Осциллограф является одним из основных инструментов электроники. Сегодня эти устройства чаще всего встречаются в цифровом исполнении, что дает вам массу дополнительных функций. На что обратить внимание при покупке? Если вы хотите купить осциллограф, то компания «Профприбор» предлагает карманные и стационарные осциллографы от надежного производителя, подробнее на сайте profpribor.ru.
Что такое цифровой осциллограф?
Это устройство, которое может построить график зависимости напряжения от времени. Если у него есть два входных канала, он может создавать графики XY, то есть одно напряжение по сравнению с другим. Такое представление напряжения — на экране, а не на шкале вольтметра — позволяет гораздо точнее диагностировать электронную систему.
Прозвище «цифровой» означает, что напряжение дискретизируется , т.е. измеряется через точно определенные промежутки времени, а затем эти выборки оцифровываются встроенным аналого-цифровым преобразователем. Соответствующая система управления отображает их на экране, обычно ЖК-дисплее. У старых аналоговых осциллографов была специальная трубка, в которой входное напряжение отклоняло электронный луч.
Преобразование тестируемого сигнала в его цифровую форму дает ряд преимуществ. Во-первых, последовательность сэмплов можно сохранить в памяти, а затем воспроизвести в любое другое время. Их также можно обрабатывать, например фильтровать, или на их основе рассчитывать амплитудный и фазовый спектр. Для этого используется быстрое преобразование Фурье (БПФ).
Чем это может быть полезно?
В случае аналоговых схем вы можете использовать осциллограф, чтобы увидеть искажения, вносимые схемой, или уловить их на диаграмме спектра. Также можно измерять амплитуду сигналов, частоту, оценивать их форму, вычислять среднеквадратичное значение или измерять задержку. После сопряжения с генератором сигналов с помощью осциллографа можно построить амплитудную характеристику, которая имеет решающее значение для оценки АЧХ.
Для людей, имеющих дело с цифровыми схемами, осциллограф также является незаменимым инструментом. Он позволяет измерять время нарастания и спада сигнала, его минимальное и максимальное значение, а также частоту, коэффициент заполнения и временной сдвиг между двумя сигналами. Благодаря этому можно легко найти причину некорректной работы устройства, если она в аппаратной прослойке, а не в программной.
Основные параметры
На рынке существует множество различных осциллографов, и каждый из них имеет разные параметры. Давайте рассмотрим самые важные из них, влияющие на цену и удобство использования устройства.
Максимальная частота дискретизации
Он выражается в выборках в секунду. Современные недорогие осциллографы достигают 100 или 200 Мвыб/с. Более дорогие уже считают миллиарды выборок в секунду, например, 4 Гвыб/с. Это значение определяет максимальную частоту анализируемого сигнала и точность его отображения на экране. Чем выше, тем лучше, хотя инструмент становится дороже.
Ограничением является критерий Найквиста, согласно которому максимальная частота дискретного сигнала не может быть выше удвоенной частоты дискретизации. То есть с осциллографом с частотой дискретизации 100MSa/s невозможно правильно просмотреть формы сигналов, которые имеют компоненты с частотой выше 50MHz — это блокируется самой физикой, которую не пропустит даже самый умный производитель оборудования.
Максимальная входная частота
Второй параметр хотелось бы максимизировать. Она точно будет меньше половины частоты дискретизации , что блокирует уже приведенный критерий Найквиста. Здесь ограничение вносит аналоговый тракт устройства, который «не работает» выше определенной частоты.
Чем больше превышение одного значения (частоты дискретизации) над другим (частотой сигнала), тем лучше — сигналы будут воспроизводиться точнее . Для целей проверки аудиоцепей будет достаточно осциллографа с входной частотой 1МГц — они хоть и работают до нескольких десятков килогерц, но нужно иметь некоторый запас, чтобы иметь возможность уловить любое возбуждение.
При исследовании коммутационных цепей, таких как источники питания, преобразователи и усилители класса D, предлагается 25 МГц в качестве разумного минимума. Это позволит вам просматривать сигналы вместе с (по крайней мере, некоторыми) гармониками.
Изучение быстрых цифровых или аналоговых цепей и более точные измерения в импульсных цепях требуют еще более быстрого прибора. Предполагается, что максимальная входная частота осциллографа должна быть в 5 раз выше основной частоты прямоугольного сигнала. Однако чем больше гармоник можем наблюдать, тем точнее вы можете измерить, например, время нарастания. Поэтому людям, ежедневно работающим с цифровыми схемами, потребуются устройства с максимальной частотой 100 МГц и выше.
Количество каналов
Чем больше, тем лучше — вы сможете наблюдать больше сигналов одновременно. Типичные осциллографы имеют 2 канала, более развитые 4. Они выделяются на экране соответствующими цветами.
Большее количество каналов полезно при изучении более сложных систем, например, с параллельными шинами. Вы должны быть осторожны с частотой дискретизации каждого канала. Некоторые осциллографы используют одну микросхему аналого-цифрового преобразования для всех каналов, что требует менее частой выборки.
Дополнительные функции
Просто отображение осциллограмм — не единственная функция цифровых осциллографов. Основные операции с сигналами включают вычитание, сложение и вычисление спектра с использованием БПФ.
В повседневной практике электроники полезны различные функции для измерения характеристических значений сигналов, и наиболее полезной из них является среднеквадратичное значение. Сохранение осциллограммы на USB-накопителе или подключение к компьютеру также не является проблемой для современных машин.
Некоторые осциллографы оснащены специализированными функциями, например, для анализа данных, передаваемых по CAN-шине, используемой в автомобилях.
Емкость памяти
Чем больше памяти у осциллографа, тем больше выборок он может хранить. Эта функция особенно полезна для алгоритма БПФ, так как это значение напрямую влияет на разрешение результирующего преобразования.
Что продается?
На рынке представлено множество различных осциллографов, и каждый из них будет использоваться где-то еще.
Карманные осциллографы
Также называется портативным. Это небольшие устройства со встроенным аккумуляторным блоком питания. Они отличаются небольшими габаритами, легко трансформируются в обычный мультиметр – для этого используется соответствующая кнопка.
Эти типы устройств будут использоваться особенно при работе в полевых условиях. Они настолько удобны, что ими можно пользоваться даже стоя на лестнице.
Настольные осциллографы
У них большие экраны, чем у их портативных собратьев, а также больше каналов и более высокая частота дискретизации. Расположение кнопок и ручек также более эргономично, что облегчает их ежедневное использование в мастерской.
Резюме
Каждому инженеру-электронщику нужен осциллограф. Однако то, какое оборудование ему необходимо, зависит от профиля его бизнеса. Некоторые имеют в своей лаборатории несколько осциллографов — один для повседневного использования и специализированный, включаемый только при выполнении конкретных измерений, например, быстро меняющихся форм сигналов в микроволновых системах.
