Как измерить напряжение осциллографом: Измерения осциллографом

Измерения осциллографом

Измерения осциллографом, как пользоваться осциллографом

Осциллограф — это эффективный современный прибор, предназначенный для измерения частотных параметров электрического тока во времени и позволяющий отображать их в графическом виде на мониторе, либо фиксировать их с помощью самопишущих устройств. Он позволяет измерять такие характеристики электрического тока внутри цепи, как его сила, напряжение, частота и угол фазового сдвига.

Зачем нужен

осциллограф?

Нет лаборатории, которая смогла бы функционировать долго без

измерительных приборов или источников сигналов, токов и напряжения. Если же в планах заняться проектированием или созданием высокочастотных устройств (особенно серьёзной вычислительной техники, скажем, инверторных блоков питания), тогда осциллограф — это отнюдь не роскошь, а необходимость.

Особенно же хорош он тем, что помогает визуально определить форму у сигнала. Чаще всего именно такая форма хорошо показывает, что именно происходит в измеряемой цепи.

Центром всяких осциллографов выступает электронно-лучевая трубка. Можно сказать, что она вроде радиолампы, внутри, соответственно, вакуум.

Катод осуществляет выброс электронов. Установленная фокусирующая система создаёт тоненький луч из излучаемых заряженных частиц. Специальный слой люминофора покрывает весь экран внутри. Под воздействием заряженного пучка электронов возникает свечение. Наблюдая снаружи, можно заметить по центру светящуюся точку. Лучевая трубка укомплектована двумя парами пластин, которые управляют созданным таким образом лучом. Работа электронного луча осуществляется в направлениях, находящихся перпендикулярно. В итоге получаются две управляющие системы, которые создают на экране синусоиду, в которой вертикаль обозначает величину напряжения, а горизонталь — период времени. Таким образом, можно наблюдать параметры поданного на прибор напряжения в определённых временных промежутках.

В зависимости от типа подаваемого на осциллограф сигнала с его помощью возможно измерение не только параметров напряжения, но и других величин того или иного тестируемого агрегата.

Какими они бывают

В настоящее время распространены осциллографы двух типов — аналоговый и

цифровой (последний отличается большим удобством, расширенными функциями и зачастую более точен). Оба они работают по одинаковому принципу, и указанные ниже способы измерения физических величин могут применяться на любых моделях этого прибора.

Правильное подключение

При проведении измерений важно правильное подключение прибора к измеряемому участку цепи. Осциллограф имеет два выхода с подключаемыми к ним клеммами или щупами. Одна клемма — фазовая, она соединена с усилителем вертикального отклонения луча. Другая — земля, соединенная с корпусом прибора. На большинстве современных приборов фазовый провод заканчивается щупом либо миниатюрным зажимом, а земля — небольшим зажимом типа «крокодил» (см. фото)

На осциллографах советского производства и некоторых российских моделях оба щупа одинаковы, различить их можно либо по значку «земля» на соответствующем проводе, либо по длине — фазовый провод короче. Подключаются они к входам осциллографа, как правило, стандартным штекером (см. рисунок)

Если маркировка отсутствует, а по внешним признакам выяснить, где какой щуп, не удалось, то проводят простой тест. Одной рукой дотрагиваются до одного щупа, при этом другую руку держат в воздухе, не прикасаясь ни к чему. Если этот щуп идет на фазовый вход, то на мониторе появятся заметные помехи (см. рисунок). Они представляют собой значительно искаженную синусоиду с частотой 50 Герц. Если щуп идет к «земле», то монитор останется без изменений.

При подключении осциллографа на измеряемый участок цепи, не имеющий общего провода, щуп «земля» может быть подключен к каждой из измеряемых точек. Если общий провод имеется (это точка, соединенная с корпусом прибора либо заземленная и условно имеющая «нулевой» потенциал), то «землю» предпочтительнее подключать к ней. Если этого не сделать, то точность измерений сильно упадет (в некоторых случаях такие измерения окажутся очень далеки от истинных значений и доверять им будет нельзя).

Измерение напряжения осциллографом

За основу измерения напряжения берется известное значение вертикального масштаба. Перед началом измерений надлежит закоротить оба щупа прибора либо переключить регулятор входа в положение. Нагляднее см. следующую картинку.

После чего рукояткой вертикальной регулировки надлежит выставить линию развертки на горизонтальную ось экрана, чтобы можно было корректно определять высоту.
После этого прибор подключается на измеряемый участок цепи и на мониторе появляется график. Теперь остается только посчитать высоту графика от горизонтальной линии и умножить на масштаб. Например, если на ниже приведенном графике одну клетку считать за 1 вольт (соответственно, она разбита на штриховые деления в 0,2, 0,4, 0,6, и 0,8 вольт), то получаем общее напряжение в 1,4 вольта. Если бы цена деления была 2 вольта, то напряжение бы равнялось 2,8 вольт и так далее…

Выставление нужного масштаба осуществляется вращением специальных ручек настройки.

Определение силы тока

Для узнавания силы тока в цепи с помощью осциллографа в нее последовательно включают резистор, имеющий значительно меньшее сопротивление, чем сама цепь (такое, чтобы он практически не влиял на ее исправную работу).

После этого производят измерение напряжения по принципу, указанному выше. Зная номинальное сопротивление резистора и общее напряжение в цепи несложно, пользуясь законом Ома, рассчитать силу тока.

Измерение частоты с помощью осциллографа

Прибор позволяет успешно измерять частоту сигнала, исходя из его периода. Частота находится в прямо пропорциональной зависимости от периода и рассчитывается по формуле f=1/T, там f — частота, Т — период.

Перед измерением линию развертки совмещают с центральной горизонтальной осью прибора. При проведении измерений осциллограф подключают в исследуемую сеть и наблюдают на экране график.

Для большего удобства, используя ручки горизонтальной настройки, совмещают точку начала периода с одной из вертикальных линий на экране осциллографа. Успешно посчитав количество делений, которое составляет период, следует умножить его на величину скорости развертки.

Рассмотрим на конкретном примере подробнее. Например, период составляет 2,6 делений, развертка — 100 микросекунд/деление. Умножая их, получаем величину периода равную 260 микросекунд (260*10-6 секунд).

Зная период, рассчитываем частоту по формуле f=1/T, в нашем случае частота примерно равна 3,8 кГц.

Измерение сдвига фаз

Сдвиг фаз — это величина, указывающая взаимное положение двух колебательных процессов  в течение времени.

Измерение его производят не в секундах, а в долях периода (Т) сигнала. Достичь максимальной точности измерений этого показателя возможно в том случае, если период растянут масштабированием на весь экран.
В современном цифровом осциллографе абсолютно каждый из сигналов имеет свой цвет, что очень удобно при измерениях. В старых же аналоговых вариантах их яркость и цвет, к сожалению, одинаковы, поэтому для большего удобства следует сделать их амплитуду различной. Подготовка измерения сдвига фаз требует точных подготовительных операций.
Первое, что нужно сделать — не подключая прибор к измеряемой цепи, установить ручками вертикальной настройки линии развертки обоих каналов на центральную ось экрана. Затем ручками настройки усиления каналов вертикального отклонения (плавно и ступенчато) 1-й сигнал устанавливается с большей амплитудой, а второй — с меньшей. Ручками регулирования скорости развертки ее величина устанавливается такой, чтобы оба сигнала на экране имели примерно одинаковый период. После этого, регулируя уровень синхронизации, совмещают начало графика напряжения с осью времени. Ручкой горизонтальной настройки устанавливают начало графика напряжения в крайней налево вертикальной линии. Затем ручками регулировки скорости развертки добиваются того, чтобы конец период графика напряжения совпадал с крайней направо вертикальной линией сетки монитора.
Все эти подготовительные операции производят по порядку до тех пор, пока график периода напряжения не растянется на экран полностью. При этом он должен начинаться и заканчиваться в линиях развертки (см. рисунок).

После завершения подготовительного этапа следует выяснить, какой из параметров опережает другой — сила тока или напряжение. Величина, начальная точка периода которой начинается раньше во времени, является опережающей, и наоборот. Если опережающим является напряжение, то параметр угла сдвига фаз будет положительным, если сила тока — отрицательным. Углом сдвига фаз (по модулю) является дистанция между началами и концами периодов сигналов в величине сетки делений монитора. Он рассчитывается по такой формуле:

В ней величина N — это количество клеток сетки, которые занимает один период, а α — количество делений между началами периодов.
Если графики периодов силы тока и напряжения имеют общие начальную и конечную точки, то угол сдвига фаз равняется нолю.
При ремонте радиоаппаратуры поиск неисправностей ведут, измеряя осциллографом обозначенные выше параметры на отдельных участках электронной цепи или у конкретных электронных компонентов (например, микросхем). Затем их сравнивают с указанными в технологических каталогах величинах, стандартных для этих компонентов, после чего и делают выводы о безошибочной работе или неисправности того или иного элемента цепи.

Если статья была вам полезна, поделитесь ею, пожалуйста, в соц.сетях, воспользовавшись кнопками внизу страницы!

Заходите на мой

канал в YouTube и в группы «Телемастерская» в Одноклассниках и «Самоделкин» ВКонтакте!

Всем успехов!

 

Задание 4 Измерение напряжения с помощью осциллографа

Зная чувствительность трубки, можно измерять напряжение, подаваемое на пластины, т. е. пользоваться осциллографом как вольтметром:.

Следует, однако, помнить, что чувствительность определена с помощью вольтметра, проградуированного в эффективных значениях, и напряжение, рассчитанное по формуле, тоже является эффективным (или действующим). Для измерения амплитудного значения напряжения следует пользоваться источником постоянного тока, или источником переменного тока, отключив при этом развертку.

1. Подайте на пластины «Y» напряжение с регулируемого выхода генератора сигналов звуковой частоты частотой  50 Гц .

2. Определите эффективное значение напряжения. Сравните полученное значение с показаниями вольтметра, подсоединив его к генератору сигналов звуковой частоты, отсоединив предварительно осциллограф, не изменяя при этом положения ручки «уровень сигнала». Измерьте эффективное значение напряжения при другом положении ручки «уровень сигнала» генератора сигналов звуковой частоты.

3. Измерение амплитуды исследуемого сигнала производится следующим образом:

4. ручками «↕» и «↔» выведите изображение сигнала на середину экрана;

5. установите ручку ПЛАВНО в положение КАЛИБР;

6. выберите положение переключателя ВОЛЬТ/ДЕЛ таким, чтобы размер исследуемого сигнала был наибольшим в пределах рабочей части экрана; ручками «↔» и «↕» совместить верхний или нижний уровень сигнала с одной из линий шкалы экрана так, чтобы было удобно проводить измерения;

7. Для уменьшения погрешности за счет ширины линии луча измерения проводите по верхнему или по нижнему краю линии изображения.

8. Амплитуду исследуемого сигнала определите, как произведение выбранного значения коэффициента отклонения (положение переключателя ВОЛЬТ/ДЕЛ) на измеренную величину сигнала в делениях.

9. При работе с делителем «1:10» полученный результат нужно умножить на 10. При исследовании сигналов частотой более 2 МГц устанавливайте размер изображения по вертикали не более 5 делений.

10. При измерении величины напряжения постоянного тока переключатель (16) установите в положение «≃». Величину поданного на вход напряжения определите как произведение установленного значения коэффициента отклонения на величину отклонения линии луча (в делениях шкалы ЭЛТ). При этом смещение луча вверх относительно первоначального положения свидетельствует о подаче на вход прибора положительного напряжения, а вниз – отрицательного.

При измерении прибором амплитуд исследуемых сигналов пользуйтесь следующими рекомендациями:

– совместите ручками ” ↕ ” и “ ↔ ” сигнал с делениями шкалы так, чтобы было удобно проводить измерения;

– выбирайте положения переключателей “В/ДЕЛ.” таким, чтобы размер исследуемого сигнала получался в пределах от 2 до 6 делений.

Величина исследуемого сигнала в вольтах равна произведению измеренной величины изображения (в делениях), умноженной на цену деления переключателя “В/ДЕЛ.”.

U=V·m (9)

– где U – величина исследуемого сигнала в вольтах, m – величина изображения (в делениях(одно деление – дна клетка)), V – цена деления переключателя “В/ДЕЛ.”

11. Определите эффективное напряжение выходного сигнала генератора по показаниям вольтметра, расположенного на лицевой панели генератора, и вычислите амплитуду этого сигнала по формуле

.

Сравните полученный результат с результатом измерения амплитуды сигнала на экране осциллографа.

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

Это вторая часть ликбеза по осциллографам, а первая часть здесь.

 

1. Вступление
2. Амплитуда, частота, период
3. Как измерить частоту
4. Как измерить, оценить сдвиг фаз

Эта заметка будет постепенно пополняться простыми, но полезными приёмами работы с осциллографом.   

Вступление

Главный вопрос, на который следует ответить: “что можно измерить с помощью осциллографа?” Как ты уже знаешь, этот прибор нужен для изучения сигналов в электрических цепях. Их формы, амплитуды, частоты. По полученным данным можно сделать вывод и о других параметрах изучаемой цепи. Значит с помощью осциллографа в основном можно (я не говорю про супер функции супер-современных приборов):

• Определить форму сигнала
• Определить частоту и период сигнала
• Измерить амплитуду сигнала
• Не напрямую, но измерить ток тоже можно (закон Ома в руки)
• Определить угол сдвига фазы сигнала
• Сравнивать сигналы между собой (если прибор позволяет)
• Определять АЧХ
• Забыл что-то упомянуть? Напомните в комментариях!

Все дальнейшие примеры следует делались с рассчетом на аналоговый осциллограф. Для цифрового всё тоже самое, но больше умеет, чем аналоговый и в определённых вопросах снимает необходимость думать там, где можно просто показать цифру.

Хороший инструмент таким и должен быть.

Итак, перед работой следует подготовить прибор: поставить на стол, подключить к сети =) Да ладно, шучу. Но если есть возможность, то следует его заземлить. Если есть встроенный калибратор, то по инструкции к прибору надо его откалибровать. _{(подсказка: инструкции есть в сети).} 

Подключать свой осциллограф к исследуемой цепи ты будешь с помощью щупа. Это такой коаксильный провод, на одном конце которого разъем для подключения к осциллографу, а на втором щуп и заземление для подключения к исследуемой цепи. Какой попало провод в качестве щупа использовать нельзя. Только специальные щупы. Иначе вместо реальной картины дел увидишь чушь.

Я не буду рассматривать каждый регулятор осциллографа подробно. В сети есть море таких обзоров. Давай лучше учиться как проводить любительские измерения: будем определять амплитуду, частоту и период сигнала, форму, полосу пропускания усилителя, частоту среза фильтра, уровень пульсаций источника питания и т.

д. Остальные хитрости и приёмы придут с практикой. Тебе понадобится осциллограф и генератор сигнала.

Виды сигналов

Буду говорить без барских штучек, по-мужицки. На экране осциллографа ты будешь видеть либо синусоидальный сигнал, либо пилу, либо прямоугольнички, либо треугольный сигнал, либо просто какой-нибудь безымянный график. 

Все виды сигналов не перечесть. Да и сами сигналы не знают, что относятся к какому-то там виду. Так что твоя задача не названия запоминать, а смотреть на экран и быстро соображать, что означает увиденное на нём, какой процесс идёт в цепи.

Амплитуда, частота, период

Осциллограф умеет измерять как постоянное, так и переменное напряжение. У всех приборов для этого есть два режима: измерение только переменного сигнала, измерение постоянного и переменного одновременно. 

Это значит, что если ты выберешь измерение переменного сигнала и подключишь щуп к батарейке, то на экране прибора ничего не изменится. А если выберешь второй режим и проделаешь тоже самое, то линия на экране прибора сместится приблизительно на 1. 6В вверх (величина ЭДС пальчиковой батарейки). Зачем это нужно? Для разделения постоянной и переменной составляющей сигнала!

Пример. Решил ты измерить пульсации в только что собранном источнике постоянного напряжения на 30В. Подключаешь к осциллографу, а луч убежал далеко вверх. Для того, чтобы удобно наблюдать сигнал придется выбрать максимальное значение В/дел на клетку. Но тогда ты пульсаций точно не увидишь. Они слишком малы. Что делать? Переключаешь режим входа на измерение переменного напряжения и крутишь ручку В/Дел на масштаб в разы поменьше. Постоянная составляющая сигнала не пройдет и на экране будут показываться только только пульсации источника питания. 

Амплитуду переменного напряжения легко определить зная цену деления В/дел и просто посчитать число клеток по оси ординат, которые занимает этот сигнал от нулевого значения (среднего), до максимального.

Если посмотреть на экран осциллографа на картинке выше и предположить, что В/дел = 1В, тогда амплитуда синусоиды будет 1. 3В. 

А если предположить, что Время/дел (развертка) установлено в 1 миллисекунду, тогда период этой синусоиды будет занимать 4 клетки, а зачит период T = 4 мс. Легко? Давай теперь вычислим частоту этой синусоиды. Частота и период связаны формулой: F = 1/T (Т в секундах). Следовательно F = 1/ (4*10^-3) и равняется 250 Гц.

Конечно, это очень грубая прикидка, которая годится только для вот таких чистеньких и красивых сигналов. А если подать вместо чистой синусоиды какую-нибудь музыкальную композицию, то в ней будет множество разных частот и на глазок уже не прикинешь. Чтобы определить какие частоты входят в эту композицию потребуется анализатор спектра. А это уже другой прибор. 

Измерение частоты 

Как я уже писал выше, с помощью осциллографа можно измерять и частоту. А ещё можно не просто измерить частоту какого-нибудь синусоидального сигнала, а даже сравнить частоты двух сигналов, к примеру, с помощью фигур Лиссажу. 

Это очень удобно, когда хочется, например, откалибровать собранный своими руками генератор сигналов, а частотомера под руками нет. Тогда и приходят на помощь фигуры Лиссажу. Жаль не все аналоговые осциллографы могут их показывать. 

Сдвиг фаз

Частенько бывает так, что фаза тока и фаза напряжения расходятся. Например, после прохождения через конденсатор, индуктивность или целую цепь. И если у тебя есть двухканальный осциллограф, то легко можно посмотреть как сильно отличаются фазы тока и напряжения

(А если есть современный цифровой, то там есть даже специальная функция для измерения сдвига фаз. Круто!). Для этого следует подключить осциллограф вот таким образом:

 

Что еще почитать про осциллографы?

1. Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть I
2. Б. Иванов. Осциллограф – ваш помощник.
3. В. Новопольский. Работа с осциллографом
4. Афонский, Дьяконов. Измерительные приборы и массовые электронные измерения
5. Осциллографы Основные принципы измерений (Пособие от Tektronix)
6. Оценка разности фаз с помощью фигур Лиссажу

Измерение сигнала с дифференциальным пробником »

У осциллографа без изолированных входов земля гальванически связана с землением сетевого питания осциллографа. При подключении нулевого контакта пробника к исследуемой схеме сетевая земля объединяется с точкой подключения. Если сетевое зазмеление имеет помехи и наводки от других силовых приборов, то эти наводки перейдут в исследуемую схему. При подключении нулевого контакта пробника осциллографа к точке с высоким потенциаллом может произойти короткое замыкание. Для исключение выше описанных ситуацией необходимо использовать осциллограф с изолированными каналами.

 

Измеряя на обычном осциллографе пассивным пробником нежелательные помехи проявляются на обоих клеммах пробника. Сигнал на экране осциллографа может иметь нежелательную переменную частоту или постоянную составляющую + сигнал который необходимо измерять. Такая ситуация может проявляться в схемах усиления сигнала и источниках питания.

Исследование такого сигнала на обычном осциллографе с помощью пассивного пробника приводит к искажению формы исследуемого сигнала. Если подключить клемму земли пробника напрямую к отрицательной клемме приведет к короткому замыканию. Схема исследумая может повредиться и осциллограф. Для исключения такой ситуации необходим осциллограф с дифференциальным пробником для корректного и безопасного измерения сигнала который необходим, без шумов и наводок.

 

Решение проблемы заключается в подключении дифференциального осциллографа через положительную и отрицательную клеммы источника сигнала. При такой схеме подключения будет производится измерение только желательного сигнала, нежелательный сигнал будет игнорироваться. Дифференциальный осциллограф позволяет выполнять измерения переменного или постоянного напряжения между двумя точками, подключенными к положительной и отрицательной клеммам без заземления. Таким образом, можно проводить измерения не доступные для обычных осциллографов, например, измерения напряжения между двумя точками превышающего напряжение относительно земли.

Проведение осциллографических измерений с высокой точностью и воспроизводимостью – Компоненты и технологии

Рис. 1. Осциллограф Agilent серии 7000

Измерения с гальванической развязкой

«Земляной» вывод пробника через корпус байонетного коаксиального разъема (BNC) соединяется с корпусом осциллографа. В свою очередь корпус, по правилам безопасности, присоединяется через заземляющий контакт сетевой вилки к проводнику защитного заземления питающей сети. Такое заземление осциллографа обычно создает проблемы, связанные со способом заземления исследуемого источника питания. Часто бывает так, что сигнал нужно измерять относительно определенной точки схемы, а не относительно «земли» (измерения с гальванической развязкой). У разработчиков источников питания имеется несколько приемов для решения таких проблем.

Чаще всего используется метод, при котором осуществляется развязка осциллографа: либо откусывается провод защитного заземления в сетевом шнуре, либо питание на осциллограф подается через разделительный трансформатор. Этот прием очень опасен, поскольку на корпусе осциллографа возможно присутствие высокого напряжения. Кроме того, результаты измерений, проведенных таким способом, могут оказаться ошибочными.

Второй прием, используемый для измерения источника питания с гальванической развязкой, — это вычитание результатов измерений, сделанных по каналам А и В с помощью несимметричных пробников напряжения. Сигналы от двух пробников подаются на входы двух каналов. Далее используются возможности осциллографа по математической обработке осциллограмм: выходные сигналы этих двух каналов электрически вычитаются, в результате получается осциллограмма разностного сигнала. Этот прием относительно безопасен, так как осциллограф остается заземленным.

Однако применимость этого метода ограничена измерениями в условиях, когда сигналы сравнительно невелики, поскольку коэффициент подавления синфазного сигнала при этом мал — не более 20 дБ (10:1). Это ограничение вызвано тем, что сигналы поступают через разные пробники на разные входы осциллографа, а коэффициенты передачи этих двух трактов не могут быть абсолютно одинаковыми.

Наилучшим решением выполнения измерений с гальванической развязкой является применение дифференциального пробника (или дифференциального усилителя) (рис. 2). Этот способ позволяет выполнять точные и безопасные измерения. Дифференциальные пробники обеспечивают высокий коэффициент подавления синфазного сигнала, обычно не менее 80 дБ, или 10 000:1, что позволяет измерять слабый разностный сигнал на фоне больших синфазных сигналов, обеспечивая приемлемую точность и высокую чувствительность. Таким образом, для проведения безопасных и точных измерений с гальванической развязкой наилучшим решением является использование дифференциального пробника, у которого динамический диапазон и полоса пропускания достаточны для работы с исследуемой схемой.

Рис. 2. Дифференциальный пробник

Измерение пульсаций и шумов

При выполнении измерения шумов с помощью осциллографа следует учитывать следующие моменты.

Во-первых, нужно минимизировать лишний шум, добавляемый пробником. На «земляной» провод длиной 15 см и наконечник-захват обычного пассивного пробника может быть наведен значительный уровень шумов, генерируемых исследуемым источником питания или какими-нибудь другими приборами (рис. 3). Кроме того, индуктивная нагрузка, создаваемая длинным «земляным» проводом, часто добавляет свой «звон» к измеряемому сигналу.

Рис. 3. а) Измерение шумов на выходе источника питания с использованием длинного «земляного» провода;
б) осциллограмма с дополнительными шумами, наведенными на «земляной» провод

Напротив, использование наконечника меньших размеров и более короткого «земляного» провода (например, подключение к специальному разъему на исследуемой плате через соответствующий адаптер с разъемом BNC) существенно снижает эти паразитные шумы за счет уменьшения размеров образуемой этими проводами петли, а кроме того, уменьшается индуктивность нагрузки (рис. 4).

Рис. 4. а) Использование наконечника меньших размеров и более короткого «земляного» провода;
б) осциллограмма, демонстрирующая существенное снижение шумов

Когда измеряется амплитуда пульсаций или шумы на выходе источника питания, может потребоваться установка максимальной (или близкой к ней) чувствительности по входу осциллографа. Для этого, во-первых, нужно попытаться использовать пробник 1:1 вместо стандартного пассивного пробника 10:1, поставляемого в комплекте с осциллографом. С пробником 10:1 не только отображаемый средний уровень шумов станет больше в десять раз, но и установленное на максимум значение чувствительности тоже станет в десять раз хуже, чем с пробником 1:1.

Кроме того, можно установить режим входа на связь по переменному току, чтобы убрать постоянную составляющую подаваемого на вход сигнала. Пульсации и шумы нормально работающего источника питания малы по сравнению с выходным напряжением. Но если выходное напряжение источника питания сопоставимо с уровнем шумов и лежит в диапазоне мВ, можно использовать вход со связью по постоянному току и настроить осциллограф так, чтобы видеть постоянную составляющую. Некоторые активные пробники, например Agilent InfiniiMax или 1156A, обеспечивают широкие пределы смещений для расширения динамического диапазона.

И последнее. Не надо забывать про встроенную функцию ограничения полосы пропускания. Почти все осциллографы снабжены схемой для ограничения полосы пропускания тракта вертикального отклонения. Эта функция позволяет избавиться от нежелательных высокочастотных шумов в наблюдаемых сигналах.

Как повысить разрешение осциллографа по вертикали?

Для некоторых задач необходимы измерения сигналов с большим динамическим диапазоном и в то же время требуется такое высокое разрешение, которое позволит оценить небольшие изменения какого-либо параметра. Например, нужно измерить высокое напряжение между стоком и истоком закрытого транзистора, работающего в ключевом режиме в импульсном источнике питания, и низкое напряжение в те моменты, когда транзистор открыт. Для таких измерений может потребоваться разрешение большее, чем 8 бит у обычных цифровых осциллографов (рис.  5). Вместо того чтобы прибегнуть к применению АЦП с более высоким разрешением, можно воспользоваться одним из встроенных режимов: «измерения с высоким разрешением» или «измерения с усреднением», которые позволяют проводить измерения с разрешением более 8 бит и пониженным уровнем шума.

Рис. 5. Осциллограмма напряжения сток–исток ключевого транзистора в импульсном источнике питания, полученная при работе осциллографа в обычном режиме

Обычный режим измерения с усреднением

Для получения разрешения по вертикали, превышающего 8 бит, в современных цифровых осциллографах используются два метода, опирающиеся на схожие математические теории. Первый метод — использование обычного режима измерения с усреднением (рис. 6). Для измерения с усреднением требуется, чтобы сигнал был периодическим. Алгоритм измерения с усреднением состоит в замене нескольких измеренных (в нескольких повторяющихся периодах) точек сигнала одной (средней) точкой, соответствующей определенному моменту времени. Полученные математическим процессом усреднения точки дают нам осциллограмму с более высоким, чем у исходного сигнала, вертикальным разрешением. Сколько точек нужно для усреднения, чтобы получить один дополнительный бит вертикального разрешения? Один дополнительный бит получается усреднением по каждой четверке выборок сигнала. Таким образом, имеем:

Количество добавочных битов = 0,5 log₂N,

где N — количество выборок, по которым проводится усреднение.

Например, усреднение по N = 16 выборкам дает улучшение на 2 бита: количество добавочных битов = 0,5 log₂16 = 2. Следовательно, эффективное вертикальное разрешение составит 8+2 = 10 бит.

Максимум разрешения по вертикали для этого алгоритма составляет не более 12 бит, поскольку далее начинают влиять другие факторы, в частности, погрешность вертикального усиления или смещения. Преимущество режима усреднения в том, что он не ограничивает полосу пропускания реального времени осциллографа. К недостаткам относится то, что сигнал должен быть периодическим, и то, что снижается скорость обновления сигналов на экране из-за дополнительной нагрузки на центральный процессор осциллографа.

Рис. 6. Осциллограмма напряжения сток–исток, полученная при работе осциллографа в обычном режиме измерения с усреднением

Режим измерения с высоким разрешением

Для второго метода усреднения, применяемого в цифровом осциллографе, не требуется периодического сигнала. Этот метод называется режимом измерения с высоким разрешением (рис. 7). Современные осциллографы, например Agilent InfiniiVision серий 5000, 6000 и 7000, обеспечивают 8-битовое вертикальное разрешение в обычном режиме (как и большинство других цифровых осциллографов). Режим измерения с высоким разрешением повышает вертикальное разрешение осциллографа до 12 бит в реальном масштабе времени и снижает уровень шумов.

Рис. 7. Осциллограмма напряжения сток–исток, полученная при работе осциллографа в режиме с высоким разрешением

Как сказано выше, метод измерения с усреднением состоит в замене нескольких измеренных (в нескольких периодах) точек сигнала одной (средней) точкой, соответствующей определенному моменту времени. В отличие от этого в режиме измерения с высоким разрешением усредняются значения сигнала нескольких последовательных выборок. В режиме измерения с высоким разрешением нельзя прямо задать количество точек, по которым ведется усреднение, как в режиме измерения с усреднением. Вместо этого количество дополнительных битов вертикального разрешения зависит от установленного значения скорости развертки.

При работе с малыми скоростями развертки в осциллографе осуществляется фильтрация последовательных выборок сигнала, результаты которой отображаются на экране. Увеличение глубины памяти для отображаемых данных увеличивает и количество точек, по которым ведется усреднение. Режим измерения с высоким разрешением неэффективен при высокой скорости развертки, когда на одну отображаемую точку приходится мало выборок. Этот метод дает значительный эффект при медленных развертках, когда одна точка осциллограммы формируется из многих выборок.

Компенсация сдвига фаз пробников напряжения и тока

Для точных измерений мощности требуется устранение погрешностей, обусловленных, во-первых, длиной кабелей пробников, во-вторых — электрической длиной участка цепи между точками, в которых измеряются ток и напряжение (если пробники тока и напряжения нельзя поместить в одну точку). Разница электрических длин трактов прохождения сигналов приводит к разным задержкам сигналов, приходящих от двух разных точек электрической цепи.

Чем длиннее кабель пробника, тем больше задержка между сигналом, измеряемым пробником, и сигналом на входе осциллографа. Для пробников, кабели которых имеют разную длину, и задержки получаются разные, а это требует проведения предварительной калибровки, чтобы получить правильный результат измерения. После компенсации сдвига фаз между сигналами двух пробников, учитывающей разницу временных задержек, сигналы от этих пробников приходят на осциллограф одновременно.

Другой фактор, который необходимо принимать во внимание, — это электрическая длина участка цепи между точками подключения пробников тока и напряжения. Например, задержка для печатного проводника на стеклотекстолите FR-4 составляет 381 пс/см, а для медного провода — 216 пс/см.

Погрешности из-за сдвига фаз имеют значительное влияние на измерения в источниках питания, особенно если исследуемые сигналы имеют крутые фронты. Сдвиг фаз может привести к тому, что измеренное значение получится очень низким, давая ложное ощущение достоверности, или очень высоким, предполагая проблему там, где ее нет. Компенсация сдвига фаз пробников перед измерениями в источниках питания является залогом наибольшей точности измерений (рис. 8).

Рис. 8. Примеры компенсации сдвига фаз пробников перед измерениями в источниках питания:

а) сдвиг фаз — измеренное значение слишком низкое;

б) сдвиг фаз — измеренное значение слишком высокое;

в) сдвиг фаз устранен — точный результат

Для наилучшей компенсации сдвига фаз нужно выбирать такие контрольные точки, чтобы пробники напряжения и тока можно было разместить как можно ближе друг к другу. В этом случае развертка напряжения и тока на осциллографе будет точно соответствовать фазе напряжения и тока в исследуемой схеме. В ассортименте компании Agilent имеется приспособление для компенсации сдвига фаз U1880A, которое генерирует специальный тестовый сигнал (рис.  9). По этому сигналу определяются значения компенсации для контрольных точек исследуемой схемы.

Рис. 9. Приспособление для компенсации сдвига фаз U1880A, которое генерирует специальный тестовый сигнал

В дополнение к вышесказанному важно знать, сигнал какого пробника опережающий, а какого — задержанный. Опережающий сигнал должен быть использован в качестве опорного сигнала, а также в качестве сигнала запуска для осциллографа. Задержка между опережающим и задержанным сигналами от пробников должна вычитаться из задержанного сигнала. Значение сдвига можно затем вручную выставить на осциллографе. А можно воспользоваться какими-либо приложениями, предназначенными для измерений параметров источников питания с использованием осциллографа. Например, приложения Agilent U1881A и U1882A, предназначенные для осциллографов Agilent InfiniiVision или Infiniium, автоматизируют процесс компенсации сдвига фаз, и это позволяет устранять погрешность отсчета и дает уверенность в наибольшей точности измерений.

для чего нужен, как с ним работать, принцип действия и устройство

Осциллограф — устройство, демонстрирующие силу тока, напряжение, частоты и сдвиг фаз электрической цепи. Прибор отображает соотношение времени и интенсивности электрического сигнала. Все значения изображены при помощи простого двумерного графика.

Для чего предназначен осциллограф

Осциллограф используется электронщиками и радиолюбителями для того, чтобы измерить:

• амплитуду электрического сигнала — соотношение напряжения и времени;
• проанализировать сдвиг фаз;
• увидеть искажение электрического сигнала;
• на основе результатов вычислить частоту тока.

Несмотря на то, что осциллограф демонстрирует характеристики анализируемого сигнала, чаще его используют для выявления процессов происходящих в электрической цепи. Благодаря осциллограмме специалисты получают следующую информацию:

• форму периодического сигнала;
• значение положительной и отрицательной полярности;
• диапазон изменения сигнала во времени;
• длительность положительного и отрицательного полупериода.

Большинство из этих данных можно получить при помощи вольтметра. Однако тогда придётся производить замеры с частотностью в несколько секунд. При этом велик процент погрешности вычислений. Работа с осциллографом значительно экономит время получения необходимых данных.

Принцип действия осциллографа

Осциллограф выполняет замеры при помощи электронно-лучевой трубки. Это лампа, которая фокусирует анализируемый ток в луч. Он попадает на экран прибора, отклоняясь в двух перпендикулярных направлениях:

• вертикальное – показывает исследуемое напряжение;
• горизонтальное – демонстрирует затраченное время.

За отклонение луча отвечают две пары пластин электронно-лучевой трубки. Те, что расположены вертикально,  всегда находятся под напряжением. Это помогает распределять разнополюсные значения. Положительное притяжение отклоняется вправо, отрицательное — влево. Таким образом, линия на экране прибора движется слева направо с постоянной скоростью.

На горизонтальные пластины также действует электрический ток, что отклоняет демонстрирующий показатель напряжения луча. Положительный заряд — вверх, отрицательный — вниз. Так на дисплее устройства появляется линейный двухмерный график, который называется осциллограммой.

Расстояние, которое проходит луч от левого до правого края экрана называется развёрткой. Линия по горизонтали отвечает за время измерения. Помимо стандартного линейного двухмерного графика существует также круглые и спиральные развёртки. Однако пользоваться ими не так удобно как классическими осциллограммами.

Классификация и виды

Различают два основных вида осциллографов:

• аналоговые — аппараты для измерения средних сигналов;
• цифровые — приборы преобразовывают получаемое значение измерений в «цифровой» формат для дальнейшей передачи информации.

По принципу действия существуют следующая классификация:

1. Универсальные модели.
2. Специальное оборудование.

Наиболее популярными являются универсальные устройства. Эти осциллографы используют для анализа различных видов сигналов:

• гармонических;
• одиночных импульсов;
• импульсных пачек.

Универсальные приборы предназначены для разнообразных электрических устройств. Они позволяют измерять сигналы в диапазоне от нескольких наносекунд. Погрешность измерений составляет 6-8%.

Универсальные осциллографы делятся на два основных вида:

• моноблочные — имеют общую специализацию измерений;
• со сменными блоками — подстраиваются под конкретную ситуацию и тип прибора.

Специальные устройства разрабатываются под определённый вид электрической техники. Так существуют осциллографы для радиосигнала, телевизионного вещания или цифровой техники.

Универсальные и специальные устройства делятся на:

• скоростные – применяются в быстродействующих приборах;
• запоминающие — аппараты, сохраняющие и воспроизводящие ранее сделанные показатели.

При выборе устройства следует внимательно изучить классификации и виды, чтобы приобрести прибор под конкретную ситуацию.

Устройство и основные технические параметры

Каждый прибор имеет ряд следующих технических характеристик:

1. Коэффициент возможной погрешности при измерении напряжения (у большинства приборов это значение не превышает 3%).
2. Значение линии развёртки устройства — чем больше эта характеристика, тем дольше временной промежуток наблюдения.
3. Характеристика синхронизации, содержащая в себе: диапазон частот, максимальные уровни и нестабильность системы.
4. Параметры вертикального отклонения сигнала с входной ёмкостью оборудования.
5. Значения переходной характеристики, показывающие время нарастания и выброс.

Помимо перечисленных выше основных значений, у осциллографов присутствуют дополнительные параметры, в виде амплитудно-частотная характеристики, демонстрирующей зависимость амплитуды от частоты сигнала.

Цифровые осциллографы также обладают величиной внутренней памяти. Этот параметр отвечает за количество информации, которую аппарат может записать.

Как выполняются измерения

Экран осциллографа поделён на небольшие клетки, которые называются делениями. В зависимости от прибора каждый квадрат будет равен определённому значению. Наиболее популярное обозначение: одно деление – 5 единиц. Также на некоторых приборах присутствует ручка для управления масштабом графика, чтобы пользователям было удобнее и точнее производить измерения.

Прежде чем начать измерение любого рода следует присоединить осциллограф к электрической цепи. Щуп подключается на любой из свободных каналов (если в приборе, больше чем 1 канал) или на генератор импульсов, при его наличии в устройстве. После подключения на дисплее аппарата появятся различные изображения сигналов.

Если сигнал получаемый прибором обрывистый, то проблема заключается в присоединении щупа. Некоторые из них оборудованы миниатюрными винтами, которые необходимо закрутить. Также в цифровых осциллографах решает проблему обрывистого сигнала фикция автоматического позиционирования.

Измерение тока

При измерении тока цифровым осциллографом, следует узнать какой вид тока необходимо наблюдать. Осциллографы имеют два режима работы:

• Direct Current («DC») для постоянного тока;
• Alternating Current («АС») для переменного.

Постоянный ток измеряется при включённом режиме «Direct Current». Щупы аппарата следует подключить к блоку питания в прямом соответствии с полюсами. Чёрный крокодил присоединяется к минусу, красный — к плюсу.

На экране устройства появится прямая линия. Значение вертикальной оси будет соответствовать параметру постоянного напряжения. Силу тока можно вычислить согласно закону Ома (напряжение поделить на сопротивление).

Переменный ток представляет собой синусоиду, из-за того, что напряжение также переменно. Поэтому измерить его значение можно только в определённый промежуток времени. Параметр также вычисляется при помощи закона Ома.

Измерение напряжения

Чтобы измерить напряжение сигнала понадобится вертикальная ось координат линейного двухмерного графика. Из-за этого всё внимание будет уделено высоте осциллограммы. Поэтому перед началом наблюдения следует настроить экран более удобно для измерения.

Затем переводим аппарат в режим DC. Присоединяем щупы к цепи и наблюдаем результат. На дисплее аппарата появится прямая линия, значение которой будет соответствовать напряжению электрического сигнала.

Измерение частоты

Прежде чем, понять, как измерить частоту электрического сигнала, следует узнать, что такое период, так как эти два понятия взаимосвязаны. Один период – это наименьший промежуток времени, через который амплитуда начинает повторяться.

Увидеть период на осциллографе легче при помощи горизонтальной оси координат времени. Нужно лишь заметить, через какой промежуток времени линейный график начинает повторять свой рисунок. Началом периода лучше считать точки соприкосновения с горизонтальной осью, а концом повторения этой же координаты.

Чтобы удобнее измерить период сигнала, скорость развёртки уменьшают. В таком случае погрешность измерения не так высока.

Частота — это значение обратно пропорционально анализируемому периоду. То есть, чтобы измерить значение, нужно одну секунду времени поделить на количество периодов, происходящих за этот промежуток. Полученная частота измеряется в Герцах, стандарт для России — 50 Гц.

Измерение сдвига фаз

Сдвигом фазы считают — взаимное расположение двух колебательных процессов во времени. Параметр измеряется в долях периода сигнала, чтобы независимо от характера периода и частоты, одинаковые сдвиги фаз имели общее значение.

Первое что необходимо сделать перед измерением: выяснить какой из сигналов отстаёт от другого и затем определить значение знака параметра. Если ток идёт впереди, то параметр сдвига угла отрицательный. В случае, когда напряжение опережает — знак значения положительный.

Чтобы вычислить градус сдвига фаз следует:

1. Умножить 360 градусов на число клеток сетки между началами периодов.
2. Разделить полученный результат на число делений, занимаемых одним периодом сигнала.
3. Подобрать отрицательный или положительный знак.

Измерять сдвиг фазы в аналоговом осциллографе неудобно, потому что выводящиеся на экраны графики имеют одинаковый цвет и масштаб. Для наблюдений такого рода используют либо цифровое устройство, либо двухканальные аппараты, чтобы разместить разные амплитуды на отдельный канал.

что это, какие бывают, что измеряют, как пользоваться

Чтобы отремонтировать современную электронную технику одного мультиметра порой недостаточно. Им можно определить целостность радиодеталей. Но определить работает или нет микросхема мультиметром не получится. Для этого нужен осциллограф. Что это за прибор, что он делает? Об этом и будет статья.

Содержание статьи

Что такое осциллограф

Осциллограф — это прибор для визуального отображения и измерений параметров сигналов различной формы (процесс называется «осциллографирование»). Сигналы подаются на вход и отображаются на экране. Экран разбит на квадраты, по центру проходят две оси координат.  По горизонтали измеряется время. По вертикали — амплитуда и/или напряжение. Цена деления задается при помощи ручек калибровки. Режим отображения подстраивается под каждый сигнал. Выбирается такой режим, который наиболее удобен в данном случае (в пределах возможностей прибора).

Осциллограф — это не обязательно большая, громоздкая вещь. Есть портативные цифровые модели, есть приставки. Есть даже программы, которые можно с адаптером установить на стационарный компьютер или ноутбук.

Так выглядит цифровой осциллограф Tektronix DPO 3054. На дисплее отображает сигнал, регуляторами выбираются параметры

По количеству одновременно отслеживаемых сигналов осциллографы есть однолучевые (одноканальные/моноканальные) и многолучевые (многоканальные). Однолучевые могут одновременно принимать только один сигнал, многолучевые — два, три, четыре и больше — до 16. Зависит от прибора.

Какой тип лучше? Многолучевой. Вы одновременно можете отслеживать сигнал в нескольких точках схемы. Изменяя параметры будете видеть реакцию устройства не только на выходе, но и в разных точках схемы.

Для чего он нужен

Для чего нужен осциллограф? Это просто необходимая вещь при ремонте электронной аппаратуры, при самостоятельной сборке или усовершенствовании каких-либо устройств. Многим хватает тестера или мультиметра. Да. Но для ремонта простых устройств без микросхем и микропроцессоров. Мультиметром вы можете проверить наличие обрыва, короткого замыкания, измерить напряжение и ток. Ни форму сигнала, ни конкретные параметры синусоиды или импульсов не измерить и не увидеть.

Осциллограф нужен для измерения напряжения и визуального отображения сигналов. На фото цифровой двухканальный осциллограф Hantek DSO5102B в рабочем режиме

А ведь бывает так, что все детали, вроде исправны, но устройство не работает. А все потому что некоторые детали требовательны не только к физическим параметрам питания (напряжение, сила тока), но и к форме сигнала. Этим «страдают» некоторые полупроводниковые детали, практически все микросхемы и процессоры. А без них сейчас обходятся только самые элементарные приборы типа кипятильника. Вот и получается, что найти сгоревший резистор, пробитый транзистор можно и мультиметром. Но для чуть более сложную поломку уже не устранить. Вот для этих случаев и нужен осциллограф. Он позволяет видеть форму сигнала, определять есть ли отклонения и находить источник проблемы.

Виды осциллографов

По принципу преобразования сигнала осциллографы бывают аналоговыми и цифровыми. Есть еще смешанный тип — аналогово-цифровой. Принципиальная разница между ними — в методах обработки сигналов и в возможности запоминания. Аналоговые модели транслируют «живой» сигнал в режиме реального времени. Записывать его на таком приборе нет возможности.

Аналогово-цифровые и цифровые уже имеют возможность записи. На них можно «открутить» время назад и просмотреть информацию, увидеть динамику изменения амплитуды или времени.

Еще одно отличие цифровых осциллографов от аналоговых — размеры. Цифровые приборы имеют значительно меньшие габариты

Цифровые осциллографы сначала оцифровывают синусоиду, записывают эту информацию в запоминающее устройство (ЗУ), а затем передают на экран монитора. Но не все цифровые модели имеют долговременную память — в таком случае запись ведется циклически. Это когда вновь пришедший сигнал записывается поверх предыдущего. В памяти хранится то, что появлялось на экране, но промежуток времени не такой большой. Если вам необходима запись длиной пять-десять минут, нужен запоминающий осциллограф.

Что измеряет осциллограф

На экране осциллографа отображается двухмерная картинка сигнала, который подали на измерительный вход. На экране есть две оси координат. Горизонтальная — ось времени, вертикальная — напряжение. Эти параметры и измеряют. А уже из них высчитывают остальные.

На экране осциллографа отображаются сигналы, которые подаются на его входы. Это например, двухлучевой аналоговый осциллограф, который показывает форму сигнала на входе (синусоида) и выходе (прямоугольный) импульсного преобразователя напряжения

Вот что можно измерить и отследить при помощи осциллографа:

• Напряжение (амплитуду).
• Временные параметры, по которым можно рассчитать частоту.
• Отслеживать сдвиг фаз.
• Видеть искажения, которые вносит элемент или участок цепи.
• Определить постоянную и временную составляющие сигнала.
• Увидеть наличие шума.
• Рассчитать соотношение сигнал/шум.
• Видеть/определить параметры импульсов.

Сигнал, который показывает осциллограф, довольно информативен. Видны искажения, которые вносит та или иная деталь, можно отследить, как меняется форма/амплитуда/частота в каждой точке схемы, после каждой детали.

Кроме наблюдения за формой сигнала, осциллограф можно использовать для определения целостности сопротивлений, конденсаторов, катушек индуктивности (см. видео ниже).

Устройство и принцип работы

Рассмотрим блок-схему и алгоритм работы аналогового осциллографа. Как уже говорили, изменять изображения можно по горизонтали и по вертикали. Приборы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) для этого имеют две пары пластин. Одна пара для изменения масштаба по вертикали (амплитуда или напряжение). Вторая — для растягивания или сжатия по горизонтали (временные параметры).

Устройство аналогового осциллографа: блок-схема

Отслеживаемый сигнал подается на входной усилитель, где усиливается или уменьшается до заданных значений. Значение задается переключателями. Коэффициент усиления обычно от 100 до 1000. Усиленный сигнал идет на пластины вертикальной развертки электронно-лучевой трубки.

Горизонтальная развертка формируется на основе пилообразного сигнала, который генерируется в соответствующем блоке (генератор развертки). Его параметры также задаются соответствующим переключателем. Отображение на экране ЭЛТ идет в режиме реального времени, с некоторой задержкой. Величина задержки прописывается в технических характеристиках прибора.

Основные блоки аналогового осциллографа

Для работы осциллографа важен блок синхронизации. Он обеспечивает появление картинки в момент поступления потенциала на вход. За счет этого на экране мы видим сигнал за некоторый промежуток времени. Есть разные типы синхронизации. Они выбираются переключателем. Чаще всего выбирают синхронизацию от самого исследуемого сигнала. Есть еще от сети и внешнего источника.

Режимы работы осциллографа

Осциллографом исследуют различные типы сигналов. Они могут быть постоянными (напряжение в сети), периодическими (шумы, помехи, звуки и т.д.). Периодические могут возникать случайно или с определенным интервалом. В зависимости от того, как часто или редко возникает сигнал, выбирают тот или иной режим работы.  Чаще всего в осциллографе есть два режима: автоматический (автоколебательный) и ждущий. Еще может быть однократный.

Выбор режима работы осциллографа

Если мы не знаем, как часто возникают импульсы, выбирают обычно автоматический режим. В нем даже при отсутствии потенциала на входе или при его недостаточном уровне экран светится. Отображается «нулевой» сигнал — прямая линия, которая должна идти по горизонтальной оси на экране (выставляется по линии регуляторами со стрелочками). При появлении потенциала на входе, он отображается на экране. Картинка при этом периодически обновляется и мы видим развертку сигнала по времени.

Так выглядит экран осциллографа в автоколебательном (авторежиме) при отсутствии сигнала

Ждущий режим хорош для редко появляющихся сигналах. Пока на входе ничего нет, экран не светится. При появлении каких-либо изменений он загорается, запускается генератор развертки и сигнал отображается на экране. Запуск можно настроить как по восходящему фронту импульса/синусоиды, так и по нисходящему. Можно настроить запуск не на исследуемый сигнал, а на то событие, которое ему предшествует (если такое есть).

Одиночный режим настраивает осциллограф на принятие одного сигнала. Когда на вход приходит потенциал нужного уровня, сигнал отображается на экране. После этого прибор переходит в неактивное состояние. И, даже если на входе будет следующий потенциал (или пять, или сто пять) он его не зарегистрирует. Для приема другого импульса нужно заново «взвести» прибор.

Делитель (аттенюатор)

Исследуемый сигнал может иметь напряжение от десятых долей до сотен вольт. Есть осциллографы со встроенным регулятором чувствительности — аттенюатором. Выглядит он как переключатель с градуировкой. Она задает «вес» одного деления на экране и определяет, во сколько раз понижается входной сигнал. Если ожидается малый уровень, мы просто выставляем на 1 или на 0,1. В таком случае одно деление на экране по вертикали будет 1 В и 0,1 В соответственно. И «понижать» сигнал будут в 1 раз (то есть, передадут как есть) или усилят в 10 раз перед подачей на вход (это если стоит 0,1).

Не все осциллографы имеют встроенный делитель (аттенюатор). В комплекте с таким прибором  идут внешние делители на 1:10 или 1:100. Это прямоугольные или цилиндрические насадки с разъемами с обоих сторон. Они устанавливаются во входной разъем и через них подается напряжение на вход, но уже пониженное в соответствующее количество раз.

Примерно так выглядит делитель. Он устанавливается во входное гнездо, а к нему уже подключается измерительный шнур

Ставить делитель необязательно. Необходимость определяется по ожидаемому уровню сигнала. В характеристиках указывается максимальное входное напряжение, которое может подаваться на прибор без делителя и с делителем. По уровню ожидаемого сигнала и ставим насадку.

Если уровень неизвестен, сначала выставляют самый большой делитель (или самое большое деление на аттенюаторе). Это предохранит прибор от перегорания если потенциал будет высоким. По результатам первого замера выбирается оптимальный режим.

Особенности цифровых моделей

Цифровой осциллограф работает иначе — аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму. В таком виде он записывается в ЗУ и передается на монитор, где из цифрового формата переводится снова в аналоговую форму. Отображение на экране начинается только в тот момент, когда уровень на входе превысит определенное значение (задается настройками).

Периодичность смены картинки зависит от выбранного режима работы: автоматический, одиночный и обычный. Обычный — это аналог ждущего.

Упрощенная блок-схема цифрового осциллографа

Чем лучше цифровые модели? Во-первых, такое преобразование делает изображение более стабильным. Во-вторых, проще увеличивать и уменьшать масштаб. В-третьих, есть возможность записи. Ну, и габариты. Самый небольшой аналоговый осциллограф — С1-94 — имеет размеры 100*190*300 мм и вес 3,5 кг. А цифровые при размерах 100*50-60*13-20 мм имеют вес порядка 150-300 граммов. И это вместе с аккумуляторами.

Как работать с осциллографом

Первоначально выставляются режим работы осциллографа (автоколебательный, ждущий или одиночный). Затем выбирается режим аттенюатора или устанавливается соответствующий делитель напряжения.
Это касается аналоговых приборов. Цифровые на входе анализируют сигнал и понижает/повышает его до необходимого уровня. В них на входе стоит аналитический блок, который сам понижает или повышает входной сигнал до требуемого уровня.

Подключение осциллографа

В комплекте с осциллографом идет измерительный шнур или шнуры. Их количество зависит от числа входных каналов конкретной модели. Если канал один, то и шнур один. Может быть два, три и до шестнадцати. Подключать надо столько, сколько собираетесь использовать.

Шнуры для осциллографа трудно спутать с другими. Один конец — со щупом и ответвлением. Это «измерительная» сторона. С другой находится характерный круглый разъем. Эта часть подключается к измерительному входу.

Провод, который идет в сторону от щупа — для подключения к «земле». Он часто бывает снабжен прищепкой или «крокодилом». Его подключать обязательно, вольтаж может быть разный и заземление необходимо.

Измерительные шнуры для осциллографа

Некоторые шнуры для осциллографа имеют на рукоятке переключатель, который работает как небольшой усилитель (на фото справа).

После подключения измерительных шнуров включаем прибор в сеть. Затем, перед работой, переводим в рабочее положение тумблер/кнопку включения прибора. Можно считать что осциллограф готов к работе.

Проверка осциллографа перед работой

Перед началом работы надо проверить осциллограф. Включаем его в сеть, устанавливаем измерительный шнур. К щупу прикасаемся пальцем, на экране появляется синусоида частотой 50 Гц — наводки от бытовой электросети.

Если пальцем прикоснуться к измерительному щупу, на экране появится синусоидальной формы сигнал. Синусоида неидеальна, но если она есть и ее частота 50 Гц, это значит, что осциллограф исправен

Затем берем земляной щуп и прикасаемся им к измерительному (палец продолжаем держать на острие щупа). Сигнал пропадает (отображается прямая). Это значит, что прибор исправен.

Как измерить осциллографом напряжение: переменное, меандра, постоянное

Как уже говорили, напряжение на экране осциллографа отображается по вертикали. Весь экран разбит на квадраты. Цена деления по вертикали выставляется переключателем, который подписан «V/дел». Что и обозначает, Вольт на одно деление. Перед подачей сигнала выставляем луч точно по горизонтальной оси — это важно.

Подаем сигнал и считаем, на сколько клеточек от нулевого уровня поднимается или опускается сигнал. Затем умножаем количество клеток на «цену деления», взятую с регулятора. В результате получаем напряжение сигнала. В случае с синусоидой или меандром (положительные и отрицательные прямоугольные импульсы) считается напряжение полуволны — верхней или нижней.

Измерение напряжения осциллографом

Чтобы было понятнее, разберем пример. На фото есть сигнал, полуволна которого понимается и опускается на три клеточки. Цена деления на регуляторе — 5 В. Имеем: 3 дел * 5 V/дел  = 15 V. Получается, данный сигнал имеет напряжение 15 вольт.

Если надо измерить постоянное напряжение, снова выставляем луч по горизонтали. Подаем напряжение и смотрим, на сколько клеток «подпрыгнул» или опустился луч. Дальше все точно так же: умножаем на цену деления и получаем значение постоянного напряжения.

Как осциллографом определить частоту

Частота определяется как 1/T, где Т — период сигнала. А период — это время, за которое сигнал проходит полный цикл. Для сигнала на экране это 5,7 клетки. Считаем от места пересечения с горизонтальной осью и до второй аналогичной точки.

Как определить частоту сигнала по осциллографу

Далее определяем частоту деления по переключателю развертки. Положение переключателя стоит на 50 миллисекунд. Берем количество делений и умножаем на количество клеток. Получаем 50 мс * 5,7 = 285 мс. Переводим в секунды. Для этого надо разделить на 1000. Получаем 0,285 сек. Считаем частоту: 1/0,285 = 3,5 Гц

Полоса пропускания осциллографа: что это и на что влияет

При выборе осциллографа смотрят на следующие параметры:

• Полоса пропускания.
• Максимальное входное напряжение.
• Режимы развертки.
• Источники синхронизации.

Обо всех параметрах, кроме полосы пропускания, уже рассказали. Полоса пропускания — это чуть ли не важнейший показатель. Она определяет максимальную частоту сигнала, который будет отображаться без искажений. Например, при полосе пропускания 20 Гц — 20 МГц, все что имеет более высокую частоту будет подавляться.

Там, где полоса пропускания заканчивается, частоты жестко подавляются

Как же выбирать частоту пропускания? Зависит от того, какие сигналы вы собираетесь изучать и насколько «глубоко» вам надо их исследовать. Для аналоговых сигналов все просто — верхний предел должен быть больше чем максимальная частота. С меандрами все сложнее. На самом деле они состоят их суммы нечетных гармоник сигнала. Чем больше гармоник, тем больше форма похожа на квадрат, а не на сглаженное что-то. Но гармоники высокого порядка имеют очень высокую частоту. Если надо исследовать фронты, их отклонение, то верхний предел полосы пропускания — это десятки гигагерц. А такие приборы очень дорогие. Для обычной синусоиды достаточно 10-20 МГц, что значительно дешевле.

Измерение постоянного напряжения с помощью осциллографа

Измерение постоянного напряжения С осциллографом

Измерение постоянного тока Напряжения с осциллографом
НМСУ-Грантс Электроника / Электротехника.

Почему Измерять напряжение постоянного тока с помощью осциллографа вместо измерителя?

Вольтметры может быть довольно вялым (если только вы используете старомодный аналоговый измеритель). В некоторых случаях это медлительность затрудняет контроль некоторых напряжений.Осциллограф (scope) имеет преимущество мгновенного ответа. Кроме того, большинство прицелов имеют два или более каналов. Таким образом, у вас может быть два (или более) напряжения на на экране осциллографа и посмотрите, что происходит с ними обоими.

Параметр Осциллограф для одновременного измерения двух напряжений

Поверните осциллограф на. В разделе ТРИГГЕР на передней панели найдите переключатель с надписью AUTO, NORM и т. д.Установите это переключитесь на АВТО. В ГОРИЗОНТАЛИ на передней панели найдите ручку MAIN TIME / DIV. Установите эту ручку до 0,1 мСм. Если ручка установлена в более длительное время зеленая линия на экране будет мигать. В ВЕРТИКАЛЬНОМ в разделе передней панели найдите переключатель с пометкой Ch2, Ch3, DUAL, ДОБАВИТЬ. Установите этот переключатель в положение DUAL. Это позволяет увидеть обе трассы (каналы). В Ch2 (канал 1) В области передней панели найдите переключатель с маркировкой AC, GND, DC. Установите это переключиться на постоянный ток. Поверните Ch2 VOLT / DIV ручку на 1 В. Отрегулируйте Ch2 ПОЛОЖЕНИЕ РУЧКИ так, чтобы след (зеленая линия на экране) совпадает с нижней линией сетки. Мы теперь говорим что нулевая точка для Ch2 – это нижняя линия сетки. Повторите вышеуказанные шаги. для секции Ch3 передней панели, делая нижнюю линию сетка это нулевая точка. Найдите переключатели на щупы прицела и установите их на x1.

Изготовление Измерения напряжения

Каждый зонд имеет Зажим-крокодил для подключения прицела к земле. Подключите один из этих зажимы к заземлению вашей схемы. Не обязательно для подсоединения зажима к другому датчику. Подключите зонд к точка в вашей цепи, которая имеет напряжение, которое вы хотите измерить. Если есть другой напряжение, которое вы хотите измерить, подключите другой датчик к этому второму точка. Каждый квадрат на сетка экрана – один сантиметр. Выше, вы устанавливаете регуляторы VOLT / DIV на 1 В. Это означает, что каждый сантиметр представляет 1 вольт, а каждое меньшее деление представляет 0,2 вольт. Если напряжение у вас измерение больше 8 вольт, след исчезнет с экрана.В этом случае установите параметр VOLT / DIV. ручку на большее напряжение. Альтернатива имея нулевые точки для обеих трасс на нижняя линия сетки должна иметь одну нулевую точку в центре сетка, а другой – в нижней строке. Если напряжения вы работая как с отрицательными, так и с положительными эмоциями, вы, вероятно, захотите иметь одну нулевую точку на линии 2 см вниз от верха и другой по линии на 2 сантиметра снизу вверх.

Как измерить ток с помощью осциллографа

Проблема с осциллографами

Осциллограф позволяет вам посмотреть, как напряжение между двумя точками изменяется во времени. Построив график зависимости этого напряжения от времени, вы получите графическое представление вашего сигнала. Если вы хотите узнать больше о том, как осциллографы выполняют эту функцию, мы рекомендуем сначала ознакомиться с этой статьей.

Первым измерительным инструментом инженера-электрика часто является мультиметр, который может измерять несколько параметров, например напряжение, ток и сопротивление. Мультиметр обычно показывает среднее значение с течением времени и, как следствие, не может отображать быстро меняющиеся импульсы или повторяющиеся сигналы. Вот тут-то и пригодится осциллограф.

С другой стороны, многие мультиметры способны измерять ток, чего не может сделать осциллограф. Итак, как нам измерить ток в системе, которая быстро меняется? Прежде всего, зачем нам это делать?

Допустим, вы собираете следующий смартфон и хотите выяснить, на сколько хватит заряда батареи.Смартфоны могут включать и выключать функции только при необходимости, например, передавать данные на вышку сотовой связи через определенные промежутки времени. Если бы вы измерили ток, протекающий от батареи к остальной части телефона, вы бы увидели, что ток все время быстро меняется. Вы не сможете получить последовательное чтение!

Рисунок 1: Измерение потребления тока смартфоном

Здесь может помочь осциллограф. Если бы вы могли измерить текущее потребление по мере его изменения со временем, вы могли бы получить график, как на рисунке 1.В результате вы можете начать рассчитывать, на сколько хватит заряда вашей батареи.

Измерение потребляемого тока в реальном времени (в отличие от среднего) может помочь вам определить характеристики энергопотребления вашего устройства или отладить потенциальные проблемы. Например, ваш процессор может потреблять большой ток при запуске, и вам понадобится осциллограф, чтобы увидеть этот скачок.

Самый простой и распространенный метод измерения полного тока, протекающего в нагрузке, – это использование шунтирующего резистора. Это достигается путем размещения резистора низкого номинала на линии питания (или обратной линии).

Рисунок 2: Схема шунтирующего резистора

В этом случае вашей нагрузкой будет ваша тестируемая цепь (например, ваш смартфон). Блок питания может быть чем-то вроде батареи или сетевого адаптера.

Если вы измеряете напряжение на резисторе, вы можете использовать закон Ома для расчета тока, протекающего в вашу нагрузку:

Мы просто изменим формулу для определения тока:

I = VRI = \ frac {V} {R } I = RV

Если мы знаем сопротивление и измеряем падение напряжения на резисторе, мы можем вычислить ток, протекающий через резистор, который совпадает с током, протекающим в остальной цепи в этот момент.

Например, предположим, что у нас есть шунтирующий резистор 0,1 Ом, и мы измеряем падение 0,03 В на нем с помощью нашего мультиметра:

I = 0,03 В 0,1 Ом = 0,3 AI = \ frac {0,03 В} {0,1 \ Omega} = 0,3 AI = 0,1 Ом 0,03 В = 0,3 А

Мы бы определили, что в этот конкретный момент 0,3 А протекало от нашего источника питания к нашей нагрузке.

Шунтирующие резисторы (Rsh) часто имеют низкое сопротивление, чтобы не вызывать падение напряжения в цепи. Помните, что по мере увеличения тока, потребляемого вашей нагрузкой, также увеличивается падение напряжения на шунтирующем резисторе.Это может привести к падению напряжения, достаточному для отключения всей вашей системы!

Общие значения Rsh находятся в диапазоне от 0,01 до 0,1 Ом. Использование более высоких значений Rsh обеспечивает большую точность ваших измерений, но за счет увеличения падения напряжения на шине питания вашей нагрузки.

Мощность постоянного тока рассчитывается как:

Это можно использовать в качестве наихудшего расчета ожидаемой мощности рассеяния Rsh. Из нашего предыдущего примера мы видим, что:

P = 0,03 В × 0,3 A = 0,009 WP = 0,03 В \ умножить на 0,3 A = 0,009 WP = 0,03 В × 0,3 A = 0,009 Вт

Даже крошечный 1/10 Вт или 1 В этом случае резистор мощностью / 8 Вт может действовать как шунтирующий резистор. Однако предположим, что наша схема внезапно включает двигатель постоянного тока, и падение напряжения на Rsh увеличивается до 0,5 В. Мы бы вычислили ток как:

I = 0.5V0.1Ω = 5AI = \ frac {0.5 V} {0.1 \ Omega} = 5 AI = 0.1Ω0.5V = 5A

Теперь у нас есть ток 5 A в нашей цепи! Это довольно большой рост по сравнению с предыдущим. Теперь мы рассчитываем ожидаемое рассеивание мощности через наш резистор:

P = 0,5 В × 5 А = 2,5 Вт = 0,5 В \ умножить на 5 А = 2,5 Вт = 0,5 В × 5 А = 2,5 Вт

Теперь мы ожидаем, что шунтирующий резистор рассеивает 2,5 Вт мощности. Это было бы слишком много для большинства простых резисторов на 1/4 Вт. На этом этапе вам следует подумать об использовании резистора мощности 3+ Вт или переключении на более низкое значение для Rsh.

Урок заключается в следующем: выберите номинал шунтирующего резистора на основе ожидаемого тока, потребляемого вашей схемой. Выполнение нескольких быстрых вычислений не требует больших затрат, чтобы впоследствии избежать головной боли от повреждения вашей схемы!

Теперь, когда мы увидели, как выбрать значение Rsh и измерить ток, протекающий через него, давайте посмотрим, как мы можем настроить наш осциллограф для измерения тока. На первый взгляд, наша исходная схема (рис. 2) может показаться, что она будет работать хорошо.Использование резистора на положительной шине известно как шунтирующий резистор на стороне высокого напряжения . Однако есть небольшая проблема: зажим заземления на большинстве настольных осциллографов напрямую подключен к заземлению!

В этом видео представлен отличный обзор того, как зажим заземления осциллографа может привести к короткому замыканию источника питания в вашей цепи:

Если мы работаем с заземленной цепью и настольным осциллографом (который также правильно заземлен), то подключение зажим заземления по обе стороны от Rsh приведет к короткому замыканию.Нехорошо.

Один из вариантов – переместить резистор на обратный путь (известный как шунтирующий резистор на стороне низкого уровня ) и подключить зажим заземления осциллографа к заземлению цепи.

Рисунок 3: Измерение напряжения на шунтирующем резисторе с помощью осциллографа

Контуры заземления могут вызывать нежелательные помехи или шум, которые могут появиться в ваших измерениях или в вашей цепи. Эта статья отлично объясняет контуры заземления. Обратите внимание, что это реальная проблема только в том случае, если и осциллограф, и тестируемая цепь подключены к заземлению, как показано на рисунке 4.

Если ваш осциллограф или тестируемое устройство питается от батареи или изолирован от заземления, вы это делаете. не нужно беспокоиться об этой проблеме.Однако для большей безопасности лучший способ измерить падение напряжения на шунтирующем резисторе – это использовать установку с двумя датчиками, сконфигурированную как дифференциальную пару.

Для выполнения этого измерения вам потребуется 2 канала осциллографа. У большинства осциллографов зажимы заземления соединены вместе (вы можете подтвердить это с помощью мультиметра, если не уверены). В результате нам не нужно ни к чему подключать заземляющие зажимы.

Подключите наконечники пробников к любой стороне шунтирующего резистора.В этом примере мы предполагаем, что канал 1 имеет более высокий потенциал, чем канал 2. Хотя на рисунке 5 показан шунтирующий резистор на нижней стороне, обратите внимание, что вы также можете сделать это с помощью резистора высокой стороны.

Рисунок 5: Настройка дифференциального пробника

На вашем осциллографе выберите функцию Math (при условии, что ваш осциллограф имеет такую ​​функцию). Оттуда вы сможете построить график вывода Ch 1 – Ch 2 . Вычитая напряжение канала 2 из напряжения канала 1, мы можем вычислить падение напряжения на резисторе, не беспокоясь о коротком замыкании источника питания или создании контура заземления!

Помните, что для каждой точки этого сигнала вам нужно будет разделить напряжение на значение шунтирующего резистора, чтобы получить ток, протекающий в вашу систему.Некоторые осциллографы позволяют разделить измеренное значение на константу, чтобы избавить вас от необходимости выполнять этот шаг. Проверьте функции Math в вашем осциллографе!

Другие варианты измерения тока

Если ваш осциллограф питается от батареи или ваше тестируемое устройство изолировано от заземления (например, оно также питается от батареи или вы используете двухконтактный сетевой адаптер), тогда вы не будете этого делать. нужно беспокоиться о замыкании источника питания на землю. Не стесняйтесь прикреплять заземляющий зажим к любой стороне шунтирующего резистора!

Вы также можете приобрести для своего осциллографа специализированный дифференциальный пробник , который выполняет ту же настройку дифференциала, которую мы обсуждали выше.Однако для дифференциального пробника требуется только 1 канал вместо 2. Кроме того, дифференциальные пробники могут быть довольно дорогими.

Другой вариант – токовый пробник осциллографа. Большинство токовых пробников зажимают оголенный провод и измеряют магнитное поле, создаваемое током, протекающим через провод. Для этого требуется оголенный провод в вашей цепи, а датчики зажимного типа обычно имеют точность только до уровня миллиампер. Шунтирующий резистор обычно необходим для измерения микроампер и наноампер.

Четвертый вариант – использовать специализированную схему или деталь для измерения напряжения на шунтирующем резисторе, например INA169.INA169, по сути, создает дифференциальный пробник вокруг шунтирующего резистора и выдает выходное напряжение, которое можно измерить с помощью осциллографа. Однако обратите внимание, что INA169 может измерять только положительные напряжения (шунтирующий резистор на стороне высокого напряжения). Убедитесь, что вы полностью прочитали техническое описание, чтобы понять ограничения детали!

Существует множество вариантов измерения тока, протекающего по вашей цепи. Мы рекомендуем потратить некоторое время на то, чтобы понять, как можно проводить такие измерения, и понять ограничения каждого подхода.

Измерения напряжения осциллографом – пиковое и размах напряжения

Измерения напряжения в осциллографе

Напряжение – это величина электрического потенциала, выраженная в вольтах, между двумя точками в цепи. Обычно одна из этих точек заземляется (ноль вольт), но не всегда. Напряжения также можно измерять от пика до пика – от точки максимума сигнала до точки его минимума. Будьте внимательны, чтобы указать, какое напряжение вы имеете в виду.

Осциллограф – это прежде всего прибор для измерения напряжения.После того, как вы измерили напряжение, другие величины можно будет просто вычислить. Например, закон Ома гласит, что напряжение между двумя точками в цепи равно току, умноженному на сопротивление. Из любых двух из этих величин можно вычислить третью. Еще одна удобная формула – это степенной закон: мощность сигнала постоянного тока равна напряжению, умноженному на ток. Вычисления для сигналов переменного тока более сложны, но дело в том, что измерение напряжения – это первый шаг к вычислению других величин.

На следующем рисунке показано напряжение одного пика – V [p] – и размах напряжения – V [p-p] -, которое обычно в два раза больше V [p]. Используйте RMS (среднеквадратичное) напряжение – V [RMS] – для расчета мощности сигнала переменного тока.

Пиковое и размах напряжения

Вы измеряете напряжение, подсчитывая количество делений осциллограммы на вертикальной шкале осциллографа. Регулировка сигнала для покрытия большей части экрана по вертикали с последующим измерением по центральной вертикальной линии координатной сетки с меньшими делениями обеспечивает наилучшие измерения напряжения.Чем большую площадь экрана вы используете, тем точнее вы можете читать с экрана.

Измерение напряжения на центральной вертикальной линии координатной сетки

Многие осциллографы оснащены экранными курсорами, которые позволяют автоматически выполнять измерения формы сигнала на экране без необходимости подсчета отметок на сетке. По сути, курсоры – это две горизонтальные линии для измерения напряжения и две вертикальные линии для измерения времени, которые вы можете перемещать по экрану. Показания показывают напряжение или время в их положениях.

Как читать осциллограф? – Компакет

Измерительный прибор, который измеряет электрические величины и выражает величины , которые они измеряют численно или аналогично, называется осциллографом.

Большинство цифровых осциллографов имеют автоматические измерительные инструменты, которые упрощают и ускоряют стандартные процедуры измерения. Таким образом, надежность и точность результатов измерений стали еще лучше. Процесс ручного измерения, описанный в этой статье, сделает более понятным управление автоматическими измерениями и управление ими.

Когда напряжение 12 В переменного тока, измеренное с помощью вольтметра, измеряется с помощью осциллографа, считывается значение приблизительно 16,97 В, причина различных значений измерительных приборов – Измерение действующего значения переменного тока, Осциллограф Измерение максимального значения Ас.

Хотя цифровые осциллографы дороже других измерительных приборов, с помощью цифровых осциллографов легче обнаружить неисправности в системе. Потому что выходы телевизионных или более сложных систем в определенных точках и этажах являются фиксированными, и эти выходы указываются по пунктам в каталогах системы. При измерениях, выполненных с помощью осциллографа, на полу обнаружена неисправность, которая дает другой результат из каталога.

Вам также может понравиться: https://compocket.com/blogs/news/how-to-use-an-oscilloscope

Как начать читать осциллограф?

Вы можете увидеть текущее состояние электрического сигнала по показаниям осциллографа.Кроме того, вы также можете получить дополнительную информацию, такую ​​как изменение шума сигнала с течением времени или силу постоянного тока (постоянного тока) или переменного тока (переменного тока). Вы также можете определить форму волны по показаниям осциллографа.

Это может показаться очень запутанным, но на самом деле чтение с осциллографа намного проще, чем кажется. Если вы разбираетесь во всех элементах управления и кнопках устройства, чтение с осциллографа – это всего лишь базовая математика.

Сначала вам нужно узнать, что представляют собой значения на осциллографе.Каждое значение, которое вы видите на осциллографе, информирует вас о важных переменных, таких как напряжение, сила тока и т. Д.

С помощью осциллографа вы можете наблюдать почти бесконечное количество и разнообразие сигналов. Тем не менее, в каждом осциллографе используются разные технологии и варианты отображения, поэтому никакие два ваших осциллографа не будут одинаковыми. Другими словами, различные типы осциллографов предлагают вам пространство для творчества и динамизма. Однако это не означает, что разные типы и конструкции осциллографов отличаются друг от друга.Хотя они могут различаться по уровню технологии, стилю и дизайну, разные осциллографы показывают одинаковые значения для одного и того же измерения. Вот почему есть несколько важных шагов, которые необходимо выполнять каждый раз, когда вы читаете осциллограф, независимо от типа используемого осциллографа.

Благодаря повышенной надежности с годами цифровые осциллографы предлагают значительную простоту использования: они помогают обойти этап вычисления и просто отображать результаты на экране.Однако, если вы студент или у вас нет доступа к цифровому осциллографу, вам необходимо предпринять дополнительные шаги для извлечения необходимой информации из осциллографа.

На ЖК-экране осциллографа мы видим ось x и ось y в волне лучей. Эти два помогают нам определить разность потенциалов напряжения во времени. Длина этих волн не отражает расстояние, вместо этого они представляют время.

Ось x соответствует оси y на экране вывода осциллографа.Ось x показывает время , ось y показывает напряжение . Цифровые осциллографы позволяют нам определять взаимосвязь между определенными переменными в электрических цепях.

Как читать осциллограф?

Осциллограф

– спасательное устройство для электроники и людей, работающих с электронными токами, цепями. Как и во всех устройствах, у осциллографов есть некоторые основы для понимания этого. Мы знаем по осциллографам, что существует много типов. Однако их типы не меняют их основных функций.Когда мы спрашиваем , как читать осциллограф , анализ зависит от вида графического экрана, и этот график имеет оси x и y. Из определения осциллографа мы знаем, что у осциллографа есть временная шкала для измерения электрического напряжения в токе. Ось X горизонтальна и показывает время, ось Y вертикальна и показывает данные напряжения. Мы видим это с экрана. Мы смотрим на них, чтобы обнаружить проблему между этими двумя осями. Когда вы запускаете осциллограф или пытаетесь измерить то, что вы можете измерить с помощью осциллографа, например, форму сигнала, измерять частоту или амплитуду или наблюдая за шумом в сигнале, вы видите волны на экране, чтобы исследовать их.Есть несколько распространенных форм сигналов и их устройства-источники.

• Источником этого могут быть розетки для синусоидальной электроники.
• Затухающая синусоида
• Квадратная волна
• Прямоугольная волна
• Пилообразная волна
• Triangle Wave-Automobile может быть его источником.
• Шаг Wav
• Pulse Wave- Компьютер может быть его источником.
• Comlex Wave- Телевидение может быть его источником.

Изучая эти волны, мы можем получить информацию о частоте, напряжении, амплитуде и фазе.

Сигнальные входы

предоставляют пользователям сигнальное соединение. Управляет другой частью осциллографа и основными элементами управления осциллографом: по вертикали (вольт / деление) и по горизонтали (развертка). Регуляторы напряжения / деления обеспечивают максимальное напряжение и минимальный входной сигнал, необходимые для его правильного выбора. Эта функция также действительна для временной развертки. Знание уровня запуска и источника запуска для вашего осциллографа – еще один ответ на вопрос о том, как читать данные с осциллографа. Эти базовые знания помогут вам читать данные на вашем осциллографе.Если вы внимательно относитесь к измерениям и сигналам для обнаружения проблем, вы можете помочь своим работам.

Измерения напряжения

Величина электрического потенциала между двумя точками в цепи называется напряжением, и его единица измерения выражается в вольтах. Переменный ток, постоянный ток и высокочастотные сигналы могут быть измерены с помощью осциллографа до максимум 400 Вольт .

Амплитуда знака на экране измеряется по оси Y (вертикальной).Амплитуда сначала определяется в квадратах на экране. Затем фактическое значение напряжения определяется путем умножения значения, указанного знаком на коммутаторе входного аттенюатора Volt / Div, на количество кадров. При этом ручку непрерывной регулировки амплитуды, если таковая имеется, необходимо повернуть до конца в положение калибровки или против часовой стрелки. Если зонд ослабляет амплитуду; Коэффициент затухания следует умножить и учесть.

U = Количество кадров x (В / дел) * Коэффициент датчика

Измерение периода или частоты

Каждый цифровой осциллограф имеет предел измерения частоты.Обратите внимание на этот предел при измерении высоких частот. После выбора цифрового осциллографа, подходящего для измеряемого значения частоты, осциллограф подключается к измеряемой точке. Однако теперь в осциллографах измеряется период, а не частота. Измерения периода производятся по оси X (горизонтальной). Длина одного периода формы сигнала в направлении оси X определяется путем подсчета квадратов. Мы получаем значение кнопки время / дел, умножая количество кадров.Однако, если зонд ослабевает, коэффициент затухания умножается и учитывается.

T = Количество кадров x (Время / дел.) * Коэффициент датчика

Что измеряют осциллографы?

• Значения переменного и постоянного напряжения
• Осциллограммы изменяющихся электрических величин
• Ток, протекающий по цепи
• Разность фаз
• Частота
• Характеристики полупроводниковых элементов, таких как диоды, транзисторы
• Кривые заряда и разряда конденсатора

Как измерить высокое напряжение с помощью осциллографа

Осциллограф – это электронное испытательное оборудование, которое графически отображает формы сигналов и другие изменяющиеся напряжения во времени.Ученые и техники используют их для измерения многих видов электронных сигналов. Эти чувствительные устройства обычно измеряют в диапазоне от нескольких тысячных долей вольта до нескольких сотен вольт. Для безопасного измерения более высоких напряжений подключите высоковольтный пробник к осциллографу. Пробник имеет длинную изолированную ручку и делитель напряжения, который уменьшает высокое напряжение в 1000 раз, что позволяет проводить измерения до 40 000 вольт.

Вставьте двойные банановые штекерные разъемы высоковольтного пробника в гнездовой банановый переходник для BNC.

Накрутите адаптер BNC на штекер BNC осциллографа.

Подключите зажим заземления высоковольтного пробника к твердой точке заземления на высоковольтном оборудовании.

Включите высоковольтное оборудование, затем включите осциллограф. Установите вертикальную чувствительность осциллографа на один вольт на деление. Отрегулируйте вертикальное положение так, чтобы оно совпадало с нулевой точкой на дисплее осциллографа. Установите частоту горизонтальной развертки в масштабе времени, подходящем для высоковольтного оборудования.

Возьмите зонд за пластиковую ручку на конце, противоположном металлическому наконечнику. Прикоснитесь металлическим наконечником зонда к точке высокого напряжения, которую вы хотите измерить.

Наблюдайте за осциллограммой на осциллографе и подсчитайте вертикальные деления над центральной линией, где осциллограмма достигает максимума. Умножьте это на один вольт на деление. Снова умножьте на 1000, чтобы получить истинное значение, измеренное датчиком. Например, если пик формы сигнала находится на 2,5 деления выше центральной линии на осциллографе, 2.5 х 1 вольт на деление составляет 2,5 вольт. Умножение на 1000 дает истинное показание 2500 вольт на наконечнике зонда.

Вещи, которые вам понадобятся:

• Высоковольтный пробник
• Двойной переходник типа «банан – гнездо» BNC
• Осциллограф

Наконечник

Если верхняя и нижняя части сигнала не помещаются на экране, поверните ручку усиления по вертикали установите менее чувствительную настройку, например, 5 вольт на деление.

Предупреждения:

• Всегда обращайте особое внимание при работе с высоким напряжением, так как они могут быть смертельными.Если возможно, работайте с партнером или под руководством супервайзера, знакомого с безопасностью при работе с высоким напряжением.

ИСПЫТАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОСКОПОВ И ЦИФРОВЫХ МУЛЬТИМЕТРОВ

Напряжение постоянного тока

можно измерить с помощью осциллографа или цифрового мультиметра. У каждого испытательного оборудования есть свои преимущества и недостатки. Давайте сначала рассмотрим использование осциллографа.

Осциллограф

Вы можете измерять постоянное напряжение с помощью осциллографа, который имеет усилитель отклонения с прямой связью или клеммы для прямого подключения к отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки, но измерение постоянного напряжения с помощью осциллографа удобно только в некоторых ситуациях, например.g., когда вы используете осциллограф для выполнения других измерений на том же оборудовании или когда вам нужно устройство для измерения высокого импеданса, а вольтметр с вакуумной трубкой недоступен.

Осциллографы

обычно не нагружают тестируемую цепь из-за их высокого входного импеданса, но осциллографы предназначены в первую очередь для наблюдения за формой сигналов и, как правило, менее точны, чем другие типы испытательного оборудования, обычно используемые для измерения напряжения постоянного тока. Одним из преимуществ использования осциллографа является его способность контролировать величину пульсаций переменного напряжения, связанных с постоянным напряжением; это преимущество делает осциллограф идеальным для поиска и устранения неисправностей источников питания постоянного тока с чрезмерной пульсацией, вызванной отказом компонентов.

Цифровой мультиметр

Большинство современных аналоговых вольтметров имеют точность примерно плюс-минус два процента от полной шкалы. (Как

) большинство цифровых мультиметров имеют высокий входной импеданс, поэтому они вряд ли повредят цепь, которую вы тестируете, и обычно обеспечивают точность не менее плюс-минус один процент.

Цифровые мультиметры

отображают числовые показания, и эти дисплеи с прямым считыванием – в дополнение к их способности изменять диапазон и полярность – устраняют проблемы параллакса, уменьшают погрешность и значительно увеличивают скорость, с которой вы можете проводить измерения.Цифровые данные мультиметров также могут обрабатываться компьютерами, принтерами, магнитными лентами и т. Д.

Современные цифровые мультиметры компактны и легки и часто поставляются с перезаряжаемыми батареями, что делает их идеальными для работы в полевых условиях. Недостатки использования цифровых мультиметров в том, что они обычно не прочны и не выдерживают злоупотреблений, а некоторые модели не выдают достаточного напряжения смещения для проверки транзистора или диодного перехода.

Измерение тока с помощью пробника напряжения осциллографа

Осциллограф представляет собой вольтметр с автоматическим выбором диапазона.Но при проверке электрического оборудования часто бывает полезно измерить ток. Текущее измерение может дать более реалистичную картину происходящего. Избыточный ток приводит к сильному повышению температуры, которое может быстро повредить электрическое оборудование и создать опасность.

Действующий закон Кирхгофа дает ценную информацию. Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов, протекающих в проводящей сети, заканчивающейся в любой заданной точке, равна нулю.Это понимание незаменимо при отслеживании сложных цепей. Основной вывод состоит в том, что ток не уходит. Он может приводить в движение такие механизмы, как роторный двигатель, приводить в движение исполнительный механизм или питать лампочку или динамик. Его можно хранить в химической батарее, конденсаторе или магнитном поле. Но он не исчезает, и, соответственно, его можно отследить и дать содержательную информацию. Инженеры выражают потерю электроэнергии как I ² R тепловыделение. Он выходит за пределы вольера, но не перестает существовать.

Для измерения тока с помощью осциллографа обычно используется токовый пробник. Он работает так же, как электротехнический амперметр, где мощные клещи зажимают проводник, в котором должен измеряться ток.

Пару токоизмерительных клещей.

Токоизмерительные клещи могут иметь цифровое или аналоговое считывание. Вкратце, клещи-амперметры основаны на том факте, что магнитное поле образуется, когда ток течет по проводнику. Это магнитное поле индуцирует магнитный поток в губках с низким сопротивлением, создавая напряжение, появляющееся на считывающем устройстве, которое является в высшей степени стабильным.Не имеет значения, отцентрирован ли провод в зажимах точно или он проходит под углом.

Токовый пробник осциллографа работает точно так же. Он меньше, его размер подходит для зажима вокруг небольших проводников, прикрепленных к печатной плате или к дискретным устройствам, которые являются частью исследуемого электронного оборудования.

Однако, поскольку токовый пробник осциллографа продается примерно за 1000 долларов, экономные инженеры могут исследовать идею проведения измерений тока осциллографом с использованием существующего пробника напряжения.Это реальная альтернатива, но она может быть проблематичной.

Если опорный вывод заземления настольного осциллографа касается провода или клеммы, имеющей отношение к потенциалу земли и плавающей выше потенциала земли, произойдет короткое замыкание с низким импедансом с искрами и дымом. Это не проблема, когда наконечник зонда касается металла, находящегося под таким напряжением. Под угрозой находится обратный отвод. При выполнении любого из описанных ниже измерений напряжения, целью которого является определение протекания тока, может возникнуть опасная неисправность цепи, поэтому вы должны знать о неправильной конфигурации.

Всю проблему можно легко обойти с помощью портативного осциллографа с батарейным питанием. Этот инструмент обычно имеет два или четыре аналоговых входа, которые изолированы от земли, даже когда аккумулятор заряжается от розетки переменного тока. Выводы заземления пробников, подключенных к этим каналам, обычно также изолированы друг от друга, поэтому нет опасности коротких замыканий с низким сопротивлением. Многие пользователи предпочитают портативный прибор по этой причине, а также потому, что его легко перемещать, он дешевле, чем настольный осциллограф премиум-класса, и не требует розетки переменного тока на месте.

Измерения напряжения можно использовать для расчета тока, протекающего через устройство или любую часть цепи. Из закона Ома:
E = I x R
Где E = электродвижущая сила в вольтах
I = ток в амперах
R = сопротивление в омах
Решение для I : I = E / R

Основная идея измерения тока заключается в использовании шунтирующего резистора, включенного последовательно с нагрузкой, в качестве измерительного элемента.Дифференциальный пробник – лучший инструмент для этой работы. Когда этот тип зонда недоступен, можно использовать обычный зонд осциллографа, если осциллограф питается от батареи или иным образом изолирован от потенциальных контуров заземления.

Итак, сначала необходимо знать R . Его можно определить с помощью высокоомного омметра, встроенного в обычный мультиметр. Он не будет загружать обычные цепи или устройства из-за высокого импеданса. Тем не менее, это может не дать истинного представления об интересующем параметре схемы.Большинство мультиметров выдают на щупах около 3 В постоянного тока. Хотя это не повредит обычным цепям или устройствам, оно может не дать реалистичного значения сопротивления в реальных условиях цепи, поскольку сопротивление может изменяться при изменении приложенного напряжения.

Во-вторых, полное сопротивление – в отличие от сопротивления постоянному току – является определяющим параметром при измерении тока. Импеданс состоит из сопротивления в омах, которое векторно добавляется к емкостному и индуктивному реактивным сопротивлениям, которые алгебраически складываются друг с другом.Эти значения зависят от частоты и не будут учитываться в ходе омических измерений с питанием от постоянного тока.

Измерение напряжения может производиться на той части цепи, которую вы хотите отобрать, или на сопротивлении, включенном последовательно с ним, при условии, что цепь не разветвляется между этими нагрузками. Однако необходимо понимать, что включение сопротивления последовательно с элементом схемы будет делить напряжение и уменьшать ток.Если часть, которая должна быть исследована осциллографом, имеет ненулевую емкостную или индуктивную составляющую, и если источник питания переменного тока, будет фазовый сдвиг между напряжением и током. Но это не мешает просматривать осциллограмму.

При доступе к форме волны через ранее существовавшее или вставленное последовательное сопротивление, следует проявлять особую осторожность, чтобы обратный провод не был подключен в точке, где есть напряжение, относящееся к заземлению параллельной цепи помещения или плавая над ним, для причины объяснены ранее.

Все проблемы с отображением тока с помощью датчика напряжения исчезают при использовании датчика тока. В качестве альтернативы можно избежать опасности замыкания на землю при использовании портативного осциллографа с батарейным питанием, входы которого изолированы друг от друга и от земли. Некоторые пользователи предпочитают настольный осциллограф, потому что он имеет более легко интерпретируемый и подробный дисплей, расширенные функции и возможность большей пропускной способности, большей памяти и потенциально более высокой частоты дискретизации.

Можно подключить выводы пробников осциллографа настольного типа к плавающему месту с привязкой к земле, если используется специальный аксессуар, известный как пара дифференциальных пробников. Два наконечника щупа касаются проводов или клемм с разными потенциалами, независимо от заземления. Разница измеряется и отображается на экране осциллографа.

Дифференциальный зонд; отлично, если вы можете себе это позволить.

Целью упражнения, помимо предотвращения опасности замыкания на землю, является максимальное увеличение коэффициента подавления синфазного сигнала.Для этого оба сигнальных тракта должны быть электрически идентичными, насколько это возможно, поэтому провода лучше всего делать короткими. Благодаря достижениям в области миниатюризации стало возможным разместить дифференциальный усилитель в головке пробника, чтобы остальная часть пути прохождения сигнала могла быть подключена обычным кабелем.

Токовый пробник зажимается вокруг проводника и подключается к входу аналогового канала.

Дифференциальные пробники широко использовались бы, если бы не цена. Некоторые модели стоят около 30 000 долларов.Для обслуживания частотно-регулируемого привода (ЧРП) или разработки продукта идеально подойдет набор дифференциальных пробников. Но многие пользователи довольны использованием портативных осциллографов с батарейным питанием. Вместе с токоизмерительными клещами для электрика он ответит на большинство вопросов, касающихся работы частотно-регулируемого привода в полевых условиях и в лаборатории во время разработки продукта.

.