Ачх осциллографа: Измерение АЧХ осциллографов | Техника и Программы

Измерение АЧХ осциллографов | Техника и Программы

February 4, 2012 by admin Комментировать »

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) осциллографа — это зависимость размаха осциллограммы синусоидального сигнала от его частоты. Измерение АЧХ-кана- лов вертикального (иногда и горизонтального) отклонения осциллографов выполняются подачей на вход синусоидального сигнала от подходящего генератора с рядом частот и постоянной амплитудой. При этом вычисляется амплитуда этого сигнала по осциллограмме и строится график АЧХ.

Верхняя частота среза осциллографа определяется как частота сигнала, на которой его измеренная амплитуда падает до уровня 0,7 (-3 дБ) от уровня синусоиды на низкой частоте — обычно 1 кГц или даже относительно значения АЧХ на нулевой частоте. Чаще всего АЧХ осциллографа соответствует АЧХ НЧ-фильтра Гаусса и имеет монотонный спад по мере роста частоты сигнала (рис.

5.36).

Рис. 5.36. Типичная АЧХ осциллографа в логарифмическом масштабе

Как известно, такая АЧХ дает переходную характеристику без выброса. Но из-за наличия в усилителе Y корректирующих цепей и паразитных индуктивностей у пластин трубки, нередко АЧХ отклоняется от гауссовской (дает более резкий переход с горизонтального участка к наклонному), что ведет к появлению выброса переходной характеристики осциллографа и даже его колебательному характеру. Это характерно как для аналоговых осциллографов, так и цифровых.

Единственной проблемой при измерениях АЧХ является выбор подходящего генератора. Он должен иметь максимальную частоту синусоидального сигнала, в 2—3 раза превышающую верхнюю частоту среза осциллографа f . Так, для осциллографов с полосой частот до 100 МГц вполне подойдет генератор AFG3152 с максимальной частотой генерации синусоидального напряжения 240 МГц.

Почти идеально для этого вида измерений подходят современные генераторы с прямым цифровым синтезом сигналов синусоидальной формы.

Умеренную стоимость имеют такие генераторы с максимальной частотой 3 ГГц, более высокочастотные генераторы — довольно дорогие устройства. Некоторые генераторы работают как ГКЧ и позволяют строить график АЧХ. Эта возможность описана ниже.

Источник: Дьяконов В. П.  Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

Построитель АЧХ — осциллограф или анализатор спектра? – Компоненты и технологии

Основная схема снятия АЧХ

АЧХ — важная характеристика многих 4-полюсников и компонентов (фильтров, резонаторов, усилителей и др.). Она представляет
зависимость модуля коэффициента передачи тестируемого устройства от частоты. В настоящее время интенсивное развитие получил
новый класс приборов — векторные анализаторы цепей, которые
позволяют снимать АЧХ в комплексной форме или в виде модуля
коэффициента передачи и фазового сдвига от частоты. Однако это

очень дорогие и редкие приборы.

Рис. 1. Функциональная схема построителя АЧХ
на базе ГКЧ и осциллографического индикатора

Во многих случаях вполне достаточно применения скалярных построителей АЧХ, например, на основе генератора качающейся частоты (ГКЧ), детектора и осциллографического индикатора (рис. 1).
Генератор качающейся частоты обеспечивает получение синусоидального тестирующего сигнала, частота которого пропорциональна уровню модулирующего напряжения или его логарифму. Модулирующий
пилообразный сигнал подается также на вход горизонтального канала,
а сигнал с выхода тестируемого устройства (4-полюсника) через детектор подается на вход вертикального канала индикаторного устройства
(осциллографа). В результате тестируемое устройство последовательно

испытывается синусоидальным сигналом с плавно меняющейся частотой, и на его экране строится график АЧХ тестируемого устройства.
Еще недавно измерители АЧХ, работающие в широком диапазоне частот, были сложными, громоздкими, тяжелыми и дорогими
приборами. Например, советские измерители АЧХ Х1-40, Х1-46, Х1-56
с диапазоном частот от 20 Гц до 1, 0,2 и 0,2 МГц соответственно имели
вес 35, 42 и 44 кг, а измеритель Х1-43 с диапазоном частот от 0,5 МГц
до 1,25 ГГц весил даже 47 кг [1]. Стабильность частоты их была низкой, порою очень низкой.

Важным параметром измерителей АЧХ является динамический
диапазон по уровню — разность между максимальным уровнем отсчета АЧХ и средним уровнем шумовой дорожки. При линейном
масштабе по уровню (вертикали) у упомянутых приборов он лежит
в пределах 14–24 дБ, то есть невелик, и только при логарифмическом
масштабе достигает 40 дБ и выше. Получение высокого динамического диапазона при снятии АЧХ — одна из целей данной статьи.

Переход на микроэлектронную элементную базу и применение
прямого цифрового синтеза частот позволили создать новое поколение генераторов с высочайшей стабильностью частоты и перестройкой ее от тысячных долей герц до нескольких гигагерц (а порою
и десятков гигагерц). Как правило, это малогабаритные приборы
умеренного веса, имеющие много общего в интерфейсе пользователя
и в основных установках (например, частоты и уровня).

Снятие АЧХ осциллографом

без применения детектора

Одним из препятствий в получении точных АЧХ различных компонентов и большого динамического диапазона является применение
детектора. К сожалению, полупроводниковые диоды, на основе которых строятся детекторы, имеют резко нелинейную вольт-амперную
характеристику с порогом при уровне напряжения в доли вольта.
В результате наблюдается зона нечувствительности детекторов в области малых напряжений и значительные искажения при среднем

уровне сигналов — в единицы вольт. Это приводит к значительному
снижению динамического диапазона построителей АЧХ. В ряде случаев, например на частотах выше десятков мегагерц, недостаточно
и быстродействие диодов.

Указанные недостатки принципиально устраняются удалением детектора и построением АЧХ в виде зависимости уровня осциллограммы синусоидального ВЧ-сигнала от его частоты. При этом осциллограф должен быть достаточно высокочастотным для непосредственного просмотра сигнала с выхода тестируемого устройства [4, 5].
На максимальной исследуемой частоте осциллографа спад его АЧХ
обычно нормируется на уровне –3 дБ (или 0,7 от уровня на низких
частотах). Такой спад АЧХ (иногда возможен
и ее подъем) создает недопустимо большую
погрешность. Чтобы она была незначительна (на уровне 0,5–1 дБ), верхняя граничная

частота осциллографа должна в несколько
раз превышать полосу частот тестируемого
устройства. Она в первую очередь определяется максимальной частотой генератора
качающейся частоты. Наметилась тенденция
применения в качестве последнего высокостабильных цифровых генераторов с прямым частотным синтезом, в частности генераторов произвольных функций и форм
сигналов [2, 3]. Их применение позволяет
расширить число видов сигналов, используемых для тестирования.

На рис. 2 показано окно настройки генератора произвольных функций AFG3101 фирмы Tektronix, используемого в режиме генератора качающейся частоты с перекрытием
области частот от 1 кГц до 100 МГц (это максимальная частота для данного генератора).
Задано качание синусоидального сигнала
по линейному закону. Для этого используется линейно-нарастающий модулирующий

сигнал с длительностью линейной части
10 мс и нулевым временем возврата.

Рис. 2. Пример установок генератора AFG3101
для качания в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц

Старшие модели генераторов класса
AFG3000 имеют максимальные частоты синусоидального сигнала до 240 МГц. Но многие цифровые генераторы синусоидальных
сигналов с прямым частотным синтезом, например SM300 фирмы Rohde&Schwarz, имеют максимальную частоту до 3 ГГц и выше.
Как правило, все они допускают режим качания частоты от минимального значения
(нередко намного ниже 100 кГц) до максимального (3 ГГц и выше). Этим, а также высочайшей стабильностью частоты (порядка
10–6) они выгодно отличаются от применяемых ранее аналоговых ГКЧ на основе LC-
гене-раторов с частотой, управляемой варикапом или подмагничиванием ферритового
сердечника индуктора.

Для просмотра полной полосы частот
нужно подключить вход внешнего запуска
осциллографа к выходу запуска генератора, то есть обеспечить запуск осциллографа

в режиме ждущей развертки от генератора.
Кроме того, следует обеспечить равенство
длительностей пилы управляющего напряжения ГКЧ и развертки осциллографа. Для этого
нужно установить коэффициент развертки
равным 1 мс/дел., поскольку его масштабная сетка по горизонтали имеет 10 делений,
и это дает длительность развертки, равную
10 мс. Получаемая осциллографом АЧХ система генератор — осциллограф представлена
на рис. 3. Ручкой горизонтального смещения
график АЧХ центрируется на экране.

Рис. 3. АЧХ осциллографа DPO4101 в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц
при числе точек осциллограммы 10 млн

Эта осциллограмма получена при согласованной работе генератора с выходным сопротивлением 50 Ом с осциллографом, у которого входное сопротивление также равно
50 Ом. В данном случае вид АЧХ почти идеален: есть только едва заметное ослабление

сигнала на высоких частотах. Если переключить входное сопротивление осциллографа
на 1 МОм (без удлинения соединительных
проводов), то АЧХ лишь немного ухудшится, а уровень сигнала возрастет вдвое.

Роль памяти осциллограмм

Стоит сразу отметить специфический недостаток цифровых осциллографов — ограниченное объемом памяти осциллограмм число их точек, что обусловлено дискретизацией
сигнала. Этот недостаток принципиально отсутствует у аналоговых осциллографов, но их
выпуск в наше время резко сокращен (стоимость широкополосных аналоговых осциллографов намного превосходит стоимость
цифровых осциллографов). Приведенные
далее примеры даны с применением цифрового осциллографа Tektronix DPO4101 с максимальной частотой исследуемого сигнала
1 ГГц и памятью осциллограмм каждого
канала до 10 Мбайт. Это лучший из осциллографов компании Tektronix с закрытой
архитектурой [4, 5]. Поскольку у приборов

используется кодирование каждой точки
1 байтом, то число точек осциллограмм практически равно объему используемой памяти.

Выясним влияние памяти осциллограмм
на отображение АЧХ. На рис. 3 показана АЧХ
в идеализированным виде — при отсутствии
тестируемого устройства. Точнее говоря, им
является отрезок кабеля, соединяющего выход генератора с выбранным входом осциллографа. Сигнал воспроизводится как широкая полоса, ширина которой равна двойной
амплитуде сигнала генератора. Яркость по
лосы растет по мере роста частоты генератора. Разумеется, частоту нужно определять
не по яркости, а по времени горизонтальной
шкалы, пропорциональному частоте.

На рис. 4 воспроизведен этот случай
при памяти осциллограмм в 1 Мбайт.
Воспроизведение полосы сигнала теперь
явно неудовлетворительное и создает ложное впечатление о резком изменении частоты
в центре экрана.

Рис. 4. АЧХ осциллографа DPO4101 в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц
при числе точек осциллограммы, равном 1 млн

Если уменьшить числа точек до 100 000
(рис. 5), то воспроизведение сигнала становится совершенно неудовлетворительным
(при числе точек 10 000 ситуация еще хуже).
Таким образом, данный метод применим
далеко не со всеми цифровыми осциллографами: он требует применения приборов
с большой емкостью памяти (и числом точек) осциллограмм.

Рис. 5. АЧХ осциллографа DPO4101 в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц
при числе точек осциллограммы 100 000

Логарифмический масштаб

по оси частот

Рис. 6. АЧХ осциллографа DPO4101 в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц
при длине памяти 10 Мбит и логарифмическом масштабе по частоте

Многие генераторы обеспечивают качание частоты по логарифмическому закону.
На рис. 6 показано снятие АЧХ осциллографа
для этого случая. Поскольку начальная часть
АЧХ в данном случае растягивается, в левой части стал виден синусоидальный характер меняющегося по частоте сигнала. Небольшая неравномерность АЧХ хорошо видна в правой части
осциллограммы. К сожалению, шкала времен
у самого осциллографа остается линейной, что
сильно затрудняет измерение частот на пиках
и впадинах АЧХ прямо по масштабной сетке.
Фактически тут нужна сменная масштабная
сетка с логарифмическим масштабом (рис. 7).

Рис. 7. АЧХ осциллографа DPO4101 с фильтром на 20 МГц
в логарифмическом масштабе по частоте

АЧХ осциллографа

с фильтром нижних частот

Теперь покажем, насколько сильно меняется АЧХ при наличии в усилителе осциллографа фильтра нижних частот с граничной
частотой около 20 МГц: АЧХ четко фиксирует спад на этой частоте. При установленном
логарифмическом частотном масштабе он
выглядит довольно резким. Динамический
диапазон при линейном масштабе составляет не меньше десятков раз.

АЧХ осциллографических

пробников

Из приведенных примеров ясно, что этот
метод применим до максимальной частоты
генератора в 100 МГц у генератора AFG3101
(и до 240 МГц у старших моделей генераторов этого класса). Таким образом, он охватывает весьма широкий диапазон частот —
от инфразвуковых, звуковых, длинных,
средних и коротких волн до УКВ. Это позволяет исследовать не только узкополосные,
но и широкополосные компоненты — например, осциллографические пробники для
осциллографов умеренного быстродействия,
видеоусилители и другие устройства.

Рис. 8. АЧХ осциллографического пробника 1:100

На рис. 8 показана АЧХ компенсированного
пробника серии HP с коэффициентом деления 100. Хорошо видно, что пробник передает
все частоты, но имеет заметную волнистость
АЧХ. Ее основной причиной является несогласование 50-омного выхода генератора с большим (10 МОм, параллельно с емкостью около
10 пФ) входным сопротивлением пробника.
АЧХ дает отчетливое представление о степени частотных искажений пробника и объясняет наблюдаемые на коротких фронтах
импульсов колебательные процессы.

Рис. 9. АЧХ пробника к осциллографу Tektronix TDS2024B
с переключателем в положении 1:1

Некоторые пробники при коэффициенте
передачи 1:1 дают сильный спад АЧХ (рис. 9).
Кстати, здесь показана техника применения
курсоров для определения частоты, на которой спад АЧХ составляет –3 дБ или по уровню до 0,707 от максимального. Для многих
такое поведение пробника кажется неожиданным. Оно связано со значительным увеличением входной емкости осциллографа
на величину нескомпенсированной в данном
случае емкости коаксиального кабеля с длиной около метра. Эта емкость может достигать 50–100 пФ и выше. При недостаточно
коротких проводниках (например, земляного), имеющих заметную индуктивность
(в десятки наногенри), это приводит к неравномерности АЧХ и колебаниям переходной
характеристики пробника. Поэтому рекомендуется применять пробник без ослабления только при наблюдении низкочастотных
сигналов (не выше десятка мегагерц).

Построение АЧХ активного

дифференциального пробника

Одно из главных применений измерителей АЧХ — это построение АЧХ четырехполюсников, к которым относятся всевозможные усилители, резонансные цепи, фильтры
и иные устройства. Некоторые из них конструируются с учетом согласования на входе и на выходе с сопротивлениями в 50 или
75 Ом. В этом случае построение АЧХ описанным методом не вызывает особых трудностей и просто требует соединений тестируемого прибора с генератором и осциллографом стандартными 50- или 75-омными
коаксиальными кабелями.

Однако очень многие устройства (особенно усилители ДВ, СВ и КВ диапазонов волн)
имеют высокое входное сопротивление —
от единиц кОм до 1 МОм и выше. В этом
случае остро стоит задача построения согласующих устройств, например, эмиттерных
повторителей на биполярных транзисторах
или истоковых повторителей на полевых
транзисторах. Сама по себе разработка таких
согласующих устройств требует снятия их
АЧХ в широком диапазоне частот.

В последнее время в числе аксессуаров
для осциллографов появились дифференциальные пробники, построенные на основе широкополосных интегральных операционных усилителей. Помимо функций
преобразования импедансов, эти пробники
обеспечивают получение осциллограмм напряжений между двумя произвольными точками. Большинство таких сверхширокополосных пробников очень дороги и рассчитаны на применение в низковольтных цепях.
Однако есть и приятные исключения.
Фирма Pintek, к примеру, выпускает серию
высоковольтных дифференциальных пробников DP-25/50/100/150/200 в виде приставок
к осциллографам. Цифра указывает верхнюю граничную частоту пробников (нижняя равна 0). К примеру, пробник DP-150pro
(рис. 10) имеет верхнюю граничную частоту 150 МГц на пределах ослабления 30, 100,
300 и 1000 раз и 100 МГц на пределе ослабления 10 раз. Пробник позволяет исследовать
сигналы с уровнем до 10 кВ, что значительно
расширяет возможности осциллографов.

Рис. 10. Внешний вид высоковольтного активного
дифференциального пробника DP-150pro фирмы Pintek

Следует отметить, что полосы частот выше
20–30 МГц такие пробники реализуют только
при тщательной оптимизации цепей подключения. Прилагаемые к ним стандартные высоковольтные провода длиной около 60 см и наконечники для них использовать на частотах
выше 20 МГц нельзя. Пробники имеют очень
высокое входное сопротивление и малую входную емкость. Например, у пробника DP-150pro
входное сопротивление при дифференциальном включении равно 100 МОм параллельно
с емкостью 1 пФ, что позволяет слабо нагружать большинство тестируемых компонентов
даже с высокоомным входом. Это ослабляет,
но не устраняет полностью влияние подводящих сигналы проводов. Такие пробники
можно использовать как согласующие устройства для снятия АЧХ 4-полюсников с высоким
входным сопротивлением.

Рис. 11. АЧХ дифференциального пробника DP-150pro
с линейным масштабом по частоте

На рис. 11 показана АЧХ пробника DP-
150pro в полосе частот до 100 МГц. Заметная
волнистость АЧХ обусловлена длинными
соединительными проводами и отсутствием согласования на выходе генератора. Такая
АЧХ отражает реалии работы с пробником
этого типа, описанные выше. Вид АЧХ сильно зависит от конструктивного оформления
его подключения.

АЧХ входной цепи осциллографа

с резонансами

Рис. 12. АЧХ резонансной RLCR-цепи в полосе частот до 1 МГц
при входном сопротивлении осциллографа 50 Ом

На рис. 12 представлена АЧХ резонансной цепи RLCR, которая образуется включением между выходом генератора и входом
осциллографа (они по 50 Ом) индуктивности в 36 мкГн и емкости 2200 пФ. Цепь дает
отчетливо видимый резонансный пик на частоте около 0,6 МГц. Добротность цепи мала,
поскольку ее общее сопротивление в 110 Ом
велико (10 Ом добавляет активное сопротивление индуктора).

Однако если переключить входное сопротивление осциллографа на 1 МОм, то данный последовательный резонанс пропадает. Зато появляется новый параллельный
резонанс на частоте около 3,4 МГц. На этот
раз он обусловлен индуктивностью L,
входной емкостью осциллографа и кабеля
C₀. Резонанс представлен довольно острым
пиком, что свидетельствует о достаточно
высокой добротности вызвавшего его контура.

По частоте резонанса:

можно определить входную емкость осциллографа, которая составляет около 57 пФ.
Таким образом, исследование осциллографа
по его АЧХ четко выявляет возможность существования двух резонансов входной цепи
при наличии индуктивности L между выходом генератора и входом осциллографа и их
проявление в различных условиях.

Установки для снятия АЧХ

в узкой полосе частот с помощью
ГКЧ и анализатора спектра

Казалось бы, естественно применять
в роли измерителя АЧХ стандартные анализаторы спектра [6, 7]. Сейчас промышленность выпускает их, пожалуй, даже больше,
чем осциллографов. Анализаторы спектра
имеют простые установки нужного диапазона частот — путем задания начальной
Start и конечной End частот анализа или
средней Center частоты и полосы частот качания SPAN. Кроме того, в отличие от осциллографа, горизонтальная ось изображения
на экране анализатора спектра отградуирована по частоте, а вертикальная — по логарифму уровня. Маркеры анализатора ориентированы на работу с частотами и с линейным или
логарифмическим масштабом по уровню.
Высокая чувствительность анализатора спектра, малый уровень шумов и наличие ряда
высококачественных (нередко цифровых) детекторов обещают получение АЧХ в широком динамическом диапазоне по уровню.
А наличие высококачественного детектора
(часто цифрового) позволяет, в отличие построителя АЧХ на основе осциллографа без
детектора, строить АЧХ в привычном «однополярном» виде.

Однако анализаторы спектра не предназначены непосредственно для снятия АЧХ.
Они служат для выделения множества гармоник из сложного сигнала и их представления
на экране индикатора в виде острых пиков.
Фактически анализаторы спектра являются
узкополосными супергетеродинными радиоприемниками, оснащенными фильтрами для
выделения гармоник. Полоса пропускания
фильтров зачастую намного уже, чем полоса
частот компонентов, АЧХ которых исследуется.
Тем не менее при использовании специальных
приемов измерений и настроек измерительных
приборов анализаторы спектра могут успешно применяться для построения (совместно
с ГКЧ) высококачественных графиков АЧХ.

Вначале рассмотрим такое применение для тестирования сравнительно узкополосных устройств. Для примера создадим с помощью генератора AFG3101 сигнал, частота которого линейно меняется
от 49 до 51 МГц за 10 мс. Для этого в окне генератора (рис. 2) достаточно заменить частоты Start и End на 49 и 51 МГц соответственно.

Рис. 13. АЧХ RLCR-цепи при переключении входного сопротивления осциллографа
на 1 МОм

Теперь рассмотрим, как осуществить установки массового анализатора спектра АКТАКОМ АКС-1301 [7] для контроля АЧХ в этом
узком диапазоне частот. Если просто подключить выход генератора
к входу анализатора спектра, то на экране будет виден упорядоченный (при синхронной работе развертки генератора и анализатора)
или случайный набор пиков спектра, показанный на рис. 14. Можно
заметить, что пики находятся в заданной области частот генератора. Однако они дают отдельные, причем случайные, отсчеты АЧХ,
а не сам полный ее график.

Рис. 14. Типичный спектр сигнала с выхода ГКЧ
при отсутствии синхронизации между ним и анализатором спектра

Если отсчетов достаточно много и АЧХ фильтров пересекаются,
то, используя пиковый детектор анализатора, можно получить почти непрерывную АЧХ в требуемой полосе частот, намного более широкой, чем полоса RBW выбранного фильтра. Этот полезный прием
показан на рис. 15. Главное в данном случае — выбрать время анализа спектра Sweep значительно бóльшим, чем время качания частоты
у ГКЧ. В нашем примере время анализа выбрано вручную равным 50 с,
и на экране (рис. 15) отчетливо видна АЧХ системы генератор — анализатор с полочкой в области частот от 49 до 51 МГц. Пиковый детектор обычно применяется по умолчанию.

Рис. 15. Окно анализатора спектра АКС-1301
с установками для просмотра АЧХ в диапазоне от 49 до 51 МГц

Уменьшив полосы частот RBW и VBW анализатора и увеличив
время анализа до 100 секунд, можно получить еще более качественную (гладкую) АЧХ системы генератор — анализатор, показанную
на рис. 16. Рабочий участок АЧХ тут выглядит почти как идеальная
горизонтальная прямая.

Широкое горизонтальное плато на рис. 15 и рис. 16 — это и есть
область частот, которую можно частично или полностью использовать при применении анализатора спектра в качестве построителя
АЧХ. Можно убедиться в том, что границы плато меняются в соответствии с изменением границ качания частоты (рис. 13). Естественно,
с помощью анализатора спектра можно выбрать более узкий рабочий диапазон частот в пределах этого участка.

Рис. 16. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками для просмотра АЧХ
в диапазоне от 49 до 51 МГц после оптимизации установок анализатора

Чтобы определить динамический диапазон такого построителя
АЧХ, нужно проделать еще один опыт — построить спектральную линию при отключенном генераторе. Это показано на рис. 17.
Полученная внизу линия спектра — это шумовая дорожка анализатора, характеризующая минимальный уровень сигналов, которые
способен различить анализатор. На основе рис. 15 и рис. 16, где показана линия дисплея, установленная в середину шумовой дорожки,
можно сделать вывод, что динамический диапазон (разность высоты
плато и линии дисплея) составляет не менее 55 дБ. Это очень хороший, хотя и не максимально возможный показатель.

Рис. 17. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками рис. 14
при отсутствии сигнала (видна шумовая полоса и линия дисплея)

Уменьшив полосы частот RBW и VBW до минимально возможных
значений в 300 Гц, можно значительно уменьшить шум анализатора и получить АЧХ, представленную на рис. 18. Динамический диапазон системы
генератор — анализатор в этом случае достигает значений более 70 дБ.
Это очень высокий показатель для измерителей АЧХ. Для уменьшения
времени построения АЧХ можно вручную уменьшить параметр Sweep
(время перестройки частоты анализатора). Если это нарушает естественные установки анализатора, то на экране появляется сообщение Fastsweep
(слишком быстрая развертка). Обычно это вполне допустимо.

Рис. 18. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками для просмотра АЧХ
в диапазоне от 49 до 51 МГц при минимизации полос фильтров

Снятие АЧХ осциллографических пробников

с помощью ГКЧ и анализатора спектра

Аналогичным образом можно настроить анализатор спектра для
просмотра АЧХ в широком диапазоне частот. На рис. 19 показана АЧХ
системы генератор — анализатор в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц.
Как видно, и в данном случае в рабочей полосе частот АЧХ практически идет горизонтально, а динамический диапазон составляет около
60 дБ. Он меньше, чем при узкой полосе, и это вполне естественно:
как известно, уровень шума увеличивается с ростом полосы отображаемых анализатором частот. Напоминаем, что это идеальный
случай: 50-омный выход генератора подключен к 50-омному входу
анализатора спектра через 50-омный коаксиальный кабель.

Рис. 19. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками для просмотра АЧХ
в диапазоне от 0 до 100 МГц

При таких установках система генератор — анализатор позволяет
осуществлять просмотр АЧХ многих реальных объектов. При этом
высокая чувствительность анализатора спектра позволяет выявить
различные факторы, влияющие на форму АЧХ и ее равномерность.
Так, четко выявляется несогласование импедансов тестируемого
устройства с выходом генератора и входом анализатора, неидеальность разъемов, повреждения и невысокое качество соединительных кабелей, внешние и внутренние помехи, просачивание сигнала
генератора через паразитные емкости устройства (даже выключенного) и т. д. АЧХ, приближающиеся к идеальным (рис. 19, например), на практике получить очень трудно и для этого надо тщательно
устранять все причины возникновения неравномерности АЧХ.

В качестве примера рассмотрим АЧХ высоковольтного дифференциального пробника Pintek DP-150pro. Она показана на рис. 20 для
установки делителя в положение ×10. Как и следовало ожидать, в области низких частот кривая АЧХ просела примерно на 20 дБ (это
соответствует ослаблению делителя в 10 раз). Хотя АЧХ не идеальна, в полосе частот до 70 МГц ее неравномерность не превышает ±3 дБ и имеет два более глубоких спада, начинающихся с частот
70 и 95 МГц. При этом АЧХ подобна снятой на рис. 11 с применением
генератора и осциллографа.

Рис. 20. АЧХ дифференциального пробника Pintek DP-150pro, полученная
с помощью анализатора спектра АКС-1301 и генератора AFG3101 (делитель ×10)

Далее рассмотрим АЧХ пробника с установкой делителя в положение ×30 (рис. 21). Теперь в области низких частот АЧХ просела из-за
уменьшения коэффициента передачи делителя. В целом неравномерность АЧХ уменьшилась, что соответствует описанию пробника.

Рис. 21. АЧХ дифференциального пробника Pintek DP-150pro, полученная
с помощью анализатора спектра АКС-1301 и генератора AFG3101 (делитель ×30)

Однако при дальнейшем уменьшении коэффициента деления
можно наблюдать четкое снижение уровня АЧХ только в области
низких частот (примерно до 45 МГц). На более высоких частотах поведение АЧХ не меняется, и это является показателем того, что на таких частотах сигнал просто просачивается на выход делителя через
паразитные емкости (рис. 22). Это подтверждается наблюдением АЧХ
в положении делителя ×1000 и даже OFF (пробник отключен от источника питания).

Рис. 22. АЧХ дифференциального пробника Pintek DP-150pro
(делитель в положении ×1000)

Снятие АЧХ с помощью анализатора спектра

с трекинг-генератором

Многие современные унифицированные анализаторы спектра
имеют опцию встроенного цифрового трекинг-генератора, который вырабатывает почти синусоидальный сигнал, частота которого
меняется в тех же пределах, что и частота перестройки анализатора
спектра. Разумеется, современный измерительный цифровой генератор имеет больше возможностей, чем трекинг-генератор: независимую установку частот и их качания, отсутствие искажений на низких частотах, более чистый сигнал, широкий
диапазон регулировки уровней и т. д. Тем
не менее трекинг-генератор является мощным средством расширения возможностей
анализатора спектра, превращающим его
в построитель АЧХ.

Нижняя граничная частота у трекинггенераторов различных анализаторов спектра
лежит в пределах от десятков герц до десятков
мегагерц. Например, у трекинг-генератора
анализатора спектра АКС-1301 она равна
150 кГц при уровне сигнала от 0 до –50 дБ,
а у новейших бюджетных китайских анализаторов спектра DSA 1020/1030 фирмы RIGOL
она составляет 10 МГц при уровне сигнала
от 0 до –20 дБ.

Обычно анализатор спектра с трекинг-
генератором имеет важную функцию — калибровку тракта трекинг-генератор — анализатор. При калибровке выход генератора
подключается к входу анализатора отрезком
коаксиального кабеля. После запуска калибровки обычно неравномерная АЧХ системы становится почти идеально равномерной
и горизонтальной. Таким образом, происходит почти идеальная нейтрализация неравномерности АЧХ тракта трекинг-генератор —
анализатор спектра.

По завершении калибровки (а она повторяется при изменении основных настроек
анализатора спектра по частоте и уровню)
нужно отключить кабель выхода генератора
и подключить его к тестируемому устройству.
А выход последнего надо подключить к входу анализатора. На рис. 23 показан пример
построения АЧХ СВЧ полосового фильтра
с полосой частот примерно от 1,6 до 2,4 ГГц.
Динамический диапазон при измерении АЧХ
составляет около 40 дБ, что для такой широкой полосы очень неплохо.

Рис. 23. Пример построения АЧХ коэффициента передачи СВЧ полосового фильтра

Некоторые анализаторы спектра, например АКС-1301, способны измерять обратные
потери 4-полюсников и коэффициенты отражения. Для точного измерения этих параметров анализаторы имеют опцию — мост
для измерения обратных потерь. С этой опцией также проводится калибровка, а затем
измерение этих параметров [7].

Как видно из приведенных примеров,
применение трекинг-генератора особенно эффективно при исследовании СВЧ-
компонентов и возможно в полной полосе
частот анализатора спектра (до 3 ГГц у использованного прибора). При этом, в отличие от более низкочастотных измерений,
время построения АЧХ при автоматической
установке параметров прибора оказывается
достаточно малым — 944 мс.

Использование спектров

импульсных сигналов

Для построения АЧХ зачастую возможно
использование спектров импульсных сигналов. Такие сигналы не требуют изменения частоты в ходе перестройки анализатора спектра
и осуществляют не последовательное, а параллельное тестирование исследуемых устройств.
На вход устройства подается не один синусоидальный сигнал с меняющейся частотой,
а сразу множество сигналов (спектр) с постоянными частотами гармоник.

Естественно, в первую очередь для этого логично применять сигналы, дающие
равномерный спектр в определенном диапазоне частот. Уникальным является сигнал
вида sin(t/τ)/(t/τ), теоретически обеспечивающий строгое постоянство уровня гармоник
спектра до частоты f_max = 1/τ. Современные
цифровые генераторы сигналов произвольной формы, как правило, способны создавать такой сигнал (рис. 24).

Рис. 24. Установки генератора AFG3101
для получения сигнала вида sin(t/τ)/(t/τ)

Рис. 25. Спектр сигнала sin (t/τ)/(t/τ) при частоте его повторения 1 МГц и амплитуде 1 В

Оценим его спектр, создаваемый генератором AFG3101 (рис. 25). Сигнал при такой
частоте дает 31 гармонику с уровнем 10,1 мВ
каждая. В данном случае у анализатора установлено измерение уровня гармоник в единицах напряжения, а не мощности. Спектр
сигнала практически идеально равномерен
вплоть до частоты чуть выше 30 МГц. Такой
спектр можно успешно использовать для
тестирования во всем диапазоне длинных,
средних и коротких волн.

Рис. 26. Спектр трапецеидального импульса

Схемы для создания такого сигнала мало
известны и не распространены. Куда проще получить сигналы в виде почти прямоугольных импульсов с большой скважностью.
В качестве примера на рис. 26 показан спектр
трапецеидального импульса с длительностью
полки 10 нс и фронтов 4 нс. Спектр построен
для диапазона частот от 0 до 100 МГц. Если
считать допустимым спад уровня гармоник
до –3 дБ, то полоса частот почти равномерного спектра лежит в пределах до 40 МГц.

Увеличив полосу частот RBW фильтра
до 1 МГц, можно построить огибающую
спектра. Этот случай показан на рис. 27.

Рис. 27. Пример построения огибающей (АЧХ) спектра трапецеидального импульса
в диапазоне частот до 100 МГц

Пример построения огибающей спектра трапецеидального импульса в широкой полосе частот (до 500 МГц) показан на рис. 28. В данном
случае отчетливо видны периодически повторяющиеся спады огибающей спектра, характерные для почти прямоугольных импульсов.

Рис. 28. Пример построения огибающей (АЧХ) спектра трапецеидального импульса
в диапазоне частот до 500 МГц

Импульсные сигналы можно использовать
для тестирования линейных устройств, например, фильтров из компонентов L, C и R,
резонаторов и т. д. Однако их применение для
тестирования устройств на активных компонентах не всегда разумно из-за возможности
перегрузки таких устройств импульсами, амплитуда которых многократно превышает амплитуду создаваемых ими гармоник. Однако
стоит отметить, что такое тестирование
близко к реальным условиям работы многих
устройств, когда на их входе действует множество сигналов одновременно.

Использование спектра шума

Еще одним методом испытания различных устройств является тестирование их
сигналом в виде широкополосного шума.
Установки генератора AFG3101 на получение такого шума показаны на рис. 29. Здесь
приведен и вид шумового сигнала с разверткой во времени. Единственным параметром
шума является его амплитуда.

Рис. 29. Установки генератора AFG3101
для генерации шума

Спектр такого шума сплошной, а не дискретный. Поэтому с помощью шума в принципе можно выявить тонкие особенности
АЧХ, невидные при дискретном характере спектра. На рис. 30 показано построение огибающей спектра шумового сигнала
от генератора AFG3101 в диапазоне частот
от 0 до 500 МГц. При уровне спада огибающей –3 дБ реализуется частотный диапазон
равномерного спектра примерно до 200 МГц.
Это вдвое больше, чем максимальная частота
данного генератора в режиме ГКЧ.

Рис. 30. Огибающая спектра шумового сигнала

На рис. 31 показана АЧХ высоковольтного
дифференциального пробника DP-150pro,
снятая с помощью шумового сигнала в полосе частот от 0 до 500 МГц.

Рис. 31. АЧХ высоковольтного дифференциального пробника DP-150pro,
снятая с помощью шумового сигнала в полосе частот от 0 до 500 МГц

АЧХ на частоте около 100 МГц содержит
подозрительный короткий пик. Для выяснения его природы была снята шумовая дорожка при уменьшении амплитуды сигнала
до 0. Она показана на рис. 32. В диапазоне частот от 0 до 150 МГц отчетливо видны пики
электромагнитных помех, причем особенно
большой из них приходится на частоту около 100 МГц. Он вызван работой местной УКВ
радиовещательной станции.

Рис. 32. Спектр сигнала с выхода пробника при отсутствии входного сигнала

Моделирование компонентов

в MATLAB с построением их АЧХ

На всех этапах проектирования компонентов важная роль принадлежит их математическому моделированию. Особенно это относится к начальному этапу проектирования,
когда руки разработчика не дошли до создания
макетных образов компонентов. Сравнение
результатов моделирования с натурным испытанием компонентов, описанным выше,
способно выявить немало тонкостей работы,
учет которых позволяет повысить качество
проектируемых изделий и обеспечить их
должную функциональность.

Применительно к радиочастотным цепям
высокую наглядность математического моделирования дает пакет расширения RF Blockset
матричной системы MATLAB с пакетом
визуально-ориентированного блочного математического моделирования Simulink [8].
В этой системе можно отлаживать все описанные выше методы исследования радиочастотных компонентов. Ограничимся примером построения АЧХ двух полосовых
фильтров (рис. 33) с применением для этого
генератора шума Random Noice и анализаторов спектра на основе быстрого преобразования Фурье FFT.

Рис. 33. Пример построения АЧХ двух полосовых фильтров в системе MATLAB+Simulink
с применением генератора шума и анализаторов спектра на выходе фильтров

Заключение

Как показано выше, построение АЧХ различных тестируемых устройств возможно
различными методами, некоторые из которых не получили широкого распространения из-за малой известности и кажущихся
трудностей реализации. Однако появление
современных цифровых приборов (генераторов сигналов, осциллографов и анализаторов спектра) позволяет по-новому взглянуть
на реализацию таких специальных методов.
В ряде случаев их реализация оказывается
более простой и дешевой, чем обычное снятие АЧХ с помощью ГКЧ, детектора и осциллографа. При этом существенно расширяется диапазон частот тестирования и динамический диапазон по уровню. Наиболее
перспективным выглядит построение АЧХ
путем использования огибающей спектра,
которую могут строить современные цифровые анализаторы спектра с применением
как ГКЧ, так и импульсов с фиксированной
частотой повторения и встроенных в анализаторы спектра трекинг-генераторов.
Эти методы тестирования легко поддаются математическому моделированию
с помощью систем компьютерной математики, например MATLAB+Simulink,
и образуют комплекс средств для исследования и тестирования различных компонентов и устройств.

Литература

1. Кузнецов В. А., Долгов В. А., Коневских В. Н. и др.
   Измерения в электронике: Справочник / Под редакцией В. А. Кузнецова. М.: Энергоатомиздат,
   1987.
2. Дьяконов В. П. Генерация и генераторы сигналов. М.: ДМК-Пресс, 2009.
3. Дьяконов В. П. Развитие серии генераторов
   произвольных функций AFG3000 компании
   Tektronix и их применение // Компоненты и технологии. 2009. № 11.
4. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Измерительные
   приборы и массовые электронные измерения.
   М.: СОЛОН-Пресс, 2007.
5. Дьяконов В. П. Осциллографы компании
   Tektronix закрытой архитектуры // Компоненты
   и технологии. 2009. № 12.
6. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Цифровые
   анализаторы спектра, сигналов и логики. М.:
   СОЛОН-Пресс, 2009.
7. Афонский А. А. Новые анализаторы спектра
   AKTAКOM // Контрольно-измерительные приборы и системы. 2008. № 2.
8. Дьяконов В. П., Пеньков А. А. MATLAB и Simulink
   в электроэнергетике / Справочник. М.: Горячая
   линия – Телеком, 2009.

Амплитудно-частотная характеристика осциллографа.

Частота	F,Гц
	lgF
Размер изображения	h,мм
Неравномерность АЧХ	N,дБ

2.3. По результатам измерений и расчетов необходимо построить график АЧХ и определить полосу пропускания осциллографа. За полосу пропускания осциллографа принимают диапазон частот, в котором амплитудно-частотная характеристика имеет неравномерность не более 3 дБ.

3. Определение нелинейности развертки осциллографа.

3.1. Нелинейность амплитудной характеристики Yканала определяют следующим образом. На входYканала подают стабильный гармонический сигнал такой амплитуды, чтобы размер изображения в центре экрана составил некоторое числоh₁сантиметров. Затем измеряет размер изображения по осиYв различных местах рабочей части экрана ЭЛТ.

Нелинейность амплитудной характеристики (в процентах) определяют по формуле:

%,

где h₂ – наиболее отличающийся отh₁размер изображения сигнала в любом месте рабочей части экрана.

3.2. Нелинейность развертки по оси Хопределяют следующим образом. Временной интервал на экране осциллографа получают, подавая на его вход гармонический (импульсный) сигнал определенной и стабильной части (длительности). Измеряют временной интервал, размер изображения которого в средней части ЭЛТ составляет некоторое числоt₁сантиметров. Затем измеряют размер изображения временного интервала в различных местах рабочей части экрана. Значение нелинейности развертки (в процентах) выражается по формуле:

%,

Где t₂ – размер изображения временного интервала, наиболее отличающийся отt₁в любом месте рабочей части экрана.

4. Измерения частоты напряжения методом фигур Лиссажу.

4.1. Измерения частоты напряжения методом фигур Лиссажу относят к косвеннымизмерениям.

Если на входы YиXосциллографа подать гармонические сигналы разных частот, отношение которых равно целому числу, то на экране получаются неподвижные фигуры (фигуры Лиссажу). По форме фигур Лиссажу можно определить неизвестную частотуf_x, если другая частотаf₀известна. Способ измерения частоты с помощью электронного осциллографа характеризуется высокой точностью и широко используется на практике. Погрешность измерения в основном определяется стабильностью частотыf₀образцового генератора.

В лабораторной работе необходимо произвести измерение частоты сети переменного тока 36В. Для этого напряжение сети подают на вход Yосциллографа, а к его входуXподключают генератор гармонических сигналов.

Плавной регулировкой частоты генератора добиваются неподвижной фигуры на экрана, проводят к ней две касательные (горизонтальную и вертикальную) и подсчитывают число точек касания фигуры Лиссажу с каждой касательной.

Действительное значение частоты определяют по формуле:

,

Где mиn – число точек касания с горизонтальной и вертикальной касательной, соответственно. Определяют относительную погрешность установки частоты сети, если ее значение должно быть 50 Гц.

Требования к отчету.

Отчет должен содержать:

1. Схемы опытов.

2. Таблицы результатов измерений и расчетов.

3. Расчетные формулы и примеры расчетов.

4. Графики АЧХ Yканала осциллографа.

5. Выводы.

сеанс магии с разоблачением / Инструменты / iXBT Live

В обзоре будет рассмотрен крайне интересный двухканальный осциллограф Fnirsi-1013D (aka ADS1013D). Это — новая модель, вышедшая в этом году (2020).

Интересен он во многих отношениях: и большим 7-дюймовым экраном, и автономным питанием, и очень привлекательными для своей цены параметрами.

Но, разумеется, будут сделаны и критические замечания, в том числе и весьма «увесистые». Сеанс магии с разоблачением тоже будет. 🙂

/изображение с официального сайта производителя/

Купить этот прибор можно на Алиэкспресс как в официальном магазине Fnirsi, так и у других продавцов (где дешевле, товар одинаковый).

Цена на дату обзора — около $120 — $138 (на распродаже 11. 11 — на несколько долларов дешевле). Для осциллографов такая цена — это, в сущности «бюджетный» уровень, что не очень сильно превышает цену бюджетных смартфонов с их условной границей в 100 долларов.

Начнём, как обычно, с официальных технических параметров.

Технические характеристики планшетного осциллографа Fnirsi-1013D (aka ADS1013D)

/увеличение по клику/

Итого: частота семплирования в 1 ГГц и полоса в 100 МГц в двухканальном осциллографе по цене не сильно выше 100 долларов! Просто магия какая-то!

Вот её разоблачением дальше и придётся заняться.

Не всё окажется плохо, и осциллограф можно будет применить для каких-то задач, которые и будут определены по ходу обзора.

Небольшие дополнительные комментарии к таблице с техническими характеристиками.

1. Предельная чувствительность в 500 Вольт/дел. возможна при применении щупа x100. Собственные пределы чувствительности осциллографа составляют 50 мВ — 5 В.

2. Сохранённые скриншоты можно просматривать как на самом осциллографе, так и на компьютере; а сохранённые осциллограммы — только на осциллографе (для просмотра на компьютере нет программного обеспечения).

 Справочные материалы для интересующихся:

1. Официальная страница осциллографа Fnirsi-1013D;

2. Инструкция Fnirsi-1013D на русском языке (PDF с сайта российского поставщика).

 

Упаковка, комплектация, внешний вид и конструкция двухканального осциллографа Fnirsi-1013D

 Упаковка представляет собой черную коробку из гофрокартона почти без опознавательных знаков:

В комплектацию протестированного экземпляра входили два щупа P6100 на частоты до 100 МГц,  инструкция на английском языке и кабель микро-USB:

Зарядного устройства не было. Ну и ладно: у меня их уже столько, что хоть оптовую торговлю открывай! Да и не только у меня, вероятно, такая ситуация.

 А вот, наконец, и красавец-осциллограф собственной персоной:

Как можете видеть, никаких механических органов управления у него нет; всё управление процессами измерения делается с помощью сенсорного экрана. Из механики у него есть только выключатель на верхней грани аппарата.

Так выглядит прибор сзади:

 Задняя панель у него — белоснежная; и я не могу сказать, что это — хорошо.

Это только сначала будет казаться гламурным, а потом на белом фоне любая, даже малейшая грязь, будет очень заметна.

Задняя крышка держится только на пяти винтах, никаких защёлок нет.

Так что разборка девайса будет очень простой задачей; но перед этим посмотрим на осциллограф ещё в паре ракурсов.

Так он выглядит со стороны верхней грани в наклонном ракурсе:

В этом ракурсе хорошо заметно, что осциллограф, хотя и называется планшетным, на самом деле он — очень «жирненький» для планшета. Лишняя толщина получается из-за глубокой канавки, в которую укладывается подставка.

Подставку и её канавку можно было бы сделать тоньше; но, что вышло — то вышло.

На верхней грани (которая на фото — снизу) видны два BNC-разъёма для подключения двух каналов сигнала, а между ними — контакт с калибровочным сигналом 1 КГц.

Далее идут два светодиода: зелёный и красный. Красный показывает, что идёт зарядка; а зелёный — что она завершилась (но красный при этом не гаснет).

Затем — разъём микро-USB для зарядки и связи с компьютером.

И, последний в этом ряду — механический выключатель питания.

Теперь последний ракурс — с осциллографом, опирающимся на свою подставку:

Прибор с помощью подставки можно установить только под углом 45 градусов к поверхности стола; фиксации подставки в других положениях не предусмотрено.

И, наконец, прибор во включенном состоянии:

Теперь пора взяться за разборку!

Вся электронная начинка осциллографа расположена на единственной плате, а элементы находятся только с одной стороны платы:

 Разберёмся, что здесь есть и зачем.

 Чуть левее и выше центра платы находится процессор F1C100s компании с пафосным названием AllWinner Tech.

Изначальное предназначение этого процессора — для планшетов и ТВ-приставок; но за счёт универсальности его можно устанавливать где угодно.

 По диагонали вправо и вниз от центра расположена самая большая микросхема устройства (можно считать, без маркировки, ибо нанесённые на её поверхность цифры ни о чём не говорят).

Это — ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема). Их устанавливают в тех случаях, когда процессор не может осилить выполнение каких-то операций программно; ПЛИС-ы же выполняют эти операции аппаратно.

Применённая ПЛИС, скорее всего, является китайским клоном Altera Cyclone IV, которую чаще всего устанавливают в осциллографах и DDS-генераторах.

Справа от ПЛИС — два быстродействующих АЦП.

Маркировки на них нет, но и нет следов её стачивания. 

Вероятнее всего, партия без маркировки была изготовлена по спецзаказу. Цель — скрыть истинные параметры осциллографа, которые по применённым АЦП определяются на «раз-два».

Светлые прямоугольники выше ПЛИС — это реле, осуществляющие переключение делителей напряжения механическим способом (и это — хорошо).

 Почти в центре платы находится слот для карты памяти микро-SD. Извлечение карты показало, что её ёмкость составляет 1 ГБ:

Вероятно, на её место можно установить и более ёмкую карту памяти, но зачем?! И так на неё можно записать просто тьму осциллограмм и скриншотов!

Теперь переходим к самому интересному — тестам и разоблачению магии. 🙂

 

Тест двухканального осциллографа Fnirsi-1013D. Часть 1: разоблачение магии

 Сначала, как писали в пиратских романах, «ничто не предвещало беды». Но — всё по порядку.

Для тестирования осциллографа использовался DDS-генератор сигналов FY6800 с предельной частотой генерации 60 МГц.

Но для одного из измерений я «выжал» из него частоту 125 МГц. Спойлер — как это сделать:

Нажмите, чтобы развернуть

Как получить 125 МГц из DDS-генератора FY6800 с максимальной частотой 60 МГц

Для этого я воспользовался функцией создания кастомного сигнала и соответствующим ПО осциллографа.

С помощью этой функции пользователь может записать в память осциллографа один период сигнала, который затем и будет воспроизводиться с заданной частотой.

В данном случае я записал в качестве одного периода сигнала сразу 4 периода меандра, которые при воспроизведении с частотой 31.25 МГц дали частоту 125 МГц.

Почему выбрана именно такая частота?

Опорная частота генератора FY6800 составляет 250 МГц, т.е. минимальная длительность одного отсчета — 4 нс.

Соответственно, при частоте 125 МГц длительность положительной полуволны и отрицательной полуволны сигнала составят по 4 нс. При попытке повысить частоту ещё выше начнутся пропуски тактов и сигнал «развалится».

Корректность сформированного таким образом сигнала была проверена на осциллографе Hantek 5102P, имеющим частоту семплирования в одноканальном режиме 1 Gsps.

Естественно, из-за выхода пределы полосы генератора форма и амплитуда сигнала исказились; но для тех случаев, когда важна только частота, это допустимо.

Но испытания сигналом 125 МГц были проведены позже, когда стало ясно, что в осциллографе есть незадокументированные «хитрости».

А сначала поданный на осциллограф синусоидальный сигнал с частотой 60 МГц получился удивительно ровным и гладким, как будто бы он действительно оцифрован с высокой частотой. Может быть, и не 1 Gsps (1 ГГц), но уж 500 Msps — точно:

Детальное исследование происхождения такой подозрительной гладкости осциллограммы показало, что на развёртках 10 нс/дел. и 25 нс/дел. при переходе частоты входного сигнала от 43.3 МГц к 43.4 МГц осциллограф начинает превращать любой сигнал в чистейший синус!

Поясню примерами.

Итак, сигнал — меандр, частота 43.3 МГц:

На осциллограмме трудно «опознать» меандр, поскольку сигнал искажен как из-за ограничения полосы пропускания осциллографа, так и из-за несинхронности частоты сигнала и частоты семплирования осциллографа. То есть, такие искажения — вполне естественны.

Частоту сигнала осциллограф определил с небольшой ошибкой (42.9 МГц вместо 43.3 МГц).

Теперь — тот же сигнал, но с частотой 43.4 МГц:

Частота сигнала тоже определена с небольшой ошибкой (43.3 МГц вместо 43.4 МГц), но зато теперь на экране — почти идеальный синус, никакой «болтанки»!

Снятие аналогичных осциллограмм с анализом спектра (быстрое преобразование Фурье, БПФ) также показало очень сильную «очистку» спектра от лишних составляющих при переходе через этот порог частоты.

Спектр сигнала с частотой 43.3 МГц (на верхней половине экрана):

А теперь — сигнал с частотой 43.4 МГц:

 Вот, заодно посмотрели и на работу БПФ в этом осциллографе.

Теперь — «копаю» дальше: подаю на осциллограф сигнал с частотой 125 МГц.

Понятно, что он находится за пределами полосы пропускания, и его амплитуда должна упасть на вполне законном основании. Но нас сейчас интересует не амплитуда сигнала, а его частота.

И вот что получилось:

Осциллограф показал, что частота сигнала составила 75 МГц, хотя его реальная частота равна 125 МГц!

Исходя из теоремы Котельникова получается, что реальная частота семплирования (дискретизации) составляет в осциллографе вовсе не обещанные 1 Gsps, а только 200 Msps!

А в соответствии с упомянутой теоремой, если частота сигнала превышает 1/2 частоты дискретизации, то он не может быть точно передан цифровыми отсчетами и начинает искажаться.

В данном случае после увеличения частоты сигнала сверх 1/2 частоты семплирования, изображение сигнала на экране осциллографа переходит на зеркальный «обратный отсчёт»: чем выше реальная частота сигнала, тем ниже она на экране.

Конкретно в этом случае частота на экране получается равной (Fd-Fs), где Fd — частота дискретизации; Fs — частота сигнала.

Небольшие подробности для тех, кто захочет повторить эксперимент: картинка, изображенная на скриншоте, получается только при масштабе по вертикали 2 В/дел. При других масштабах сигнал вырождается в прямую линию; почему — не знаю. 🙂

Объединять два АЦП в один канал (если второй выключен) прибор не умеет. Соответственно, повысить частоту семплирования до 400 Msps не получится.

Фактически, из-за подмены любого высокочастотного сигнала на синус вместе с фактом частоты семплирования в пять (!) раз хуже заявленной, использование осциллографа для настройки цифровой аппаратуры становится невозможным. Там может быть важным взаимное положение фронтов с точностью в единицы наносекунд, а иногда даже до долей наносекунды, а тут — такой провал… 🙁

До кучи к «разоблачению магии» — ещё несколько осциллограмм, сделанных на разных горизонтальных развёртках для одного и того же сигнала (синус 40 МГц). Будет продемонстрировано искажение формы сигнала в зависимости от скорости развёртки.

Развёртка 10нс/дел.:

Развёртка 50 нс/дел.:

На этой развёртке «испортилась» не только форма сигнала, но и его амплитуда.

Развёртка 100 нс/дел.:

Здесь амплитуда сигнала восстановилась, но форма по-прежнему искажена.

Мораль из этих трёх картинок: при просмотре сигнала необходимо адекватно устанавливать параметры развёртки, иначе можно увидеть то, чего нет. Впрочем, это касается подавляющего большинства цифровых осциллографов.

В случае использования кнопки автонастройки «AUTO SET» этот осциллограф, как правило, сам устанавливает правильные параметры; но проконтролировать — не повредит.

 

Тест двухканального осциллографа Fnirsi-1013D. Часть 2: обо всём понемногу

 Перед проверкой параметров (включая АЧХ) один из щупов был переключен в положение x10 и была произведена его стандартная настройка (по максимально-плоской вершине прямоугольного импульса).

 Теперь — АЧХ.

Она была банально снята по нескольким точкам на тех частотах, которые я счёл наиболее интересными.

Вот что получилось:

Если оценивать АЧХ по стандартному уровню -3 дБ (0.71), то ширина полосы получилась около 36 МГц. Это — не те 100 МГц, которые обещал производитель; но всё равно неплохо, т.к. даже хорошо настроенный щуп некоторую часть полосы «съедает».

Теперь — оценим визуально качество осциллограмм на стандартных сигналах.

Импульсы 40 нс, частота 10 МГц:

Синус 1 МГц «крупным планом»:

Треугольник 1 МГц:

Пила 1 МГц:

Обратная пила 1 МГц:

И, в качестве примера реальной осциллограммы — сигнал на дросселе DC-DC преобразователя 5 В — 9 В (обзор):

Хорошо заметны характерные особенности сигнала: плоские участки прямого и обратного хода, а также полтора периода свободных колебаний в промежутке между ними.

 

Экран и управление осциллографом

Экран у осциллографа — сенсорный (ёмкостной), без воздушного промежутка между сенсорной поверхностью и собственно экраном (бликует мало).

Чувствительность сенсора — отличная, понимает даже лёгкие касания.

Углы обзора экрана — очень хорошие. Правда, технология экрана не очень похожа на IPS, скорее всего, это нечто похожее на *VA (что тоже очень неплохо).

Управление осциллографом производится только с помощью сенсорного экрана, но есть тонкости.

Первая тонкость — экран (или ПО) не поддерживает мультитач, управление возможно только одним пальцем. Первая же попытка «растянуть» осциллограмму двумя пальцами с треском провалилась. 🙂

Вторая тонкость — некоторые функции управляются с помощью сенсорных кнопок на экране, а некоторые — тапами и переносом элементов прямо по экрану.

Например, увеличивается масштаб осциллограммы по горизонтали постукиванием по правой стороне экрана, а уменьшается — постукиванием по левой.

Передвинуть осциллограмму в другое место экрана можно, «схватив» её одним пальцем и переместив без отрыва, куда надо. Аналогично происходит управление уровнем триггера.

Несколько особняком стоит изменение чувствительности по вертикали. Для этого надо нажать на кнопку «CTRL» в правом верхнем углу, и тогда на правой стороне экрана откроются кнопки «V+» и «V-».

По кнопкам вызова курсора (по времени и пространству) возникают сразу два курсора, которые можно передвигать пальцем.

Курсоры работают не только по «живому» сигналу, но и по ранее записанному в память сигналу (по скриншотам не работают), пример:

Кстати, встроенных часов в осциллографе нет, и все сохранённые файлы датируются 22 марта 2020 года, 22:48:58. Вероятно — это дата сборки текущей версии прошивки (но более свежих прошивок пока нет).

Определить правильную последовательность снятых осциллограмм позволяет имя файла, которое представляет собой просто номер: 1, 2, 3…

Автономность

Отдельно проверять автономность было лениво, несмотря на простоту такой проверки; но, по личному впечатлению, 3 часа работы точно можно гарантировать. Если сбавить яркость экрана — то ещё немножко можно добавить.

Если и этого будет мало — повербанки никто не отменял!

 

Итоги и выводы (техническая часть)

Первый вывод, конечно, будет печальным: производитель бессовестно обманывает потребителей.

Хотя, может быть, он и не совсем производитель, а просто наклеил свой шильдик на изделие, выпущенное неизвестным «контрактным производителем».

Но это — не важно. Приклеил свой шильдик — значит, ты и отвечаешь по всей строгости.

Как уже отмечалось, из-за грубого несоответствия заявленным параметрам, осциллограф не подходит для настройки цифровых схем: там совсем другие требования к быстродействию.

В то же время, для настройки многих типов аналоговых схем его параметры вполне достаточны.

С его помощью можно проверять работу датчиков, настраивать усилители и блоки питания, контролировать аналоговые части смешанных аналого-цифровых устройств (например, блоков бесперебойного питания).

Большим подспорьем в этом будет возможность автономной работы за счёт встроенного аккумулятора. Отвязка от сетевого питающего напряжения в принципе во многих случаях бывает полезна.

Но применение этого прибора в качестве «плавающего осциллографа» (т.е. находящегося под внешним потенциалом) — не лучшая идея, так как на осциллографе есть металлические части, доступные для прикосновения. Одно неверное движение, и Вы — покойник!

Завершая вопрос о недостатках, пожалуй, надо упомянуть ещё слишком грубую чувствительность для малых сигналов (50 мВ/дел.), а также отсутствие отдельного входа для внешней синхронизации и слабость математической обработки каналов.

Теперь — о достоинствах; ибо, как ни странно, они тоже есть!

Сразу надо отметить большой экран: в этом отношении Fnirsi-1013D выигрывает практически у всех конкурентов своей ценовой категории. После работы с таким экраном на другие осциллографы с экранами-малютками даже и смотреть не хочется. 🙂

Также надо отметить вполне адекватную и точную работу с теми сигналами, которые находятся в зоне его досягаемости (до указанной в обзоре частоты 43.3 МГц).

Даже и принудительная подмена сигнала на синус была бы в «плюсе», если бы производитель об этом предупредил и дал бы пользователю возможность отключения этой функции (ведь на высоких частотах, действительно, часто приходится иметь дело с синусом).

Очень важный плюс — относительно небольшие габариты прибора с учетом размеров экрана. Прибор вполне подходит для «походной» работы, разве что «жирноват» слегка.

Купить Fnirsi-1013D можно на Алиэкспресс у ОФИЦИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДИТЕЛЯ Fnirsi или других продавцов (если там будет дешевле).

Кроме того, можно поискать точку продажи и на Яндекс.Маркет. Там цена будет несколько выше; но для юридических лиц важнее, чтобы комплект документов был в порядке. 🙂

 

Итоги и выводы (эмоциональная часть)

Предвижу, что многие читатели моего обзора захотели бы задать риторический вопрос: а что Вы хотели за такие деньги?!

Отвечаю: независимо от цены прибора, характеристики на него должны быть указаны абсолютно честные, без «фантазий». Вот чего я хочу.

Остальное продавцы и производители пусть расписывают как угодно.

Могут, например, писать, что корпус осциллографа сделан из цельного куска мрамора (как велел старик Хоттабыч), а украшен он натуральным мехом шанхайского барса (как велел Остап Бендер).

Но технические характеристики должны быть только честными, и никакими другими (ведь могут же, например, Hantek и Rigol честно их писать?!).

Всё остальное — коварный и бессовестный обман. Причём в пять раз, Карл!

За сим всем спасибо за внимание!

Измерения АЧХ (ЛАФЧХ или диаграмм Боде) контура управления электропитанием

Измерительная установка

Контуры управления электропитанием сравнивают опорное напряжение (V_ref) и напряжение обратной связи (V_feedback) и обеспечивают отрицательную обратную связь для стабилизации выходного напряжения.

Для проверки характеристики контура управления требуется подача сигнала ошибки в определенном диапазоне частот в канал обратной связи контура управления. Для подачи сигнала ошибки в контур обратной связи должен быть вставлен небольшой резистор. Резистор для подачи сигнала показан на рисунке на следующей странице; его сопротивление — 5 Ом, небольшое по сравнению с последовательно включенными сопротивлениями R1 и R2. Некоторые пользователи выбирают подключение этого резистора малого сопротивления (R_injection) на постоянной основе для подачи тестового сигнала. Вольтодобавочный трансформатор, такой как Picotest’s J2100A, отделяет сигнал искажения переменного тока и исключает любое смещение по постоянному току.

Точка подачи сигнала и зондирование

Для измерения коэффициента усиления в контуре обратной связи по напряжению его необходимо разорвать в соответствующей точке. В этой точке подается сигнал искажения. Сигнал искажения будет распространяться по контуру системы. В зависимости от коэффициента усиления в контуре подаваемый сигнал искажения будет усиливаться или ослабляться и сдвигаться по фазе. В опции R&S®RTx-K36 генератор осциллографа генерирует сигнал искажения. Осциллограф измеряет передаточную функцию контура.

Чтобы измеряемый коэффициент усиления в контуре был равен реальному значению, выберите соответствующую точку.

• Найдите точку, в которой система ограничена одним единственным каналом, чтобы не было параллельных потоков сигналов.
• Сопротивление в направлении обхода контура должно значительно превышать обратное сопротивление в этой точке. Обратное сопротивление равно выходному сопротивлению преобразователя, которое составляет очень небольшое значение в диапазоне нескольких мОм. Сопротивление в направлении обхода контура формируется компенсатором и делителем напряжения и находится в диапазоне нескольких кОм.

Электроника НТБ – научно-технический журнал – Электроника НТБ

Обычный входной канал с АЦП

Обычный входной канал цифрового осциллографа реального времени использует аналоговый интерфейс, состоящий из предусилителя, аттенюатора, схемы выборки и хранения для фиксации амплитуды сигнала на время выборки (рис.1). Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) используется для последовательного преобразования уровней напряжения, поступающих со схемы выборки и хранения, в поток числовых значений.

Если предположить, что аналоговый интерфейс обеспечивает полную полосу пропускания канала, то основным ограничивающим фактором становится частота дискретизации АЦП. Из теоремы Найквиста следует, что для точного представления всех составляющих сигнала в пределах необходимого диапазона частот частота дискретизации должна не менее чем вдвое превышать максимальную частоту сигнала. Например, для канала с полосой пропускания 25 ГГц потребуется частота дискретизации не менее 50 Гвыб./с. По мере роста требований к полосе пропускания все труднее найти АЦП, отве­чающий условиям теоремы Найквиста.

Уместно рассмотреть шум обычного входного канала с АЦП, поскольку это станет основой дальнейших рассуждений относительно шума канала, связанного с методами улучшения характеристик АЦП. Поскольку белый шум по определению содержит все частоты, спектральная плотность мощности равномерно распределена в полосе Найквиста (рис.2). Для канала с частотой дискретизации 50 Гвыб./с полоса пропускания, согласно теореме Найквиста, равна 25 ГГц. Фильтр, ограничи­вающий полосу пропускания осциллографа (так назы­ваемый фильтр защиты от наложения спектров), подав­ляет шум, который проявляется между частотой среза фильтра и частотой Найквиста для данного канала.

Каналы с временным уплотнением

Если частота дискретизации АЦП недостаточна для удовлетворения требований к полосе пропускания, приходится искать другие способы использования доступной элементной базы или создавать АЦП нового поколения. Распространенный метод расширения возможностей компонентов – временное уплотнение. В этом случае аналоговый интерфейс проектируется так, чтобы пропускать всю полосу сигнала, и применяются два параллельно включенных АЦП. Каждый АЦП должен поддерживать частоту дискретизации, равную, как минимум, половине частоты, необходимой для удовлетворения критерия Найквиста. Например, если аналоговый интерфейс обеспечивает полосу пропускания до 45 ГГц, то для достижения частоты дискретизации 100 Гвыб./с можно чередовать два АЦП с частотой дискретизации 50 Гвыб./с (рис.3). В этом случае тактовые сигналы АЦП должны быть сдвинуты по фазе на 180°. Данные сохраняются в памяти, включенной после каждого АЦП, и по завершении захвата можно реконструировать полный сигнал с частотой дискретизации 100 Гвыб./с путем чередования полученных данных (иногда это называется демультиплексированием). Следует отметить, что ограничений количества чередующихся АЦП нет, хотя по мере увеличения числа АЦП их становится сложнее синхронизировать. Метод временного уплотнения для достижения гигагерцового диапазона используется всеми ведущими производителями осциллографов.

Отметим, что при повышении частоты дискретизации белый шум равномерно распределяется по новой полосе Найквиста. Если частота дискретизации возрастает с 50 до 100 Гвыб./с, полоса Найквиста расширяется с 25 до 50 ГГц (рис.4). Когда шумовые характеристики обоих чередующихся каналов одинаковы, плотность мощности шума уменьшается вдвое. Конечно, цель временного уплотнения в нашем случае – расширение полосы пропускания системы за счет расширения полосы входного аналогового интерфейса и повышения частоты дискретизации. Однако следует отметить, что если полоса та же, что описана вначале (используется тот же фильтр для ограничения полосы пропускания осциллографа), общий эффект заключает­ся в снижении уровня шума.

Применение данного метода на практике обеспечивает снижение шума на 15–20%.

Каналы с частотным уплотнением

Уже более ста лет в приемниках и других РЧ-устройствах используются понижающие преобразователи частоты. Концепция проста: смешиваем две частоты, получаем сумму и разность этих частот (процесс называется гетеродинированием). Если правильно выбрать одну из частот (например, частоту гетеродина) по отношению к другой частоте, можно получить разностную частоту в более удобном (как правило, более низком) диапазоне и работать далее с ней.

В осциллографах понижающие преобразователи частоты тоже применяются очень давно. Раньше понижающий преобразователь был внешним блоком, его согласование и калибровка представлялись весьма непростой задачей. Затем понижающие преобразователи стали встраивать прямо в осциллографы. Если частоту гетеродина осциллографического канала установить равной половине полосы пропускания аналогового интерфейса, это позволит захватить сигналы верхней половины полосы осциллографа с помощью одного АЦП, а сигналы нижней половины – с помощью другого АЦП (рис.5). Реконструкция сигнала путем “склейки” верхней и нижней половин спектра выполняет­ся в современных цифровых осциллографах реального времени цифровым сигнальным процессором.

Первой такой подход в виде встроенной в цифровой осциллограф функции, названной “Цифровым уплотнением полосы” (Digital Bandwidth Interleave, DBI), реализовала компания LeCroy. Недавно компания Keysight последовала этому примеру, предложив входные каналы “RealEdge”. Основное преимущество для разработчиков осциллографов заключается в том, что для каждого АЦП достаточна частота дискретизации, превышающая общую полосу пропускания канала. Однако этот метод сопряжен с другими конструктивными проблемами. После захвата данных и их записи в память нужно повысить частоту тракта верхнего диапазона до исходного значения с помощью методов цифровой обработки сигнала. Объединение двух половин спектра и реконструкция сигнала – достаточно сложные задачи. Поскольку сигнальные тракты не идентичны, нужно компенсировать различия путем калибровки, которая выполняется цифровым сигнальным процессором. Кроме того, в связи с применением полосовых фильтров для разделения спектра на две половины, точно восстановить центральную часть спектра проблематично. В зоне объединения возникают проблемы с равномерностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и линейностью фазы.

Рассмотрим амплитудно-частотную характеристику осциллографа LeCroy 830Zi-A, который использует DBI в диапазоне выше 16 ГГц (рис.6). Видно, что АЧХ достаточно равномерна в диапазоне 0–5 ГГц, но приобретает иной характер в диапазоне 15–30 ГГц. Компания LeCroy предлагает различные режимы “оптимизации”. Равномерность АЧХ для двух из этих режимов разительно отличается. Например, значение амплитуды на частоте 22 ГГц в линейном режиме будет примерно на 10% меньше реального значения. В режиме импульсной оптимизации значение амплитуды на той же частоте 22 ГГц будет меньше на 20%.

Подобная проблема наблюдается в осциллографе Keysight DSAX95004Q при использовании входов “RealEdge” (рис.7). В общем, Keysight лучше LeCroy справляется с выравниванием АЧХ, но обратите внимание на часть графика выше 32 ГГц. Осциллограф Keysight с полосой пропускания 50 ГГц использует ту же схему, что и 63-гигагерцевая модель, поэтому неудивительно, что аномалия в этом приборе наблюдается на частоте 32 ГГц, а не 25 ГГц. Отклонение амплитуды в этой области на два и более децибел означает, что погрешность ее измерения на этих частотах превышает 20%.

Рассмотрим, что происходит с шумом канала при использовании частотного уплотнения (рис.8). Как уже говорилось, спектральная плотность мощности шума равномерно распределяется в полосе Найквиста, равной половине частоты дискретизации канала. Поскольку каждый АЦП обрабатывает половину всего частотного диапазона, потенциальная возможность снижения шумов при переходе от временного уплотнения к частотному отсутствует (при сохранении той же полосы пропускания). На самом деле при использовании частотного уплотнения шум даже возрастает.

Это явление демонстрируют два снимка экрана осциллографа Keysight DSAX95004Q, полученные в стандартном канале с полосой 33 ГГц и в канале “RealEdge” с той же полосой (рис.9). Измеренный уровень собственного шума осциллографа Keysight имеет среднеквадратическое значение 554 мкВ в стандартном канале и 731 мкВ в канале “RealEdge”, то есть шум канала “RealEdge” примерно на 32% превышает шум стандартного канала.

Технология асинхронного чередования во времени

С учетом технических проблем, связанных с частотным уплотнением, применяемым до сегодняшнего дня в осциллографах гигагерцового диапазона, компания Tektronix предложила новый подход, который позволяет обойти некоторые недостатки DBI и достичь той же расширенной полосы без применения новых АЦП. В методе асинхронного чередования во времени (ATI) в качестве гармонического смесителя используется предварительный дискретизатор (рис.10). Он выполняет субдискретизацию (sub-sample) входного сигнала, тем самым “заворачивая” спектр назад в полосу Найквиста АЦП. Например, 70-гигагерцовую систему можно получить с помощью асинхронной тактовой частоты 75 ГГц. В результате верхняя половина сигнала 70 ГГц “заворачивается” в диапазон от 0 до 37,5 ГГц. Затем результирующие данные от предварительного дискретизатора оцифровываются АЦП с частотой, независимой от частоты предварительной дискретизации, например 100 Гвыб./с. Отметим, что предварительный дискретизатор работает асинхронно с тактовой частотой АЦП.

Цепочка преобразований сигнала выглядит следующим образом (см. рис.10). Входной сигнал поступает на предусилитель и проходит через разветвитель на предварительные дискретизаторы. Спектр на выходе одного из предварительных дискретизаторов содержит разность спектров нижнего диапазона и “завернутого” в эту полосу верхнего диапазона, а спектр на выходе другого предварительного дискретизатора – их сумму. Затем эти сложные спектры проходят через фильтры нижних частот, которые подавляют верхний диапазон, а нижний диапазон (включая “завернутый” верхний диапазон) пропускают без изменений. Отфильтрованный сигнал поступает на схему выборки и хранения и преобразуется АЦП.

После преобразования и сохранения данных в памяти исходный сигнал можно восстановить путем цифрового смешения.

Следует отметить, что два предварительных дискретизатора работают в противофазе (со сдвигом на 180°), что важно для реконструкции сигнала. После цифрового смешения сигнал содержит составляющие со спектрами, полученными в результате сложения и вычитания спектров нижнего и “завернутого” в его полосу верхнего диапазонов исходных захваченных данных. Однако во время окончательного объединения этих сигналов части спектра, сдвинутые по фазе на 180°, взаимно подавляются, и остается только исходный спектр и часть суммарного спектра, которая подавляется фильтром нижних частот с частотой среза 75 ГГц. В результате сохраняется лишь спектр сигнала от 0 до 70 ГГц, исходно поступившего на осциллограф.

Последний этап объединения представляет собой сложение и деление на два. Эта функция приводит амплитуду входного сигнала к ее исходному значению.

Спектральная плотность мощности шума в методе ATI равномерно распределяется в полосе, которая вдвое превышает частоту дискретизации каждого АЦП (рис.11). В результате общий шум в полосе пропускания получается ниже, чем в аналогичной архитектуре DBI.

Первая серийная модель, в которой используется технология ATI, – осциллограф Tektronix DPO77002SX ATI (рис.12). Он предоставляет один канал с полосой пропускания 70 ГГц и частотой дискретизации 200 Гвыб./с с технологией ATI или два канала с полосой пропускания 33 ГГц и частотой дискретизации 100 Гвыб./с с обычным захватом в режиме реального времени.

Таким образом, метод ATI компании Tektronix обладает целым рядом преимуществ: позволяет воспользоваться имеющимися АЦП для обработки более высокочастотных сигналов, обеспечивает высочайшую точность преобразования сигнала и минимальный уровень шумов.

Обзор портативного цифрового осциллографа Hantek DSO1060 (осциллограф + мультиметр)

Компания Hantek – китайский производитель измерительной техники. Продукция компании обладает хорошим соотношением цена-качество. В ассортименте продукции Hantek представлены: USB-осциллографы (приставки к персональному компьютеру), USB-генераторы (приставки к персональному компьютеру), USB логические анализаторы (приставки к персональному компьютеру), устройства сбора данных и портативные осциллографы (самостоятельные устройства).

Портативные цифровые осциллографы пользуются особым спросом у мастеров работающих в местах с ограниченным доступом к сети 220 В. Хороший портативный аппарат обычно стоит дороже чем его стационарный аналог. При этом он должен обладать качествами полноценного осциллографа. Выбор в пользу портативного цифрового осциллографа обоснован, в первую очередь, возможностью работы от батареи, плюс некоторые модели совмещают функции осциллографа и мультиметра. При некоторых условиях, портативный осциллограф можно использовать в качестве полевого регистратора геофизических сигналов.

В этом материале мы рассмотрим портативный осциллограф Hantek DSO1060 со встроенной функцией мультиметра.

Технические данные цифрового осциллографа Hantek DSO1060

Параметры вертикальной развертки
Количество каналов	2
Полоса пропускания	60 МГц
Время нарастания	5,8 нс
Входной импеданс	1 МОм, 15 пФ
Чувствительность по вертикали	10 мВ/дел. – 5 В/дел.
Входная связь	AC, DC, земля
Вертикальное разрешение	8 бит
Глубина памяти	32К – один канал, 16К – два канала
Максимальное входное напряжение	300 В. (DC+AC пиковое)
Параметры горизонтальной развертки
Частота дискретизации в реальном времени	150 М выб./сек. в 1-канальном режиме, 75 М выб./сек. в 2-канальном
Эквивалентная частота дискретизации	50 Г выб./сек.
Время горизонтальной развертки	5 нс/дел. – 1000 с/дел.
Точности временной развертки	±50ppm
Параметры триггера
Источник	Ch2, Ch3
Режим запуска	по фронту, длительности импульса, поочередный запуск от каналов Ch2 и СН2
Режим X-Y
Ось X	Канал 1
Ось Y	Канал 2
Сдвиг фазы	максимум 3 градуса
Параметры курсорных и автоматических измерений
Измерения напряжения	Vpp, Vmax, Vmin, Vtop, Vbace, Vmid, Vamp, Vrms, Vcrms, Vavg, Верхний выброс, Нижний выброс
Измерения времени	Частота, Период, Время нарастания, Время спада, Положительный коэффициент заполнения, Отрицательный коэффициент заполнения, Ширина позитивного импульса, Ширина негативного импульса
Измерения задержки	от края нарастания на канале 1 до края нарастания на канале 2; от края спада на канале 1 до края спада на канале 2
Курсорные измерения	Ручные, Отслеживающие, Автоматические
Математические функции	Сложение, вычитание, умножение, деление, быстрое преобразование Фурье (БПФ)
Хранение	15 форм сигнала и настроек
Дисплей
TFT LCD дисплей	Диагональ 5,7 дюймов (14,2 см.), светодиодная подсветка
Разрешение дисплея	240 (вертикаль) × 320 (горизонталь)
Интерфейс
USB	USB 2.0
Опциональные входы	RS232, LAN
Питание
От сети	AC: 100 – 240 В. 50 – 60 Гц DC: вход 8,5 В. 1500 мА
От батареи	6 часов (Li-ion аккумулятор)
Механические характеристики
Габариты (В×Ш×Т), мм	245 × 163 ×52
Вес, кг	1,2
“земля” независимая для осциллографа и мультиметра

Знакомство с цифровым осциллографом Hantek DSO1060

На самом деле портативный цифровой осциллограф Hantek DSO1060 это вполне полноценный измерительный прибор. Он включает в себя функции осциллографа и мультиметра. Параметры осциллографа оптимально сбалансированы для работы в одноканальном режиме. Для двухканального режима не выполняется требование, при котором в соответствии с теоремой Котельникова – Найквиста частота дискретизации должна быть минимум в 2 раза выше максимальной частоты исследуемого сигнала. Максимальная спектральная полоса сигнала, с которой может полноценно работать данный осциллограф в двухканальном режиме, составляет только 35 МГц. Измерение сигнала более высокой частоты может привести к тому, что на вход АЦП будут попадать более высокочастотные сигналы (например, шумы), что приводит к дополнительным ошибкам в отображении сигнала после его интерполяции, иногда очень существенным.

Управление цифровым осциллографом Hantek DSO1060 удобное, немного не хватает вращаемых регуляторов управления разверткой сигнала и выбора параметров меню, таких, как например, у осциллографов Rigol или Atten, но без проблем привыкаешь и к кнопочному управлению.

Цифровой осциллограф Hantek DSO1060 оснащен входом USB для подсоединения внешней памяти и входом mini-USB для подсоединения его к компьютеру. Эти разъемы размещены рядом с входом зарядного устройства. Каналы осциллографа вместе с выходом генератора прямоугольных сигналов расположены сверху.

Цифровой осциллограф Hantek DSO1060 можно установить на опорную подставку на столе или повесить на стене, для этого предусмотрены специальные отверстия.

Специальная конструкция зарядного устройства позволяет менять тип штепсельной вилки, если для этого возникнет необходимость.

ПО цифрового измерительного прибора Hantek DSO1060

Программа DSOAnalyser позволяет регистрировать измеряемые параметры осциллографа и мультиметра с помощью компьютера.

Вид программы DSOAnalyser с открытыми диалоговыми окнами для режимов мультиметра и осциллографа:

Щупы цифрового осциллографа Hantek DSO1060

Щупы цифрового осциллографа должны всегда находится в хорошем состоянии, это залог получения корректных данных. Перед началом работы с осциллографом необходимо проверить щупы на предмет их целостности и правильности их частотной характеристики. Для этого лучше всего воспользоваться встроенным в осциллограф генератором прямоугольного сигнала (1 КГц, 200 мВ).

Процедура проверки щупа следующая: на вход осциллографа подается меандр с
генератора и на средней развертке рассматривается его форма.

Возможные состояния щупа:

Недокомпенсация	Нормальная компенсация	Перекомпенсация

Если на дисплее отображается искаженная форма прямоугольного сигнала, необходимо откалибровать щуп. В этом случае нужно отверткой отрегулировать подстроечный конденсатор так, чтобы щуп передавал строго прямоугольный сигнал.

• коннектор с регулировочным конденсатором:

Дополнительно к щупам прилагаются:

• отвертка для регулировки конденсатора:

• насадка со щупом:

• изолирующая насадка:

• цветные, идентификационные кольца:

Описание основных функций цифрового осциллографа Hantek DSO1060

Функция записи сигналовМеню записи (Record) находится в разделе Utility. Оно начинается с кнопки выбора режима (Mode).

Record (запись):

• Source – выбор канала-источника записи (Ch2, Ch3, P/F Out)
• End Frame – установка количества записываемых кадров (от 1 до 1000)
• Operate – кнопка начала/остановки записи
• Interval – установка промежутка времени между кадрами (от 10 мс до 20 с)

Play (воспроизведение):

• Operate – кнопка начала/остановки воспроизведения
• Repeat – кнопка включения/выключения режима повторения воспроизведения
• Interval – установка промежутка времени между кадрами (от 10 мс до 20 с)
• Start Frame – установка первого кадра воспроизведения (от 1 до 1000)
• Cur Frame – установка текущего кадра воспроизведения (от 1 до 1000)
• End Frame – установка последнего кадра воспроизведения (от 1 до 1000)

Storage (сохранение/загрузка)

• Start Frame – установка первого кадра сохранения (от 1 до 1000)
• End Frame – установка последнего кадра сохранения (от 1 до 1000)
• Location – кнопка выбора места записи (Internal – внутренняя память, External – внешняя память)
• Safe – сохранение записанного сигнала
• Load – загрузка сохраненной записи сигнала

Сделанную запись можно анализировать с помощью меню Cursor. Установка (точная и грубая) количества кадров и интервалов между ними производится навигационными клавишами.

Меню автоматических измерений (Measure)
С помощью этого меню пользователь может определять параметры сигнала (напряжение и время).

Кнопки управления меню Measure отвечают за следующие настройки:

• Source – выбор канала (Ch2, Ch3)
• Type – выбор типа параметра (Voltage – напряжение, Time – время)
• Measure All – отображение всех параметров
• Clear – очистка дисплея от выбранных параметров

Измеряемые параметры наведены в таблице характеристик.

Меню курсорных измерений (Cursor)С помощью этого меню можно собрать информацию о любой точке сигнала а также разнице между точками как одного так и разных сигналов.
Работа с этим меню начинается с выбора необходимого режима (Mode) курсорных измерений – ручной, слежения, автоматический.

Manual – ручной режим:

• Type – тип измерения (по амплитуде или по времени)
• Source – выбор источника сигнала Ch2, Ch3, Math
• Cursor A, Cursor B – выбор курсора для перемещения

– измерения амплитуды:
– измерения времени:
Track – режим слежения:

• Cursor A – выбор источника сигнала (Ch2, Ch3, Math)
• Cursor B – выбор источника сигнала (Ch2, Ch3, Math)
• Source – выбор источника сигнала (Ch2, Ch3, Math)
• Cursor A, Cursor B – выбор курсора для перемещения

Auto – режим автоматических измерений.

В этом режиме на дисплее курсором отображается параметр, который выбран в меню Measure.

Движение курсоров осуществляется навигационными клавишами: Вверх, Вниз, Влево, Вправо.

Меню допусковой проверки (Pass/Fail)С помощью данного меню можно регистрировать выход формы сигнала за рамки установленной маски. Меню (Pass/Fail) находится в разделе Utility.

Управление меню Pass/Fail:

• Enable – включение или выключение режима допусковой проверки
• Source – выбор источника проверяемого сигнала (Ch2/Ch3)
• Output – выбор условия срабатывания режима допусковой проверки (Pass/Fail/Pass + Beep/Fail + Beep)
• Operate – запуск или остановка работы режима допусковой проверки (Stop/Start)
• Stop Output – выбор остановки регистрации форм сигнала после выполнения условия в пункте Output (ON/OFF)

Например, если в пункте Output выбрано Fail+Beep а в пункте Stop Output состояние ON то после выхода сигнала за рамку маски регистрация сигналов прекратится и подастся звуковой сигнал. Если же в пункте Output выбрано Pass то регистрация форм сигнала прекратится при входе сигнала в рамку маски.

• Mask – настройка маски сигнала:
• Vertical – вертикальный допуск формы сигнала
• Horizontal – горизонтальный допуск формы сигнала
• Create – создание маски
• Location – место сохранения маски: внутренняя память/внешняя память (Internal/External)
• Save – сохранение маски
• Load – загрузка маски из памяти

В левом верхнем углу дисплея осциллографа отображается счетчик форм сигнала (негодных/годных/общее число).

– вид маски сигнала и подсчет количества форм:

Меню математических измерений и опорного сигнала Math/RefМеню включается кнопкой M/R. С ее же помощью переключаются режимы Math и Ref.

Меню Math выглядит следующим образом:

• Enable – включение или выключение режима Math
• Operate – выбор математической операции (A+B / A-B / A×B / A/B / FFT)
• Source – выбор канала-источника (Ch2/Ch3)
• Window (только для быстрого преобразования Фурье) – выбор окна (Rectangle/Hanning/Hamming/Blackman). Позволяет установить лучшее соотношение разрешения частоты и точности амплитуды
• Scale (только для быстрого преобразования Фурье) – масштаб (Vrms/dBVrms)
• Display (только для быстрого преобразования Фурье) – отображение формы сигнала БПФ и сигналов Ch2/Ch3 в одной области и раздельно (Full/Split)
• Volt/Div – установка диапазона напряжения точно/грубо (Fine/Coarse)
• Invert – инвертирование полученного результата математической операции (ON/OFF)
• Probe – установка масштаба сигнала (1X/10X/100X/1000X)

– вид меню Math (меандр и форма его быстрого преобразования Фурье):
Меню опорного сигнала Ref:

• Enable – включение или выключение режима Ref
• Source – выбор канала-источника (Ch2/Ch3/Math)
• Location – выбор места сохранения опорного сигнала: внутренняя память/внешняя память (Internal/External)
• Save – сохранение опорного сигнала в память
• Load – загрузка опорного сигнала из памяти

– меандр (желтый цвет) и создан по его форме опорный сигнал (синий цвет):

Меню регистрации данных TriggerС помощью функции триггера устанавливается условие начала регистрации сигнала. Портативный цифровой осциллограф Hantek DSO1060 дает возможность регистрировать сигнал при соблюдении двух условий:

Edge – достижение определенного уровня фронта сигнала (нарастание или спадание)

• Source – выбор канала-источника (Ch2/Ch3)
• Slope – наклон фронта сигнала наростающий или спадающий (Rising/Falling)
• Sweep – выбор регистрации (Auto/Normal/Single): автоматическая – регистрация сигнала до выполнения условия, нормальная – регистрация сигнала после выполнения условия, одиночная – регистрация одной формы сигнала и остановка.
• HF Reject – фильтр высоких частот (ON/OFF)
• 50 % – установка уровня запуска в точку середины размаха сигнала запуска по вертикали

Pulse – достижение определенной длительности импульса

• Source – выбор канала-источника (Ch2/Ch3)
• When – выбор условия запуска: импульс длиннее чем…/импульс короче чем…/импульс равен…(-More/+Less/+Equal)
• Setting – установка длины импульса (10 нс – 10 с)
• Sweep – выбор регистрации (Auto/Normal/Single): автоматическая – регистрация сигнала до выполнения условия, нормальная – регистрация сигнала после выполнения условия, одиночная – регистрация одной формы сигнала и остановка.
• HF Reject – фильтр высоких частот (ON/OFF)
• 50 % – установка уровня запуска в точку середины размаха сигнала запуска по вертикали

В режиме ALT производится поочередный запуск от каналов Ch2 и СН2 по двум условиям описанным выше.

Режим цифрового мультиметра измерительного прибора Hantek DSO1060

Переход портативного измерительного прибора Hantek DSO1060 в режим цифрового мультиметра осуществляется кнопкой OSC/DMM. В управлении мультиметром задействованы шесть кнопок переключения измеряемого параметра и кнопки управления меню F1 – F5.

Меню мультиметра дает возможность выбрать:

• тип измеряемого напряжения/тока (переменное/постоянное)
• тип измерения (абсолютное/относительное)
• режим измерения (автоматический/ручной)
• диапазон измерения (для ручного режима)

Посередине большого дисплея отображаются показания мультиметра, ниже размещена аналоговая шкала и меню, выше отображается способ подключения измерительных щупов, режим и тип измерения.

Технические данные цифрового мультиметра

Режимы измерений
Разрядность дисплея		6000
Режимы тестирования мультиметра		Напряжение, ток, сопротивление, емкость, проверка диода и прозвонка цепи
Уровень максимального напряжения		АС: 600 В; DC: 800 В
Уровень максимального тока		АС: 10 А; DC: 10 А
Полное входное сопротивление		10 МОм
Параметры измерений
Напряжение, В	АС	6 / 60 / 600
	DC	60 мВ / 600 мВ / 6 / 60 / 600 / 800
Ток, А	АС	60 мА / 600 мА / 10
	DC	60 мА / 600 мА / 10
Сопротивление		600 Ом / 6 кОм / 60 кОм / 600 кОм / 6 МОм / 60 МОм
Емкость		40 нФ / 400 нФ / 4 мкФ / 40 мкФ / 400 мкФ
Проверка диодов		0 – 2 В
Прозвонка цепи		< 30 Ом

Щупы цифрового мультиметра

Измерительные щупы цифрового мультиметра рассчитаны на напряжение до 1000 В. Провода щупов – эластичны.

Комплектация портативного цифрового осциллографа Hantek DSO1060

• Модуль измерительного прибора Hantek DSO1060
• Аккумуляторная батарея
• Сумка
• 2 щупа для осциллографа
• 2 измерительные щупа для мультиметра
• Зарядное устройство
• USB-кабель для связи с компьютером
• Инструкция на английском языке
• Диск с ПО

Итоги

Итак, что же собой представляет цифровой измерительный прибор Hantek DSO1060? Во-первых, это вполне полноценный двухканальный цифровой осциллограф со стандартным набором самых необходимых функций: регистрации сигналов, автоматических измерений, математических вычислений и др. Во-вторых, это цифровой мультиметр. В этой модели условие оптимального соотношения частоты дискретизации с полосой пропускания соблюдается только для работы в одноканальном режиме. В двухканальном режиме при измерении сигналов частотой выше 35 МГц, возможно появление шумов.

Портативный цифровой мультиметр Hantek DSO1060 предназначен для оперативного решения задач проверки и поиска неисправностей в приводах двигателей постоянного и переменного тока, датчиках и исполнительных механизмах, линиях электропитания, трансформаторах и преобразователях, линейных и импульсных схемах управления и контроля.

Управление меню Hantek DSO1060 простое, правда, язык только английский.

Корпус цифрового осциллографа стойкий к ударам, по периметру обтянут резиновым ободом. Для переноса и хранения комплектации есть сумка.

Портативный цифровой осциллограф обладает более компактными размерами по сравнению со стационарным осциллографом. При этом он сохраняет функциональность и опции полноценного осциллографа.

Аккумуляторная батарея обеспечивает шестичасовую автономную работу портативного осциллографа.

На рынке портативные цифровые осциллографы Hantek смело конкурируют с измерительными приборами такого производителя как Fluke за счет более низкой цены и неплохих параметров.

Понимание и измерение частотной характеристики осциллографа

Частотная характеристика определяется как:

Мера эффективности, с которой цепь, устройство или система передает различные частоты, приложенные к ней. Это вектор, величина которого является отношением амплитуды выходного сигнала к величине входного синусоидального сигнала, а фаза которого соответствует фазе выхода по отношению к входу.

Кривые частотной характеристики используются в качестве меры производительности или качества осциллографа.Частотная характеристика осциллографа важна, и ее следует понимать при покупке, потому что чем ровнее частотная характеристика, тем точнее осциллограф будет отображать измеряемый сигнал.

Это означает большую повторяемость и точность измерений. В результате осциллографы стремятся достичь «плоского» отклика, и поставщики часто используют цифровую обработку сигналов (DSP) для повышения равномерности отклика своего оборудования. Обычно поставщики осциллографов не указывают свои частотные характеристики, но отклик можно измерить, или вы можете запросить эти данные у поставщика осциллографа (они часто удовлетворяют такие запросы).

Частотная характеристика осциллографа обычно характеризуется величиной отклика системы (измеряется в децибелах) и фазой (измеряется в радианах) в зависимости от частоты. Существует несколько различных методов измерения частотной характеристики системы. В этой статье мы сосредоточимся на методе, который производители осциллографов используют для определения своих измерений – просто прогоните чистый тон с постоянной амплитудой по всему частотному диапазону осциллографа и измерьте выходной уровень и фазовый сдвиг относительно входа.

В дополнение к множеству методов, используемых для измерения отклика, есть два способа построения частотного отклика (график Боде или график Найквиста). В этой статье основное внимание уделяется сюжету Боде. Плоская частотная характеристика (идеально подходит для осциллографов) означает, что график остается около 0 (дБ или рад) до тех пор, пока не будет достигнута высокая частота осциллографа. Любая

График Боде фильтра с использованием осциллографа и генератора функций

График Боде – это метод графического отображения частотной характеристики системы или тестируемого устройства (DUT).Обычно амплитуда и фазовая характеристика устройства строятся относительно частоты с использованием общей горизонтальной оси частот, как показано в примере ниже:

Отображая информацию о величине и фазе на одном графике, вы можете оценить некоторые из основных качеств тестируемого устройства. Функциональный генератор и осциллограф можно использовать для ручного сбора и сравнения данных фазы и амплитуды для данного устройства, но это может быть утомительным и трудоемким.

В этом примечании к применению мы собираемся охарактеризовать частотную характеристику фильтра нижних частот, используя бесплатную автоматическую функцию графика Боде SIGLENT SDS10004X-E (если быть точным, SDS1204X-E) и сигнал произвольной формы SIGLENT SDG6000X Series (SDG6052X). генератор. Этот автоматический контроль обеспечивает простой и понятный путь к определению характеристик устройств.

Функция Боде также присутствует в осциллографах серий SDS1104X-E, SDS1204X-E, SDS2000X-E, SDS2000X Plus и SDS5000X.

Также есть видео по этой теме:

Видео с сюжетом Боде

Давайте посмотрим на необходимое оборудование.

Оборудование:

• Кол-во 1 Четырехканальный осциллограф серии SIGLENT SDS1004X-E. В этой заметке мы будем использовать версию на 200 МГц (SDS1204X-E). Важно помнить, что максимальная полоса пропускания осциллографа превышает максимальную частоту, которую мы хотим измерить. Помните, что максимальная частота, показанная в таблице данных осциллографа, обычно составляет 3 дБ!

• Кол-во 1 функциональный генератор серии SIGLENT SDG.В этой заметке мы используем SDG6052X с тактовой частотой 500 МГц, но любая серия SDG (серия 800/1000, 1X, 2X, 6X) может обмениваться данными через USB-кабель с четырехканальными осциллографами серии SDS1004X-E. Просто убедитесь, что максимальная выходная частота синусоидальной волны соответствует требованиям вашего тестируемого устройства или превышает их. Обратите внимание, мы также можем использовать внешний генератор функций X-E (номер детали SAG1021). Он может обеспечивать синусоидальные волны до 25 МГц и может также использоваться для построения графиков Боде.

ПРИМЕЧАНИЕ: SAG1021 имеет только 1 выход и требует BNC «T» для создания прямых и сквозных соединений с осциллографом.

• Кол-во 1 USB-кабель: для связи между генератором и осциллографом

• Кол-во 2 клеммы BNC на 50 Ом: Согласование импеданса ИУ (50 Ом) с высокоомными входами осциллографа (модели X-E не имеют входов 50 Ом):

• Кол-во 3 коаксиальных кабеля BNC: подключите выход SDG к тестируемому устройству и осциллографу

• Qty 1 DUT (Тестируемое устройство): Мы собираемся протестировать фильтр нижних частот 50 Ом 30 МГц:

Подключения:

В этом измерении мы хотим увидеть, как ИУ влияет на амплитуду и фазу известного сигнала.Один из методов достижения этого заключается в получении двух чистых синусоидальных волн с одинаковыми значениями амплитуды и начальной фазы. Один из сигналов подключается напрямую к входу осциллографа («управляющий» или «прямой» сигнал). Второй выход (идентичный первому) проходит через тестируемое устройство, а затем в осциллограф. ИУ может влиять на амплитуду и фазу сигнала. Мы можем легко сравнить два сигнала, используя измерения, выполненные осциллографом, и построить график изменения амплитуды и фазы относительно частоты входного сигнала.

Вот упрощенная схема методики испытаний:

Физические подключения:

• Подключите выход канала 2 генератора серии SDG X> кабель BNC> терминатор BNC 50 Ом> вход канала 2 осциллографа SDS1204X-E
• Подключите выход канала 3 генератора SDG серии X> соответствующий кабель> вход DUT
• Выход DUT> соответствующий кабель> BNC, 50 Ом> SDS1204X-E Осциллограф, вход Ch3

Вот увеличенное изображение терминаторов 50 Ом на прицеле:

• Генератор SDG серии X> USB-кабель> SDS1204X-E Осциллограф USB-управление (подойдет USB-порт на передней или задней панели).Сзади, как показано ниже)

Вот изображение после завершения подключений (ПРИМЕЧАНИЕ: USB-кабель между приборами скрыт):

Настройка и запуск:

Во-первых, давайте настроим генератор так, чтобы каналы Ch2 и Ch3 были идентичными сигналами и запускались одновременно. Генераторы серии SIGLENT SDG X имеют удобную функцию отслеживания, которая заставляет настройки и действия на канале 2 отражаться на канале 3.

Чтобы включить отслеживание:

1. Нажмите Utility> CH Copy Coupling (Страница 1/3)

2.Установить отслеживание> ВКЛ

Теперь мы можем вернуться к осциллографу, настроить параметры развертки и запустить тест.

1. На передней панели осциллографа нажмите Utility> и стрелку вниз, пока не дойдете до страницы 2> Select Bode Plot

Откроется меню графика Боде:

2. Нажмите Configure, чтобы открыть настройки генератора (AWG) и параметры развертки:

3.Нажмите AWG, чтобы установить амплитуду сигнала и ожидаемое сопротивление нагрузки устройства. Нажмите стрелку назад, чтобы вернуться к экрану настройки.

4. Нажмите Sweep, чтобы открыть меню Sweep. Здесь вы можете установить режим, частоту начала / конца развертки и разрешение:

Чтобы установить начальную и конечную частоты, нажмите соответствующую программную клавишу (Старт или Стоп).

Вы можете изменить входное значение, вращая ручку интенсивности.

Как вариант, вы можете нажать ручку регулировки интенсивности, чтобы отобразить клавиатуру единиц измерения.

Теперь поверните ручку, чтобы выделить символ или отряд, и нажмите ручку, чтобы ввести:

6. Нажмите стрелку назад, чтобы вернуться к экрану настройки.

7. Теперь подтвердите подключение каналов, нажав Channel:

.

Здесь вы можете видеть, что у нас есть вход DUT (прямой сигнал от генератора), подключенный к каналу 1 осциллографа. Осциллограф Ch3 подключен к выходу DUT (сквозное соединение).

8. Стрелка назад дважды, чтобы перейти к экрану графика Боде. Теперь вы можете установить Operation = ON для запуска теста:

• Выходы генератора должны быть включены, и значения частоты начнут изменяться по мере того, как генератор выполняет развертку выхода
• Осциллограф начнет строить график зависимости амплитуды и фазы от частоты, как показано (так как мы выбрали вход осциллографа Ch3, фаза темно-розового цвета. Амплитуда светло-розового цвета. Данные с канала 2 имеют оттенки желтого.Данные Ch4 имеют оттенки синего. Данные Ch5 имеют оттенки зеленого):

По мере сбора данных диапазон может изменяться.

Наконец, развертка завершена … мы можем видеть данные от начальной до конечной частоты:

Теперь вы можете распечатать изображение дисплея или открыть таблицу списка, чтобы увидеть каждую точку данных, нажав Data:

В меню «Данные» можно включить просмотр списка:

И пролистайте каждую точку данных:

Отсюда вы можете использовать прокрутку и курсоры для поиска отдельных точек данных, быстрой печати отображаемых изображений на USB и сохранения данных CSV на USB с помощью функции сохранения.

Временная область:

В начале этой заметки мы кратко объяснили, что вы можете вручную собирать информацию об амплитуде и фазе.

Вот несколько кадров осциллографа, снятых вручную при развертке и измерении прямого (канал 2 / желтый) и сквозных сигналов (канал 3 / розовый):

1 МГц:

20 МГц (обратите внимание на изменение амплитуды и фазы):

30 МГц:

40 МГц:

Наконец, мы видим 50 МГц.. и сквозной сигнал (через фильтр) сильно ослаблен.

Влияние частотной характеристики осциллографа на точность времени нарастания

Страна или регион * –Выберите – United StatesUnited KingdomCanadaIndiaNetherlandsAustraliaSouth AfricaFranceGermanySingaporeSwedenBrazilAfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrit / Индийский океан Terr.Бруней-ДаруссаламБолгарияБуркина-ФасоБурундиКамбоджаКамерунКанарские островаКапо-ВердеКаймановы островаЦентральноафриканская РеспубликаЧадЧилиКитайОстров РождестваКокос (Килинг) островаКолумбияКоморские островаКонгоКонго, The Dem. Республика OfCook IslandsCosta RicaCôte d’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный Terr.GabonGambiaGeorgiaGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard / McDonald ISL,.HondurasHong Kong, ChinaHungaryIcelandIndonesiaIranIraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea (Северная) Корея (Южная) KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarN. Марьяна Isls.NamibiaNauruNepalNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorwayOmanPakistanPalauPalestinian край, OccupiedPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSamoaSan MarinoSao Фолиант / PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbia и MontenegroSerbiaMontenegroSeychellesSierra LeoneSlovak RepublicSloveniaSolomon IslandsSomaliaSpainSri LankaSt.Елена Пьер и Микелон Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard / Ян Майен Isls.SwazilandSwitzerlandSyriaTaiwan, ChinaTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks / Кайкос Isls.TuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUS Экваторияльная Is.UruguayUzbekistanVanuatuVatican CityVenezuelaViet NamVirgin острова (Британские) Виргинские острова поле (США) Уоллис / Футуна Isls.Western SaharaYemenZambiaZimbabweRequired

Как оценить осциллографы для вашего приложения

Частота дискретизации

Частота дискретизации указывается в отсчетах в секунду (S / s).Он определяет, как часто цифровой осциллограф делает снимок или выборку сигнала, аналогично кадрам в фильме. Чем быстрее осциллограф производит выборку (т. Е. Чем выше частота дискретизации), тем выше разрешение и детализация отображаемой формы сигнала и тем меньше вероятность потери важной информации или событий (рисунок 48).

Рисунок 48 : Более высокая частота дискретизации обеспечивает большее разрешение сигнала, гарантируя, что вы будете видеть прерывистые события.

Минимальная частота дискретизации также может быть важна, если вам нужно смотреть на медленно меняющиеся сигналы в течение более длительных периодов времени.Обычно отображаемая частота дискретизации изменяется вместе с изменениями, внесенными в элемент управления горизонтальной шкалой, чтобы поддерживать постоянное количество точек сигнала в отображаемой записи сигнала.

Как рассчитать требуемую частоту дискретизации? Метод различается в зависимости от типа измеряемого сигнала и метода восстановления сигнала, используемого осциллографом.

Чтобы точно восстановить сигнал и избежать наложения спектров, теорема Найквиста утверждает, что сигнал должен быть дискретизирован, по крайней мере, в два раза быстрее, чем его самая высокочастотная составляющая.Эта теорема, однако, предполагает бесконечную длину записи и непрерывный сигнал. Поскольку ни один осциллограф не предлагает бесконечную длину записи и, по определению, глитчи не являются непрерывными, выборки только с удвоенной частотой самой высокочастотной составляющей обычно недостаточно.

В действительности точное восстановление сигнала зависит как от частоты дискретизации, так и от метода интерполяции, используемого для заполнения промежутков между выборками. Некоторые осциллографы позволяют выбрать либо интерполяцию sin (x) / x для измерения синусоидальных сигналов, либо линейную интерполяцию для прямоугольных сигналов, импульсов и других типов сигналов.

Для точного восстановления с использованием интерполяции sin (x) / x ваш осциллограф должен иметь частоту дискретизации, по крайней мере, в 2,5 раза превышающую самую высокую частотную составляющую вашего сигнала. При использовании линейной интерполяции частота дискретизации должна быть как минимум в 10 раз выше самой высокой частотной составляющей сигнала.

Некоторые измерительные системы с частотой дискретизации до 10 Гвыб / с и полосой пропускания до 3+ ГГц оптимизированы для регистрации очень быстрых, однократных и переходных событий за счет передискретизации до 5 раз превышающей ширину полосы.

Анализатор частотной характеристики

и осциллограф 7-в-1

Автоматический анализатор частотной характеристики

• Параметры: усиление, фаза и импеданс
• Диапазон частот: от 1 Гц до 150 МГц
• Узкополосный фильтр для точных измерений
• Оптимальная регулировка диапазона для каждого измерения
• Разрешение по частоте: 1 Гц
• Динамические характеристики: 100 дБ
• Развертка: логарифмическая и линейная
• Точность: 0.02 дБ, 0,02 ^o (при 1 кГц)
• Муфта: AC, DC
• Интуитивно понятный графический интерфейс

Осциллограф / анализатор спектра / регистратор данных

• 2 канала
• Полоса пропускания аналогового входа 1 ГГц
• Эффективная частота дискретизации 100 Гвыб / с, реальная частота дискретизации 250 МГц (125 МГц / канал)
• Время нарастания: 500 пс
• 1 нСм до 365 дней / деление (регистратор данных)
• от ± 20 мВ до ± 20 В (10x зонд), от ± 2 мВ до ± 2 В (1x зонд)
• 10-битный АЦП
• Длина записи данных 1 мегабайт

Генератор сигналов произвольной формы

• Выходная частота от 10 мГц до 150 МГц
• Частота дискретизации 400 МГц (синусоида), частота дискретизации 100 МГц (другие сигналы)
• 64 КБ (с опциями до 1 мегабайта) Длина сигнала ОЗУ
• 12-битный ЦАП и программируемый аналоговый фильтр для плавного вывода
• +3.Выходной диапазон 5 В (7 В размах)
• Более 25 стандартных функций
• формат данных txt и csv
• Мощный DSP: 12 расширенных возможностей управления окнами, фильтрацией, математикой и от руки
• Простая генерация сигналов с помощью точки, линии, пера, копирования и вставки и т. Д.

Логический анализатор

• Тактовая частота 200 МГц
• 16 каналов, буферная память 16 X 512 КБ
• Анализатор протокола: SPI, Quad SPI, I2C, SIM, RS232, 1-Wire
• Автоматический, нормальный, режимы однократного срабатывания
• Внешние / внутренние часы

Генератор шаблонов

• Диапазон частот от 1 мГц до 100 МГц
• 16 X 512 КБ длина шаблона
• Анализатор протокола: SPI, Quad SPI, I2C, SIM, RS232, 1-Wire
• Линейные, текстовые, математические редакторы
• Внешние / внутренние часы

Частотомер и фазомер

• Диапазон частот: от 10 Гц до 1 ГГц
• Разрешение по частоте: 0.1 Гц
• Точность частоты: 25 ppm (10 ppm опционально)
• Относительная частота: 0,01 ppm

Другое

• Пользовательский API для управления всеми функциями
• Внешний источник питания не требуется
• Интуитивно понятное прикладное программное обеспечение с набором функций
• Размер: 3X5 дюймов, 7,5X12,5 см – Вес: 11 унций, 300 г

SF880 Описание видео

Первое впечатление о SF880 профессора Шмуэля Бен-Яакова

Описание продукта

Analog Arts SF880 – это полноценный испытательный прибор «8 в 1» с питанием от USB.SF880 включает в себя осциллограф, анализатор частотной характеристики, анализатор спектра, регистратор данных, генератор функций AWG, измеритель частоты и фазы, логический анализатор и генератор шаблонов. Это компактное устройство было разработано для профессионалов с ограниченным бюджетом. Звукорежиссеры, системные инженеры и исследователи также могут извлечь выгоду из многих функций инструментов. Осциллограф предлагает полосу пропускания 1 ГГц и реальную частоту дискретизации до 250 МГц (125 МГц на канал) с эффективной частотой дискретизации 100 ГГц.Анализатор частотной характеристики выполняет импеданс, а также анализ усиления и фазы для частот от 1 миллигерца до 15 МГц с динамическим диапазоном лучше 100 дБ в звуковом диапазоне. Для достижения беспрецедентной производительности в продукте используется собственный узкополосный фильтр, а также алгоритм автоматической регулировки диапазона для каждого измерения. AWG генерирует более 25 стандартных функций с частотами до 150 МГц. Сигналы произвольной формы также могут быть сгенерированы с частотой дискретизации от 1 до 100 МГц и глубиной памяти от 1 до 64 КБ.Его графический редактор позволяет без проблем генерировать любой сигнал. Логический анализатор и генератор шаблонов SF880 имеют полный анализатор протокола, мощный редактор генератора шаблонов и интуитивно понятный интерфейс. Чтобы изучить некоторые функции продукта, установите демонстрационное программное обеспечение и просмотрите подробные видеоуроки.

Сопутствующие материалы

Приложения

• Коэффициент усиления и фазовый анализ источника питания
• Разработка и испытание электронного фильтра
• Тест динамика и усилителя
• Анализ механической вибрации
• Анализ электромеханического контура управления
• Разработка сбора данных

Анализатор частотной характеристики | Осциллографы смешанных сигналов с интерфейсом USB Cleverscope

Панель управления анализатора частотной характеристики (FRA) позволяет стимулировать и измерять частотную характеристику двух сетей портов, таких как источники питания, фильтры, усилители мощности звука, плоскости питания, трансформаторы, сервоусилители и физические системы.Вы можете использовать его для измерения импеданса, фазы, емкости, индуктивности, Resr и коэффициента качества / коэффициента рассеяния компонентов или сетей. Мы также включаем специальные функции блока питания для измерения рабочих характеристик блока питания. Вы можете измерить усиление / фазу (с автоматическим контролем амплитуды сигнала), входное сопротивление, выходное сопротивление и PSRR в зависимости от частоты.

Ознакомьтесь с туром по измерению импеданса, чтобы познакомиться с использованием системы FRA.

Изолированный генератор сигналов CS701 особенно полезен для стимулирования действующих контуров обратной связи, не связанных с землей.Он имеет низкую емкость относительно земли шасси (16 пФ) и генерирует от постоянного тока до 65 МГц. Вы можете повысить универсальность, используя усилитель мощности CS1070. Он имеет полосу пропускания 50 МГц, выход 1 А, размах выходного напряжения от -20 В до + 30 В и может использоваться для измерения PSRR, входного и выходного импеданса, а также для смещения конденсатора смещения постоянного тока до 30 В.

Если вы проектируете или проверяете системы обратной связи, такие как источники питания, усилители мощности звука, сервоусилители и системы физического позиционирования, очень полезно измерить характеристику усиления / фазы контура обратной связи.Вы можете использовать запас по фазе как меру стабильности. Значения 50-60 градусов представляют собой оптимальную реакцию на скачкообразное изменение нагрузки или сигнала без колебаний или вялости. FRA использует изолированный генератор синусоидальной волны CS701 для стимуляции петли обратной связи на выходе источника питания или усилителя – именно там, где должна быть приложена нагрузка. Вам не нужен инжекционный трансформатор, как в более традиционных подходах, что означает, что вы получаете работу от постоянного тока до 65 МГц, без искажений от трансформатора и более низкую стоимость.Используя CS328A-FRA, вы можете построить и визуализировать стабильность и переходные характеристики в действующей системе. Обратите внимание, что возможность FRA встроена во все наши продукты для захвата. Однако вы получите наилучшую производительность при использовании изолированного генератора сигналов CS701.

Изолированный CS701 с среднеквадратичным значением 300 В может безопасно использоваться в системах с питанием от сети, а возможность смещения +/- 24 В постоянного тока на входе CS328A-FRA означает, что вы можете измерить отклик на постоянный ток в источниках питания до + / -24В. Для источников питания с более высоким напряжением используйте связь по переменному току.

Панель управления FRA позволяет легко настроить все в одном месте – вам не нужно знать, как использовать остальную часть системы Cleverscope. Используя панель управления FRA, вы можете полностью оценить переходную характеристику трансформатора, индуктивность первичной и вторичной обмоток, индуктивность рассеяния и межобмоточную емкость в зависимости от частоты. Используя смещение постоянного тока, вы можете проверить насыщенность и чувствительность по постоянному току. Вам не нужно покупать дорогой сетевой анализатор, потому что Cleverscope FRA сделает все это за вас в диапазоне частот 0-65 МГц!

Щелкните Руководство FRA, чтобы загрузить главу FRA из Руководства Cleverscope

Почему бы не ознакомиться с нашим техническим документом Cleverscope FRA о реакции источника питания.Также посмотрите эти видео:

Измерительные керамические конденсаторы с низким сопротивлением

Мы используем систему Cleverscope FRA и изготовленное вручную приспособление для измерения кривой импеданса / частоты для керамического конденсатора с низким сопротивлением 22 мкФ. Рассмотрим его применение в фильтрации источников питания.

Измерение составного емкостного импеданса

Следуя измерениям конденсатора 22 мкФ, мы добавляем параллельно полимерный электролитический конденсатор Wurth 330 мкФ и смотрим на полученные импеданс и Resr.

Коэффициент усиления / фаза блока питания

Используйте анализатор частотной характеристики Cleverscope для измерения коэффициента усиления / фазы источника питания. В этом видео показано, как подключить CS328A-FRA для измерения коэффициента усиления / фазы LTC3589 в диапазоне частот 20 Гц – 1 МГц.

Отклик фильтра

Используйте анализатор частотной характеристики Cleverscope для измерения коэффициента усиления / фазовой характеристики полосового фильтра Minicircuits BBP-30 +.

Коэффициент отклонения блока питания

Используйте анализатор частотной характеристики Cleverscope для измерения коэффициента отклонения источника питания (PSRR) источника питания с усилителем мощности CS1070.

Входное сопротивление

Используйте анализатор частотной характеристики Cleverscope для измерения входного сопротивления источника питания с усилителем мощности CS1070.

Как сохранить точки данных FRA в текстовый файл

Используйте анализатор частотной характеристики Cleverscope, чтобы измерить, а затем сохранить точки данных FRA в текстовый файл для анализа с помощью внешней программы, такой как Excel или Matlab. Мы также покажем, как можно использовать AddRef для просмотра семейства захваченных кривых.

Калибровка приспособления BNC

Процедура калибровки приспособления FRA BNC исправляет ошибки амплитуды, усиления и фазы, вносимые испытательным приспособлением.

Семейство кривых

Вы можете использовать команду сохранения «AddRef», чтобы создать семейство кривых, а затем обойти их и выполнить дальнейшие измерения по мере необходимости.

Выходное сопротивление

Используйте анализатор частотной характеристики Cleverscope для измерения низких сопротивлений (1 мОм – 20 Ом), в том числе на источниках питания под напряжением.

Осциллографы

---

3-L-076: Осциллографы

---

3-76Л1: Что используется для уменьшения нагрузки на схему при использовании осциллографа?

Делительный щуп 10: 1.

Усилители с двумя входами.

Индуктивный зонд.

Резистивный зонд.

---

3-76L2: Чем анализатор спектра отличается от обычного осциллографа?

Осциллограф используется для отображения электрических сигналов во временной области, а анализатор спектра используется для отображения электрических сигналов в частотной области.

Осциллограф используется для отображения электрических сигналов, а анализатор спектра используется для измерения ионосферного отражения.

Осциллограф используется для отображения электрических сигналов в частотной области, а анализатор спектра используется для отображения электрических сигналов во временной области.

Осциллограф используется для отображения звуковых частот, а анализатор спектра используется для отображения радиочастот.

---

3-76Л3: Какой каскад определяет максимальную АЧХ осциллографа?

Вертикальный усилитель.

Временная база.

Горизонтальная развертка.

Источник питания.

---

3-76Л4: Какие факторы ограничивают точность, частотную характеристику и стабильность осциллографа?

Качество генератора развертки и полоса пропускания усилителя отклонения.

Приращения напряжения на поверхности трубки и напряжения усилителя отклонения.

Качество генератора развертки и приращения напряжения на торцевой стороне лампы.

Приращения выходного сопротивления усилителя отклонения и частоты на поверхности трубки.

---

3-76Л5: Осциллограф можно использовать для выполнения всего следующего, за исключением:

Измерьте скорость света с помощью светодиода.

Измерьте поток электронов с помощью резистора.

Измерьте разность фаз между двумя сигналами.