, но они не так интересны с точки зрения цены и функционала.

 Осциллограф чуть дороже предыдущих, но модель 2Dx2 оснащена генератором частоты. На фото ниже показана генерация синусоидального сигнала частотой 1 МГц.

 В остальном, Hantek не хуже своих старших собратьев. Отмечу наличие встроенного мультиметра, что делает данную модель устройством 3-в-1.

В статье отмечу еще один популярный вариант карманного осциллографа — DSO203 Handheld ARM Nano Mini Digital Oscilloscope.

Это отличный комбайн со встроенным функциональным генератором сигналов, 4 каналами (2 аналоговых + 2 цифровых), и частотой семплирования 72MHz. Единственно, он самый дорогой из представленных.

 На сегодняшний день существует отработанная прошивка Wildcat, которая значительно повышает функционал данного DSO203.

Осциллограф практически неубиваемый, имеет металлический корпус, два аналоговых входа, два цифровых входа, встроенный генератор частот. Коннекторы MMCX.

 На фото ниже представлен пример работы генератора частоты. В минусы запишу стоимость, мягко говоря нишевый осциллограф. Можно чуть чуть докинуть и взять Rigol или что-то подобное. 

Осциллографы, которые  у меня есть закончились, но я отмечу еще пару моделей, которые имеют право на жизнь. 

 Это удобный и качественный  .

Аналоговая полоса 20MHz. Сделан в удобном формфакторе, в комплекте есть все необходмое для работы.

 Осциллограф подключается к компьютеру, имеет встроенный генератор частот, можно сохранять снимки экрана.

А также недорогой осциллограф DSO 112A TFT Mini Digital Oscilloscope.

 Хороший вариант на твердую «четверку». Имеет сенсоный дисплей и возможность подключения по USB. На борту быстрый АЦП c оцифровкой до 5М семплов в секунду, аналоговая полоса до 2МГц. 

Как и с DSO150, применена STM32, полоса 200кГц. При желании можно найти еще дешевле не распаянный вариант. Подойдет для обучения пайки «со смыслом».

Подобные портативные девайсы — то, что я обычно использую. Очень удобно, особенно при настройке различных приборов, проверке, пуско-наладке.  Могу рекомендовать брать вариант DSO150, а еще лучше, похожий DSO138 (200kHz) в варианте DIY для обучения пайки и азам радиоэлектроники.  Из функциональный моделей отмечу DSO Fniski 100MHz, как осциллограф с самым лучшим соотношением цена и рабочая полоса, а также Hantek 2С72 как самый фунциональный.

Рекомендую обратить внимание на полезные аксессуары для осциллографа:

Щуп Р6100 100МГц с компенсацией емкости и делителем 10х ($5)

Щуп Р2100 100МГц с компенсацией емкости и делителем 10х копия Tectronix ($7)

Щуп Р4100 100МГц 2кВ с компенсацией емкости и делителем 100х ($10)

Пассивный аттенюатор сигнала Hantek HT201 для осциллографа 20:1 BNC для измерений напряжения до 800Вольт ($4)

 Все перечисленные модели интересны, в период летней распродажи с 18 по 23 июня будут приличные скидки до 15-20%. Старайтесь комбинировать с купонами, приведенными выше. Про оформлении смотрите купоны магазина, которые доступны на странице акций или на странице товара. 

Лучшие модели осциллографов для радиолюбителя с Aliexpress на летней распродаже

Смотрите горячие темы:

Выбираем лучшие карманные осциллографы (DSO) с Али

Электроника, модули и промавтоматика с Али и не только. Недорого и очень выгодно

Топ-10 новых автогаджетов с Aliexpress

Подборка топ-10 аудиомагазинов с Aliexpress: компоненты для самодельных усилителей и акустических систем

Подборка топ-10 аудиоусилителей с Aliexpress

Умный дом с нуля: устройства Xiaomi MiHome

Умный дом с нуля: выбираем устройства Xiaomi MiHome

Подборка лучших павербанков (внешних аккумуляторов) c поддержкой QC3.0 и PD

Профильные магазины с Алиэкспресс: аудиомодули, радиотовары, специальные гаджеты и инструменты

Подборка паяльного оборудования для радиолюбителя с Али (и не только)

Выбираем лучшее оборудование для радиолюбителя с Али (и не только)

Топ мультиметров и измерителей с Али

Недорогие и полезные DIY модули и инструменты для радиолюбителя

Подборка лучших павербанков (внешних аккумуляторов) c поддержкой QC3.0 и PD

Подборка серьезных осциллографов с Али (20МГц-100МГц)

Подборка готовых модулей усилителей звука с Али (плюс пара динамиков) для DIY акустических систем

Аудиомодули и платы усилителей с Али и не только

Лучшие компоненты для создания точечной сварки своими руками с Алиэкспресс (для сварки аккумуляторов)

Подборка интересных товаров, гаджетов, инструментов и игрушек с Алиэкспресс с хорошей скидкой

Инструменты, тестер, павербанк — годнота с Алишки

Лучшие аккумуляторные батарейки с Али: АА (пальчиковые), ААА (мизинчиковые), «Крона»

Подборка лучших внешних аккумуляторов c QC3.0 и PD для питания паяльников и мощных устройств

Подборка очень выгодных товаров технической направленности с Алиэкспресс

Лучшие наборы LEGO с Алиэкспресс (10 сборных моделей автомобилей)

Аксессуары для LEGO — лучшие и самые необычные дополнения с Али

Используемые источники:

• https://go-radio.ru/oscillograf.html
• https://wiki2.org/ru/осциллограф
• https://www.ixbt.com/live/instruments/vybiraem-byudzhetnyy-karmannyy-oscillograf.html