Устройство осциллографа и принцип работы: Принцип работы осфиллографа | Серния Инжиниринг

принципы действия, отличия, сферы применения

7 Сентября 2020

Осциллографы предназначены для измерения параметров электрических и оптических сигналов — напряжения, частоты, сдвига фаз, отношения сигнала к шуму и других. Эти приборы незаменимы при проектировании, тестировании и ремонте интегральных схем, полупроводниковых и других устройств.

За десятилетия совершенствования осциллографов их характеристики существенно улучшились, а возможности применения — расширились. Производители разработали разные типы осциллографов. В наши дни широкое распространение получили цифровые приборы двух типов — стробоскопические и реального времени. Перед тем, как выбрать и купить осциллограф, нужно изучить сходства и различия устройств разных типов. В этом вам поможет настоящий обзор.

Содержание

Немного истории

История осциллографов началась в далёком 1893 году, когда учёный Андре Блондель из Франции создал магнитоэлектрический прибор для регистрации характеристик сигналов. Этот первый осциллограф, крайне примитивный по сегодняшним меркам, выводил результаты измерений на движущуюся ленту с помощью маятника с чернилами. Большое количество трущихся деталей значительно снижало точность устройства. Полоса его пропускания также была небольшой — всего 10-19 кГц.

1897 год был ознаменован изобретением электронно-лучевой трубки — устройства, давшего осциллографам новую жизнь. Первую модель прибора, оснащённого ЭЛТ, в 1932 году продемонстрировала английская компания A. C. Cossor.

Вторая мировая война затормозила развитие измерительной техники. После её окончания началось стремительное распространение осциллографов во многих странах мира, в первую очередь — в Америке и Европе.

В 1946 году был изобретён первый в мире осциллограф с ждущей развёрткой — такой, которая срабатывает только тогда, когда присутствует исследуемый электрический сигнал.

Из года в год улучшались характеристики осциллографов — повышалась их точность, расширялась полоса пропускания. Тем не менее, всё это время неизменным оставалось одно — все измерительные приборы были аналоговыми.

Появлению и бурному развитию цифровых осциллографов поспособствовало создание таких устройств, как:

• гибридные аналого-цифровые преобразователи, позволяющие точно и быстро переводить электрические и оптические сигналы в цифровую форму;
• компактных, информативных и энергоэффективных дисплеев, на которые выводится информация о результатах измерений;
• запоминающих модулей, позволяющих фиксировать выборки сигнала в памяти.

Аналоговые осциллографы, оснащённые электронно-лучевыми трубками, ушли на второй план далеко не сразу — слишком сильны были привычки и предпочтения учёных и исследователей второй половины XX века. Такие приборы отображали сигнал в режиме реального времени, они не позволяли масштабировать его и сохранять данные в памяти, поэтому со временем закономерно уступили свои позиции.

Совершенствуя цифровые приборы, разработчики создали несколько типов осциллографов — в частности, стробоскопические и реального времени. Модели, входящие в каждую из этих групп, имеют разные, хоть и частично пересекающиеся, сферы применения (подробнее об этом будет рассказано далее).

Стробоскопические осциллографы и устройства, работающие в реальном времени, имеют сходство, и оно — в тракте дискретизации (оцифровки) исследуемого сигнала. Последний подаётся на входной интерфейс прибора и переводится в цифровую форму в цепи предварительной обработки. Трансформированный таким образом сигнал отображается на экране осциллографа и сохраняется в его памяти. На этом сходства приборов разных типов заканчиваются, и начинаются принципиальные различия.

Стробоскопические осциллографы

У этих приборов есть другое название — осциллографы DCA (Digital Communication Analyzer, цифровые коммуникационные анализаторы). Их используют для изучения временных и амплитудных характеристик периодических сигналов, визуализации их формы.

Принцип действия осциллографов DCA основывается на стробоскопическом эффекте. Анализ сигналов с их помощью производится в несколько этапов:

• исследуемый сигнал подаётся на стробоскопический смеситель, в который входят запоминающий модуль и диодная ключевая схема;
• при первом выполнении условий старта прибор захватывает группу выборок, разнесённых по времени;
• далее осциллограф смещает точку запуска и захватывает очередной набор выборок, которые отображаются на экране совместно с первой группой. Смещение происходит с помощью коротких строб-импульсов, создаваемых специальной схемой. Последняя обеспечивает фиксированный шаг считывания, на который и происходит сдвиг точки захвата;
• процесс повторяется, в результате чего строится осциллограмма с бесконечным послесвечением, сформированная по данным многочисленных считываний исследуемого сигнала.

Описанный принцип действия стробоскопических осциллографов обеспечивает высокую чувствительность и широкую полосу пропускания этих приборов. В настоящее время они являются наиболее чувствительными широкополосными устройствами.

Ключевое значение для работы стробоскопического осциллографа имеет шаг сдвига точки захвата сигнала. Частота дискретизации несущественна, объём памяти также не имеет большого значения, поскольку прибору при каждом запуске приходится захватывать и обрабатывать лишь несколько выборок.

Исследуемый сигнал можно не только наблюдать на экране осциллографа, но и подавать на компьютер или двухкоординатный самописец — для этого предназначен специальный низкочастотный выход.

Осциллографы реального времени

У этих устройств есть альтернативные названия — цифровые осциллографы DSO или MSO (Digital Storage Oscilloscope, Mixed Signal Oscilloscope, то есть цифровые запоминающие или предназначенные для работы со смешанным сигналом осциллографы.

Исследование сигнала с помощью цифрового осциллографа реального времени проходит в несколько этапов:

• дискретизированный сигнал подаётся на вход прибора;
• интегральная схема, отвечающая за запуск осциллографа, ожидает наступления предварительно заданного события — той или иной кодовой последовательности, перепада напряжения или другого. После его наступления ИС запускает прибор;
• осциллограф в режиме реального времени захватывает непрерывную последовательность выборок изучаемого сигнала и выводит собранные данные на экран вместе с выборками, захваченными до запуска. Кроме того, эта информация сохраняется в памяти устройства.

Осциллограф DSO можно использовать в одном из двух режимов:

• периодическом (непрерывном). Прибор с определённой периодичностью захватывает и выводит на экран исследуемый сигнал, если выполняются заданные условия запуска. Появляется возможность «живого» изучения входящего сигнала, весьма ценная для специалистов, и именно поэтому периодический режим используют чаще всего;
• режиме однократного захвата. При работе в нём цифровой осциллограф однократно захватывает группу последовательных выборок и отображает собранные данные на экране. Пользователь получает возможность детально изучить интересующее его событие, в том числе растягивая изображение, измерить длительность импульса или его фронта, выполнить быстрое преобразование Фурье или математический анализ.

Для цифровых осциллографов реального времени критичен такой параметр, как объём памяти. Чем он больше, тем более широкое окно захвата сигнала есть в распоряжении пользователя. Это, в свою очередь, позволяет выявлять события, происходящие сравнительно редко. Кроме того, большой объём памяти прибора даёт возможность повысить точность измерений и математических расчётов. Это достигается путём увеличения частоты дискретизации и одновременного замедления развёртки.

Сравнение осциллографов разных типов

Перед тем, как выбрать и купить осциллограф, примите во внимание различия между приборами разных типов.

Отношение сигнал/шум

Рассматривая этот критерий, нужно учесть разрядность аналого-цифровых преобразователей и связанный с ней динамический диапазон осциллографов. Модели, работающие в реальном времени, имеют 8-разрядный АЦП (фактическое разрешение при этом нередко составляет всего 6 разрядов). Это сужает динамический диапазон таких осциллографов, повышает уровень шума и заставляет использовать аттенюаторы, чтобы изучаемые сигналы отображались корректно.

Стробоскопические устройства превосходят осциллографы DSO тем, что имеют на борту 14-разрядные АЦП. Это расширяет динамический диапазон приборов и снижает уровень шума. Появляется возможность исследовать сигналы, амплитуда которых варьируется от милливольт до единиц вольт, причём без применения аттенюатора.

Низкий уровень шумов позволил стробоскопическим осциллографам завоевать титул «золотого стандарта» в сфере измерений. Устройства реального времени, однако, не намерены уступать — их характеристики с каждым годом улучшаются, а отставание от стробоскопических осциллографов по такому критерию, как уровень шума, сокращается.

Технология восстановления тактовой частоты

Чтобы измерять джиттер, декодировать 10-битное кодирование и строить так называемые глазковые диаграммы, осциллографы должны восстанавливать тактовую частоту, примешанную к исследуемому сигналу. Восстановленная тактовая частота, по сути, играет для осциллографа роль опорной, поэтому технология её восстановления имеет большое значение. В прошлом использовалось только аппаратное восстановление, и эта система не была застрахована от ошибок — вне зависимости от того, какая (внутренняя или внешняя) тактовая частота использовалась.

Сравнительно недавно разработчики реализовали программную технологию восстановления тактовой частоты. Пионером в этом направлении стала американская компания Agilent Technologies (Keysight Technologies). Внедрение программных методов стало важным шагом на пути развития измерительной техники — ошибки исчезли, а качество работы цифровых осциллографов значительно повысилось.

Нужно принимать во внимание не только технологию восстановления тактовой частоты, но и алгоритм, по которому она выполняется. Используются алгоритмы JTF и OJTF, причём первый чаще всего реализован в стробоскопических осциллографах, а второй — в моделях реального времени. Алгоритм OJTF в значительной степени подавляет низкочастотный джиттер, и это нужно учитывать при использовании измерительного оборудования.

Амплитудно-частотная характеристика

Результаты исследования сигнала напрямую зависят от частотных характеристик осциллографа, с помощью которого оно выполняется. Способность корректировать амплитудно-частотную характеристику — ещё одна особенность, которой отличаются друг от друга приборы разных типов:

• стробоскопические осциллографы, как правило, не корректируют АЧХ, поэтому имеют медленно снижающуюся частотную характеристику, напоминающую гауссову кривую;
• во многих осциллографах реального времени реализована технология цифровой коррекции на основе DSP (Digital Signal Processor, цифрового сигнального процессора). В отдельных моделях предусмотрено несколько отличающихся параметрами частотных характеристик. Замечено, что плоская АЧХ при чрезмерных для прибора скоростях спада и нарастания импульса может при измерениях давать подобие звона. Гауссова АЧХ в некоторых случаях порождает межсимвольные помехи, также искажающие результаты измерений. Исследователь, использующий цифровой осциллограф DSO, должен учитывать эти особенности и в каждом случае выбирать оптимальную частотную характеристику.

Цена

При схожих технических характеристиках цена осциллографов разных типов может существенно отличаться. Так, модель реального времени, имеющая полосу пропускания 50 ГГц, может стоить 300-400 тыс. долларов, тогда как полнофункциональный стробоскопический осциллограф с аналогичной полосой пропускания вполне реально приобрести меньше, чем за 150 тыс. долларов. Ответьте на вопрос о том, нужна ли высокая гибкость осциллографов DSO в вашем случае, и вы избежите неоправданных расходов.

Расширяемость

И стробоскопические, и DSO осциллографы отличаются друг от друга возможностями расширения. Современные модели позволяют:

• добавлять специализированные функции измерения;
• работать с программным обеспечением сторонних производителей, установленным на компьютере;
• увеличивать объём памяти для того, чтобы создавать более длительные записи;
• использовать большую номенклатуру дополнительных модулей и пробников;
• применять вспомогательные приспособления — комплекты для установки осциллографа в стойку, аккумуляторные батареи для автономной работы прибора и другие.

Выбирая осциллограф по такому критерию, как степень расширяемости, учитывайте не только существующие потребности, но и те, которые могут возникнуть в будущем.

Лёгкость изучения

Это — ещё одно отличие разных моделей осциллографов (как стробоскопических, так и реального времени). Студенты и начинающие пользователи быстрее начинают эффективное использование измерительного прибора, если он:

• имеет интуитивно понятный интерфейс;
• комплектуется учебными материалами;
• позволяет использовать встроенные обучающие сигналы;
• даёт доступ к презентациям, лабораторным работам и другим материалам, разработанным фирмой-производителем.

Сферы применения осциллографов разных типов

Если исследуемый сигнал периодически повторяется, и его можно захватить в определённом интервале реального времени, оптимально подойдёт стробоскопический осциллограф. Важную роль в данном случае играют такие особенности прибора, как широкий динамический диапазон и незначительный джиттер. Не менее важны модульная конструкция осциллографов стробоскопического типа и их сравнительно небольшая стоимость. Эти высокочувствительные приборы позволяют:

• исследовать временные и амплитудные характеристики сигналов пико- и наносекундного диапазонов, которые периодически повторяются;
• работать с уровнями сигналов, варьирующимися от милливольт до единиц вольт;
• изучать параметры импульсных и интегральных схем;
• строить глазковые диаграммы;
• измерять джиттер;
• исследовать переходные процессы, происходящие в быстродействующих приборах;
• решать некоторые другие задачи.

Чтобы наблюдать за слабыми импульсами, длительность которых измеряется наносекундами, понадобились бы широкополосные трубки и усилители сигнала, работающие на высоких частотах. Стробоскопические осциллографы сделали ненужным комбинирование этих приборов, которые с трудом совмещаются друг с другом. Они позволили масштабировать время изучаемого импульса без изменения его формы — а значит, многократно увеличить эквивалентную полосу пропускания.

Можно сделать вывод: стробоскопические осциллографы, как правило, лучше других отвечают требованиям, действующим при производственном тестировании.

Если пользователю, выполняющему отладку оборудования, нужно организовать запуск прибора по сложно обнаруживаемым событиям, ему подойдёт осциллограф DSO, работающий в реальном времени. Такие приборы отличаются гораздо более высокой гибкостью, чем стробоскопические модели. Они позволяют:

• декодировать сигналы, закодированные по многим протоколам;
• начинать анализ по этим сигналам;
• тестировать оборудование по многочисленным стандартам;
• исследовать джиттер в расширенном режиме, причём по единственному захвату;
• в итоге — быстро и эффективно выявлять и устранять возникшие неисправности оборудования.

В недалёком прошлом стробоскопические осциллографы на несколько порядков превосходили устройства реального времени по собственному джиттеру и полосе пропускания. За последнее десятилетие осциллографы DSO, однако, значительно сократили этот разрыв. Грань между приборами разных типов, таким образом, оказалась почти стёртой.

Тенденции совершенствования осциллографов

Одна из главных тенденций совершенствования цифровых осциллографов — расширение их полосы пропускания и повышение их быстродействия. По первому критерию предел современных устройств составляет 6-7 ГГц, время нарастания при этом составляет порядка 50-70 пикосекунд.

Ещё одна тенденция — расширение ассортимента портативных (мобильных) осциллографов. Внешне такие устройства очень напоминают сотовые телефоны. Портативные осциллографы, как правило, уступают стационарным лабораторным моделям по характеристикам, но превосходят их по удобству транспортировки и использования в полевых условиях. Портативными осциллографами управляют с помощью компьютера, на нём же выполняется обработка сигнала. Результаты наблюдений отрисовываются на мониторе ПК. Кроме того, появляется возможность сохранить результаты исследований на жёстком диске, поделиться ими по электронной почте или распечатать на принтере.

Свои тенденции развития господствуют в сегменте цифровых осциллографов класса Hi-End. Они оснащаются аналого-цифровыми преобразователями, работающими с чрезвычайно высокой (достигающей 10 гигавыборок в секунду) скоростью. Такие устройства отличаются очень малым временем, проходящим между записью сегментов. Благодаря этому осциллографы класса Hi-End обеспечивают высокую скорость сбора данных и их фиксации в памяти.

Выводы

Итак, если вы изучаете периодически повторяющиеся сигналы в большом динамическом диапазоне, имеющие малый джиттер, вам подойдёт стробоскопический осциллограф. В будущем вы с большой вероятностью сможете расширять его функциональность, обновляя и дополняя модули прибора. Вас порадует цена этого устройства — она будет гораздо более доступной, чем цена цифрового осциллографа реального времени.

Если вам нужно выполнять высокочастотные измерения и регистрировать параметры однократных и повторяющихся сигналов, исследовать джиттер, запускать осциллограф по редким и сложно выявляемым событиям, ваш выбор — модель, работающая в реальном времени. При схожих характеристиках она будет дороже, чем стробоскопическое устройство, но обеспечит вам максимальную гибкость её эксплуатации.

Возникают сложности при выборе того или иного типа осциллографа? Воспользуйтесь профессиональной помощью специалистов компании «Диполь». Мы изучим ваши потребности и порекомендуем модели, которые оптимально подойдут именно вам.

Принцип работы электронного осциллографа

Лаборатория Информационно Образовательных Ресурсов (ЛИОР) при Тихоокеанском Государственном Университете представляет мультимедийное учебное пособие: Принцип работы электронного осциллографа. Казалось бы скучная и неинтересная физика предстает перед студентов в новом свете. Оригинальная подача материала в совокупности с наглядной анимацией делает поцесс обучения интересным.

Следуя наглядным примерам со встроенной интерактивной анимацией обучающийся полностью вовлекается в процесс изучения осциллографа, что позволит без усилий применить эти знания на практике.

Задача учебного пособия – ознакомление с устройством и работой электронного осциллографа, измерение с помощью осциллографа амплитуды и частоты синусоидального сигнала, опеределение скважности прямоугольного импульса.

Студенты научатся подключать и различать электронный осциллограф, генератор, преобразователь импульсов (кассета – ФПЖЭ-ПИ).

Электронное издание Римлянда В.И. Принцип работы электронного осциллографа: мультимедийное учебное пособие было разработано при участии автора – Римлянда Владимира Иосифовича, программиста ЛИОР – Шевчука Андрея Николаевича, верстальщика ЛИОР – Рудковой Веры Владимировны, руководителя ЛИОР – Солодовник Елены Викторовны, студента – Морозова Дмитрия Евгеньевича.  Мультимедийное пособие зарегистрировано в ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» в депозитарии электронных изданий, регистрационное свидетельство №  12239.

Для более наглядного ознакомления с пособием предлагаем вам посмотреть небольшую видео-презентацию его возможностей.

лабораторная работа 34

Цель работы: 1. Ознакомление с принципом действия осциллографа. 2. Определение чувствительности отклоняющих пластин электронно-лучевой трубки осциллографа.

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф, вольтметр, регулируемый источник напряжения.

Принципиальное устройство

Перед выполнением работы необходимо уяснить принцип действия и назначение электронного осциллографа. Например, с помощью осциллографа можно измерять силу тока, напряжение и их изменение во времени, сдвиг фаз между ними, сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, осциллограф при применении соответствующих преобразователей позволяет исследовать неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и т.д.

Достоинствами электронно-лучевого осциллографа являются его высокая чувствительность и безынерционность действия, что позволяет исследовать процессы, длительность которых порядка 10^-8–10^-9 с.

Для ознакомления с работой осциллографа разберем назначение отдельных его частей.

Электронно-лучевая трубка. Важнейшим элементом осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис. 1), которая внешне представляет собой стеклянную колбу специальной формы, откаченную до высокого разрежения, с расположенной внутри системой электродов.

На рис. 1 схематически представлено устройство трубки с электростатическим управлением. В торце узкой части стеклянного баллона 8 расположен катод в виде небольшого цилиндра 2, внутри которого помещена спираль для подогрева 1. Дно цилиндра с внешней стороны покрыто оксидным слоем; с его поверхности при подогреве вылетают электроны. Вблизи катода расположен полый цилиндр 3, называемый управляющим электродом или модулятором, который служит для изменения плотности потока электронов, т.е. позволяет регулировать яркость пятна на экране, 9, покрытом люминофором. Модулятор имеет отрицательный потенциал относительного катода.

Рис. 1

Далее по оси трубки располагаются еще два цилиндра – первый 4 и второй 5 аноды. Первый анод, находясь под положительным потенциалом в несколько сотен вольт, ускоряет движущийся от катода поток электронов. Ко второму аноду подводится напряжение, достигающее в некоторых электронно-лучевых приборах десятков киловольт, и поток электронов выходит из второго анода с  высокой скоростью. Аноды предназначены как для ускорения электронов, так и для формирования электронного луча – узкого, сходящегося у поверхности экрана пучка электронов. Изменением величины напряжения на первом аноде 4 получают необходимую фокусировку луча. Вся система вышеперечисленных электродов крепится на траверсах и образует единое устройство, называемое электронным прожектором.

Выйдя из  прожектора, электронный поток (луч) попадает в отклоняющую систему, служащую для управления положением электронного луча в пространстве. В рассматриваемой нами трубке отклоняющая система состоит из двух пар пластин 6 и 7, расположенных попарно в вертикальной (горизонтально отклоняющие пластины 7) и горизонтальной (вертикально отклоняющие пластины 6) плоскостях. Каждая пара пластин образует плоский конденсатор, и если потенциалы пластин различны, то между ними создается электрическое поле. Между пластинами электроны движутся в поперечном электрическом поле по параболической траектории, и по выходе из пластин траектория оказывается направленной по отношению к оси трубки под некоторым углом, величина которого зависит от разности потенциалов на пластинах и от размеров пластин. Следовательно, с помощью этих двух пар пластин, создающих взаимно перпендикулярные электрические поля,  можно управлять электронным потоком в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Пусть на горизонтально отклоняющие пластины 7 подано напряжение U_х, а на вертикально отклоняющие пластины – U_у, тогда под действием приложенного напряжения U_х след электронного потока смещается на величину Х в горизонтальном направлении, а под действием U_у – на величину Y в вертикальном направлении.

Отклонение Y электронного луча в вертикальном направлении можно рассмотреть на примере отклонения одного электрона (рис. 2).

Пусть на горизонтальные пластины поданы потенциалы, как показано на рис. 2. Тогда однородное электрическое поле внутри пластин направлено снизу вверх (см. рис. 2). Пусть в это электрическое поле влетает электрон с начальной скоростью ₀ (₀ – это скорость электрона, полученная в результате действия анодного напряжения U₀). На него со стороны электрического поля действует электрическая сила, равная

 ,                                      (1)

где е – заряд электрона; Е – напряженность электрического поля между пластинами, которая определяется так:

,                                       (2)

где U_у – разность потенциалов, приложенных к пластинам;
d – расстояние между пластинами.

Рис. 2

Тогда с учетом (2) и (1) получим

.                                  (3)

Поскольку на электрон действует только электрическая сила F (силу тяжести не учитываем, т.к. она пренебрежимо мала), то, используя второй закон Ньютона

F = mа,

можно найти ускорение электрона в вертикальном направлении Y, т.е.

           или        .                   (4)

Так как  электрон движется вдоль оси Х параллельно пластинам и одновременно на него действует сила F, в вертикальном направлении (ось Y), то траектория электрона имеет форму параболы (на рис. 2 пунктирная кривая). Отклонение электрона от прямолинейной траектории в направлении оси Y можно найти исходя из равноускоренного движения электрона вдоль оси Y (на рис. 2 указано Y₁), т.е.

.                                     (5)

Время t отклонения электрона равно времени прохождения электрона вдоль пластин, т.е.

,                                        (6)

где  – длина пластин.

С учетом (6) и (4) уравнение (5) можно представить в виде

.                            (7)

Приближенно формула (7) справедлива и для электронного луча. Из нее видно, что отклонение Y при , ,  зависит только от разности потенциалов , приложенных между пластинами. Соотношение

                                       (8)

называется чувствительностью. Такое же выражение, используя формулы (1-6), можно получить для вертикальных пластин. Для них отклонение траектории электрона будет происходить вдоль оси Х, тогда по аналогии с формулой (8)

                                     (9)

и                                   ,                                                 (10)

где  – разность потенциалов между вертикальными пластинами. В дальнейшем разность потенциалов между пластинами будем считать равной напряжению.

Величины

 ,                                             (11)

называются чувствительностями к напряжению соответственно в направлениях осей Х и Y. Чувствительность трубки по напряжению, при заданном напряжении 2-го анода, представляет собой величину отклонения электронного луча на экране (в мм), получающегося при изменении напряжения, приложенного к отклоняющим пластинам, на 1 вольт.

При постоянном анодном напряжении величины и  для данной электронно-лучевой трубки постоянны.

Пройдя отклоняющую систему, электронный луч движется в расширенной части баллона, и электроны в конце пути попадают на экран 9 трубки. Эта часть баллона с внутренней стороны покрыта люминофором – веществом, способным светиться под воздействием бомбардирующих его электронов. При попадании электронного луча на экран люминофор возбуждается и на экране трубки появляется небольшое светящееся пятно, видимое снаружи через стекло баллона.

Если напряжения на отклоняющих пластинах изменяются, то электронный луч, а следовательно, и светящееся пятно на экране перемещаются, описывая траекторию в соответствии с законом изменения напряжения на отклоняющих пластинах. Таким образом, закон изменения напряжения на отклоняющих пластинах может визуально наблюдаться на экране электронно-лучевой трубки.

Генератор развертки. Генератор развертки представляет собой электронное устройство, позволяющее получить напряжение развертки. Если исследуемое напряжение имеет периодический характер  то для наблюдения на экране формы кривой его подводят к пластинам Y, а на пластины Х подают периодическое напряжение развертки , изменяющееся по какому-либо временному, желательно простому закону, где
Т – период развертки. Обычно напряжение развертки, используемое в осциллографах, изменяется со временем либо по линейному, либо по синусоидальному закону. На рис. 3 в качестве примера линейного развертывающего напряжения изображено так называемое пилообразное напряжение.

Пилообразным оно называется потому, что форма его кривой напоминает зубцы пилы. Это напряжение характеризуется тем, что его увеличение прямо пропорционально времени, и рост напряжения происходит в течение времени t₁.

Рис. 3

При линейном увеличении напряжения электронный луч с экрана осциллографа уходит из исходного положения медленно. Спад напряжения от наибольшего его значения до исходной величины происходит в течение времени t₂. Так как t₂ « t₁, то спад напряжения происходит практически мгновенно. Следовательно, электронный луч также мгновенно возвращается в исходное положение. Период развертки равен Т = t₁ + t₂.

Если периоды исследуемого напряжения и напряжения развертки кратны друг другу, то на экране мы получим неподвижное изображение. В противном случае изображение на экране осциллографа будет передвигаться.

На рис. 4 приведена блок-схема осциллографа, основными узлами которого являются электронно-лучевая трубка, усилители напряжения U_х, U_у, генератор пилообразного напряжения, блок питания. Исследуемое напряжение U_у подается непосредственно через усилитель на вертикально отклоняющие пластины. На вторую пару пластин подается напряжение от какого-либо постороннего источника или пилообразное напряжение от генератора развертки.

Регулировка яркости и фокусировки луча, а также его начальное смещение по вертикали и горизонтали осуществляются с помощью переменных сопротивлений R₁, R₂, R₃, R₄.

На лицевой панели осциллографа расположены все органы управления с соответствующими надписями.

Рис. 4

Ход работы

Упражнение 1. Определение чувствительности отклоняющих пластин трубки осциллографа.

1. Установить переключатели Х и Y (рис. 5) в верхнее положение.

Рис. 5

2. Включить генератор развертки, устанавливая рукоятку «диапазон частот» в положение «выкл». Включить осциллограф и вывести световое пятно в центр координатной сетки с помощью рукояток: «ось Y» – вверх-вниз, «ось Х» – влево-вправо.

3. Подключить к клеммам X источник напряжения и вольтметр в соответствии с рис. 5 и подать последовательно напряжение U_x= 15 В, 20 В, 25 В, 30 В. Для каждого значения измерить по координатной сетке длину горизонтальной световой линии в мм. То же самое повторить, подключая источник напряжения к клеммам Y.

4. Вычислить чувствительность горизонтальных отклоняющих пластин по формуле

                                      .                                                    (12)

5. Аналогично определить чувствительность вертикально отклоняющих пластин:

                                        ,                                                   (13)

где U_y – напряжение на пластинах «Y», определяемое по вольтметру при постоянном токе;  – длина вертикальной линии на экране, мм.

6. Результаты измерения занести в таблицы.

В случае работы с источником переменного напряжения:

                 ,                      ,                  (14)     

где  и  – эффективные напряжения, измеряемые вольтметром переменного тока.

Таблица

В данной работе, используется переменное напряжение, поэтому в рабочие формулы (12), (13), подставляем   (14). » (на лицевой панели) от источника напряжения подать переменное синусоидальное напряжение величиной 30 В.

4. Рукоятками ослабления «1:10» либо «1:100» и «усиление Y» отрегулировать удобный размер изображения по вертикали примерно 0,7 от размера экрана.

5. Переключателем «диапазон развертки» и рукояткой «частота плавно» добиться того, чтобы на экране было видно несколько периодов синусоиды. Величина изображения по горизонтали задается рукояткой «усиление Х». Окончательной стабильности изображения добиваются рукоятками «частота плавно» и «синхронизация» или «амплитуда синхронизации».

6. Полученную синусоиду зарисовать.

7. Устанавливая напряжение в 25, 20, 15 В, проследить за изменением формы кривой на экране. Синусоиды, соответствующие указанным напряжениям, зарисовать на тех же осях, что и 30 В.

Вопросы для допуска к работе

1.        Какова цель работы?

2.       Назовите основные узлы осциллографа и укажите их назначение.

3.       Что называется чувствительностью электронно-лучевой трубки по напряжению?

4.       Оцените погрешность метода измерений чувствительности пластин осциллографа.

Вопросы для защиты работы

1.       Каковы устройство и принцип действия осциллографа?

2.       Выведите формулу чувствительности  и .

3.       Объясните устройство и принцип работы электронно-лучевой трубки.

4.       Почему подается пилообразное напряжение на вертикально отклоняющие пластины?

5.       Каково практическое использование осциллографа?

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.

Осциллограф устройство и принцип работы

Электронно-лучевые (электронные) осциллографы предназначены для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. Возможность наблюдения изменяющихся во времени сигналов делает осциллографы чрезвычайно удобными при определении различных амплитудных и временных параметров наблюдаемых сигналов. Важными достоинствами осциллографов являются широкий частотный диапазон (до 100 МГц), высокая чувствительность и большое входное сопротивление. Все это обусловило их широкое практическое применение.

В основе работы любых электронных осциллографов лежит преобразование исследуемых сигналов в видимое изображение, получаемое на экране электронно-лучевой трубки.

Простейшая однолучевая трубка (ЭЛТ) представляет собой стеклянный баллон, из которого откачан воздух и в котором расположены (рис.4.20) подогреваемый катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А₁ускоряющий анод А₂, две пары взаимно перпендикулярных откло­няющих пластин ОП_хи ОП_у(горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины). Внутренняя поверхность дна баллона (экран Э) покрыта люминофором, способным светиться под действием бомбардировки электронами.

Рис. 4.20. Схема управления лучем электронно-лучевой трубки

Совокупность электродов К, M, A₁, А₂ называют электронной пушкой. Конструктивно эти электроды выполнены в виде цилиндров, расположенных по оси трубки. Электронная пушка излучает узкий пучок электронов — электронный луч. Для этого на электроды пушки подают напряжение, как показано на рис. 4.20, где ЦУЭЛ — цепи управления электронным лучом.

Интенсивность электронного луча регулируют путем изменения отрицательного относительно катода напряжения на модуляторе , что приводит к изменению яркости свечения люминофора. Напряжения на первом и втором анодах формируют электронную линзу для фокусировки потока электронов в узкий луч, позволяющий получить на экране трубки светящееся пятно малого размера. Для ускорения электронов до скорости, необходимой для свечения люминофора, служит третий анод А3, на который подается высокое положительное напряжение.

Сформированный электронный луч проходит между парами отклоняющихся пластин ОП_хи ОП_уи под действием напряжений, приложенных к этим пластинам, отклоняется, соответственно, по осям координат X и У, вызывая смещение светящегося пятна на экране трубки. На рис.4.20 также показана упрощенная схема управления начальной установки луча по оси Y (по оси X управление аналогичное). Меняя положение подвижного контакта переменного резистора («Смещение Y»), можно изменять напряжение на пластинах Y и тем самым смещать луч по экрану.

Чувствительность электроннолучевой трубки равна

(4.37)

где l_t— отклонение луча на экране трубки, вызванное напряжением U_tприложенным к отклоняющим пластинам. Обычно S_T = 0,5 ÷ 5 мм/В.

Упрощенная функциональная схема осциллографа (рис.4.21) включает в себя электронно-лучевую трубку ЭЛТ, входной делитель напряжения ВД, усилитель вертикального отклонения УВО, состоящий из предварительного усилителя ПУ, линии задержки ЛЗ и выходного усилителя ВУ, блок синхронизации БС, генератор развертки ГР, усилитель горизонтального отклонения УГО и калибраторы амплитуды КА и длительности КД.

Рис. 4.21. Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа

Исследуемый сигнал подается на вход Y канала вертикального отклонения, включающего в себя входной делитель и усилитель вертикального отклонения. Выходное напряжение УВО, поступая на вертикальные отклоняющие пластины, управляет отклонением электронного луча в трубке по оси Y.

При подаче переменного напряжения на вход Y электронный луч вычерчивает на экране осциллографа вертикальную линию. Для получения изображения исследуемого сигнала, развернутого во времени, необходимо смещать (развертывать) луч по оси X с равномерной скоростью. Это осуществляется подачей на отклоняющие пластины ОП_хлинейно изменяющегося пилообразного напряжения, вырабатываемого генератором развертки ГР.

Принцип развертки изображения иллюстрируется рис.4.22, где даны кривые изменения напряжения и_хи u_у, подаваемые на пластины ОП_хи OП_y и получающееся при этом изображение на экране осциллографа. Цифрами 1 – 4, 1’– 4′ обозначены точки кривых в соответствующие моменты времени. Из рисунка видно, что при равенстве периодов напряжений и_хи u_Yна экране получается неподвижное изображение одного периода исследуемого сигнала. При увеличении периода пилообразного напряжения и_хв п раз на экране появится изображение п периодов исследуемого сигнала.

Для получения устойчивого изображения на экране осциллографа частота пилообразного напряжения развертки должна быть кратна частоте исследуемого сигнала. Выдержать точно кратность частот напряжений их и uY на практике оказывается достаточно сложно вследствие «ухода» частоты генератора ГР и изменения частоты исследуемого сигнала. Это приводит к неустойчивости изображения сигнала. Для обеспечения устойчивости изображения в осциллографе имеется блок синхронизации БС, который осуществляет изменение частоты генератора ГР (в некоторых пределах) в соответствии с частотой исследуемого процесса.

Для наблюдения непериодических или однократных сигналов используется ждущий режим работы генератора развертки, при котором пилообразный импульс вырабатывается только с приходом исследуемого импульса. Для того, чтобы не потерять изображение на экране начальной части сигнала, в канале вертикального отклонения используется линия задержки ЛЗ. Благодаря ей исследуемый сигнал поступает на пластины вертикального отклонения спустя некоторое время t_ЗАД после начала работы генератора развертки.

В осциллографах предусматривается также возможность запуска генератора развертки от внешнего источника сигналов, подключаемого к специальному входу «Вход синхронизации».

Коэффициент отклонения К_U – отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча (в делениях шкалы), вызванному этим напряжением. Типовой диапазон значений 50 мкВ/дел – 10 В/дел.

Коэффициент развертки К_t – отношение времени Δt к отклонению луча, вызванному напряжением развертки за это время. Типовой диапазон значений 0,01 мкс/дел – 1 с/дел.

Полоса пропускания – диапазон частот, в пределах которого коэффициент отклонения изменяется не более чем на 3 дБ относительно значения на средней частоте. Современные осциллографы имеют полосу пропускания 100 МГц.

Классы точности осциллографов – 1, 2, 3 или 4 при величине основной погрешности измерения напряжения и временных интервалов, соответственно, не более 3, 5, 10, 12%.

Параметры входов осциллографов определяется активным сопротивлением R_ВХ (>1 Мом) и входной емкостью С_ВХ (единицы пикофарад)

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9237 – | 7356 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Назначение, устройство и описание осциллографа

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

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

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

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

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

Как работает осциллограф?

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

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

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

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

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

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

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

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

Синхронизация от исследуемого сигнала.

Синхронизация от сети.

Синхронизация от внешнего источника.

Первый вариант наиболее удобный и он используется чаще всего.

Осциллограф С1-94.

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

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

Справа от экрана сверху вниз.

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

Кнопка «Сеть». Кнопка включения прибора.

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

Кнопка режима «Ждущ-Авт».

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

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

Кнопка установки синхронизации «Внутр-Внешн».

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

Кнопка выбора “Открытого” и “Закрытого” входа.

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

При этом, стоит учитывать, что при отображении сигнала на экране он уйдёт вверх, так как к амплитуде переменной составляющей добавиться и уровень постоянной составляющей. В большинстве случаев лучше выбирать “закрытый” вход (

). При этом постоянная составляющая электрического сигнала будет отсечена и не отображается на экране.

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

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

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

Также на панели осциллографа имеются:

Ручка «Перемещение луча по горизонтали».

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

Также есть и ручка «Перемещение луча по вертикали».

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

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

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

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

Входной разъём “Y” , к которому подключается измерительный щуп или внешний делитель выглядит так.

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

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

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

Осциллограф представляет прибор, используемый для исследования временных и амплитудных параметров электрического сигнала, который подается на его вход, или непосредственно на экране, или записываемого на фотоленте. На сегодняшний день это один из самых распространенных типов контрольно-измерительных приборов, который наряду с мультиметрами позволяет производить производственные и научные исследования.

На сегодняшний день промышленность не стоит на месте. Создаются современные приборы, которые позволяют значительно сокращать время исследований и разработок. Они обладают значительным набором измерительных приложений, емкостным сенсорным дисплеем, глубокой памятью и высочайшей скоростью обновления сигналов на экране.

Всего имеется несколько типов приборов, которые различаются по характеристикам:

• Аналогово-цифровые.

• Цифровые запоминающие.

• Устройства смешанных сигналов.

• Виртуальные устройства.

По количеству лучей осциллограф может быть:

• Однолучевой.
• Двулучевой и так далее.

Число лучей может быть 16 и более (n-лучевой прибор имеет n сигнальных входов, в том числе может отображать на экране одновременно n графиков входных сигналов).

Приборы также классифицируются по принципу действия:

• Электронный: аналоговый и цифровой.
• Электромеханический: электродинамический, выпрямительный, электростатический, термоэлектрический, электромагнитный, магнитоэлектрический.

По развертке их можно поделить:

• Специальный.
• Запоминающий.
• Стробоскопический.
• Скоростной.
• Универсальный.

Имеются также приборы, которые совместимы с иными измерительными устройствами. Это может быть не только автономное устройство, но и приставка, к примеру, компьютер, карта расширения или вовсе подключение к внешнему порту.

Конструкция аналоговых устройств базируется на применении систем аналоговой горизонтальной развертки и электронно-лучевых трубок. Одним из главных блоков данных приборов являются генераторы линейно меняющегося напряжения пилообразной формы.

Аналоговый осциллограф имеет:

• Отклонение луча на экране определяется напряжение пластин. Трубки выделяются большим диапазоном частоты. Горизонтальная развертка функционирует от напряжения горизонтальных пластин по линейной зависимости. Верхняя граница частоты определяется усилителем и емкостью пластин. Нижний предел соответствует 10 герцам.
• Для визуализации характеристик и формы в аналогово-цифровых приборах исследуемого сигнала используются системы аналоговой горизонтальной развертки, электронно-лучевые трубки, в том числе генераторы линейно изменяющегося напряжения. К тому же в конструкции приборов имеются встроенные запоминающие модули, которые используются для хранения изображения.
• Запоминающие цифровые приборы применяют высокоскоростную оцифровку аналоговых сигналов, обеспечивают их хранение и выводят на жидкокристаллический индикатор, который применяется вместо электронно-лучевой трубки. Цифровой осциллографимеет преобразователь аналогового сигнала, усилитель, делитель, блок управления, память и блок выведения на ЖК панель.
• Устройства смешанных сигналов быстро оцифровывают аналоговые сигналы, в том числе имеют функцию ввода цифровых последовательностей. Вся необходимая информация сохраняется в запоминающий модуль и выводится на жидкокристаллический монитор при необходимости.

Аналоговые устройства для создания изображения на экране применяют электронно-лучевую трубку. В ней напряжение, которое подается на оси X и Y, заставляет точку передвигаться по экрану. На горизонтали можно наблюдать зависимость от времени, тогда как по вертикали идет отображение пропорциональное входному сигналу. В целом же сигнал усиливается и направляется на электроды, которые отклоняют по оси Y электронно-лучевой трубки с применением аналоговой технологии.

Цифровой осциллограф работает несколько по-другому:

• Выполняется модификация входящего аналогового сигнала в цифровую форму.
• Затем происходит его сохранение. Скорость сохранения зависит от управляющего устройства. Верхняя граница определяется скоростью преобразователя, при этом у нижней границы нет ограничений.
• Преобразование сигнала в цифровой код позволяет повысить устойчивость отображения, сделать масштаб и растяжку проще, сохранить данные в память.
• Использование дисплея вместо электронной трубки дает возможность отображать любые данные, в том числе выполнять управление прибором. У дорогостоящих приборов установлены цветные экраны, благодаря чему они дают возможность выделять цветом различные места, различать курсоры и сигналы иных каналов.
• Синхронизацию можно наблюдать прямо перед включением развертки. Используемые процессоры обработки сигнала позволяют обрабатывать сигнал при помощи анализа преобразованием Фурье.
• Информация в цифровом виде дает возможность записать экран с итогами измерения в память, в том числе распечатать на принтере. Большинство приборов имеют накопители, чтобы можно было записать изображения в архив и в дальнейшем произвести их обработку.

Применение

Осциллограф представляет измерительный прибор, при помощи него можно.

• Определить значения напряжения сигнала (амплитуду) и временные параметры.
• Измерив временные характеристики сигнала, удастся определить его частоту.
• Наблюдать сдвиг фаз, происходящий при прохождении разных участков цепи.
• Выяснить переменную (AC) и постоянную (DC), которые составляют сигнал.
• Наблюдать искажение сигнала, который вносит определенный участок цепи.
• Выяснить соотношение сигнал/шум, определить стационарность шума или его изменение по времени.
• Понять процессы, которые происходят в электрической цепи.
• Выяснить частоту колебаний и так далее.

Эти устройства преимущественно применяются в электронике и радиотехнике. Особенно важным элементом прибор используется в электромеханических сферах производства. Данное устройство выступает в качестве фиксирующего прибора, который наглядно отображает все колебания электрического тока, происходящие в определенном электрическом механизме. С помощью прибора можно найти помехи, а также искажения прохождения электрического импульса в самых разных узлах схемы.

Применяются эти приборы и в других областях. Так они часто используются для определения неисправностей в системе исполнительных механизмов и иной диагностике. При помощи них даже можно диагностировать механические неисправности двигателя.

К примеру, осциллограф способен:

• Выявить неисправный катализатор.
• Определить соответствие установки задающего шкива коленвала по отношению к датчику положения коленчатого вала.
• Выявить сильный подсос воздуха.
• Наблюдать сигналы с датчиков системы, отслеживать их изменение.
• Считывать коды неисправностей, сохраненные системой.
• Указать идентификационные данные системы, ЭБУ.
• Выполнить проверку работу исполнительных механизмов и так далее.

Естественно, что такой прибор должен иметь логический анализатор, специальное программное обеспечение и уметь выполнять дешифровку протоколов.

Как работают осциллографы – объясните, что такое

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 ноября 2020 г.

Blip … blip … blip … blip … woooooooooooooooo …. “Быстро медсестра, она разбилась … весла! »Никакая телевизионная больничная драма не быть полным без взгляда и звука кардиомонитора со стороны у постели больного. Мы все видели эти ярко освещенные следы прыгает вверх и вниз – но вы когда-нибудь задумывались, как именно они работают? Такие кардиомониторы основаны на чем-то вроде электронного машина для рисования графиков, называемая осциллографом, которая очень похожа на старомодный телевизор.Давайте подробнее рассмотрим эти удобные инструменты и узнайте, как они работают!

Фото: Взрыв из прошлого! Представьте себе попытку построить компактный осциллограф до того, как миниатюрные электронные компоненты были легко доступны. Это была проблема, которую ученые из Национального Бюро стандартов и Бюро аэронавтики ВМС США (BuAer) столкнулись еще в 1950-х годах до того, как они могли достать транзисторы. То, что они придумали, – это удивительно компактный прибор, Субминиатюрный радарный индикатор-осциллограф, который был выпущен в 1954–1956 годах. Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Что такое осциллограф?

Фото: Типичная диаграмма / график. Это показывает устойчивый рост электронной коммерции в последние годы. Ось X (время) проходит горизонтально по странице; ось Y (доход) проходит вертикально вверх по странице. Любезно предоставлено Бюро переписи населения США.

Вы почти наверняка рисовали диаграммы в школе и видели их в газеты.Многие из них показывают, как определенное количество чего-то (например, пульс, цена акций корпорации или обменный курс страны) меняется со временем: у них есть количество наносится в вертикальном направлении (известном как ось Y) и период времени, нанесенный в горизонтальном направлении (ось x). Проблема с такими диаграммами в том, что на их создание сюжет – если, конечно, вы не осциллограф! Это удобный маленький гаджет, который автоматически рисует графики, используя сигналы, которые вы ему подаете. зонды, подключенные к электронной схеме, научному инструменту, или часть медицинского оборудования для наблюдения.

Для чего можно использовать осциллографы?

Фото: Электрик ВМС США использует осциллограф для проверки работоспособности электродвигатель на борту авианосца. Фото Паоло Баяса любезно предоставлено ВМС США.

Мы можем использовать осциллографы для просмотра всех видов сигналов во всех виды способов. Если вы когда-нибудь изучаете электронику, вы будете использовать осциллографы, чтобы наблюдать за изменением сигналов в цепях с течением времени; ты также могут найти неисправности в сломанных телевизорах, радиоприемниках и т. д. виды аналогичного оборудования.Пробники на типичном осциллографе позволяют вы подаете электрический ток через коаксиальные кабели, но это не значит, что осциллограф может измерять только электричество. Подключите датчик (который преобразует один вид энергии в другой), и вы можете использовать осциллограф для измерения практически всего. Например, вы можете использовать микрофон (тип преобразователя, который преобразует звуковую энергию в электрический сигнал) для изучения звука сигналы с осциллографа; вы можете использовать термопару ( преобразователь, преобразующий тепло в электричество) для измерения температуры изменения; или вы можете использовать пьезоэлектрический преобразователь (который генерирует электричество, когда вы его сжимаете) для изучения вибраций, таких как сердцебиение человека.

Одна из действительно полезных особенностей осциллографов – это то, как они превращают невидимые сигналы в то, что мы можем видеть и понимать. Так, например, вы не можете слышать ультразвук – звук за пределами диапазона человеческого слуха – по определению. Но вы можете очень легко увидеть и изучить его с помощью осциллографа. Точно так же осциллографы предоставляют очень полезный способ людям с нарушениями слуха видеть и изучать звуки. они могут быть не в состоянии оценить другими способами.

Фото: Сделать звук видимым. Осциллографы можно использовать как «визуализаторы» звука. Фактически, это след от компьютерного визуализатора, в который я загрузил фрагмент Бетховена, но ничто не мешает вам делать аналогичные вещи с физическим осциллографом, подключенным к Hi-Fi (или приложением на вашем телефоне). .

Как работает осциллограф

Традиционный осциллограф работает почти так же, как и традиционное (с электронно-лучевой трубкой) телевидение; действительно, вы иногда увидите осциллографы, называемые электронно-лучевыми осциллографами или CRO.В телевизоре электронные лучи сканируются вперед и назад по экрану с покрытием на спине специальными химическими веществами, называемыми люминофором. Каждый раз Луч попадает на экран, от него загораются люминофоры. За меньшее время чем нужно моргнуть, электронные лучи проходят через весь экран и создайте картинку, которую вы видите. Затем они это делают все сначала. И опять. И опять. Итак, вы видите движущееся изображение вместо неподвижного. (Взгляните на нашу телевизионную статью, чтобы увидеть диаграмму, показывающую Вы, как все это работает на практике. ) В осциллографе электрон лучи работают так же, но вместо построения изображения они рисуют граф. Когда вы смотрите на линию на экране осциллографа, что вы на самом деле это электронный луч, качающийся вверх и вниз!

Вот что следует отметить: электрические сигналы, поступающие в соединения x и y, эффективно становятся значениями x и y на вашей экранной диаграмме. Поскольку есть индивидуальный соответствие между этими двумя вещами, традиционный осциллограф аналоговое устройство.(Другой способ смотреть это значит, что след на экране – это аналог того, что вы изучения или измерения.)

Фотография: осциллограф рисует кривую (график) некоторой величины (нанесенной на ось y), которая изменяется со временем (нанесена на ось x). Один из распространенных паттернов, который вы увидите, – это плавно волнистая, змееподобная линия вверх и вниз, которая называется синусоидальной волной или синусоидальной волной (зеленая верхняя линия). Другой довольно распространенный паттерн – это пилообразная волна (синяя ступенчатая кривая, показанная под синусоидой). Это демонстрационный снимок экрана Oscium, подключаемого осциллографа, который воспроизводит некоторые функции традиционного осциллографа на вашем смартфоне или планшете.

Графики электронные

Как на самом деле осциллограф рисует кривую? Представьте, что вы осциллограф! Представьте, что вы держите карандаш в руке в нулевой точке на кусочке. миллиметровой бумаги. Теперь предположим, что ваша рука привязана к двум электродвигатели, один из которых может перемещать его на точное количество по вертикали (y) направление (то есть вверх и вниз по странице), а другой может переместите его в горизонтальном (x) направлении (по странице из стороны в сторона).Двигатели подключены к электронной схеме, которая может дискретизировать сигналы разных типов.

Для начала предположим, что мы подключить x-цепь к электронному кварцу Часы. Каждый раз часы тикают, он посылает сигнал на двигатель x, который перемещает вашу руку немного правее. Итак, в течение нескольких секунд ваша рука постепенно перемещается вправо, рисуя горизонтальную линию по мере продвижения. Теперь предположим, что мы подключили Y-цепь к какой-то электронной инструмент, определяющий сердцебиение человека.Если схемы x и y связаны одновременно, ваша рука будет перемещаться по странице, как и прежде, но каждый раз, когда сердце бьется, подпрыгивает вертикально, классический след сердцебиения, который вы видите в сериалах о больницах. Замените карандаш и миллиметровку электронным луч и экран телевизора, и вы можете точно увидеть, как осциллограф рисует его следы. Каждый раз, когда сигнал проходит через цепь y, электронный луч подпрыгивает. Все это время сигнал времени дает кривая перемещается слева направо по горизонтальной оси (x).

Иллюстрация: Как осциллограф рисует синусоидальную волну. 1) Внутри электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) электронная пушка (желтая) испускает пучок электронов (зеленые точки) в направлении люминофорного экрана. 2) При отсутствии сигнала, подключенного к осциллографу, схема синхронизации питает катушки электромагнита (синие), которые заставляют электронный луч медленно перемещаться по экрану слева направо (эффективно питая ось x графика). 3) Когда вы подаете волнообразный сигнал (оранжевый) на щупы осциллографа, другая схема питает перпендикулярную пару катушек (красный), которые заставляют луч качать вверх и вниз.4) Действуя вместе, катушки заставляют электронные лучи перемещаться по восходящей и нисходящей, извивающейся дорожке (синусоидальная волна).

Как пользоваться осциллографом?

Все просто! Вы подключаете сигнал, который хотите изучить, к y-схему и используйте x-схему (иногда называемую временной разверткой), чтобы изучите, как сигнал меняется со временем. Как вариант, вы можете подключить второй сигнал для x-цепи, а затем изучите, как y и x сигналы меняются вместе. Когда осциллограф включен и подключен в сигнал вы увидите след, образующийся на фоне экранная миллиметровка (известная как сетка, отмечены квадратами, называемыми делениями).

Если след слишком мал для правильного отображения, необходимо отрегулировать калибровка осей x и y – как при использовании другого размера масштабировать, когда вы рисуете диаграмму на бумаге. Если вы включите Контроль времени / деления (часто обозначается как Time / Div или Secs / Div), вы изменяете каждое деление экрана по оси X поэтому входящему сигналу требуется больше времени для прохождения. Например, если сердцебиение делает пульс каждую секунду и экран настроен до одной секунды на деление, вы получите пульс, появляющийся на каждом деление (линия) экрана.Если вы включите время / деление так что он установлен на 0,5 секунды на деление, импульсы будут распространяться на вдвое больше горизонтальной комнаты (потому что одна секунда времени сейчас представлен двумя делениями экрана). Вы можете настроить ось Y таким же образом (часто обозначается как Вольт / Деление или Вольт / Деление). Как правило, идея состоит в том, чтобы растянуть след и заполнить весь экран, чтобы вы могли использовать сетку для точных измерений.

Типы осциллографов

CRO и ЖК-дисплей

Фото: Типичный полноразмерный цифровой осциллограф.фото Брайан Рид любезно предоставил ВМС США.

Как мы уже видели, осциллографы изначально основывались на электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые относительно громоздкие, тяжелые, энергоемкий, ненадежный и дорогой. Так же, как у ЭЛТ-телевизоров сейчас во многом заменен на более удобный LCD технологии, поэтому многие осциллографы с ЭЛТ были заменены плоскими ЖК-экранами. Вместо использования движущихся электронных лучей для рисования следов ЖК-дисплей осциллографы используют цифровую электронику для рисования трассы вместо этого – эффективно имитируя то, что происходит со старшими технологии.ЖК-осциллографы, как правило, намного дешевле и дороже. компактные: их можно положить даже в карман!

Фото: Цифровые осциллографы намного меньше и портативнее, чем старомодные аналоговые. Это портативный осциллограф Fluke, который используется для проверки сигналы связи в стойке электронного оборудования позади. Фото Эндрю Ли любезно предоставлено ВВС США.

В отличие от традиционных осциллографов, в которых используются полностью аналоговые технологии (отображение различных сигналов на экране, которые точно соответствуют к сигналам, которые вы в них подаете), ЖК-осциллографы обычно цифровой: они используют аналого-цифровые преобразователи для включения входящих (аналоговые) сигналы в числовую (цифровую) форму, а затем вместо этого выводят эти числа на экран.

(USB)

Поскольку на вашем компьютере, планшете или смартфоне уже есть ЭЛТ- или ЖК-дисплей, нет необходимости не покупайте осциллограф для случайного использования в хобби. Такие компании, как Cleverscope, продают недорогие съемные осциллографы. (с USB-разъемами или эквивалентными выводами для мобильных устройств), которые имитируют схему в традиционном осциллографе и отображают кривую на вашем ПК или экране мобильного телефона. Как это удобно!

Приложения осциллографа

Поищите в своем любимом магазине приложений, и вы найдете немало результатов по запросу “осциллограф”, начиная от простых демонстрация трасс сигнала вплоть до полнофункциональных осциллографов, принимающих сигналы от подключаемых пробников.Основные приложения использовать микрофон как источник очень грубого сигнала. С помощью переходного кабеля USB для мобильного телефона и вставного зонда, Ваш мобильный телефон мгновенно превращается в карманный осциллограф! Oscium производит самые известные съемные пробники осциллографов для iPhone / iPod Touch и Android, и, несомненно, они доступны и от других производителей.

Фото: вот скриншоты двух типичных приложений осциллографа. 1) Очень простое приложение Oscillo (доступное в обычных магазинах приложений) рисует простую кривую амплитуды любого звукового сигнала, который в настоящее время подается через микрофон вашего мобильного устройства.Это отличный способ показать детям, как звуки разного тона и высоты создают волны разной формы. Здесь я напеваю один тон в свой мобильный телефон, чтобы сгенерировать приблизительную синусоидальную волну – и я могу изменять громкость и высоту звука и смотреть, что происходит со следом, когда я это делаю. Что произойдет, если я свистну, напеваю или пытаюсь сделать свой голос похожим на трубу или флейту? Это отличное введение в осциллографы и гораздо более интересный интерактивный способ изучения волн, чем вы найдете в традиционных научных книгах.2) Чуть более сложное приложение Sound Oscilloscope (от Denis Bolshoiden для Android) может рисовать ту же амплитудную кривую или, альтернативно (как показано здесь), частотную характеристику (FFT) звукового сигнала с вашего микрофона, что добавляет дополнительное измерение к деятельности.

Как работают осциллографы – объясните, что такое

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 ноября 2020 г.

Blip … blip … blip … blip … woooooooooooooooo …. “Быстро медсестра, она разбилась… весла! »Никакая телевизионная больничная драма не быть полным без взгляда и звука кардиомонитора со стороны у постели больного. Мы все видели эти ярко освещенные следы прыгает вверх и вниз – но вы когда-нибудь задумывались, как именно они работают? Такие кардиомониторы основаны на чем-то вроде электронного машина для рисования графиков, называемая осциллографом, которая очень похожа на старомодный телевизор. Давайте подробнее рассмотрим эти удобные инструменты и узнайте, как они работают!

Фото: Взрыв из прошлого! Представьте себе попытку построить компактный осциллограф до того, как миниатюрные электронные компоненты были легко доступны.Это была проблема, которую ученые из Национального Бюро стандартов и Бюро аэронавтики ВМС США (BuAer) столкнулись еще в 1950-х годах до того, как они могли достать транзисторы. То, что они придумали, – это удивительно компактный прибор, Субминиатюрный радарный индикатор-осциллограф, который был выпущен в 1954–1956 годах. Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Что такое осциллограф?

Фото: Типичная диаграмма / график.Это показывает устойчивый рост электронной коммерции в последние годы. Ось X (время) проходит горизонтально по странице; ось Y (доход) проходит вертикально вверх по странице. Любезно предоставлено Бюро переписи населения США.

Вы почти наверняка рисовали диаграммы в школе и видели их в газеты. Многие из них показывают, как определенное количество чего-то (например, пульс, цена акций корпорации или обменный курс страны) меняется со временем: у них есть количество наносится в вертикальном направлении (известном как ось Y) и период времени, нанесенный в горизонтальном направлении (ось x).Проблема с такими диаграммами в том, что на их создание сюжет – если, конечно, вы не осциллограф! Это удобный маленький гаджет, который автоматически рисует графики, используя сигналы, которые вы ему подаете. зонды, подключенные к электронной схеме, научному инструменту, или часть медицинского оборудования для наблюдения.

Для чего можно использовать осциллографы?

Фото: Электрик ВМС США использует осциллограф для проверки работоспособности электродвигатель на борту авианосца.Фото Паоло Баяса любезно предоставлено ВМС США.

Мы можем использовать осциллографы для просмотра всех видов сигналов во всех виды способов. Если вы когда-нибудь изучаете электронику, вы будете использовать осциллографы, чтобы наблюдать за изменением сигналов в цепях с течением времени; ты также могут найти неисправности в сломанных телевизорах, радиоприемниках и т. д. виды аналогичного оборудования. Пробники на типичном осциллографе позволяют вы подаете электрический ток через коаксиальные кабели, но это не значит, что осциллограф может измерять только электричество.Подключите датчик (который преобразует один вид энергии в другой), и вы можете использовать осциллограф для измерения практически всего. Например, вы можете использовать микрофон (тип преобразователя, который преобразует звуковую энергию в электрический сигнал) для изучения звука сигналы с осциллографа; вы можете использовать термопару ( преобразователь, преобразующий тепло в электричество) для измерения температуры изменения; или вы можете использовать пьезоэлектрический преобразователь (который генерирует электричество, когда вы его сжимаете) для изучения вибраций, таких как сердцебиение человека.

Одна из действительно полезных особенностей осциллографов – это то, как они превращают невидимые сигналы в то, что мы можем видеть и понимать. Так, например, вы не можете слышать ультразвук – звук за пределами диапазона человеческого слуха – по определению. Но вы можете очень легко увидеть и изучить его с помощью осциллографа. Точно так же осциллографы предоставляют очень полезный способ людям с нарушениями слуха видеть и изучать звуки. они могут быть не в состоянии оценить другими способами.

Фото: Сделать звук видимым.Осциллографы можно использовать как «визуализаторы» звука. Фактически, это след от компьютерного визуализатора, в который я загрузил фрагмент Бетховена, но ничто не мешает вам делать аналогичные вещи с физическим осциллографом, подключенным к Hi-Fi (или приложением на вашем телефоне). .

Как работает осциллограф

Традиционный осциллограф работает почти так же, как и традиционное (с электронно-лучевой трубкой) телевидение; действительно, вы иногда увидите осциллографы, называемые электронно-лучевыми осциллографами или CRO.В телевизоре электронные лучи сканируются вперед и назад по экрану с покрытием на спине специальными химическими веществами, называемыми люминофором. Каждый раз Луч попадает на экран, от него загораются люминофоры. За меньшее время чем нужно моргнуть, электронные лучи проходят через весь экран и создайте картинку, которую вы видите. Затем они это делают все сначала. И опять. И опять. Итак, вы видите движущееся изображение вместо неподвижного. (Взгляните на нашу телевизионную статью, чтобы увидеть диаграмму, показывающую Вы, как все это работает на практике.) В осциллографе электрон лучи работают так же, но вместо построения изображения они рисуют граф. Когда вы смотрите на линию на экране осциллографа, что вы на самом деле это электронный луч, качающийся вверх и вниз!

Вот что следует отметить: электрические сигналы, поступающие в соединения x и y, эффективно становятся значениями x и y на вашей экранной диаграмме. Поскольку есть индивидуальный соответствие между этими двумя вещами, традиционный осциллограф аналоговое устройство.(Другой способ смотреть это значит, что след на экране – это аналог того, что вы изучения или измерения.)

Фотография: осциллограф рисует кривую (график) некоторой величины (нанесенной на ось y), которая изменяется со временем (нанесена на ось x). Один из распространенных паттернов, который вы увидите, – это плавно волнистая, змееподобная линия вверх и вниз, которая называется синусоидальной волной или синусоидальной волной (зеленая верхняя линия). Другой довольно распространенный паттерн – это пилообразная волна (синяя ступенчатая кривая, показанная под синусоидой).Это демонстрационный снимок экрана Oscium, подключаемого осциллографа, который воспроизводит некоторые функции традиционного осциллографа на вашем смартфоне или планшете.

Графики электронные

Как на самом деле осциллограф рисует кривую? Представьте, что вы осциллограф! Представьте, что вы держите карандаш в руке в нулевой точке на кусочке. миллиметровой бумаги. Теперь предположим, что ваша рука привязана к двум электродвигатели, один из которых может перемещать его на точное количество по вертикали (y) направление (то есть вверх и вниз по странице), а другой может переместите его в горизонтальном (x) направлении (по странице из стороны в сторона).Двигатели подключены к электронной схеме, которая может дискретизировать сигналы разных типов.

Для начала предположим, что мы подключить x-цепь к электронному кварцу Часы. Каждый раз часы тикают, он посылает сигнал на двигатель x, который перемещает вашу руку немного правее. Итак, в течение нескольких секунд ваша рука постепенно перемещается вправо, рисуя горизонтальную линию по мере продвижения. Теперь предположим, что мы подключили Y-цепь к какой-то электронной инструмент, определяющий сердцебиение человека.Если схемы x и y связаны одновременно, ваша рука будет перемещаться по странице, как и прежде, но каждый раз, когда сердце бьется, подпрыгивает вертикально, классический след сердцебиения, который вы видите в сериалах о больницах. Замените карандаш и миллиметровку электронным луч и экран телевизора, и вы можете точно увидеть, как осциллограф рисует его следы. Каждый раз, когда сигнал проходит через цепь y, электронный луч подпрыгивает. Все это время сигнал времени дает кривая перемещается слева направо по горизонтальной оси (x).

Иллюстрация: Как осциллограф рисует синусоидальную волну. 1) Внутри электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) электронная пушка (желтая) испускает пучок электронов (зеленые точки) в направлении люминофорного экрана. 2) При отсутствии сигнала, подключенного к осциллографу, схема синхронизации питает катушки электромагнита (синие), которые заставляют электронный луч медленно перемещаться по экрану слева направо (эффективно питая ось x графика). 3) Когда вы подаете волнообразный сигнал (оранжевый) на щупы осциллографа, другая схема питает перпендикулярную пару катушек (красный), которые заставляют луч качать вверх и вниз.4) Действуя вместе, катушки заставляют электронные лучи перемещаться по восходящей и нисходящей, извивающейся дорожке (синусоидальная волна).

Как пользоваться осциллографом?

Все просто! Вы подключаете сигнал, который хотите изучить, к y-схему и используйте x-схему (иногда называемую временной разверткой), чтобы изучите, как сигнал меняется со временем. Как вариант, вы можете подключить второй сигнал для x-цепи, а затем изучите, как y и x сигналы меняются вместе. Когда осциллограф включен и подключен в сигнал вы увидите след, образующийся на фоне экранная миллиметровка (известная как сетка, отмечены квадратами, называемыми делениями).

Если след слишком мал для правильного отображения, необходимо отрегулировать калибровка осей x и y – как при использовании другого размера масштабировать, когда вы рисуете диаграмму на бумаге. Если вы включите Контроль времени / деления (часто обозначается как Time / Div или Secs / Div), вы изменяете каждое деление экрана по оси X поэтому входящему сигналу требуется больше времени для прохождения. Например, если сердцебиение делает пульс каждую секунду и экран настроен до одной секунды на деление, вы получите пульс, появляющийся на каждом деление (линия) экрана.Если вы включите время / деление так что он установлен на 0,5 секунды на деление, импульсы будут распространяться на вдвое больше горизонтальной комнаты (потому что одна секунда времени сейчас представлен двумя делениями экрана). Вы можете настроить ось Y таким же образом (часто обозначается как Вольт / Деление или Вольт / Деление). Как правило, идея состоит в том, чтобы растянуть след и заполнить весь экран, чтобы вы могли использовать сетку для точных измерений.

Типы осциллографов

CRO и ЖК-дисплей

Фото: Типичный полноразмерный цифровой осциллограф.фото Брайан Рид любезно предоставил ВМС США.

Как мы уже видели, осциллографы изначально основывались на электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые относительно громоздкие, тяжелые, энергоемкий, ненадежный и дорогой. Так же, как у ЭЛТ-телевизоров сейчас во многом заменен на более удобный LCD технологии, поэтому многие осциллографы с ЭЛТ были заменены плоскими ЖК-экранами. Вместо использования движущихся электронных лучей для рисования следов ЖК-дисплей осциллографы используют цифровую электронику для рисования трассы вместо этого – эффективно имитируя то, что происходит со старшими технологии.ЖК-осциллографы, как правило, намного дешевле и дороже. компактные: их можно положить даже в карман!

Фото: Цифровые осциллографы намного меньше и портативнее, чем старомодные аналоговые. Это портативный осциллограф Fluke, который используется для проверки сигналы связи в стойке электронного оборудования позади. Фото Эндрю Ли любезно предоставлено ВВС США.

В отличие от традиционных осциллографов, в которых используются полностью аналоговые технологии (отображение различных сигналов на экране, которые точно соответствуют к сигналам, которые вы в них подаете), ЖК-осциллографы обычно цифровой: они используют аналого-цифровые преобразователи для включения входящих (аналоговые) сигналы в числовую (цифровую) форму, а затем вместо этого выводят эти числа на экран.

(USB)

Поскольку на вашем компьютере, планшете или смартфоне уже есть ЭЛТ- или ЖК-дисплей, нет необходимости не покупайте осциллограф для случайного использования в хобби. Такие компании, как Cleverscope, продают недорогие съемные осциллографы. (с USB-разъемами или эквивалентными выводами для мобильных устройств), которые имитируют схему в традиционном осциллографе и отображают кривую на вашем ПК или экране мобильного телефона. Как это удобно!

Приложения осциллографа

Поищите в своем любимом магазине приложений, и вы найдете немало результатов по запросу “осциллограф”, начиная от простых демонстрация трасс сигнала вплоть до полнофункциональных осциллографов, принимающих сигналы от подключаемых пробников.Основные приложения использовать микрофон как источник очень грубого сигнала. С помощью переходного кабеля USB для мобильного телефона и вставного зонда, Ваш мобильный телефон мгновенно превращается в карманный осциллограф! Oscium производит самые известные съемные пробники осциллографов для iPhone / iPod Touch и Android, и, несомненно, они доступны и от других производителей.

Фото: вот скриншоты двух типичных приложений осциллографа. 1) Очень простое приложение Oscillo (доступное в обычных магазинах приложений) рисует простую кривую амплитуды любого звукового сигнала, который в настоящее время подается через микрофон вашего мобильного устройства.Это отличный способ показать детям, как звуки разного тона и высоты создают волны разной формы. Здесь я напеваю один тон в свой мобильный телефон, чтобы сгенерировать приблизительную синусоидальную волну – и я могу изменять громкость и высоту звука и смотреть, что происходит со следом, когда я это делаю. Что произойдет, если я свистну, напеваю или пытаюсь сделать свой голос похожим на трубу или флейту? Это отличное введение в осциллографы и гораздо более интересный интерактивный способ изучения волн, чем вы найдете в традиционных научных книгах.2) Чуть более сложное приложение Sound Oscilloscope (от Denis Bolshoiden для Android) может рисовать ту же амплитудную кривую или, альтернативно (как показано здесь), частотную характеристику (FFT) звукового сигнала с вашего микрофона, что добавляет дополнительное измерение к деятельности.

Как работают осциллографы – объясните, что такое

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 ноября 2020 г.

Blip … blip … blip … blip … woooooooooooooooo …. “Быстро медсестра, она разбилась… весла! »Никакая телевизионная больничная драма не быть полным без взгляда и звука кардиомонитора со стороны у постели больного. Мы все видели эти ярко освещенные следы прыгает вверх и вниз – но вы когда-нибудь задумывались, как именно они работают? Такие кардиомониторы основаны на чем-то вроде электронного машина для рисования графиков, называемая осциллографом, которая очень похожа на старомодный телевизор. Давайте подробнее рассмотрим эти удобные инструменты и узнайте, как они работают!

Фото: Взрыв из прошлого! Представьте себе попытку построить компактный осциллограф до того, как миниатюрные электронные компоненты были легко доступны.Это была проблема, которую ученые из Национального Бюро стандартов и Бюро аэронавтики ВМС США (BuAer) столкнулись еще в 1950-х годах до того, как они могли достать транзисторы. То, что они придумали, – это удивительно компактный прибор, Субминиатюрный радарный индикатор-осциллограф, который был выпущен в 1954–1956 годах. Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Что такое осциллограф?

Фото: Типичная диаграмма / график.Это показывает устойчивый рост электронной коммерции в последние годы. Ось X (время) проходит горизонтально по странице; ось Y (доход) проходит вертикально вверх по странице. Любезно предоставлено Бюро переписи населения США.

Вы почти наверняка рисовали диаграммы в школе и видели их в газеты. Многие из них показывают, как определенное количество чего-то (например, пульс, цена акций корпорации или обменный курс страны) меняется со временем: у них есть количество наносится в вертикальном направлении (известном как ось Y) и период времени, нанесенный в горизонтальном направлении (ось x).Проблема с такими диаграммами в том, что на их создание сюжет – если, конечно, вы не осциллограф! Это удобный маленький гаджет, который автоматически рисует графики, используя сигналы, которые вы ему подаете. зонды, подключенные к электронной схеме, научному инструменту, или часть медицинского оборудования для наблюдения.

Для чего можно использовать осциллографы?

Фото: Электрик ВМС США использует осциллограф для проверки работоспособности электродвигатель на борту авианосца.Фото Паоло Баяса любезно предоставлено ВМС США.

Мы можем использовать осциллографы для просмотра всех видов сигналов во всех виды способов. Если вы когда-нибудь изучаете электронику, вы будете использовать осциллографы, чтобы наблюдать за изменением сигналов в цепях с течением времени; ты также могут найти неисправности в сломанных телевизорах, радиоприемниках и т. д. виды аналогичного оборудования. Пробники на типичном осциллографе позволяют вы подаете электрический ток через коаксиальные кабели, но это не значит, что осциллограф может измерять только электричество.Подключите датчик (который преобразует один вид энергии в другой), и вы можете использовать осциллограф для измерения практически всего. Например, вы можете использовать микрофон (тип преобразователя, который преобразует звуковую энергию в электрический сигнал) для изучения звука сигналы с осциллографа; вы можете использовать термопару ( преобразователь, преобразующий тепло в электричество) для измерения температуры изменения; или вы можете использовать пьезоэлектрический преобразователь (который генерирует электричество, когда вы его сжимаете) для изучения вибраций, таких как сердцебиение человека.

Одна из действительно полезных особенностей осциллографов – это то, как они превращают невидимые сигналы в то, что мы можем видеть и понимать. Так, например, вы не можете слышать ультразвук – звук за пределами диапазона человеческого слуха – по определению. Но вы можете очень легко увидеть и изучить его с помощью осциллографа. Точно так же осциллографы предоставляют очень полезный способ людям с нарушениями слуха видеть и изучать звуки. они могут быть не в состоянии оценить другими способами.

Фото: Сделать звук видимым.Осциллографы можно использовать как «визуализаторы» звука. Фактически, это след от компьютерного визуализатора, в который я загрузил фрагмент Бетховена, но ничто не мешает вам делать аналогичные вещи с физическим осциллографом, подключенным к Hi-Fi (или приложением на вашем телефоне). .

Как работает осциллограф

Традиционный осциллограф работает почти так же, как и традиционное (с электронно-лучевой трубкой) телевидение; действительно, вы иногда увидите осциллографы, называемые электронно-лучевыми осциллографами или CRO.В телевизоре электронные лучи сканируются вперед и назад по экрану с покрытием на спине специальными химическими веществами, называемыми люминофором. Каждый раз Луч попадает на экран, от него загораются люминофоры. За меньшее время чем нужно моргнуть, электронные лучи проходят через весь экран и создайте картинку, которую вы видите. Затем они это делают все сначала. И опять. И опять. Итак, вы видите движущееся изображение вместо неподвижного. (Взгляните на нашу телевизионную статью, чтобы увидеть диаграмму, показывающую Вы, как все это работает на практике.) В осциллографе электрон лучи работают так же, но вместо построения изображения они рисуют граф. Когда вы смотрите на линию на экране осциллографа, что вы на самом деле это электронный луч, качающийся вверх и вниз!

Вот что следует отметить: электрические сигналы, поступающие в соединения x и y, эффективно становятся значениями x и y на вашей экранной диаграмме. Поскольку есть индивидуальный соответствие между этими двумя вещами, традиционный осциллограф аналоговое устройство.(Другой способ смотреть это значит, что след на экране – это аналог того, что вы изучения или измерения.)

Фотография: осциллограф рисует кривую (график) некоторой величины (нанесенной на ось y), которая изменяется со временем (нанесена на ось x). Один из распространенных паттернов, который вы увидите, – это плавно волнистая, змееподобная линия вверх и вниз, которая называется синусоидальной волной или синусоидальной волной (зеленая верхняя линия). Другой довольно распространенный паттерн – это пилообразная волна (синяя ступенчатая кривая, показанная под синусоидой).Это демонстрационный снимок экрана Oscium, подключаемого осциллографа, который воспроизводит некоторые функции традиционного осциллографа на вашем смартфоне или планшете.

Графики электронные

Как на самом деле осциллограф рисует кривую? Представьте, что вы осциллограф! Представьте, что вы держите карандаш в руке в нулевой точке на кусочке. миллиметровой бумаги. Теперь предположим, что ваша рука привязана к двум электродвигатели, один из которых может перемещать его на точное количество по вертикали (y) направление (то есть вверх и вниз по странице), а другой может переместите его в горизонтальном (x) направлении (по странице из стороны в сторона).Двигатели подключены к электронной схеме, которая может дискретизировать сигналы разных типов.

Для начала предположим, что мы подключить x-цепь к электронному кварцу Часы. Каждый раз часы тикают, он посылает сигнал на двигатель x, который перемещает вашу руку немного правее. Итак, в течение нескольких секунд ваша рука постепенно перемещается вправо, рисуя горизонтальную линию по мере продвижения. Теперь предположим, что мы подключили Y-цепь к какой-то электронной инструмент, определяющий сердцебиение человека.Если схемы x и y связаны одновременно, ваша рука будет перемещаться по странице, как и прежде, но каждый раз, когда сердце бьется, подпрыгивает вертикально, классический след сердцебиения, который вы видите в сериалах о больницах. Замените карандаш и миллиметровку электронным луч и экран телевизора, и вы можете точно увидеть, как осциллограф рисует его следы. Каждый раз, когда сигнал проходит через цепь y, электронный луч подпрыгивает. Все это время сигнал времени дает кривая перемещается слева направо по горизонтальной оси (x).

Иллюстрация: Как осциллограф рисует синусоидальную волну. 1) Внутри электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) электронная пушка (желтая) испускает пучок электронов (зеленые точки) в направлении люминофорного экрана. 2) При отсутствии сигнала, подключенного к осциллографу, схема синхронизации питает катушки электромагнита (синие), которые заставляют электронный луч медленно перемещаться по экрану слева направо (эффективно питая ось x графика). 3) Когда вы подаете волнообразный сигнал (оранжевый) на щупы осциллографа, другая схема питает перпендикулярную пару катушек (красный), которые заставляют луч качать вверх и вниз.4) Действуя вместе, катушки заставляют электронные лучи перемещаться по восходящей и нисходящей, извивающейся дорожке (синусоидальная волна).

Как пользоваться осциллографом?

Все просто! Вы подключаете сигнал, который хотите изучить, к y-схему и используйте x-схему (иногда называемую временной разверткой), чтобы изучите, как сигнал меняется со временем. Как вариант, вы можете подключить второй сигнал для x-цепи, а затем изучите, как y и x сигналы меняются вместе. Когда осциллограф включен и подключен в сигнал вы увидите след, образующийся на фоне экранная миллиметровка (известная как сетка, отмечены квадратами, называемыми делениями).

Если след слишком мал для правильного отображения, необходимо отрегулировать калибровка осей x и y – как при использовании другого размера масштабировать, когда вы рисуете диаграмму на бумаге. Если вы включите Контроль времени / деления (часто обозначается как Time / Div или Secs / Div), вы изменяете каждое деление экрана по оси X поэтому входящему сигналу требуется больше времени для прохождения. Например, если сердцебиение делает пульс каждую секунду и экран настроен до одной секунды на деление, вы получите пульс, появляющийся на каждом деление (линия) экрана.Если вы включите время / деление так что он установлен на 0,5 секунды на деление, импульсы будут распространяться на вдвое больше горизонтальной комнаты (потому что одна секунда времени сейчас представлен двумя делениями экрана). Вы можете настроить ось Y таким же образом (часто обозначается как Вольт / Деление или Вольт / Деление). Как правило, идея состоит в том, чтобы растянуть след и заполнить весь экран, чтобы вы могли использовать сетку для точных измерений.

Типы осциллографов

CRO и ЖК-дисплей

Фото: Типичный полноразмерный цифровой осциллограф.фото Брайан Рид любезно предоставил ВМС США.

Как мы уже видели, осциллографы изначально основывались на электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые относительно громоздкие, тяжелые, энергоемкий, ненадежный и дорогой. Так же, как у ЭЛТ-телевизоров сейчас во многом заменен на более удобный LCD технологии, поэтому многие осциллографы с ЭЛТ были заменены плоскими ЖК-экранами. Вместо использования движущихся электронных лучей для рисования следов ЖК-дисплей осциллографы используют цифровую электронику для рисования трассы вместо этого – эффективно имитируя то, что происходит со старшими технологии.ЖК-осциллографы, как правило, намного дешевле и дороже. компактные: их можно положить даже в карман!

Фото: Цифровые осциллографы намного меньше и портативнее, чем старомодные аналоговые. Это портативный осциллограф Fluke, который используется для проверки сигналы связи в стойке электронного оборудования позади. Фото Эндрю Ли любезно предоставлено ВВС США.

В отличие от традиционных осциллографов, в которых используются полностью аналоговые технологии (отображение различных сигналов на экране, которые точно соответствуют к сигналам, которые вы в них подаете), ЖК-осциллографы обычно цифровой: они используют аналого-цифровые преобразователи для включения входящих (аналоговые) сигналы в числовую (цифровую) форму, а затем вместо этого выводят эти числа на экран.

(USB)

Поскольку на вашем компьютере, планшете или смартфоне уже есть ЭЛТ- или ЖК-дисплей, нет необходимости не покупайте осциллограф для случайного использования в хобби. Такие компании, как Cleverscope, продают недорогие съемные осциллографы. (с USB-разъемами или эквивалентными выводами для мобильных устройств), которые имитируют схему в традиционном осциллографе и отображают кривую на вашем ПК или экране мобильного телефона. Как это удобно!

Приложения осциллографа

Поищите в своем любимом магазине приложений, и вы найдете немало результатов по запросу “осциллограф”, начиная от простых демонстрация трасс сигнала вплоть до полнофункциональных осциллографов, принимающих сигналы от подключаемых пробников.Основные приложения использовать микрофон как источник очень грубого сигнала. С помощью переходного кабеля USB для мобильного телефона и вставного зонда, Ваш мобильный телефон мгновенно превращается в карманный осциллограф! Oscium производит самые известные съемные пробники осциллографов для iPhone / iPod Touch и Android, и, несомненно, они доступны и от других производителей.

Фото: вот скриншоты двух типичных приложений осциллографа. 1) Очень простое приложение Oscillo (доступное в обычных магазинах приложений) рисует простую кривую амплитуды любого звукового сигнала, который в настоящее время подается через микрофон вашего мобильного устройства.Это отличный способ показать детям, как звуки разного тона и высоты создают волны разной формы. Здесь я напеваю один тон в свой мобильный телефон, чтобы сгенерировать приблизительную синусоидальную волну – и я могу изменять громкость и высоту звука и смотреть, что происходит со следом, когда я это делаю. Что произойдет, если я свистну, напеваю или пытаюсь сделать свой голос похожим на трубу или флейту? Это отличное введение в осциллографы и гораздо более интересный интерактивный способ изучения волн, чем вы найдете в традиционных научных книгах.2) Чуть более сложное приложение Sound Oscilloscope (от Denis Bolshoiden для Android) может рисовать ту же амплитудную кривую или, альтернативно (как показано здесь), частотную характеристику (FFT) звукового сигнала с вашего микрофона, что добавляет дополнительное измерение к деятельности.

Как работают осциллографы – объясните, что такое

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 ноября 2020 г.

Blip … blip … blip … blip … woooooooooooooooo …. “Быстро медсестра, она разбилась… весла! »Никакая телевизионная больничная драма не быть полным без взгляда и звука кардиомонитора со стороны у постели больного. Мы все видели эти ярко освещенные следы прыгает вверх и вниз – но вы когда-нибудь задумывались, как именно они работают? Такие кардиомониторы основаны на чем-то вроде электронного машина для рисования графиков, называемая осциллографом, которая очень похожа на старомодный телевизор. Давайте подробнее рассмотрим эти удобные инструменты и узнайте, как они работают!

Фото: Взрыв из прошлого! Представьте себе попытку построить компактный осциллограф до того, как миниатюрные электронные компоненты были легко доступны.Это была проблема, которую ученые из Национального Бюро стандартов и Бюро аэронавтики ВМС США (BuAer) столкнулись еще в 1950-х годах до того, как они могли достать транзисторы. То, что они придумали, – это удивительно компактный прибор, Субминиатюрный радарный индикатор-осциллограф, который был выпущен в 1954–1956 годах. Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Что такое осциллограф?

Фото: Типичная диаграмма / график.Это показывает устойчивый рост электронной коммерции в последние годы. Ось X (время) проходит горизонтально по странице; ось Y (доход) проходит вертикально вверх по странице. Любезно предоставлено Бюро переписи населения США.

Вы почти наверняка рисовали диаграммы в школе и видели их в газеты. Многие из них показывают, как определенное количество чего-то (например, пульс, цена акций корпорации или обменный курс страны) меняется со временем: у них есть количество наносится в вертикальном направлении (известном как ось Y) и период времени, нанесенный в горизонтальном направлении (ось x).Проблема с такими диаграммами в том, что на их создание сюжет – если, конечно, вы не осциллограф! Это удобный маленький гаджет, который автоматически рисует графики, используя сигналы, которые вы ему подаете. зонды, подключенные к электронной схеме, научному инструменту, или часть медицинского оборудования для наблюдения.

Для чего можно использовать осциллографы?

Фото: Электрик ВМС США использует осциллограф для проверки работоспособности электродвигатель на борту авианосца.Фото Паоло Баяса любезно предоставлено ВМС США.

Мы можем использовать осциллографы для просмотра всех видов сигналов во всех виды способов. Если вы когда-нибудь изучаете электронику, вы будете использовать осциллографы, чтобы наблюдать за изменением сигналов в цепях с течением времени; ты также могут найти неисправности в сломанных телевизорах, радиоприемниках и т. д. виды аналогичного оборудования. Пробники на типичном осциллографе позволяют вы подаете электрический ток через коаксиальные кабели, но это не значит, что осциллограф может измерять только электричество.Подключите датчик (который преобразует один вид энергии в другой), и вы можете использовать осциллограф для измерения практически всего. Например, вы можете использовать микрофон (тип преобразователя, который преобразует звуковую энергию в электрический сигнал) для изучения звука сигналы с осциллографа; вы можете использовать термопару ( преобразователь, преобразующий тепло в электричество) для измерения температуры изменения; или вы можете использовать пьезоэлектрический преобразователь (который генерирует электричество, когда вы его сжимаете) для изучения вибраций, таких как сердцебиение человека.

Одна из действительно полезных особенностей осциллографов – это то, как они превращают невидимые сигналы в то, что мы можем видеть и понимать. Так, например, вы не можете слышать ультразвук – звук за пределами диапазона человеческого слуха – по определению. Но вы можете очень легко увидеть и изучить его с помощью осциллографа. Точно так же осциллографы предоставляют очень полезный способ людям с нарушениями слуха видеть и изучать звуки. они могут быть не в состоянии оценить другими способами.

Фото: Сделать звук видимым.Осциллографы можно использовать как «визуализаторы» звука. Фактически, это след от компьютерного визуализатора, в который я загрузил фрагмент Бетховена, но ничто не мешает вам делать аналогичные вещи с физическим осциллографом, подключенным к Hi-Fi (или приложением на вашем телефоне). .

Как работает осциллограф

Традиционный осциллограф работает почти так же, как и традиционное (с электронно-лучевой трубкой) телевидение; действительно, вы иногда увидите осциллографы, называемые электронно-лучевыми осциллографами или CRO.В телевизоре электронные лучи сканируются вперед и назад по экрану с покрытием на спине специальными химическими веществами, называемыми люминофором. Каждый раз Луч попадает на экран, от него загораются люминофоры. За меньшее время чем нужно моргнуть, электронные лучи проходят через весь экран и создайте картинку, которую вы видите. Затем они это делают все сначала. И опять. И опять. Итак, вы видите движущееся изображение вместо неподвижного. (Взгляните на нашу телевизионную статью, чтобы увидеть диаграмму, показывающую Вы, как все это работает на практике.) В осциллографе электрон лучи работают так же, но вместо построения изображения они рисуют граф. Когда вы смотрите на линию на экране осциллографа, что вы на самом деле это электронный луч, качающийся вверх и вниз!

Вот что следует отметить: электрические сигналы, поступающие в соединения x и y, эффективно становятся значениями x и y на вашей экранной диаграмме. Поскольку есть индивидуальный соответствие между этими двумя вещами, традиционный осциллограф аналоговое устройство.(Другой способ смотреть это значит, что след на экране – это аналог того, что вы изучения или измерения.)

Фотография: осциллограф рисует кривую (график) некоторой величины (нанесенной на ось y), которая изменяется со временем (нанесена на ось x). Один из распространенных паттернов, который вы увидите, – это плавно волнистая, змееподобная линия вверх и вниз, которая называется синусоидальной волной или синусоидальной волной (зеленая верхняя линия). Другой довольно распространенный паттерн – это пилообразная волна (синяя ступенчатая кривая, показанная под синусоидой).Это демонстрационный снимок экрана Oscium, подключаемого осциллографа, который воспроизводит некоторые функции традиционного осциллографа на вашем смартфоне или планшете.

Графики электронные

Как на самом деле осциллограф рисует кривую? Представьте, что вы осциллограф! Представьте, что вы держите карандаш в руке в нулевой точке на кусочке. миллиметровой бумаги. Теперь предположим, что ваша рука привязана к двум электродвигатели, один из которых может перемещать его на точное количество по вертикали (y) направление (то есть вверх и вниз по странице), а другой может переместите его в горизонтальном (x) направлении (по странице из стороны в сторона).Двигатели подключены к электронной схеме, которая может дискретизировать сигналы разных типов.

Для начала предположим, что мы подключить x-цепь к электронному кварцу Часы. Каждый раз часы тикают, он посылает сигнал на двигатель x, который перемещает вашу руку немного правее. Итак, в течение нескольких секунд ваша рука постепенно перемещается вправо, рисуя горизонтальную линию по мере продвижения. Теперь предположим, что мы подключили Y-цепь к какой-то электронной инструмент, определяющий сердцебиение человека.Если схемы x и y связаны одновременно, ваша рука будет перемещаться по странице, как и прежде, но каждый раз, когда сердце бьется, подпрыгивает вертикально, классический след сердцебиения, который вы видите в сериалах о больницах. Замените карандаш и миллиметровку электронным луч и экран телевизора, и вы можете точно увидеть, как осциллограф рисует его следы. Каждый раз, когда сигнал проходит через цепь y, электронный луч подпрыгивает. Все это время сигнал времени дает кривая перемещается слева направо по горизонтальной оси (x).

Иллюстрация: Как осциллограф рисует синусоидальную волну. 1) Внутри электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) электронная пушка (желтая) испускает пучок электронов (зеленые точки) в направлении люминофорного экрана. 2) При отсутствии сигнала, подключенного к осциллографу, схема синхронизации питает катушки электромагнита (синие), которые заставляют электронный луч медленно перемещаться по экрану слева направо (эффективно питая ось x графика). 3) Когда вы подаете волнообразный сигнал (оранжевый) на щупы осциллографа, другая схема питает перпендикулярную пару катушек (красный), которые заставляют луч качать вверх и вниз.4) Действуя вместе, катушки заставляют электронные лучи перемещаться по восходящей и нисходящей, извивающейся дорожке (синусоидальная волна).

Как пользоваться осциллографом?

Все просто! Вы подключаете сигнал, который хотите изучить, к y-схему и используйте x-схему (иногда называемую временной разверткой), чтобы изучите, как сигнал меняется со временем. Как вариант, вы можете подключить второй сигнал для x-цепи, а затем изучите, как y и x сигналы меняются вместе. Когда осциллограф включен и подключен в сигнал вы увидите след, образующийся на фоне экранная миллиметровка (известная как сетка, отмечены квадратами, называемыми делениями).

Если след слишком мал для правильного отображения, необходимо отрегулировать калибровка осей x и y – как при использовании другого размера масштабировать, когда вы рисуете диаграмму на бумаге. Если вы включите Контроль времени / деления (часто обозначается как Time / Div или Secs / Div), вы изменяете каждое деление экрана по оси X поэтому входящему сигналу требуется больше времени для прохождения. Например, если сердцебиение делает пульс каждую секунду и экран настроен до одной секунды на деление, вы получите пульс, появляющийся на каждом деление (линия) экрана.Если вы включите время / деление так что он установлен на 0,5 секунды на деление, импульсы будут распространяться на вдвое больше горизонтальной комнаты (потому что одна секунда времени сейчас представлен двумя делениями экрана). Вы можете настроить ось Y таким же образом (часто обозначается как Вольт / Деление или Вольт / Деление). Как правило, идея состоит в том, чтобы растянуть след и заполнить весь экран, чтобы вы могли использовать сетку для точных измерений.

Типы осциллографов

CRO и ЖК-дисплей

Фото: Типичный полноразмерный цифровой осциллограф.фото Брайан Рид любезно предоставил ВМС США.

Как мы уже видели, осциллографы изначально основывались на электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые относительно громоздкие, тяжелые, энергоемкий, ненадежный и дорогой. Так же, как у ЭЛТ-телевизоров сейчас во многом заменен на более удобный LCD технологии, поэтому многие осциллографы с ЭЛТ были заменены плоскими ЖК-экранами. Вместо использования движущихся электронных лучей для рисования следов ЖК-дисплей осциллографы используют цифровую электронику для рисования трассы вместо этого – эффективно имитируя то, что происходит со старшими технологии.ЖК-осциллографы, как правило, намного дешевле и дороже. компактные: их можно положить даже в карман!

Фото: Цифровые осциллографы намного меньше и портативнее, чем старомодные аналоговые. Это портативный осциллограф Fluke, который используется для проверки сигналы связи в стойке электронного оборудования позади. Фото Эндрю Ли любезно предоставлено ВВС США.

В отличие от традиционных осциллографов, в которых используются полностью аналоговые технологии (отображение различных сигналов на экране, которые точно соответствуют к сигналам, которые вы в них подаете), ЖК-осциллографы обычно цифровой: они используют аналого-цифровые преобразователи для включения входящих (аналоговые) сигналы в числовую (цифровую) форму, а затем вместо этого выводят эти числа на экран.

(USB)

Поскольку на вашем компьютере, планшете или смартфоне уже есть ЭЛТ- или ЖК-дисплей, нет необходимости не покупайте осциллограф для случайного использования в хобби. Такие компании, как Cleverscope, продают недорогие съемные осциллографы. (с USB-разъемами или эквивалентными выводами для мобильных устройств), которые имитируют схему в традиционном осциллографе и отображают кривую на вашем ПК или экране мобильного телефона. Как это удобно!

Приложения осциллографа

Поищите в своем любимом магазине приложений, и вы найдете немало результатов по запросу “осциллограф”, начиная от простых демонстрация трасс сигнала вплоть до полнофункциональных осциллографов, принимающих сигналы от подключаемых пробников.Основные приложения использовать микрофон как источник очень грубого сигнала. С помощью переходного кабеля USB для мобильного телефона и вставного зонда, Ваш мобильный телефон мгновенно превращается в карманный осциллограф! Oscium производит самые известные съемные пробники осциллографов для iPhone / iPod Touch и Android, и, несомненно, они доступны и от других производителей.

Фото: вот скриншоты двух типичных приложений осциллографа. 1) Очень простое приложение Oscillo (доступное в обычных магазинах приложений) рисует простую кривую амплитуды любого звукового сигнала, который в настоящее время подается через микрофон вашего мобильного устройства.Это отличный способ показать детям, как звуки разного тона и высоты создают волны разной формы. Здесь я напеваю один тон в свой мобильный телефон, чтобы сгенерировать приблизительную синусоидальную волну – и я могу изменять громкость и высоту звука и смотреть, что происходит со следом, когда я это делаю. Что произойдет, если я свистну, напеваю или пытаюсь сделать свой голос похожим на трубу или флейту? Это отличное введение в осциллографы и гораздо более интересный интерактивный способ изучения волн, чем вы найдете в традиционных научных книгах.2) Чуть более сложное приложение Sound Oscilloscope (от Denis Bolshoiden для Android) может рисовать ту же амплитудную кривую или, альтернативно (как показано здесь), частотную характеристику (FFT) звукового сигнала с вашего микрофона, что добавляет дополнительное измерение к деятельности.

Работа и применение электронно-лучевого осциллографа

CRO – это электронно-лучевой осциллограф. Обычно он делится на четыре раздела: дисплей, вертикальные контроллеры, горизонтальные контроллеры и триггеры.В большинстве осциллографов используются пробники, и они используются для ввода любого инструмента. Мы можем проанализировать форму волны, построив график амплитуды вместе с осью x и осью y. Приложения CRO в основном используются для радио, ТВ-приемников, а также в лабораторных работах, связанных с исследованиями и проектированием. В современной электронике CRO играет важную роль в электронных схемах.

Что такое CRO?

Электронно-лучевой осциллограф – это электронный испытательный прибор , он используется для получения форм сигналов при подаче различных входных сигналов.Раньше его называли осциллографом. Осциллограф наблюдает за изменениями электрических сигналов во времени, таким образом, напряжение и время описывают форму, и она непрерывно отображается рядом со шкалой. Наблюдая за формой сигнала, мы можем анализировать некоторые свойства, такие как амплитуда, частота, время нарастания, искажение, временной интервал и т. Д.

CRO

На следующей блок-схеме показано сокращение CRO общего назначения. .CRO задействует электронно-лучевую трубку и действует как тепло осциллографа. В осциллографе ЭЛТ генерирует электронный луч, который ускоряется до высокой скорости и попадает в точку фокуса на флуоресцентном экране.

Таким образом, на экране появляется видимое пятно, куда попадает электронный луч. Обнаруживая луч над экраном в ответ на электрический сигнал, электроны могут действовать как электрический световой карандаш, который производит свет там, где он падает.

Для выполнения этой задачи нам потребуются различные электрические сигналы и напряжения.Этим обеспечивается цепь питания осциллографа. Здесь мы будем использовать высокое и низкое напряжение. Низкое напряжение используется нагревателем электронной пушки для генерации электронного луча. Для ускорения пучка электронно-лучевой трубки требуется высокое напряжение. Нормальное напряжение питания необходимо для других блоков управления осциллографа.

Горизонтальные и вертикальные пластины размещены между электронной пушкой и экраном, таким образом, она может обнаруживать луч в соответствии с входным сигналом.Непосредственно перед обнаружением электронного луча на экране в горизонтальном направлении, которое по оси X является постоянной зависящей от времени скоростью, осциллятором задается генератор временной развертки. Сигналы проходят от вертикальной отклоняющей пластины через вертикальный усилитель. Таким образом, он может усилить сигнал до уровня, при котором будет обеспечиваться отклонение электронного луча.

Если электронный луч обнаруживается по оси X и оси Y, дается схема запуска для синхронизации этих двух типов обнаружения.Следовательно, горизонтальное отклонение начинается в той же точке, что и входной сигнал.

Принцип работы

Принцип работы CRO зависит от движения электронных лучей из-за электростатической силы. Как только электронный луч попадает на поверхность люминофора, он оставляет на ней яркое пятно. Электронно-лучевой осциллограф применяет электростатическую энергию к электронному лучу двумя вертикальными способами. Пятно на люминофорном мониторе поворачивается под действием этих двух взаимно перпендикулярных электростатических сил.Он перемещается, чтобы сформировать необходимую форму входного сигнала.

Конструкция электронно-лучевого осциллографа

Конструкция CRO включает следующее.

• Электронно-лучевая трубка
• Узел электронного пистолета
• Отклоняющая пластина
• Флуоресцентный экран для ЭЛТ
• Стеклянная оболочка

Катодно-лучевая трубка

CRO – это вакуумная трубка, и основная функция этого устройства – изменение сигнал с электрического на визуальный.Эта трубка включает в себя электронную пушку, а также пластины электростатического отклонения. Основная функция этой электронной пушки – генерировать сфокусированный электронный луч, который разгоняется до высокой частоты.

Вертикальная отклоняющая пластина будет поворачивать луч вверх и вниз, тогда как горизонтальный луч перемещает пучки электронов с левой стороны на правую. Эти действия независимы друг от друга, поэтому луч может располагаться в любом месте на мониторе.

Сборка электронной пушки

Основная функция электронной пушки – испускать электроны, превращая их в луч.Этот пистолет в основном включает в себя нагреватель, сетку, катод и аноды, такие как ускорение, предварительное ускорение и фокусировка. На конце катода осаждаются слои стронция и бария для получения высокой эмиссии электронов при умеренной температуре, слои бария осаждаются на конце катода.

Как только электроны генерируются из катодной сетки, они проходят через управляющую сетку, которая обычно представляет собой никелевый цилиндр, через расположенный в центре коаксиально оси ЭЛТ.Таким образом, он контролирует силу генерируемых электронов от катода.

Когда электроны проходят через управляющую сетку, они ускоряются с помощью высокого положительного потенциала, который прикладывается к узлам предварительного ускорения или ускорения. Электронный луч концентрируется на электродах, проходит через отклоняющие пластины, горизонтальные и вертикальные, и попадает в люминесцентную лампу.

Аноды, такие как ускоряющий и предварительный, подключены к 1500 В, а фокусирующий электрод можно подключить к 500 В.Электронный луч можно сфокусировать с помощью двух методов, таких как электростатическая и электромагнитная фокусировка. Здесь в электронно-лучевом осциллографе используется электростатическая фокусирующая трубка.

Отклоняющая пластина

Когда электронный луч покидает электронную пушку, этот луч проходит через два набора отклоняющих пластин. Этот набор будет генерировать вертикальное отклонение, известное как Y-образная отклоняющая пластина в противном случае. Набор пластин используется для горизонтального отклонения, известного как горизонтальное отклонение пластины X.

Флуоресцентный экран ЭЛТ

В ЭЛТ лицевая панель называется лицевой панелью. Для ЭЛТ-экрана она плоская и имеет размер около 100 мм × 100 мм. Экран ЭЛТ несколько изогнут для отображения на больших дисплеях, и формирование лицевой панели может быть выполнено путем придания расплавленному стеклу формы и последующего нагрева.

Внутренняя поверхность лицевой панели покрыта кристаллом люминофора для изменения энергии с электрической на световую. Как только луч электроники попадает в кристалл люминофора, уровень энергии может быть увеличен, и, таким образом, свет генерируется во время кристаллизации фосфора, поэтому это явление известно как флуоресценция.

Стеклянный конверт

Это конструкция конической формы с высокой степенью вакуумирования. Внутренние грани ЭЛТ среди шеи, а также дисплей закрыты аквадагом. Это проводящий материал, который действует как высоковольтный электрод. Поверхность покрытия электрически соединена с ускоряющим анодом, чтобы помочь электрону быть центром.

Работа CRO

На следующей принципиальной схеме показана базовая схема электронно-лучевого осциллографа .В этом разделе мы обсудим важные части осциллографа.

Система вертикального отклонения

Основная функция этого усилителя заключается в усилении слабого сигнала, чтобы усиленный сигнал мог производить полезный сигнал. Для проверки входные сигналы проникают на вертикальные отклоняющие пластины через входной аттенюатор и ряд каскадов усилителя.

Система горизонтального отклонения

Вертикальная и горизонтальная системы состоят из горизонтальных усилителей для усиления слабых входных сигналов, но она отличается от системы вертикального отклонения.Горизонтальные отклоняющие пластины проходят через колебательное напряжение, которое дает временную развертку. Видя принципиальную схему, генератор пилообразной развертки запускается синхронизирующим усилителем, в то время как селектор развертки переключается во внутреннее положение. Таким образом, триггерный генератор зубьев пилы подает сигнал на усилитель горизонтальной развертки, следуя механизму. Здесь мы обсудим четыре типа разверток.

Recurrent Sweep

Само название говорит о том, что зубец соответствующей пилы, т.е. новая развертка начинается нескромно в конце предыдущей развертки.

Запуск развертки

Иногда следует наблюдать за формой волны, которая, таким образом, не может быть предсказана, желательно, чтобы схема развертки оставалась неработоспособной, а развертка должна инициироваться исследуемой формой волны. В этих случаях мы будем использовать развертку по триггеру.

Управляемая развертка

Как правило, развертка возбуждения используется, когда развертка является автономной, но запускается тестируемым сигналом.

Развертка без пилы

Эта развертка используется для определения разницы между двумя напряжениями.Используя непиловидную развертку, мы можем сравнить частоту входных напряжений.

Синхронизация

Синхронизация выполняется для создания стационарного шаблона. Синхронизация происходит между разверткой и сигналом, который должен измеряться. Есть несколько источников синхронизации, которые можно выбрать с помощью селектора синхронизации. Что обсуждается ниже.

Внутренний

В этом случае сигнал измеряется вертикальным усилителем, а сигнал триггера воздерживается.

Внешний

Во внешнем триггере должен присутствовать внешний триггер.

Линия

Линия запуска производится источником питания.

Модуляция интенсивности

Эта модуляция создается путем вставки сигнала между землей и катодом. Эта модуляция вызывается увеличением яркости дисплея.

Управление позиционированием

Подавая небольшой независимый внутренний источник постоянного напряжения на детектирующие пластины через потенциометр, можно контролировать положение, а также можно контролировать положение сигнала.

Контроль интенсивности

Интенсивность изменяется за счет изменения потенциала сетки по отношению к катоду.

Измерения электрических величин

Измерения электрических величин с помощью CRO можно выполнять, например, амплитуды, периода времени и частоты.

• Измерение амплитуды
• Измерение периода времени
• Измерение частоты

Измерение амплитуды

Дисплеи, такие как CRO, используются для отображения сигнала напряжения как функции времени на его дисплее.Амплитуда этого сигнала стабильна; однако мы можем изменить количество разделов, которые перекрывают сигнал напряжения по вертикали, изменяя кнопку напряжения / деления на верхней части платы CRO. Итак, мы получим амплитуду сигнала, которая отображается на экране CRO, с помощью следующей формулы.

A = j * nv

Где,

«A» – амплитуда

«j» – значение вольта на деление

«nv» – это номер. разделов, закрывающих сигнал по вертикали.

Измерение периода времени

CRO отображает сигнал напряжения как функцию времени на своем экране. Период времени этого периодического сигнала напряжения постоянен, но мы можем изменять количество делений, которые покрывают один полный цикл сигнала напряжения в горизонтальном направлении, изменяя ручку времени / деления на панели CRO.

Таким образом, мы получим временной период сигнала, который присутствует на экране CRO, используя следующую формулу.

T = k * nh

Где,

‘T’ – период времени

‘j’ – значение времени / деления

‘nv’ – количество разделов, которые покрывают один полный цикл периодический сигнал по горизонтали.

Измерение частоты

На экране CRO измерение плитки и частоты может быть очень просто выполнено с помощью горизонтальной шкалы. Если вы хотите обеспечить точность при измерении частоты, это поможет увеличить площадь сигнала на вашем CRO-дисплее, чтобы мы могли более просто преобразовать форму волны.

Первоначально время можно измерить с помощью горизонтальной шкалы на CRO и подсчета количества плоских разделов от одного конца сигнала до другого, где бы он ни пересекал плоскую линию.После этого мы можем разработать количество плоских разделов по времени или делению, чтобы определить период времени сигнала. Математически измерение частоты можно обозначить как частота = 1 / период.

f = 1 / T

Основные элементы управления CRO

Основные элементы управления CRO в основном включают положение, яркость, фокус, астигматизм, гашение и калибровку.

Положение

В осциллографе ручка управления положением в основном используется для управления положением интенсивного пятна с левой стороны на правую.Регулируя ручку, можно просто контролировать точку с левой стороны на правую.

Яркость

Яркость луча в основном зависит от интенсивности электрона. Сетки управления учитывают интенсивность электронов в электронном луче. Таким образом, напряжение на сетке можно контролировать, регулируя яркость электронного луча.

Focus

Управление фокусировкой может быть достигнуто путем регулирования приложенного напряжения к центральному аноду CRO. Средний и другие аноды в его области могут образовывать электростатическую линзу.Следовательно, основную длину линзы можно изменить, управляя напряжением на центральном аноде.

Астигматизм

В CRO это дополнительный контроль фокусировки, аналогичный астигматизму в оптических линзах. Луч, сфокусированный в середине монитора, будет расфокусирован на краях экрана, поскольку длины путей электронов различны для центра и краев.

Схема гашения

Генератор временной развертки, присутствующий в осциллографе, генерировал напряжение гашения.

Калибровочная цепь

Генератор необходим для калибровки осциллографа. Однако используемый генератор должен генерировать прямоугольный сигнал для заданного напряжения.

Приложения

• CRO используются в огромных приложениях, таких как радиостанции, для наблюдения за свойствами передачи и приема сигнала.
• CRO используется для измерения напряжения, тока, частоты, индуктивности, проводимости, сопротивления и коэффициента мощности.
• Это устройство также используется для проверки характеристик цепей AM и FM
• Это устройство используется для контроля свойств сигнала, а также характеристик, а также управления аналоговыми сигналами.
• CRO используется через резонансный контур для просмотра формы сигнала, ширины полосы и т. Д.
• CRO может наблюдать форму сигнала напряжения и тока, что помогает принять необходимое решение на радиостанции или станции связи. .
• Используется в лабораториях с целью исследования.После того, как исследователи спроектировали новую схему, они использовали CRO для проверки формы сигналов напряжения и тока каждого элемента схемы.
• Используется для сравнения фазы и частоты
• Используется в телевидении, радарах и анализе давления в двигателе
• Для проверки нервных реакций и сердцебиения.
• В петле гистерезиса он используется для нахождения кривых BH
• Транзисторные кривые можно проследить.

Преимущества

К преимуществам CRO относятся следующие.

• Стоимость и сроки
• Требования к обучению
• Стабильность и качество
• Эффективность времени
• Знания и опыт
• Способность решать проблемы
• Беспроблемный
• Гарантия соответствия нормативным требованиям
• Измерение напряжения
• Исследование формы сигнала
• Измерение фазы и частоты

Недостатки

К недостаткам CRO относятся следующие.

• Эти осциллографы дороги по сравнению с другими измерительными приборами, такими как мультиметры.
• При повреждении их сложно ремонтировать.
• Эти устройства нуждаются в полной изоляции
• Они огромные, тяжелые и потребляют больше энергии
• Множество терминалов управления

Использование CRO

В лаборатории CRO может использоваться как

• Он может отображать различные типы сигналов
• Он может измерять короткий интервал времени
• В вольтметре он может измерять разность потенциалов

В этой статье мы обсудили работу CRO и ее применение.Прочитав эту статью, вы получите некоторые базовые знания о работе и приложениях CRO. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этой статьи или реализации проектов ECE и EEE, пожалуйста, прокомментируйте в разделе ниже. Вот вам вопрос, каковы функции CRO?

Фото:

Блок-схема, работа и ее применение

В 1897 году Карл Фердинанд Браун изобрел осциллограф. Мы знаем об электронно-лучевом осциллографе, который используется для отображения и анализа различных типов форм электронных сигналов в электронике и электрических схемах.DSO также является одним из типов осциллографов, используемых для отображения формы сигнала, но разница между CRO и DSO заключается в том, что в DSO цифровой сигнал преобразуется в аналоговый, и этот аналоговый сигнал будет отображаться на экране цифрового запоминающего осциллографа. В обычном CRO нет процедуры для сохранения формы волны, но в DSO есть цифровая память, которая будет хранить цифровую копию формы волны. Краткое объяснение DSO объясняется ниже.

Что такое цифровой запоминающий осциллограф?

Определение: Цифровой запоминающий осциллограф – это прибор, который позволяет сохранять цифровую форму сигнала или цифровую копию формы сигнала.Это позволяет нам хранить сигнал или форму волны в цифровом формате, а в цифровой памяти также позволяет нам применять методы цифровой обработки этого сигнала. Максимальная частота, измеренная цифровым осциллографом сигналов, зависит от двух факторов: частоты дискретизации осциллографа и типа преобразователя. Трассы в DSO яркие, четко очерченные и отображаются в течение нескольких секунд.

Блок-схема цифрового запоминающего осциллографа

Блок-схема цифрового запоминающего осциллографа состоит из усилителя, дигитайзера, памяти и схемы анализатора.Реконструкция формы волны, вертикальные пластины, горизонтальные пластины, электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), горизонтальный усилитель, схема временной развертки, триггер и часы. Блок-схема цифрового запоминающего осциллографа показана на рисунке ниже. Блок-схема цифрового запоминающего осциллографа

Как видно на приведенном выше рисунке, сначала цифровой запоминающий осциллограф оцифровывает аналоговый входной сигнал, затем аналоговый входной сигнал усиливается усилителем, если он имеет слабый сигнал. После усиления сигнал оцифровывается дигитайзером, и этот оцифрованный сигнал сохраняется в памяти.Схема анализатора обрабатывает цифровой сигнал, после чего форма волны восстанавливается (цифровой сигнал снова преобразуется в аналоговую форму), а затем этот сигнал подается на вертикальные пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Электронно-лучевая трубка имеет два входа: вертикальный вход и горизонтальный вход. Вертикальный входной сигнал – это ось «Y», а горизонтальный входной сигнал – это ось «X». Схема временной развертки запускается входным сигналом триггера и тактовой частоты, поэтому она будет генерировать сигнал временной развертки, который является сигналом линейного изменения.Затем линейный сигнал усиливается усилителем горизонтальной развертки, и этот усилитель горизонтальной развертки будет обеспечивать входной сигнал для горизонтальной пластины. На экране ЭЛТ мы получим кривую входного сигнала в зависимости от времени.

Оцифровка происходит путем взятия выборки входного сигнала через определенные промежутки времени. В периодическом временном интервале означает, что когда половина временного цикла завершена, мы берем образцы сигнала. Процесс оцифровки или выборки должен соответствовать теореме выборки.Теорема о выборке гласит, что частота выборки должна быть более чем в два раза выше самой высокой частоты входного сигнала. Когда аналоговый сигнал неправильно преобразован в цифровой, возникает эффект наложения спектров.

Когда аналоговый сигнал правильно преобразован в цифровой, разрешение аналого-цифрового преобразователя будет уменьшено. Когда входные сигналы, хранящиеся в аналоговых регистрах памяти, могут считываться аналого-цифровым преобразователем с гораздо меньшей скоростью, тогда цифровой выход аналого-цифрового преобразователя сохраняется в цифровом хранилище, что позволяет обрабатывать до 100 мегасэмплов. в секунду.Это принцип работы цифрового запоминающего осциллографа.

Режимы работы DSO

Цифровой запоминающий осциллограф работает в трех режимах: режим прокрутки, режим сохранения и режим удержания или сохранения.

Режим прокрутки: В режиме прокрутки на экране дисплея отображаются очень быстро меняющиеся сигналы.

Режим сохранения: В режиме сохранения сигналы сохраняются в памяти.

Режим удержания или сохранения: В режиме удержания или сохранения некоторая часть сигнала будет удерживаться в течение некоторого времени, а затем будет сохранена в памяти.

Это три режима работы цифрового запоминающего осциллографа.

Реконструкция формы сигнала

Существует два типа реконструкции формы сигнала: линейная интерполяция и синусоидальная интерполяция.

Линейная интерполяция: При линейной интерполяции точки соединяются прямой линией.

Синусоидальная интерполяция: При синусоидальной интерполяции точки соединяются синусоидальной волной.

Различия между цифровым запоминающим осциллографом и обычным запоминающим осциллографом

Различия между цифровым запоминающим осциллографом и обычным запоминающим осциллографом или аналоговым запоминающим осциллографом (ASO) показаны в таблице ниже.

Цифровые запоминающие осциллографы

Различные типы цифровых запоминающих осциллографов показаны в таблице ниже

Приложения

Приложения DSO проверяют неисправные компоненты

Преимущества

Преимущества DSO

• Портативный
• Обладает максимальной пропускной способностью
• Пользователь в интерфейс простой
• Скорость высокая

Недостатки

Недостатки DSO

FAQS

1).В чем разница между CRO и DSO?

Электронно-лучевая трубка (CRO) – это аналоговый осциллограф, тогда как DSO – это цифровой осциллограф.

2). В чем разница между цифровым и аналоговым осциллографом?

Формы сигналов в аналоговом устройстве отображаются в исходной форме, тогда как в цифровом осциллографе исходные формы сигналов преобразуются в цифровые числа путем дискретизации.

3). Что используется осциллограф для измерения?

Осциллограф – это прибор, который используется для анализа и отображения форм электронных сигналов.

4). Осциллограф – это аналог?

Есть два типа осциллографов: аналоговый осциллограф и цифровой осциллограф.

5). Может ли осциллограф измерять звук?

Да, осциллограф может измерять звук, преобразовывая этот звук в напряжение.

В этой статье обсуждается, что такое цифровой запоминающий осциллограф (DSO), блок-схема DSO, преимущества, недостатки, приложения, продукты DSO, режимы работы DSO и волновая реконструкция DSO.Вот вам вопрос, каковы особенности цифрового запоминающего осциллографа?

Основные операции и использование осциллографа

Осциллограф – незаменимая часть в наборах инструментов многих инженеров-электриков и техников-электриков. Осциллограф используется в качестве инструмента наблюдения, позволяющего техническим специалистам просматривать напряжения сигналов, которые постоянно колеблются (отсюда и название). Обычно они довольно маленькие, чтобы их можно было доставить в разные места. Некоторые осциллографы, предназначенные для использования в лаборатории, больше по размеру, особенно старые модели.Между тем появление ЖК-технологий привело к созданию небольших моделей портативных осциллографов.

Изображение: Flickr – MightyOhm – Новый осциллограф

Основные операции осциллографа

обычно состоят из четырех секций. Дисплей обычно является самой большой частью устройства и может быть ЖК-экраном или ЭЛТ-экраном. На экране отображается напряжение сигнала с вертикальными и горизонтальными контрольными линиями. Эти линии, вместе взятые, называются сеткой.На экране есть три элемента управления: ручки фокусировки, интенсивности и искателя луча. Помимо экрана, есть также вертикальная и горизонтальная части, работа которых будет дополнительно объяснена ниже.

Ввод сигнала

Чтобы использовать осциллограф, технический специалист должен ввести требуемый сигнал в осциллограф. Для этого техник должен подать сигнал на один из входных разъемов. Чаще всего это коаксиальные разъемы. Большинство осциллографов имеют несколько входных разъемов, что позволяет пользователям отображать несколько сигналов друг против друга с течением времени.Для сигналов, у которых нет коаксиального разъема, пользователи должны подключить к источнику пробник. Осциллографы обычно поставляются со своими собственными щупами. Входное сопротивление осциллографов общего назначения составляет один мегаом, который включен параллельно конденсатору на 20 пикофарад.

Основные операции: след

Трассировка – одна из самых основных операций осциллографа. Осциллограф рисует на экране кривую в виде горизонтальной линии. Элемент управления временной разверткой определяет, насколько быстро будет нарисована кривая (также называемая разверткой).Когда напряжение становится отрицательным или положительным, зритель отображает соответственно положительный или отрицательный скачок кривой на экране.

Регуляторы чувствительности по вертикали и горизонтали

Эти элементы управления позволяют пользователю вручную определять чувствительность как по вертикали, так и по горизонтали. Это позволяет осциллографам работать с широким диапазоном входных амплитуд.

Управление фокусом

Это позволяет пользователям настраивать резкость следа.Новые модели плоских панелей делают это автоматически.

Устройство поиска луча

Этот элемент управления предотвращает отклонение следа от экрана или его блокировку иным образом. Поскольку искатель луча предотвращает отклонение кривой от экрана, он может временно исказить трассу.

Управление временной разверткой

Этот элемент управления определяет, как быстро осциллограф будет рисовать кривую. Этот элемент управления позволяет пользователям вручную выбирать скорость развертки, которая выражается в секундах на единицу координатной сетки.

Контроль интенсивности

Регулятор интенсивности определяет, насколько интенсивно рисуется кривая. Для моделей ЭЛТ желательна высокая интенсивность для быстрых трассировок, а для низкой скорости – более низкая интенсивность. Для ЖК-моделей скорость не важна.

Типы разверток

Существует четыре типа разверток: запускаемая, повторяющаяся, однократная и задержанная. Запускаемые развертки сбрасывают экран каждый раз, когда кривая достигает правого края экрана, и полезны для периодических сигналов, таких как синусоидальные волны.Рекуррентные и одиночные развертки более распространены на старых моделях и менее полезны для качественного наблюдения сигналов. Развертка с задержкой позволяет пользователям получить очень подробное представление о напряжении.

Использование осциллографов

Использование осциллографа очень разнообразно. Чаще всего осциллографы используются для диагностики неисправностей электронного оборудования. Осциллографы позволяют техническим специалистам видеть, что напряжение меняется с течением времени; колеблется он, например, или нет.Технические специалисты также могут использовать осциллографы, чтобы увидеть форму и временные сигналы сигнала, что важно в некоторых приложениях. Техники могут подключиться к каждому компоненту независимо и оттуда определить, какой компонент выходит из строя.

также используются для проверки электроники. Разработчикам нового оборудования обычно приходится проводить множество тестов с осциллографами, чтобы найти конкретный конструктивный недостаток. Более продвинутые осциллографы обладают емкостью для хранения изменений сигнала в течение длительного периода времени, что позволяет провести подробный анализ позднее.