151629 (Універсальні осцилографи), страница 2

Рисунок 1

2. Класифікація осцилографів

Осцилографи можна вважати найбільш поширеними контрольно-вимірювальними приладами в багатьох технічних галузях виробництва та наукових досліджень, або ж при вирішенні різних завдань поставлених перед користувачем. Історія цього приладу почалася ще в 1947 році, коли американська фірма Tektronix запустила виробництво першої моделі аналогових осцилограф Tektronix Model 511, на основі застосування катодного-променевої трубки. А вже в 1980 роках розпочався принципово новий етап розвитку осцилографів: американська фірма LeCroy Corporation випускає перші цифрові запам'ятовуючі осцилографи. А широке розповсюдження та прогрес у розвитку сучасних цифрових технологій привели до серйозної зміни характеристик і розширенню можливостей осцилографів цього типу. По способу обробки вхідного сигналу осцилографи можна розділити на аналогові та цифрові, а також за кількістю променів на однопроменеві, двохпроменеві і т. д. N – променевий осцилограф має N сигнальних входів і може одночасно відображати на екрані N графіків. Цифрові осцилографи у свою чергу поділяються на запам'ятовуючі, люмінофорні і стробоскопіні. Для кращого розуміння розходжень і особливостей окремих типів осцилограф, нижче представлені їх короткі описання.

Аналогові осцилографи. Прибори цього типу вважаються класичними представниками загального поняття про осцилограф, як контрольно-вимірювальних приладів. В цілому, будь-який аналоговий осцилограф складається з наступних складових: вхідний дільник, підсилювач вертикального відхилення, схема синхронізації і горизонтального відхилення, джерело живлення та електронно-променева трубка. У осцилографах застосовують електронно-променеві трубки з електростатичним відхиленням, на відміну від телевізорів і моніторів, де використовується магнітне відхилення. Електронно-променеві трубки з електростатичним відхиленням, хоча й більш складні у виготовленні, мають значно більший частотний діапазон. В кожний конкретний момент відхилення електронного променя та світлової плями на екрані, що він утворює, пропорційно напрузі, що додається до пластинам вертикального відхилення. Напруга на пластинах горизонтального відхилення змінюється лінійно, забезпечуючи горизонтальну розгорнення. Нижня частота, при якій картинка ще читається, складає в середньому 10 Гц, хоча при застосуванні спеціальних електронно-променевих трубок з великим часом після підсвічення вона може бути значно нижче. Верхня робоча частота визначається в основному характеристиками підсилювача вертикального відхилення і ємністю між відхиляючими пластинами. В останнім часом цифрові осцилографи, які мають великий ряд переваг, витісняють аналогові прилади з світового ринку, але все-таки традиційні аналогові осцилографи реального часу не зникають повністю, в першу чергу з-за низької вартості в порівнянні з цифровими осцилографа. Плюс до цього з розвитком елементної бази аналогові осцилографи придбали ряд важливих додаткових функцій і можливостей, наприклад, надзвичайно що полегшують роботу курсори з цифровим відліком величин (напруги і часу) і дуже зручний цифрове управління. За допомогою вхідного мультиплексора для декількох каналів можна досить просто організувати єдину розгортку на однопроменевій трубці з відображенням декількох сигналов. Цифрові запам'ятовуючі осцилографи в порівнянні з аналоговими попередниками вони мають більш широкі можливості, а завдяки зниженню вартості цифрових схем з кожним роком вони стають більш доступними потенційним покупцям. У загальному вигляді цифровий осцилограф складається з вхідного дільника, і нормалізуючого підсилювача, аналого-цифрового перетворювача, блоку пам'яті, пристрої управління та пристрої відображення. Пристрій відображення зазвичай виконується на основі рідкокристалічною панелі (див. Рис. 4)

Рис. 4. Цифровий осцилограф змішаних сигналів RIGOL DS1102CD

Цифрові осцилографи володіють значними можливостями за рахунок самого принципу роботи. Вхідний сигнал після нормалізації перетворюється в цифрову форму і записується в пам'ять. Швидкість запису (кількість вибірок в секунду) задається пристроєм управління, і її верхня межа визначається швидкодією аналого-цифрового перетворювача, а нижня межа теоретично не обмежена, на відміну від аналогових осцилографів.

Повна оцифровка сигналу дозволяє уникнути відображення сигналу в реальному масштабі часу а, отже, підвищити стійкість зображення, організувати збереження результатів, спростити масштабування та розтяжку, ввести відмітки. Використання дисплея замість осцилографічної трубки відкриває можливість для відображення будь-якої додаткової інформації та управління приладом за допомогою меню.

Рис. 5. Виведення на екран і переміщення осцилограм в цифровому осцилограф змішаних сигналів RIGOL Більш дорогі прилади мають кольоровий дисплей (див. Рис. 5.)

Завдяки чому вони дозволяють легко розрізняти сигнали різних каналів, мітки часу і амплітуди, курсори, можуть накопичувати відображається у протягом великого числа розгорток сигнал, а також виділяти кольором місця з найбільшою повторенням сигнала. Характеристики сучасних цифрових осцилографа вражаючі: висока чутливість (від 1 мВ / поділку) і дозвіл (від 8 до 14 біт); широкий діапазон коефіцієнтів розгорток (від 2 нс до 50 с); розтяжка сигналу за часом або по амплітуді в широких межах; Розвинена логіка синхронізації з будь-якими затримками запуску розгорнення. Крім звичайних схем запуску синхронізації запуск може вироблятися, наприклад, при настанні певної події або при його відсутності, а також при досягненні певного значення параметра сигналу. Сигнал, за яким здійснюється синхронізація, і основний сигнал можна спостерігати в момент безпосередньо перед запуском розгортки. Використовуючи в осцилографах процесори цифрової обробки сигналу надають можливість дослідження спектру сигналу за допомогою аналізу із застосуванням швидкого перетворення Фур'є (див. Рис. 6.). Цифрове представлення інформації забезпечує збереження екрану з результатами вимірювання в пам'яті комп'ютера або висновок безпосередньо на принтер. Деякі осцилографи мають накопичувач для збереження зображення у вигляді файлів для подальшого архівування або подальшої обробки.

Рис. 6. Використання швидкого перетворення Фур'є в цифрових осцилографа RIGOL серії DS1000

Цифрові люмінофорні осцилографи

Даний клас цифрових осцилографів використовує нову архітектуру побудови, яка базується на технології «цифрового люмінофора». Ця технологія в цифровій формі імітує притаманне аналоговим осціллографам реального часу зміна інтенсивності зображення. Іншими словами, цифрові люмінофорние осціллографи дозволяють розробникам бачити на екрані, наприклад, модульовані сигнали і всі їх тонкі деталі, як і аналоговий осцилограф реального часу, забезпечуючи при цьому їх зберігання, вимірювання і аналіз, як цифрові запам'ятовучі осцилографи. Як і інші сучасні цифрові Осцилографи, люмінофорние осцилографи мають пам'ять, в якій, зокрема, зберігаються значення різниці часів затримок між різними пробниками.

Рис. 7. Оцилограмма на екрані люмінофорного осцилографа

Для прикладу, здатність цифрових люмінофорних осцилографів відображати інформацію зі змінною інтенсивністю істотним чином полегшує пошук поломок в імпульсних блоках харчування, особливо визначення надлишкової глибини модуляції сигналу в ланцюгах регулювання вихідної напруги, яка, як відомо, призводить до нестабільності роботи цих блоків. Таким чином, цифрові люмінофорні осцилографи не тільки об'єднують кращі якості аналогових і цифрових приладів, але і перевершують їх. Вони мають всі переваги цифрових запам'ятовуючих осцилографов (від зберігання даних до складних видів синхронізації), забезпечуючи в той же час особливі можливості аналогових осцилографів реального часу (миттєву реакцію на зміну сигналу і відображення сигналу зі змінною яскравістю, яка є можливою за рахунок цифрового емуляції флюоресценціі).

Цифрові стробоскопічні осцилографи

У цьому класі приладів використовується принцип послідовного стробірування миттєвих значень сигналу для перетворення (стиснення) його спектра; при кожному повторенні сигналу визначається (відбирається) миттєве значення сигналу в одній точці.

Рис. 8. Оцилограмма на екрані стробоскопічного осцилографа

До приходу наступного сигналу точка відбору переміщується по сигналу, і так до тих пір, поки він не буде весь простробіруван. Перетворений сигнал, який представляє собою огинаючу миттєвих значень вхідного сигналу, повторює його форму. Загальна тривалість перетвореного сигналу у багато разів перевищує тривалість досліджуваного і, отже, має місце стиск спектру, що еквівалентно відповідного розширення смуги пропускання. Стробоскопічні осцилографи найбільш широкосмугові (значення смуги пропускання може становить 100ГГц) і дозволяють досліджувати періодичні сигнали з мінімальною тривалістю. Але слід зазначити, осцилографи цього класу є дуже дорогими, а тому використовуються, як правило, для вирішення складних технічних і виробничих проблем. Віртуальние осцилографи. Новий клас осцилограф, який може бути як зовнішнім приладом з USB або паралельним портом вводу-виводу даних, або ж внутрішнім додатковим приладом на основі PCI або ISA карт. Програмне забезпечення будь-якого віртуального осцилографа дає можливість повного управління приладом, а також надає ряд сервісних можливостей, наприклад, експорт / імпорт даних, математична обробка сигналів, розширені вимірювання, цифрова фільтрація і т. д.

Рис. 9. Віртуальний осцилограф

Різні серії осцилографи на базі ПК можуть використовуватися для дуже широкого спектру вимірювань, зокрема при розробці та обслуговування радіоелектронної апаратури, у сферах телекомунікацій та зв'язку, при виробництві комп'ютерної техніки, при діагностиці автотранспортних засобів на станціях техобслуговування та багатьох інших, в яких необхідно тестувати і оцінювати що відбуваються перехідні, нестійкі процеси. З огляду на ключові переваги – висока швидкодія, малі габарити, легкість у використанні та невисоку вартість, можна стверджувати, що дані прилади – гідні альтернатив традиційним цифровим запам'ятовуючим осцилографам Недоліком приладу є неможливість побачити й виміряти постійну складову сигналів.

Портативні осцилографи

Прогрес у розвитку цифрових технологій дозволив звичайні стаціонарні цифрові осцилографи перетворити у портативні осцилографи з відмінними малогабаритними показниками і з малим енергоспоживанням (див. Рис. 7).

Рис. 7. Портативний осцилограф Fluke 199C

Причому портативні прилади з живленням від батарей не поступаються стаціонарним осцилографам за функціональністю і мають широкі можливості застосування в різних галузях виробництва, обслуговування, досліджень.

3. Характеристики приладів

Модифікації осцилографів С1

Модель: Осцилограф універсальний С1–65 (А)

Короткий опис: 1 канал, 35 (40) МГЦ, Э‑48х80, П‑300х180х470, М‑16

Докладний опис:

Призначений для дослідження форми електричних сигналів шляхом візуального спостереження й виміру їх амплітудних (25 мВ – 300 В) і тимчасових (25 нс – 0,5 с) параметрів у цехових, лабораторних і польових умовах.

Осцилограф С1–166 (універсальний аналоговий осцилограф)призначений для дослідження електричних сигналів у смузі пропущення 0 – 50 МГЦ шляхом візуального спостереження форми електричних сигналів на екрані електронно-променевої трубки, виміру їх амплітудних і тимчасових параметрів по шкалі екрана. Може використовуватися для ремонту, обслуговування й діагностики неполадок радіоелектронної апаратури, у тому числі й на важкодоступних об'єктах. Прилад характеризується зручністю в роботі й при обслуговуванні, міцністю конструкції, високою тимчасовою й температурною стабільністю, мінімальною вагою й габаритними розмірами.

Універсальний осцилограф ScopeMeter