Найти схемы и описание электронных осциллографов: принцип работы, устройство, назначение, особенности настройки

Классификация и обобщенная структурная схема универсального электронного аналогового осциллографа

Электронные осциллографы предназначены для визуального наблюдения формы сигнала, а так же для измерения параметров сигнала,  они относятся к  приборам группы С:

С1 – универсальные электронные аналоговые осциллографы

С2 – измеритель коэффициента амплитудной модуляции

С3 – измеритель девиации частоты

С4 – анализаторы спектра

С5 – анализаторы гармоник

С6 – измеритель нелинейных  искажений

С7 – скоростные осциллографы

С8 – запоминающие осциллографы

С9 – специальные осциллографы (в том числе цифровые)

Обобщенная структурная схема универсального электронного аналогового осциллографа (в дальнейшем осциллограф) представлена рис.5.1 и включает в себя следующие блоки:

– входные устройства – ВУ1, ВУ2, ВУ3;

– предварительный усилитель – ПУ;

– широкополосная линия задержки – ЛЗ;

– усилитель вертикального отклонения – УВО;

– схема синхронизации – Сх.

сихнр.;

– генератор развертки – ГР;

– усилитель горизонтального отклонения – УГО;

– электронно-лучевая трубка – ЭЛТ;

– калибратор – Калибр.;

– источник питания – ИП.

Блоком представления информации в осциллографе является ЭЛТ с электростатическим управлением лучом.

       

 

                      

 

Рисунок 8.1

В общем случае электронный осциллограф содержит три канала, обеспечивающих подачу сигнала на соответствующие электроды ЭЛТ.

1.1.
Канал вертикального отклонения (КВО) или канал Y. Служит для согласования уровня  исследуемого сигнала с чувствительностью ЭЛТ  по пластинам вертикального       отклонения.

Его входом служит вход Y осциллографа, а выход нагружен на пластины       вертикального отклонения ЭЛТ. КВО содержит:

–      блок входных устройств (ВУ1) обеспечивающий необходимое входное сопротивление канала. Коэффициент передачи ВУ1 может быть изменен оператором дискретно и плавно.

–      предварительный усилитель (ПУ). Служит для усиления входного (исследуемого) сигнала по напряжению.

–      широкополосная линия задержки (ЛЗ) позволяет наблюдать начальные фазы сигналов в момент запуска генератора развертки в режиме синхронизации ”внутренний”

– усилитель вертикального отклонения (УВО) предназначен для усиления исследуемого сигнала по мощности. Его выходной, парафазный сигнал обеспечивает перемещение луча ЭЛТ в вертикальной плоскости.

Основными параметрами КВО являются чувствительность, определяемая величиной коэффициента передачи, и полоса пропускания, определяющая полосу частот исследуемого сигнала. Необходимыми требованиями являются:

–      стабильность коэффициента передачи (временная, температурная и т. д.)

–      равномерность АЧХ  в полосе пропускания КВО.

Важным параметром КВО, используемым при измерениях,  является коэффициент отклонения по вертикали:

my -[В/дел]

Его величина может быть изменена оператором и определяется положением дискретного переключателя чувствительности ВУ1 при фиксированном  положении плавного регулятора чувствительности.

1.2.
Канал горизонтального отклонения (КГО) или канал Х. Служит для  формирования разворачивающего напряжения, подаваемого на пластины горизонтального отклонения  ЭЛТ (пластины Х). Канал включает в себя следующие блоки.

1.2.1. Сх. Синхр. – схема синхронизации. Обеспечивает запуск генератора развертки.

1.2.2. ГР – генератор развертки. Служит для формирования специального, изменяющегося линейно во времени напряжения развертки (рис.8.2). В этом напряжении принято различать: период развертки (Tp), который складывается из времени прямого хода  (Тпр. х) и времени обратного хода луча (Тобр.х). В подавляющем большинстве случаев  Tпр.х >> Tобр.х

 

                                              Рисунок 8.2

Математической моделью данного сигнала является функция вида

                                                     (8.1)

Где – крутизна пилообразного напряжения развертки.

В ЭЛТ обеспечивается линейная связь между смещением луча по горизонтали Lx(t) и напряжением, поданным на пластины горизонтального отклонения Ux

(t). Следовательно

                                                                 (8.2)

Где – чувствительность ЭЛТ по пластинам Х.

Таким образом, при подаче напряжения ГР на пластины Х будет выполняться условие

,                                                                   (8. 3)

т.е. смещение луча по горизонтали пропорционально времени («временная» развертка).

В этом случае на экране ЭЛТ наблюдается осциллограмма, представляющая собой зависимость мгновенного значения сигнала поданного на вход Y осциллографа от времени.

Требования к сигналу ГР: 

–          высокая линейность,

–          стабильность амплитудных и временных характеристик.

ГР может работать в трех основных  режимах: непрерывный (автоколебательный), ждущий и разовый запуск. Непрерывный режим используются при  исследовании гармоничных сигналов, а также сигналов с малой скважностью. Ждущий режим используется при исследовании сигналов с большой скважностью. Режим разового пуска используется для исследования случайных или однократных сигналов.

Для получения неподвижного изображения частоту развертки необходимо синхронизировать с частотой исследуемого сигнала. Условиями получения неподвижного изображения, называемыми «условием синхронизации», являются:

a)    , где п – натуральное число.

б) Момент запуска генератора должен соответствовать одной и той же фазе                   исследуемого сигнала.

На рис. 8.3 представлены осциллограммы одного и того же сигнала для случая:

а)  условие   выполняется при (n=2; ) 

б) условие кратности частоты развертки частоте сигнала не выполнено (п=

1,5; ) 

 

                                                      Рисунок  8.3

В осциллографе предусматривается три вида синхронизации в зависимости от источника синхронизирующего сигнала:

а)  “Внутренний” – синхронизация осуществляется от исследуемого сигнала.

б) “Внешний” – источник синхронизирующего сигнала – внешний (дополнительный) генератор. Как правило, этот вид синхронизации применяют при исследовании импульсных сигналов с большой скважностью. Генератор развертки работает в ждущем режиме.

в) “От сети”. Источником синхронизации сигнала является сигнал, кратный частоте питающей сети. Этот вид используется при исследовании влияния сетевых помех.

1.2.3.
УГО предназначен для усиления разворачивающего напряжения и подачи его на          пластины горизонтального отклонения ЭЛТ.

На входе УГО установлен переключатель П1, два положения которого определяют  два  основных режима работы осциллографа. Если П1 находится в положении 1, то на  пластины Х подается напряжение ГР, что соответствует первому основному режиму работы – режиму линейной развертки.

Второй основной режим работы осциллографа – режим усиления (сравнения, фигур  Лиссажу). Он реализуется в положении 2 переключателя П1. При этом,  на пластину Х  ЭЛТ подается внешний сигнал, который подключается к входу Х осциллографа.

Основным параметром КГО, используемым при измерениях, является коэффициент отклонения по горизонтали   или  , измеряемый в единицах [время/деление]. Его численное значение определяется положением дискретного переключателя частоты развертки.

1.3. Канал Z – канал управления яркостью.

Сигнал, поданный на вход Z осциллографа от дополнительного (внешнего) источника поступает на модулятор ЭЛТ. В этом случае происходит модуляция яркости осциллограммы с частотой поданного сигнала.

Кроме того, в структурную схему осциллографа входят блок питания и блок       калибровки. Калибратор предназначен для формирования сигналов, параметры которых     (напряжение и частота) известны с высокой точностью. С их помощью осуществляется      поверка коэффициентов отклонения по вертикали  и горизонтали (калибровка КВО  и КГО).

Похожие материалы:

Как осуществить измерения с помощью осциллографа

Как осуществить измерения с помощью осциллографа

Осциллограф — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, и наглядно отображаемого (визуализации) непосредственно на экране либо регистрируемого на фотоленту.

Цифровой осциллограф, конечно, намного совершеннее обычного электронного, позволяет запоминать осциллограммы, может подключаться к персональному компьютеру, имеет математическую обработку результатов, экранные маркеры и многое другое. Но при всех достоинствах эти приборы нового поколения обладают одним существенным недостатком, – это высокая цена.

Именно она делает цифровой осциллограф недоступным для любительских целей, хотя существуют «карманные» осциллографы, которые продаются на Алиэкспресс, но пользоваться ими не особенно удобно. Ну, просто интересная игрушка. Поэтому пока речь пойдет об измерениях с помощью электронного осциллографа.

На тему выбора осциллографа для использования в домашней лаборатории в интернете можно найти достаточное количество форумов. Не отрицая достоинств цифровых осциллографов, на многих форумах советуют остановить выбор на простых малогабаритных и надежных осциллографах отечественной разработки С1-73 и С1-101 и подобных.

При достаточно демократичной цене эти приборы позволят выполнить большинство радиолюбительских задач. А пока познакомимся с общими принципами измерений с помощью осциллографа.

Рисунок 1. Осциллограф С1-73

Что измеряет осциллограф

Измеряемый сигнал подается на вход канала вертикального отклонения Y, который имеет большое входное сопротивление, как правило, 1MΩ, и малую входную емкость, не более 40pF, что позволяет вносить минимальные искажения в измеряемый сигнал. Эти параметры часто указываются рядом с входом канала вертикального отклонения.

Рисунок 2. Осциллограф С1-101

Высокое входное сопротивление свойственно вольтметрам, поэтому можно с уверенностью сказать, что осциллограф измеряет напряжение. Применение внешних входных делителей позволяет снизить входную емкость и увеличить входное сопротивление. Это также снижает влияние осциллографа на исследуемый сигнал.

Здесь следует вспомнить, что существуют специальные высокочастотные осциллографы, входное сопротивление которых всего 50 Ом. В радиолюбительской практике такие приборы не находят применения. Поэтому далее речь пойдет об обычных универсальных осциллографах.

Полоса пропускания канала Y

Осциллограф измеряет напряжения в очень широких пределах: от напряжений постоянного тока, до напряжений достаточно высокой частоты. Размах напряжения может быть достаточно разнообразным, – от десятков милливольт до десятков вольт, а при использовании внешних делителей вплоть до нескольких сотен вольт.

При этом следует иметь в виду, что полоса пропускания канала вертикального отклонения Y д.б. не менее, чем в 5 раз выше частоты сигнала, который будет измеряться. То есть усилитель вертикального отклонения должен пропускать не ниже пятой гармоники исследуемого сигнала. Особенно это требуется при исследовании прямоугольных импульсов, которые содержат множество гармоник, как показано на рисунке 3. Только в этом случае на экране получается изображение с минимальными искажениями.

Рисунок 3. Синтез прямоугольного сигнала из гармонических составляющих

Кроме основной частоты на рисунке 3 показаны третья и седьмая гармоники. С увеличением номера гармоники возрастает ее частота: частота третьей гармоники в три раза выше основной, пятой гармоники в пять раз, седьмой в семь и т.д. Соответственно амплитуда высших гармоник падает: чем выше номер гармоники, тем ниже ее амплитуда. Только если усилитель вертикального канала без особого ослабления сможет пропустить высшие гармоники, изображение импульса получится прямоугольным.

На рисунке 4 показана осциллограмма меандра при недостаточной полосе пропускания канала Y.

Рисунок 4.

Примерно так выглядит меандр частотой 500 КГц на экране осциллографа ОМШ-3М с полосой пропускания 0…25 КГц. Как будто прямоугольные импульсы пропущены через интегрирующую RC цепочку. Такой осциллограф выпускался советской промышленностью для лабораторных работ на уроках физики в школах. Даже напряжение питания этого прибора в целях безопасности было не 220, а всего 42В. Совершенно очевидно, что осциллограф с такой полосой пропускания позволит почти без искажений наблюдать сигнал с частотами не более 5КГц.

У обычного универсального осциллографа полоса пропускания чаще всего составляет 5 МГц. Даже при такой полосе можно увидеть сигнал до 10 МГц и выше, но полученное на экране изображение позволяет судить лишь о наличии или отсутствии этого сигнала. О его форме что-либо сказать будет затруднительно, но в некоторых ситуациях форма не столь уж и важна: например есть генератор синусоиды, и достаточно просто убедиться, есть эта синусоида или ее нет. Как раз такая ситуация показана на рисунке 4.

Современные вычислительные системы и линии связи работают на очень высоких частотах, порядка сотен мегагерц. Чтобы увидеть столь высокочастотные сигналы полоса пропускания осциллографа должна быть не менее 500 МГц. Такая широкая полоса очень «расширяет» цену осциллографа.

В качестве примера можно привести цифровой осциллограф U1610A показанный не рисунке 5. Его полоса пропускания 100МГц.

Рисунок 5.

Пусть читатель не сочтет этот рисунок за рекламу, поскольку все координаты продавца не закрашены: на месте этого рисунка мог оказаться любой подобный скриншот.

Виды исследуемых сигналов и их параметры

Наиболее распространенным видом колебаний в природе и технике является синусоида. Это та самая многострадальная функция Y=sinX, которую проходили в школе на уроках тригонометрии. Достаточно много электрических и механических процессов имеют синусоидальную форму, хотя достаточно часто в электронной технике применяются и другие формы сигналов. Некоторые из них показаны на рисунке 6.

Рисунок 6. Формы электрических колебаний

Периодические сигналы. Характеристики сигналов

Универсальный электронный осциллограф позволяет достаточно точно исследовать периодические сигналы. Если же на вход Y подать реальный звуковой сигнал, например, музыкальную фонограмму, то на экране будут видны хаотично мелькающие всплески. Естественно, что детально исследовать такой сигнал невозможно. В этом случае поможет применение цифрового запоминающего осциллографа, который позволяет сохранить осциллограмму.

Колебания, показанные на рисунке 6, являются периодическими, повторяются, через определенный период времени T. Подробнее это можно рассмотреть на рисунке 7.

Рисунок 7. Периодические колебания

Колебания изображены в двухмерной системе координат: по оси ординат отсчитывается напряжение, а по оси абсцисс время. Напряжение измеряется в вольтах, время в секундах. Для электрических колебаний время чаще измеряется в миллисекундах или микросекундах.

Кроме компонентов X и Y осциллограмма содержит еще компонент Z – интенсивность, или попросту яркость (рисунок 8). Именно она включает луч на время прямого хода луча и гасит на время обратного хода. Некоторые осциллографы имеют вход для управления яркостью, который так и называется вход Z. Если на этот вход подать импульсное напряжение от образцового генератора, то на экране можно увидеть частотные метки. Это позволяет точнее отсчитывать длительность сигнала по оси X.

Рисунок 8. Три компонента исследуемого сигнала

Современные осциллографы имеют, как правило, калиброванные по времени развертки, позволяющие точно отсчитывать время. Поэтому пользоваться внешним генератором для создания меток практически не приходится.

В верхней части рисунка 7 располагается синусоида. Нетрудно видеть, что начинается она в начале координатной системы. За время T (период) выполняется одно полное колебание. Далее все повторяется, идет следующий период. Такие сигналы называются периодическими.

Ниже синусоиды показаны прямоугольные сигналы: меандр и прямоугольный импульс. Они также периодические с периодом T. Длительность импульса обозначена как τ (тау). В случае меандра длительность импульса τ равна длительности паузы между импульсами, как раз половина периода T. Поэтому меандр является частным случаем прямоугольного сигнала.

Скважность и коэффициент заполнения

Для характеристики прямоугольных импульсов используется параметр, называемый скважностью. Это есть отношение периода следования импульсов T к длительности импульса τ. Для меандра скважность равна двум, – величина безразмерная: S= T/τ.

В англоязычной терминологии как раз все наоборот. Там импульсы характеризуются коэффициентом заполнения, соотношением длительности импульса к периоду следования Duty cycle: D=τ/T. Коэффициент заполнения выражается в %%. Таким образом, для меандра D=50%. Получается, что D=1/S, коэффициент заполнения и скважность величины взаимно обратные, хотя характеризуют собой один и тот же параметр импульса. Осциллограмма меандра показана на рисунке 9.

Рисунок 9. Осциллограмма меандра D=50%

Здесь вход осциллографа подключен к выходу функционального генератора, показанного тут же в нижнем углу рисунка. И вот тут внимательный читатель может задать вопрос: «Амплитуда выходного сигнала с генератора 1В, чувствительность входа осциллографа 1В/дел., а на экране прямоугольные импульсы с размахом 2В. Почему?»

Дело в том, что функциональный генератор выдает двухполярные прямоугольные импульсы относительно уровня 0В, примерно так же, как синусоида, с положительной и отрицательной амплитудой. Поэтому на экране осциллографа наблюдаются импульсы с размахом ±1В. На следующем рисунке изменим коэффициент заполнения Duty cycle, например, до 10%.

Рисунок 10. Прямоугольный импульс D=10%

Нетрудно видеть, что период следования импульсов составляет 10 клеток, в то время, как длительность импульса всего одна клетка. Поэтому D=1/10=0,1 или 10 %, что видно по настройкам генератора. Если воспользоваться формулой для подсчета скважности, то получится S = T / τ = 10 / 1 = 1 – величина безразмерная. Вот здесь можно сделать вывод, что Duty cycle намного наглядней характеризует импульс, чем скважность.

Собственно сам сигнал остался такой же, как на рисунке 9: прямоугольный импульс амплитудой 1В и частотой 100Гц. Изменяется только коэффициент заполнения или скважность, уж это как кому привычней и удобней. Но для удобства наблюдения на рисунке 10 длительность развертки снижена в два раза по сравнению с рисунком 9 и составляет 1мс/дел. Поэтому период сигнала занимает на экране 10 клеток, что позволяет достаточно легко убедиться, что Duty cycle составляет 10%. При пользовании реальным осциллографом длительность развертки выбирается примерно также.

Измерение напряжения прямоугольного импульса

Как было сказано в начале статьи, осциллограф измеряет напряжение, т.е. разность потенциалов между двумя точками. Обычно измерения проводятся относительно общего провода, земли (ноль вольт), хотя это необязательно. В принципе возможно измерение от минимального до максимального значения сигнала (пиковое значение, размах). В любом случае действия по измерению достаточно просты.

Прямоугольные импульсы чаще всего бывают однополярными, что характерно для цифровой техники. Как измерить напряжение прямоугольного импульса, показано на рисунке 11.

Рисунок 11. Измерение амплитуды прямоугольного импульса

Если чувствительность канала вертикального отклонения выбрана 1В/дел, то получается, что на рисунке показан импульс с напряжением 5,5В. При чувствительности 0,1В/дел. Напряжение будет всего 0,5В, хотя на экране оба импульса выглядят совершенно одинаково.

Что еще можно увидеть в прямоугольном импульсе

Прямоугольные импульсы, показанные на рисунках 9, 10 просто идеальные, поскольку синтезированы программой Electronics WorkBench. Да и частота импульсов всего 100Гц, поэтому проблем с «прямоугольностью» изображения возникнуть не может. В реальном устройстве при высокой частоте следования импульсы несколько искажаются, прежде всего, появляются различные выбросы и всплески, обусловленные индуктивностью монтажа, как показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Реальный прямоугольный импульс

Если не обращать внимания на подобные «мелочи», то прямоугольный импульс выглядит так, как показано на рисунке 13.

Рисунок 13. Параметры прямоугольного импульса

На рисунке показано, что передний и задний фронты импульса возникают не сразу, а имеют какое-то время нарастания и спада, несколько наклонены относительно вертикальной линии. Этот наклон обусловлен частотными свойствами микросхем и транзисторов: чем более высокочастотный транзистор, тем менее «завалены» фронты импульсов. Поэтому длительность импульса определяется по уровню 50% от полного размаха.

По этой же причине амплитуда импульса определяется по уровню 10…90%. Длительность импульса, так же, как и напряжение, определяется умножением числа делений горизонтальной шкалы на значение деления, как показано на рисунке 14.

Рисунок 14.

На рисунке показан один период прямоугольного импульса, несколько отличного от меандра: длительность положительного импульса составляет 3,5 деления горизонтальной шкалы, а длительность паузы 3,8 деления. Период следования импульса составляет 7,3 деления. Такая картинка может принадлежать нескольким разным импульсам с различной частотой. Все будет зависеть от длительности развертки.

Предположим, что длительность развертки 1мс/дел. Тогда период следования импульса 7,3*1=7,3мс, что соответствует частоте F=1/T=1/7.3= 0,1428КГц или 143ГЦ. Если длительность развертки будет 1мкс/дел, то частота получится в тысячу раз выше, а именно 143КГЦ.

Пользуясь данными рисунка 14 нетрудно подсчитать скважность импульса: S=T/τ=7,3/3,5=2,0857, получается почти, как у меандра. Коэффициент заполнения Duty cycle D=τ/T=3,5/7,3=0,479 или 47.9%. При этом следует обратить внимание, что эти параметры ни в коем случае не зависят от частоты: скважность и коэффициент заполнения были подсчитаны просто по делениям на осциллограмме.

С прямоугольными импульсами все вроде бы понятно и просто. Но мы совсем забыли о синусоиде. В сущности, там то – же самое: можно измерить напряжения и временные параметры. Один период синусоиды показан на рисунке 15.

Рисунок 15. Параметры синусоиды

Очевидно, что для показанной на рисунке синусоиды чувствительность канала вертикального отклонения составляет 0,5В/дел. Остальные параметры нетрудно определить умножив число делений на 0,5В/дел.

Синусоида может быть и другой, которую придется измерять при чувствительности, например, 5В/дел. Тогда вместо 1В получится 10В. Однако, на экране изображение обеих синусоид выглядит абсолютно одинаково.

Временные параметры показанной синусоиды неизвестны. Если предположить, что длительность развертки 5мс/дел., период составит 20мс, что соответствует частоте 50ГЦ. Цифры в градусах на оси времени показывают фазу синусоиды, хотя для одиночной синусоиды это не особо важно. Чаще приходится определять сдвиг по фазе (непосредственно в миллисекундах или микросекундах) хотя бы между двумя сигналами. Лучше всего это делать с помощью двухлучевого осциллографа. Как это делается, будет показано чуть ниже.

Как осциллографом измерить ток

В некоторых случаях требуется измерение величины и формы тока. Например, переменный ток, протекающий через конденсатор, опережает напряжение на ¼ периода. Тогда в разрыв цепи включают резистор с небольшим сопротивлением (десятые доли Ома). На работу схемы такое сопротивление не влияет. Падение напряжения на этом резисторе покажет форму и величину тока, протекающего через конденсатор.

Примерно так же устроен обычный стрелочный амперметр, который включатся в разрыв электрической цепи. При этом измерительный резистор находится внутри самого амперметра.

Схема для измерения тока через конденсатор показана на рисунке 16.

Рисунок 16. Измерение тока через конденсатор

Синусоидальное напряжение частотой 50 Гц амплитудой 220 В с генератора XFG1 (красный луч на экране осциллографа) подается на последовательную цепь из конденсатора C1 и измерительного резистора R1. Падение напряжения на этом резисторе покажет форму, фазу и величину тока через конденсатор (синий луч). Как это будет выглядеть на экране осциллографа, показано на рисунке 17.

Рисунок 17. Ток через конденсатор опережает напряжение на ¼ периода

При частоте синусоиды 50 Гц и развертке 5 ms/Div один период синусоиды занимает 4 деления по оси X, что очень удобно для наблюдения. Нетрудно видеть, что синий луч опережает красный ровно на 1 деление по оси X, что соответствует ¼ периода. Другими словами ток через конденсатор опережает по фазе напряжение, что полностью соответствует теории.

Чтобы рассчитать ток через конденсатор достаточно воспользоваться законом Ома: I = U/R. При сопротивлении измерительного резистора 0,1Ом падение напряжения на нем 7мВ. Это амплитудное значение. Тогда максимальный ток через конденсатор составит 7/0,1=70мА.

Измерение формы тока через конденсатор не является какой-то очень актуальной задачей, тут все ясно и без измерений. Вместо конденсатора может быть любая нагрузка: катушка индуктивности, обмотка электродвигателя, транзисторный усилительный каскад и многое другое. Важно, что именно таким методом можно исследовать ток, который в некоторых случаях значительно отличается по форме от напряжения.

Ранее ЭлектроВести писали, что Президент Владимир Зеленский обратился к премьер-министру Украины Денису Шмыгалю с просьбой принять меры для сбалансированной работы энергосистемы Украины, в том числе за счет ограничения импорта электроэнергии из России и Беларуси.

По материалам: electrik.info.

Устройство и принципы измерений. Часть 3.

30.10.2020 – Продолжаем серию публикаций от компании Gtest. Некоторые подсистемы в составе DSOs схожи с теми же, что присутствуют в аналоговых осциллографах. Однако, DSOs имеют дополнительные подсистемы обработки данных, задействуемые для их сбора и отображения всей формы сигнала. Осциллограф DSO построен на архитектуре последовательной обработке данных для захвата и отображения сигнала на экране, как это представлено на рис. 12. Описание такой архитектуры приводится ниже.

 

Архитектура последовательной обработки данных

 

Как и у аналогового осциллографа, первым входом у DSO является усилитель по вертикали. Органы управления по вертикали позволяют на этом этапе регулировать амплитуду и устанавливать диапазон. Следующим выступает аналого-цифровой преобразователь (ADC), который как функция горизонтальной системы прибора разбивает сигналы на дискретные точки во времени и конвертирует значения напряжения в этих точках уже в цифровые значения, которые называются точками выборки. Это процесс оцифровки сигнала.

 

Блок синхронизации выборки горизонтальной системы определяет, как часто ADC осуществляет выборку. Это процесс называется частотой выборки и рассчитывается в выборках в секунду (S/s). Точки выборки от ADC сохраняются в памяти Сбора Данных Прибора в виде точек форм сигнала. Несколько точек выборки могут составить одну точку формы сигнала. Взятые все вместе, точки формы сигнала образуют одну запись сигнала. Количество точек формы сигнала, используемые для создания одной записи (регистрации) сигнала, называется длиной записи. Система синхронизации (триггер) определяет точки запуска и точки остановки длины записи.

 

Путь сигнала в DSO пролегает через микропроцессор, через который проходит измеряемый сигнал до дисплея прибора. Это микропроцессор обрабатывает сигнал, координирует активность дисплея, управляет органами контроля на фронтальной панели и многое другое.  Затем сигнал проходит через дисплей памяти и отображается на экране осциллографа. 

 

В зависимости от функциональности вашего осциллографа, может иметь место дополнительная обработка точек выборки, что повышает качество воспроизводимой на дисплее информации. Может также присутствовать предварительная синхронизация, что даёт возможность просматривать события до точки отсчёта  синхронизации.

 

Большинство современных цифровых осциллографов также предоставляют выбор параметров автоматических измерений, что упрощает весь процесс измерений.

 

Как это показано на рис. 13, DSO является высокопроизводительным, с режимом однократного захвата многоканальным электронным инструментом. DSO идеальны для применений и разработок, где имеют место повторяющиеся с низкой скоростью или однократные, высокоскоростные по множеству каналов события. В реальном мире цифровых разработок инженеры одновременно анализируют четыре или более сигналов, что делает DSO их важнейшим рабочим «компаньоном».
 

Цифровые Люминесцентные Осциллографы

 

Цифровой Люминесцентный Осциллограф (DPO) выделяется своей новой внутренней архитектурой.    Эта архитектура предоставляет возможности DPO для уникального захвата и воспроизведения восстановленного сигнала с высокой точностью.

 

В то время как DSO задействует архитектуру последовательной обработки сигналов для их захвата, отображения и анализа, то DPO обладает параллельной архитектурой для реализации тех же функций, как это представлено на рис 14.

 

Архитектура DPO имеет уникальное аппаратное обеспечение на специализированных интегральных схемах (ASIC) для захвата картинок форм сигналов с высокой скоростью, что обеспечивает высочайший уровень их визуализации. Такая функциональность повышает вероятность захвата различного рода переходных событий, имеющих место в цифровых схемах, как то пульсирующие импульсы, сбои и ошибки перехода, что расширяет возможности для анализа. Описание такой архитектуры параллельной обработки данных приводится ниже.

 

Архитектура параллельной обработки

 

Первый (входной) этап DPO схож с тем, что и у аналогового осциллографа – усилитель по вертикали, а второй этап схож с тем, что у DSO – это ADC. Но DPO значительно отличается от своих предшественников, сразу запускающих аналогово-цифровое преобразование.

 

Для любого осциллографа – аналогового, DSO или DPO – всегда присутствует время удержания, в течение которого прибор обрабатывает только что захваченные данные, перезапускает систему и ожидает запуска следующего цикла синхронизации. В течение этого времени осциллограф остаётся «слепым» в отношении любых имеющих место сигналов. Вероятность узреть редко повторяющиеся события снижается по мере того, как время удержания увеличивается.
 

Необходимо отметить, что неправильно высчитывать вероятность захвата того или иного события из х-к скорости обновления информации на дисплее. Если полагаться только на эту х-ку, то легко ошибиться, считая, что осциллограф захватывает всю существенную информацию о форме сигнала, в то время как фактически этого не происходит.

 

Цифровой запоминающий осциллограф обрабатывает захваченные формы сигналов в последовательном режиме. Скорость его микропроцессора представляет собой бутылочное горлышко в этом процессе, поскольку ограничивает частоту захвата данных. Осциллографы DPO преобразовывают в растровый формат данные оцифрованных форм сигналов в цифровую люминесцентную базу данных. Каждую 1/30- ую секунды – примерно так быстро, как человеческий глаз может воспринимать это – снимок образа сигнала, что сохраняется в базе данных, поступает непосредственно на систему дисплея. Этот процесс прямого преобразования в растровый формат данных о форме сигнала и сразу же непосредственное копирование в память дисплея из базы данных устраняет такой недостаток как «бутылочное горлышко» в обработке данных, что присуще для любых иных архитектур. Получаемый результат – обновление образов на экране в реальном времени и возможность узреть «живой» сигнал. Детали сигналов, промежуточные события и их динамические характеристики захватываются в реальном времени. Микропроцессор осциллографа DPO работает параллельно с интегрированной системой захвата для управления выводом на экран изображений, автоматическими измерениями и органами управления прибора, таким образом, что отсутствует какое-либо воздействие на скорость захвата данных.

 

Осциллограф DPO в точности моделирует наилучшие функции воспроизведения сигналов, присущие аналоговым осциллографом, которые отражают сигнал в трёх измерениях: время, амплитуда и распределение амплитуды во времени – и всё это в реальном времени.

В отличие от аналогового осциллографа, который полагается на химический фосфор, DPO задействует чисто электронный цифровой фосфор, что, по сути представляет собой постоянно обновляемую базу данных. Эта база данных обладает отдельной «ячейкой» информации для каждого отдельно взятого пикселя на дисплее осциллографа. Каждый раз, как только захватывается форма сигнала – иными словами, каждый раз, как только  срабатывает пусковая схема осциллографа, то это событие регистрируется в базе данных люминофора прибора.

Каждая ячейка, на определённом месте располагающаяся на экране, которую «затронула» форма сигнала, усиливается через информацию об интенсивности, в то время как в других ячейках ничего не происходит. Таким образом, информация об интенсивности формируется в тех ячейках, через которые данные о сигнале проходят наиболее часто.
 

Когда цифровая база данных фосфора поступает на дисплей осциллографа, то дисплей раскрывает интенсивные области осциллограмм пропорционально частоте появления сигнала в каждой точке, что очень похоже на градацию по интенсивности, характерную для аналогового осциллографа. DPO также позволяет отражать на экране варьирующуюся частоту появления событий в качестве контрастных цветов, что отсутствует у аналогового осциллографа. При помощи DPO становится просто увидеть различие между формой сигнала, подпадающей под почти каждый запуск пусковой схемы и той, что имеет место, скажем при каждом 100-ом триггере. 

 

Цифровые Люминесцентные Осциллографы (DPOs) разрушили барьеры между технологиями аналоговых и цифровых осциллографов. DPO одинаково пригодны для просмотра высоких и низких частот, повторяющихся сигналов, переходных процессов и изменений сигналов в реальном времени. Только DPO обладают осью Z (интенсивность) в реальном времени, что отсутствует у обычных цифровых запоминающих осциллографов.

 

Осциллограф DPO идеален для тех, кто нуждается в наилучшем инструментарии общего назначения и отладки во множестве областей применений, как это представлено на рис. 15. DPO – наилучший прибор для осуществления сложных анализов, тестирования по коммуникационным маскам, отладки цифровых схем от паразитных сигналов, анализа повторяющихся цифровых сигналов и применений в областях синхронизации.
 

 

Осциллографы Комбинированных Доменов

 

Осциллограф смешанных сигналов (MDO) сочетает в себе РЧ анализатор спектра с MSO или DPO для предоставления взаимодействующих картинок сигналов, полученных из  цифрового, аналогового и РЧ доменов. Например, MDO позволяет просматривать картинки коррелированных во времени протоколов, состояния логических схем, аналоговые и РЧ сигналы в рамках конкретной разработки. Таким образом, появляется возможность значительно снизить время на анализы и измерения, при этом получить высокоточные результаты в ситуациях с перекрёстными доменами.

 

Понимание такого параметра как временная задержка между командой микропроцессора и РЧ событием в рамках РЧ схемы упрощает тестовые настройки и трансформирует процедуры сложных измерений в обычные процессы. Что касается встроенного радио, как то разработка Zigbee, показанная на рис. 16, то возможно настроить запуск пусковой схемы прибора на появления РЧ события и просматривать латентность командной строки микропроцессорного контроллера, декодированные командные строки SPI, токи стока и напряжения в процессе запуска РЧ события, а также все спектральные события как результат всего этого. На едином дисплее теперь представлены коррелированные во времени события на всех доменах радио: протокол (цифровой), аналог и РЧ.
 
Осциллографы смешанных сигналов

 

Осциллографы смешанных сигналов (MSO) комбинируют производительность DPO с базовыми функциями 16-канального логического анализатора, включая режимы параллельного и последовательного декодирования протоколов шины передачи данных и функцию захвата на события. Цифровые каналы MSO воспринимают цифровой сигнал как логический высокий либо как логический низкий, точно также как цифровая цепь воспринимает сигнал. Это означает, что аналоговые характеристики чего-либо не входят в сферу компетенции MSO. Точно также как и логический анализатор, MSO использует пороговое напряжение для определения того, что сигнал логически высокий или логически низкий.

 

MSO представляет собой инструмент для быстрой отладки цифровых цепей с помощью своей мощной функции цифровой синхронизации, высокой разрешающей способности на захват и функциям анализа. Корневые проблемы большинства проблем в цифровых разработках теперь можно быстро отыскать посредством анализа как аналоговых так и цифровых составляющих сигнала, как это представлено на рис. 17, что делает MSO идеальным прибором про проверки и отладки цифровых разработок.

Осциллографы 30-5 — Принципиальная – Энциклопедия по машиностроению XXL

Нагрузка на соприкасающиеся детали создается съемными грузами 15, помещаемыми на равновеликие плечи седла. Сила трения фиксируется по величине прогиба упругой балочки, который измеряется с помощью датчиков сопротивления, наклеенных на балочку. Электрические импульсы усиливаются промежуточным усилителем и регистрируются шлейфовым осциллографом. Принципиальная схема измерения сил трения ясна из фиг. 18.  [c.305]
Амплитуда колебаний. На рис. 20 представлена принципиальная схема электромагнитной установки, позволяющей в результате испытаний при повышенных температурах непрерывно регистрировать изменение амплитуды колебания образца с помощью индуктивных датчиков, ток с которых усиливается усилителем ТА-5 и.регистрируется осциллографом М-102 [88].  [c.41]

Этот метод отличается предельной простотой принципиальной схемы напряжения измеряемой и известной частот подаются на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки [I] — [10]. При обычных измерениях частоты, когда кратковременные фазовые нестабильности усилителей осциллографа еще не играют заметной роли, а их частотные характеристики обеспечивают прохождение сравниваемых частот, оба напряжения подают на входные зажимы прибора. Это позволяет сравнивать частоты при небольших напряжениях, а также удобно регулировать размеры и форму фигуры.  [c.410]

Для записи собственных и вынужденных колебаний, а также деформаций в процессе исследований применялись шлейфовые переносные осциллографы, основной частью которых являются петлевые вибраторы-шлейфы. Принципиальная схема вибратора приведена на рис. 2-10. Вибратор состоит из постоянного магнита /, в узком зазоре которого натянута проволочная петля 2 на петле укреплено зеркало 3.  [c.27]

Осциллографы 30-5 — Принципиальная схема 598  [c.722]

На рис. 39 представлена принципиальная схема магнитно-индукционного датчика [Л. 11]. Первичная обмотка / подключается к источнику постоянного тока. Якорем обычно является вибрирующая деталь. Если якорь колеблется относительно неподвижного сердечника, то в цепи вторичной катушки 2 индуктируется переменная электродвижущая сила. Шлейфовым осциллографом 5 может быть записан колебательный процесс вибрирующей детали.  [c.71]

Принципиальная схема прибора изображена на рис. 93. Внутренний цилиндр 1 от электродвигателя приводится во вращение со скоростью от 86 до 1000 об мин. Ведущий вал 7 с ведомым валом 2 соединены посредством упругого элемента 4, представляющего собой медно-бериллиевую проволоку диаметром 0,65 мм, длиной 22 см. На ведомом валу 2 и на трубе 6, соединенной с ведущим валом, вращаемым на двух прецизионных подшипниках 8, закреплены обтюраторы 5 и 5. Под обтюратором 3 установлена газоразрядная трубка 9 и коллиматор-иая щель 11. Над обтюратором 5 помещена вторая коллиматорная щель и фотоэлемент 12. Газоразрядная трубка питается от генератора сигналов 10 переменным током частотой 10 кгц. Выходное напряжение с фотоэлемента после детектора, усилителя 13 и ограничителя 14 подается на осциллограф /5 в виде импульсов прямоугольной формы.  [c.180]

Рис. 10.236. Принципиальная схема фотоэлектронного вибрографа. От источника света 1 выходят два луча и, отражаясь под прямыми углами от зеркал 2, проходят между образующими исследуемого вала 3 и краями передвижной шторки 4 и далее попадают на поверхность фотоэлементов. При наличии колебаний вала изменяется величина светового потока между образующими вала и краями шторок, что вызывает изменение фототоков, усиливаемых усилителями 5 и регистрируемых осциллографом 6.

На фиг. II. 13 приведена принципиальная электрическая схема одного блока двухканальной тензометрической установки УТ-2, представляющего собой узкополосный усилитель сигналов несущей частоты, которые модулируются по амплитуде деформациями, воспринимаемыми тензодатчиками. На выходе усилителя имеется фазочувствительный детектор, собранный на лампах и Л . Опорное напряжение подается на фазовый детектор в катод лампы Лц с катодного повторителя Л,, питающего одновременно измерительный мост канала. С выхода фазового детектора сигнал попадает на фильтр низкой частоты и далее на выходной индикаторный прибор или шлейф осциллографа типа 1 с максимальным током 100 ма при сопротивлении 1,5 ом.  [c.127]

Датчик линейны х ек о росте й. Скорости измеряют используя явление электромагнитной индукции. Сущность измерения заключается в том, что если в постоянном магнитном поле передвигать проводник перпендикулярно силовым линиям, то в проводнике будет индуктироваться электродвижущая сила и, следовательно, появится ток. Величина э. д. с. будет прямо пропорциональна скорости передвижения проводника. Принципиальная схема такого устройства для измерения скорости изображена на рис. 12.12. В поле постоянного магнита 1 движется катушка 2, намотанная на изогнутый сердечник 3, изготовленный из мягкой стали с большой магнитной проницаемостью. Концы провода катушки непосредственно подключаются к шлейфу осциллографа. В установке ТММ-2 магнит укреплен на штоке 39 кулисы (см. рис.  [c.178]

Применявшийся нами осциллограф с двухлучевой катодной трубкой не имеет принципиальных отличий от обычных индикаторов такого рода, описанных в литературе [64—661.  [c.168]

Изменение потенциала электрода при поляризации регистрировалось на осциллографе С1-19. Электродом сравнения служила платина. Принципиальная схема измерения приведена на рис. 1, а.  [c.47]
Оптические системы с непрерывно изменяющимися показателями преломления принципиально возможны, но из-за трудностей их изготовления в световой оптике они не встречаются. (Исключение составляет хрусталик глаза, показатель преломления которого возрастает от периферии к центру.) Аналогом таких систем являются электронные и ионные приборы (электронный микроскоп, электронный осциллограф, электронно-лучевая трубка в телевидении и пр.), в которых роль лучей играют электроны или ионы, движущиеся в электростатических или магнитных полях, создаваемых заряженными электродами или катушками, по которым текут электрические токи. Эти электроды называются электрическими, а катушки—магнитными линзами. Получение изображений в таких системах изучается в электронной и ионной оптике.  [c.180]

В. Кэмпбелл построил установку кэмпбелл-машина), с помощью которой можно не только раздельно обнаружить обе волны, но и определить частоты и формы колебаний диска, т. е. число узловых диаметров. Принципиальная схема устройства кэмпбелл-машины такова. На вращающемся диске монтируется датчик (индукционная катушка), движущийся вместе с диском (рис. 97). Другая катушка устанавливается вне диска она играет роль неподвижного наблюдателя. Обе катушки по определенной схеме соединяются с осциллографом. При колебаниях диска в катушках наводится переменный ток, регистрируемый на осциллограммах.  [c.377]

Принципиальная схема оптической системы восьмивибраторного осциллографа (тип МПО-2) изображена на рис. 124. От лампы 1 свет проходит через конденсаторную линзу 2 и диафрагму 3, разделяющую световой поток на лучи по числу вибраторов. Отделенный луч направляется системой зеркал на зеркальце 4 одного из вибраторов через линзу 5 в окошечке его корпуса. Далее, часть колеблющегося луча, отра>кенного от зеркальца, направляется зеркалами сквозь цилиндрическую  [c.177]

Принципиальная схема аппаратуры для исследования рассеяния энергии в металлах, разработанная в Институте проблем прочности АН УССР [3], представлена на рис. 74. Используются датчики омического сопротивления, причем одна пара датчиков наклеивается а образец, две другие пары — на динамометр. Сигнал датчиков на образце дает горизонтальное отклонение луча осциллографа, пропорциональное деформации, а датчиков на динамометре — вертикальное отклонение, пропорциональное усилию. В схеме предусмотрен фазовращатель для устранения возможного сдвига фаз. Магазин сопротивлений используется для компенсации разницы сопротивлений датчиков (1 мм отклонения луча на экране осциллографа соответствует 5-10 относительной деформации образца).  [c.144]

Регистрация дефектов производится поперечной строчной записью шлейфовым осциллографом на осциллографической бумаге. На рис. 4 приведена принципиальная схема блока записи. Луч света, отраженный зеркалом 1 шлейфа, пройдя систему линз 2, обеспечивающих его фокусировку, попадает на двенадцатигранный зеркальный барабан 3 и проектируется на бумагу 4. Барабан вращается со скоростью 5 об/ мин и дает световое отражение поперек бумаги синхронно с движением источника и индикатора. При поступлении сигнала на шлейф луч получает дополнительное движение вдоль барабана и на бумаге записывается понеречнып профиль шва. Бумага 4движется параллельно оси барабана 2 со скоростью, равной скорости перемещения контролируемой трубы (1 см сек), в результате чего запись профиля шва производится через один сантиметр.  [c.323]

Для изучения вибрации вращающегося диска Кемпбеллом была построена установка (кемпбеллмашина), принципиальная схема устройства которой состоит в следующем. На вращающемся диске монтируется датчик (индукционная катушка), движущийся вместе с диском. Другая катушка устанавливается неподвижно на корпусе машины и играет роль неподвижного в пространстве наблюдателя. При колебаниях диска обе катушки генерируют ток, регистрируемый на осциллограммах. Если диск не вращается, то на ленте осциллографа регистрируется одна и та же частота от обеих катушек. Как только диск начинает вращаться, сразу же появляется различие в частотах, передаваемых подвижным и неподвижным датчиками. Датчик, движущийся с диском, передает в начальный момент вращения примерно ту же частоту, которую имел неподвижный диск. С увеличением же скорости вращения эта частота несколько возрастает из-за действия центробежных сил. 14  [c.14]

Для организации входного контроля электрорадиоэлементов, предназначенных для ремонта раДиоиэмерительных приборов, рекомендуется использовать серийный осциллограф со специальной приставкой, принципиальная электрическая схема которой приведена на рис. 44, а. Схема соединения приставки с осциллографом приведена на рис. 44, б.  [c.124]

Компьютерная радиолаборатория (КРЛ) “VITUS” – главный программный комплекс, функционирующий на ЭВМ IBM P /AT, он предназначен для проектирования аналоговых радиоэлектронных схем с помощью компьютерного моделирования и наглядной визуализации его исходных данных и результатов. Большая часть процесса проектирования происходит во взаимодействии проектировщика с диалоговым интерфейсом КРЛ. В основу интерфейса положен принцип виртуальной реальности, согласно которому участвующие в диалоге объекты имитируют свои реальные прототипы, как по внешнему виду, так и по способу работы с ними. Так создаваемая с помощью встроенного графического редактора принципиальная схема проектируемого устройства з ке является достаточной информацией для ее моделирования. Визуализация результатов моделирования производится посредством размещения на экране набора виртуальных измерительных приборов (осциллограф, анализатор спектра и т.д.), достаточно точно воспроизводящих свои реальные прототипы.  [c.79]

Регистрация формы молекулярных колебаний оптический стробоскопический осциллограф. Переход в нестационарной КАРС-спектро-скопии к импульсам длительностью порядка нескольких фемтосекунд открывает принципиально новые возможности в исследовании элементарных возбуждений в молекулах и конденсированных средах. Если при использовании пикосекундных световых импульсов КАРС-спектро-скопия позволяет наблюдать динамику огибающей молекулярных колебаний и исследовать разнообразные процессы дефазировки ), то переход к фемтосекундным импульсам, длительность которых значительно меньше периода молекулярных колебаний,  [c.156]

Принципиальная схема аппаратуры для исследований неупругости по принятому методу (рис. 88) основана на применении тен-зометрических датчиков сопротивления, включенных по мостовой схеме. Одна пара датчиков наклеивается на образец 1 (или на упругий элемент, деформирующийся пропорционально деформации образца), две другие пары датчиков — на упругий динамометр 2у деформация которого пропорциональна прилагаемому к образцу усилию. Во всех случаях один датчик рабочий, другой — температурный компенсатор. Сигнал с датчиков на образце через усилитель 3 и фазовращатель 4 поступает на горизонтальный канал осциллографа 5 и вызывает отклонение электронного луча по горизонтали, пропорциональное деформации образца. Сигнал с датчиков на динамометре также через усилитель и фазовращатель поступает на вертикальный канал осциллографа и вызывает отклонение электронного луча по вертикали, пропорциональное усилию.  [c.112]

На фиг. П. 12, в приведена принципиальная схема балансировочно-коммутационного пульта канала давлений для установленных на стенке камеры рабочего колеса датчиков давлений с тензорешетками, наклеенными на мембранах. Принятые на схеме обозначения I—30 — датчики давлений (показаны слева) УТ-2 — блок тензометрической установки Ш — шлейф осциллографа 1—32 — ячейки с компенсационными элементами Н Н” — пассивный полумост г — сопротивление масштабного импульса. Пульт рассчитан на подключение к нему от 1 до 30 тензометрических полумостов, каждый из которых подводится к своей балансировочной ячейке, имеющей переменными сопротивление типа СП-2, емкость типа КПК-3 и переключатель на три положения для переключения диапазонов чувствительности в электронном блоке усиления. В пульте имеются также многоплатный многопозиционный переключатель и стальная пластинка с закрепленными на ней двумя тензометрическими полумостами. Первый полумост, являющийся общим для всех датчиков давлений, подключается к ячейкам пульта 1—30 с помощью переключателя по известной схеме. Второй полумост подключается к первому в положении переключателя 32 для записи нуля измерительного моста.  [c.126]

Принципиальная схема установки ЭГД.4 показана на рнс. 28.13, в. Электрический ток подведен через мета,тлнческне шины Ш и Ш , плотно прижимаемые к плоскому проводнику. Разность электрических потенциалов на шинах соответствует напору Н (для сооружения, показанного на рис. 28.13, а, Н = Н,—Н ). В диагональ моста включается один из индикаторов нуля — при постоянном токе это обычно гальванометр Г. При использовании установок с переменным током вместо гальванометров применяют осциллографы. Подвижной контакт реохорда через гальванометр соединен с иглой И, которую можно соединить с любой точкой плоского проводника. Если подвижной контакт установить на определенном делении реохорда и тем самым зафиксировать отношение сопротивлений в реохорде и отношение падений электрического потенциала в первой части моста при данном положении подвижного контакта, то, если на второй части моста (в плоском проводнике) при касании иглы в какой-то точке гальванометр даст нулевое показание, это будет означать, что отношение потенциалов в этой точке и в точке, где расположен на реохорде подвижной контакт, одинаково. Перемещая иглу при данном положении передвижного контакта, найдем ряд точек с одинаковым относительным потенциалом. Соединив эти линии, иолу-чпм линию равного потенциала.  [c.577]

Принципиальное устройство радиоспектроскопа изображено па рис. 1. Излучение генератора СВЧ поступает в волноводную ячейку, заполненную исследуемым газом. Пройдя через ячейку, излучение детектируется приемником, сигнал к-рого подается на регистрирующий прибор (наир., осциллограф).  [c.32]

Принципиальная схема оптической системы восьмивибраторного осциллографа (тип МПО-2) изображена на рис. 114. От лампы / свет проходит через конденсаторную линзу 2 и диафрагму 3, разделяющую световой поток на лучи по числу вибраторов. Отделенный луч направляется системой зеркал на зеркальце 4 одного из вибраторов через линзу 5 в окошечке его корпуса. Далее, часть колеблющегося луча, отраженного от зеркальца, направляется зеркалами сквозь цилиндрическую линзу 7 и фокусируется на кинопленку, приводимую в движение барабаном 6. Остальная часть колеблющегося луча проходит через увеличительную линзу 8, попадает на многогранный зеркальный барабан 9 и отражается от него на матовый стеклянный экран 10 для непосредственного наблюдения. На рис. 114 ход луча указан стрелками.  [c.169]

Установка ИМЕТ-ВМД сконструирована автором в 1960—1961 гг. по типу приборов М. Г. Лозинского [116]. Принципиальное отличие ее от этого прибора заключается в том, что поперек шейки образца установлен дилатометр. Установка (рис. 26) состоит из двух узлов 1) вакуумной камеры 7 с деформирующим рычажным устройством 17 для растяжения образца грузами, с микроскопом i, имеющим объектив с фокусным расстоянием 15 мм и фотоприставку, с дилатометром 12 и вакуумными насосами 2) нагревателя с трансформатором и пультом управления 14, работающего по тому же принципу, что и в машине ИМЕТ-1. Образец 4 (рис. 26, е) укрепляется в зажимах деформирующего устройства и нагревается током от нагревателя 14 по заданной программе. Один из зажимов прикреплен ко дну камеры, а другой перемещается в салазках и жестко связан с тягой 11 рычага 17 деформирующего устройства. Рукоятка с многозаходным винтом 10 позволяет быстро прикладывать растягивающую нагрузку к образцу, а в случае необходимости — подвергать образец сжатию. Поверхность образца, обращенная к микроскопу, предварительно полируется. Дилатометр 12 предназначен для измерения деформации в шейке образца при нагружении и в процессе фазовых превращений при последующих выдержках или непрерывном охлаждении. С его помощью определялась также и деформация титановых сплавов и стали в процессе их испытания на задержанное разрушение (см. гл. П1, 6). Деформация измеряется с помощью индукционного датчика 7 системы ТЛ-2 с усилителем (рис. 26, б). Термопары привариваются к образцу с нижней его стороны. Температура и деформация регистрируются с помощью шлейфового осциллографа. Кроме визуальных наблюдений за изменениями структуры, применяются фотографирование и киносъемка с помощью специальных насадок на микроскоп.  [c.66]

Принципиальная схема данного прибора предусматривает усилитель-преобразователь фотодатчика (ФДЗА), который включен последовательно с нагрузкой в базу транзистора. Фотодиод находится под обратным напряжением. При отсутствии света через него протекает малый темновой ток, которого недостаточно для открытия ключевой схемы на транзисторе (КТ 342Б). Облучение фотодиода светом резко увеличивает его обратный ток, и тогда напряжение на базе становится больше, чем на эмиттере, – транзистор ФДЗА переходит в режим насыщенного ключа. Вслед за ним открывается ключевой транзистор, который является усилителем мощности. Сигнал далее передается на шлейф осциллографа и регистрируется на пленке в виде полоски. Питание схемы осуществляется от блока питания БП 12.  [c.126]

Принципиальная электросхема стенда, применявшегося для снятия характеристики двигателя, дана на рис. 50. На валу испытываемого двигателя закреплен маховик, что увеличивает время разгона двигателя. Двигатель прикреплен к основанию стенда. Пускается двигатель с помощью того же пускателя, который применен на стенде № 1. Ко второму концу вала двигателя присоединяют тахогенератор ТГ, использованный от стенда № 1. Тахогенератор возбуждался от схемы стенда № 1. Напряжение на зажимах тахогенератора фиксировалось осциллографом. В одну из фаз двигателя было включено сопротивление Я1 от стенда № 1. Падение напряжения на этом сопротивлении также фикси-ровалось социллографом. Таким образом, для снятия характеристики и пуска двигателя использовались приборы,, аппараты и цепи стенда № 1. Механическая характеристика дви-  [c.175]

---

Технология X-StreamТМ цифровых осциллографов LeCroy

Технология X-StreamТМ цифровых осциллографов LeCroy

X-Stream – ключевая технология цифровых осциллографов LeCroy. Технология потоковой обработки сигнала.

Технология X- Strem является уникальной разработкой компании LeCroy и используется во всех моделях осциллографов, выпускаемых данной компанией. Данная технология представляет собой совокупность аппаратной системы сбора информации о сигнале, обеспечивающей высокую достоверность отображения его параметров, и метода потоковой передачи данных. Такой симбиоз обеспечивает быстродействие, превышающее возможности предыдущих типов осциллографов, по захвату и обработке «длинных» записей, которые требуются для точных измерений сложных сигналов.

Работу технологии X-Stream можно рассмотреть на примере осциллографа WaveMaster. Изучаемый сигнал подается в осциллограф через входной байонетный разъем с полосой пропускания 18 ГГц. Затем он попадает на реле, которое переключает аттенюатор Х1 или Х10 в цепи прохождения сигнала. При выключенном питании реле предусматривает подключении к входу нагрузочного сопротивления 50 Ом. Когда питание включено, сигнал через реле с полосой пропускания 12 ГГц поступает на SiGe усилитель. Этот высокоскоростной чип (полоса пропускания более 6 ГГц) разработан компанией LeCroy и изготовлен IBM. Он имеет три выхода. Один выход подключен к АЦП данного канала, другой – к АЦП соседнего канала (что позволяет совместно работать двум АЦП для увеличения частоты дискретизации в режиме объединения каналов). Третий выход идет на микросхему синхронизации. АЦП с полосой пропускания 6 ГГц и схема синхронизации (полоса пропускания более 5 ГГц) также являются разработкой LeCroy и произведены IBM.

После усилителя сигнал через симметричную линию связи подается на АЦП. Поскольку обычная линия разводки на компьютерных платах имеет полосу пропускания менее 5 ГГц, то используются специальные материалы с малой диэлектрической проницаемостью и потерями порядка 0,07 дБ на 1 см на частоте 10 ГГц. АЦП представляет собой моночип с частотой дискретизации 10 ГГц, индивидуальный для каждого канала осциллографа, который оцифровывает входной сигнал с разрядностью 8 бит и временем между соседними отсчетами 100 пс. При использовании режима объединения двух каналов, 2 АЦП работают совместно, обеспечивая частоту дискретизации 20 ГГц.
Данные из каждого АЦП посылаются через 6 портов вывода, сгруппированных по парам, на 3 разработанных LeCroy высокоскоростных модуля памяти DRAM. Каждый чип принимает данные со скоростью 3,3333 Гбайт/с. Поскольку один отсчет АЦП равен 8 бит или 1 байт, то 3 чипа памяти принимают из АЦП 10 Гбайт данных в секунду. 

Высокоскоростная память DRAM является одним из ключевых моментов технологии X- Stream. В добавление к функции сохранения информации, чипы памяти имеют встроенный КМОП-процессор для некоторых дополнительных функций. До сохранения информации в памяти этот процессор обеспечивает: 

• процедуру «прореживания» данных для понижения частоты дискретизации;
• короткое межсегментное время (около 5 мкс) в режиме управления структурой памяти

Для чтения из памяти чип оснащен высокоскоростным доступом Ethernet 1 Гигабит, передающим данные в управляющий компьютер, а именно интерфейсную плату, находящуюся на шине PCI . Для поддержки «гигабитного» протокола в чипе памяти производится перекодировка данных в формате 8 бит – 10 бит в целях обеспечения синхронизации данных и повышения устойчивости линии передачи к внешним шумам/помехам. Один «гигабитный» доступ работает с двумя каналами. 

Процедура прореживания точек позволяет чипу памяти эмулировать понижение частоты дискретизации, что позволяет более оптимально использовать объем памяти при исследованиях «медленных» сигналов. Но в отличие от прежних моделей осциллографов, реальная частота дискретизации АЦП всегда остается равной 10 ГГц, что позволяет уменьшить джиттер прибора и увеличить точность измерения временных интервалов. 

Через интерфейсную плату данные поступают на шину PCI. При текущем уровне технологий скорость шины PCI является ограничением в технологии X- Stream. Максимальная скорость PCI-шины составляет 125 Мбайт/с. Хотя это намного быстрее, чем в предыдущих осциллографах, PCI-шина является самым «узким» местом X- Strem. К счастью, сейчас разработано достаточно много программных методов быстрой передачи данных по PCI, в том числе с использованием возможности масштабирования скорости передачи данных из «гигабита». 

По PCI данные передаются в центральный процессор Pentium IV с тактовой частотой 2,8 ГГц (и более) производства Intel. LeCroy полностью написал программные коды для операционной системы WIN 2000, используемой в WaveMaster, в виде библиотеки более чем из 300 исполняемых объектов, оптимизированных для высокоскоростной обработки данных. Модульная программная архитектура позволяет WIN 2000 полностью интегрироваться во все процессы осциллографа: передачи данных, измерения, анализа, отображения на дисплее. А также позволяет пользователю создавать свои настройки или математические функции, и включать их в поток обработки еще до момента экспорта данных в другие программы. Такой уровень интеграции позволяет технологии X- Stream использовать мощные возможности центрального процессора по цифровой обработке сигнала. 

Предыдущие модели осциллографов использовали операционные системы WIN 95/98/ ME и процессоры Intel только для формирования графического пользовательского интерфейса, а передачей данных занимался специализированный, но не такой быстрый и мощный процессор. При использовании предыдущих технологий даже простая задача измерения нескольких параметров импульса приводила к затратам значительных ресурсов системы. Это соответственно приводило к уменьшению скорости захвата сигнала и увеличению времени простоя между запусками системы синхронизации. 

В WaveMaster специалисты LeCroy изменили коды передачи данных для оптимизации пакетной передачи данных в кэш-память центрального процессора, поэтому технология X- Stream помогает ускорить обработку результатов. Для примера, если пользователь хочет вычесть канал 1 из канала 2 и затем проинтегрировать полученный результат, то WaveMaster посылает пакеты данных из каналов 1 и 2 в кэш-память, а инструкции по математическим операциям постоянно находятся в памяти. Это позволяет получать результат в 10-100 раз быстрее, чем при других технологиях. 

Преимущества будут не так заметны, если пользователь хочет просто увидеть сигнал. Если же пользователь хочет произвести измерения и анализ сложного сигнала, то преимущества от оптимизации использования кэш-памяти становятся значительными. Время, потраченное центральным процессором для анализа, будет гораздо меньше при использовании пакетной потоковой технологии X- Stream.

Так коротко можно описать основные принципы работы новой технологии X – Stream от компании LeCroy, применяемой во всех моделях осциллографов этой компании.

Как пользоваться осциллографом

По распространенности и востребованности осциллограф — следующий по популярности после мультиметра прибор, применяющийся в электрике и радиоэлектронике. По своей сути, это модифицированный вольтметр, посредством которого можно не только произвести замер напряжения, но и подвергнуть анализу его форму, обнаружить неисправности в схеме и определить меры по их устранению. В статье расскажем, как пользоваться осциллографом, рассмотрим принцип работы устройства.

Устройство и общий принцип работы

Не рассматривая подробности устройства прибора, которые кроме разработчиков, в принципе, пользователям не нужны, можно обойтись описанием его элементов и их функционального предназначения.

Современные осциллографы — высокоточные измерительные приборы, позволяющие определить множество параметров сигнала

Основной элемент осциллографа — дисплей, отображающий импульсы. Экран разделен на прямоугольники, масштаб которых можно задать посредством специальных регуляторов. Отображающиеся на дисплее импульсы подлежат прочтению таким образом. Клетки, размещенные вертикально между нижней и верхней границами импульсов показывают в заданном масштабе напряжение измеренного сигнала. Клетки по горизонтали передают параметры времени. Зная период одного импульсного колебания, можно без проблем вычислить его частоту. Само же отображение сигнала на экране прибора получило название «осциллограмма».

Производится множество моделей осциллографов, от простых, использующихся в быту, до самых сложных. Простейшие устройства обладают одним каналом, с единственным сигнальным щупом заземления. Приборы более сложные имеют два канала, самые «продвинутые» осциллографы могут иметь до 6 каналов. Количество каналов свидетельствует о способности прибора выполнять анализ соответствующего числа сигналов, проводить их сравнение между собой.

Совет #1. Если щупы не подсоединены, дисплей осциллографа показывает лишь единственную, проходящую по горизонтали, «нулевую» линию, которая свидетельствует о 0 В на входе прибора.

При подключении щупа к какому либо источнику питания, линия обязательно покажет имеющееся напряжения, подскочив в соответствии с заданным масштабом на определенное количество клеток. Если щуп подключается к «+», то линия поднимается вверх, а если к «-», то на такое же число клеток вниз. Читайте также статью: → «Осциллограф для ремонта бытовой техники: критерии выбора».

Сфера применения осциллографа

Осциллографы получили широкое распространение не только в промышленности, но и в медицине

Область использования устройств очень широка. Просмотр поведения сигнала электротока позволяет за короткое время диагностировать и произвести своевременный ремонт любого электрического прибора.

Посредством осциллографа возможно:

• определить параметры времени и напряжения сигнала, выполнить расчет частоты;
• отслеживать изменения формы сигнала и анализировать его природу;
• выявлять искажения на нужных участках цепи;
• определять сдвиг фаз;
• определять отношение шумов к полезному сигналу, выявлять характер шума.

Для определения всех параметров при помощи мультиметра работа может затянуться на несколько часов, тогда как посредством осциллографа все измерения можно выполнить за несколько минут. Помимо этого, многие неисправности можно определить только при помощи осциллографа. Прибор способен измерять в секунду порядка миллиона измерений, потому даже кратковременные нарушения нормального функционирования оборудования им буду зафиксированы.

Осциллографы применяются практически во всех сферах деятельности человека, в том числе:

• в радиоэлектронике;
• автомобилестроении;
• судостроении;
• авиации;
• ремонтных мастерских различного назначения;
• быту и хозяйственных целях.

Как правильно настроить осциллограф?

Способы усиления сигнала

Осциллографы любого типа и марки оснащены регулятором сигнала, посредством которого изменяется масштаб выводящегося на экран изображения. Например, если задать масштаб напряжения 1 В на 1 клетку и выстроить экран высотой в 10 клеток, то сигнал, передающий напряжение в 30 В будет не заметен. И в обратном случае — для того, чтобы просмотреть осциллограмму низкого напряжения, требуется увеличение масштаба.

Совет #2. Для устранения «невидимости» сигнала необходимо выстроить масштаб в соответствии с измеряемыми величинами.

Принцип работы регулятора развертки

Принцип работы регулятора развертки аналогичен функции регулятора напряжения, только действия он производит с горизонтальной осью — осью времени, изменяя число миллисекунд, приходящихся на одну клетку. При уменьшении значения развертки имеется возможность более подробного изучения малых участков выведенного на экран сигнала.

Для анализа цикличности сигнала величину развертки необходимо увеличить. Сигнал на экране «развернется» и теперь появится возможность с его помощью определить значения частоты, типа и других параметров.

Блок управления параметрами синхронизации

Осциллограмма выводится на экран до тех пор, пока последний не закончится, после картинка начинается по новой. Так как график показывается с высокой скоростью, то экран показывает изображение в движении либо что-то непонятное. Причина этого достаточно просто: новые линии накладываются на уже показанные старые с неизбежным смещением и по вертикальной, и по горизонтальной оси.

Для устранения непонятных входных сигналов и служит блок управления параметрами синхронизации. Таким образом, если принять напряжение синхронизации за 0 В при изучении синусоидального сигнала, то его отрисовка будет представлена, начиная именно с этого значения напряжения, а закончится только тогда, когда закончится экран. После этого отрисовка будет повторять прошедший путь только с очередного «нуля», показывая стабильную и ровную картинку. При этом все изменения напряжения станут четкими и сразу заметными.

В простейшем виде блок синхронизации оснащен двумя регулирующими элементами. Первый из них служит для изменения настроек стартового напряжения, второй — для выбора типа запуска. Посредством второго переключателя имеется возможность задания важнейшего параметра: будет ли картинка начинаться при падении синусоиды до 0 В, либо наоборот, при ее возрастании до нуля. В большинстве типов отечественных осциллографов позиции регуляторов называются «Фронт» и «Спад».

В моделях более сложного типа имеются и иные параметры синхронизации. Например, прибор может синхронизироваться не подлежащим измерению сигналом, с иными внешними сигналами, а также сигналом, поступающим из электросети. Стабилизация по таким параметрам важна при измерении специфических сигналов, измерять цикличность которых другими способами невозможно. Читайте также статью: → «Способы проверки напряжения в розетке при помощи различных приборов».

Какой осциллограф выбрать?

В наши дни существует огромный выбор моделей и типов осциллографов, но однозначно отдать предпочтение какому-либо прибору невозможно. В первую очередь устройства разделяются на два огромных семейства:

• электронно-лучевые;
• цифровые.

«Дедушка» современных цифровых осциллографов — советский высокоточный аналоговый прибор С1-99

Все модели, выпускавшиеся в Советском Союзе (многие из которых «здравствуют» до сих пор), выпущены на базе электронно-лучевой трубки. Их особенностью является более высокая точность измерений по сравнению с цифровыми. Однако, и габариты их, как и всей советской электроники, крайне неудобны: осциллографы обладают значительным весом и габаритами, в связи с чем и мобильность их оставляет желать лучшего.

Осциллографы цифровые, оснащенные ЖК-экраном, легки и компактны, отличаются большими возможностями в плане настроек. У многих моделей имеется возможность сохранения данных, полученных в результате измерений, а также вывода на экран только того момента, который указывает именно на сбой.

Помимо этого, осциллографы различны между собой количеством каналов: как правило, большинство моделей имеют их от 1 до 6. Но есть и профессиональные приборы, число каналов у которых значительно выше. В большинстве случаев для проведения несложных измерений вполне хватит и двухканального прибора, но для работы со сложным оборудованием каналов потребуется больше.

Также выпускаются осциллографы, совмещенные в едином корпусе с другими электроизмерительными приборами. Такая комбинация позволяет эффективно, быстро и с высокой точностью получить множество данных о сигнале.

Последней разработкой являются компьютерные программы, выполняющие функцию осциллографа. Щуп при этом подключается непосредственно к звуковой карте компьютера. При выполнении нечастых и несложных измерений программное обеспечение «Осциллограф» будет лучшим решением.

Осциллограф Rocktech 40M 200M, подключенный к ноутбуку, дает гарантию высокой точности измерений

Анализ марок и производителей осциллографов: цена

В мире производством осциллографов занимается большое количество компаний, выпускающих приборы различной степени точности, сложности и стоимости. Выбирая прибор, в первую очередь следует ориентироваться на его предназначение и тип измерений, которые будут при помощи него производиться.

Осциллограф TBS1032B от компании Tektronix — современная и компактная модель

Обзор наиболее популярных марок осциллографов с указанием их примерной стоимости в нашей стране представлен в таблице.

Модель осциллографа	Производитель	Основные характеристики	Ориентировочная стоимость, руб
TBS1032B	Tektronix	2 канала х 34 МГц	41000
4122/2V	АКИП	2 канала x 100МГц	47000
190-062	Fluke	портативный 2 канала x 60МГц	140000
XDS3102A TS	Owon	2кан 100МГц 1Гв/с 12bit Touch Screen WiFi	60000
ОСУ-10A	Shanghai MCP	аналоговый 1 канал x 10МГц	13000

Часто задаваемые вопросы

Компания Fluke — один из мировых лидеров в производстве цифровых портативных осциллографов

Вопрос №1. При выборе осциллографа какая полоса пропускания считается оптимальной?

Полоса пропускания прибора должна немного превышать максимальную частоту сигналов, подлежащих измерению. Например: при максимальной частоте сигнала 80 МГц рекомендуется подобрать модель с полосой 100 МГц.

Вопрос №2. Является ли стоимость осциллографа гарантией более высоких его технических показателей?

Не всегда. При выборе следует задуматься в первую очередь о том, нужна ли дорогая модель именно для ваших измерений. Ведь многие технические функции и «навороты» могут просто «простаивать» из-за ненадобности.

Вопрос №3. Прибор больше не может выполнять поставленные задачи в связи с их усложнением. Что делать? Покупать новый?

Некоторые серии осциллографов от известных производителей позволяют увеличить в будущем полосу пропускания, то есть выполнить апгрейд. Для этого не требуется куда-то отвозить прибор, достаточно просто купить цифровой ключ и ввести код в соответствующем меню.

Вопрос №4. Иногда случаются настолько кратковременные аномалии, которые осциллограф не может воспроизвести на экране. Как их обнаружить?

С обнаружением суперкратковременных аномалий отлично справляется функция цифровой подсветки (люминофор), отображающая на экране иным цветом редко происходящие события. Благодаря этому они хорошо видны на экране.

Вопрос №5. Может ли недорогой прибор, исправно работающий в лабораторных условиях, использоваться для решения более серьезных задач для более сложного оборудования?

Вряд ли. Цена все же во многом зависит от технических параметров осциллографа. Для решения более сложных задач придется либо апгрейдить имеющийся прибор (если это возможно), либо приобретать новый. Профессиональные осциллографы не могут стоить дешевле 1500 тысяч долларов. Читайте также статью: → «Способы измерения сопротивления заземления, используемые приборы».

Типичные ошибки при выборе и работе с осциллографом

• Огромное количество ошибок при пользовании осциллографом возникает по причине того, что пользователь сам не знает о всех особенностях и возможностях прибора. Потому перед работой необходимо не только изучить инструкцию, но и посоветоваться с более опытными пользователями. В том числе и на специализированных интернет-форумах.
• Для работы с гальванически изолированными узлами оборудования или с высоким напряжением ошибкой является использование осциллографа, каналы которого зависимы между собой. Также каждый канал должен быть хорошо изолирован от сети питания самого осциллографа и от других каналов прибора. К серьезным ошибкам, недопустимы для соблюдения точности измерений аналоговым осциллографом, может привести применение неправильно компенсированного пробника.

Оцените качество статьи:

Разработка цифрового осциллографа на базе учебного стенда LESO1

Выпускная квалификационная работа

Дипломник Шауэрман А. К.
Руководитель Борисов А.В.
Рецензент Резван И. И.
Факультет МРМ, Группа РТ-44, 2008г

Задание:

1. Основой цифрового осциллографа должен быть стенд LESO1
2. Осциллограф должен подключаться к персональному компьютеру через USB порт.
3. Программное обеспечение разработать в среде LabVIEW и Keil μVision

Содержание работы:

Веведение

Измерительные приборы всегда были и будут важным звеном в развитии технологии человечества. История измерительной техники насчитывает множество этапов – от простейшего электроскопа до современных цифровых осциллографов и генераторов, спектроанализаторов – мощнейших измерительных комплексов.

Сейчас измерительные приборы переходят на новый уровень развития, по существу этот уровень унифицирует любые виды измерений. Изготовители датчиков конструируют их, таким образом, чтоб любая измеряемая величина, например, температура, давление, на его выходе преобразовалось в электрический сигнал и в итоге любое измерение сводиться к измерению параметров этого электрического сигнала. Измерение сводится к преобразованию электрического сигнала в цифровой, который можно хранить бесконечно долго, накапливать его, производить над ним цифровую обработку, анализировать, производить косвенные измерения и визуализировать.

Намечается тенденция к созданию комплексных измерительных приборов. Стремительное развитие микроэлектроники позволило создавать миниатюрные высоко интегрированные системы. Располагаясь на одной печатной плате, такая система может выполнять различные функции: от измерения до генерации тестового сигнала. Наиболее распространенным измерительным прибором такого типа является осциллограф. Такой осциллограф не только отображает исследуемый сигнал, но и способен производить его анализ, рассчитывать спектр, сохранять результат измерения в удобной для дальнейшей обработки форме.

Целью данного проекта является разработка цифрового осциллографа-приставки на основе учебного стенда LESO1. Стенд LESO1 представляет собой микропроцессорную систему, способную взаимодействовать с персональным компьютером (ПК). Разрабатываемый осциллограф-приставка представляет собой законченный измерительный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для измерения и визуализации электрического сигнала, а также расчета и отображения спектра, измеряемого сигнала. Для человека основным носителем информации является глаз. Он дает нам 80% информации об окружающем нас мире. Поэтому визуализация формы сигнала и наблюдения его изменения очень важно. Портативность, компактность и совместимость с любой операционной системой в ПК делает цифровой осциллограф-приставку мобильным измерительным многофункциональным прибором.

Заключение

В данном дипломном проекте был разработан цифровой осциллограф приставка на базе стенда LESO1. В процессе разработки были исследованы принципы:
– построения принципиальных схем и расчет элементов схем;
– разработки аналогового фильтра;
– разработки печатной платы устройства в специальной программе проектирования PCAD;
– согласования устройства с ПК;
– применения АЦП и режима DMA;
– программирования в среде KEIL µVision и обработка данных в LabVIEW;
– использования «виртуальных» приборов;
– обмена данными с ПК;
– разработки цифрового КИХ-фильтра по методу «Windowing»;
– получение спектра по методу ДПФ и создание анализатора спектра.

Результаты, полученные в ходе работы, демонстрируют возможность применения микропроцессорных измерительных систем в измерительных приборах. Универсальность использования АЦП унифицирует и делают вышесказанные принципы общими для разработки различных измерительных устройств.

---

Осциллограф

: основы | Руководство по чтению и эксплуатации

Типы волн

Большинство волн можно разделить на следующие типы:

• Синусоидальные волны.
• Квадратные и прямоугольные волны.
• Пилообразные и треугольные волны.
• Формы ступеней и импульсов.
• Периодические и непериодические сигналы.
• Синхронные и асинхронные сигналы.
• Сложные волны.

Далее мы рассмотрим каждый из этих типов волн.

Синусоидальные волны

Синусоидальная волна является основной формой волны по нескольким причинам. Он обладает гармоничными математическими свойствами »€ это та же форма синуса, которую вы, возможно, изучали в классе тригонометрии.

Напряжение в розетке меняется как синусоида. Испытательные сигналы, генерируемые схемой генератора сигналов, часто имеют синусоидальный характер. волны.

Большинство источников питания переменного тока генерируют синусоидальные волны (переменный ток означает переменный ток, хотя и переменное напряжение тоже; постоянный ток означает постоянный ток, что означает постоянный ток и напряжение, которое производит батарея.Затухающая синусоида – это особый случай, который вы можете увидеть в цепи, которая колеблется, но со временем спадает.

Квадратные и прямоугольные волны

Прямоугольная волна – еще одна распространенная форма волны. По сути, прямоугольная волна – это напряжение, которое включается и выключается (или повышается и понижается) через определенные промежутки времени. Это стандартная волна для тестирования усилителей. Хорошие усилители увеличивают амплитуду прямоугольной волны с минимальными искажениями.

Телевидение, радио и компьютерные схемы часто используют прямоугольные волны для синхронизации сигналов.Прямоугольная волна похожа на прямоугольную, за исключением того, что высокие и низкие временные интервалы не имеют равной длины. Это особенно важно при анализе цифровых схем.

Пилообразные и треугольные волны

Пилообразные и треугольные волны возникают из-за схем, предназначенных для линейного управления напряжением, таких как горизонтальная развертка аналогового осциллографа или растровая развертка телевизора.

Переходы между уровнями напряжения этих волн изменяются с постоянной скоростью.Эти переходы называются рампами.

Формы ступеней и импульсов

Такие сигналы, как шаги и импульсы, которые возникают редко или непериодически, называются однократными или переходными сигналами.

Шаг указывает на внезапное изменение напряжения, подобное изменению напряжения, которое вы видите, если вы включаете выключатель питания.

Импульс указывает на внезапные изменения напряжения, похожие на изменения напряжения, которые вы видите, если вы включите, а затем снова выключите питание. Импульс может представлять один бит информации, проходящий через компьютерную схему, или это может быть сбой или дефект в цепи.

Набор распространяющихся вместе импульсов создает последовательность импульсов. Цифровые компоненты в компьютере взаимодействуют друг с другом с помощью импульсов. Эти импульсы могут быть в форме последовательного потока данных, или несколько сигнальных линий могут использоваться для представления значения на параллельной шине данных. Импульсы также распространены в рентгеновском, радиолокационном и коммуникационном оборудовании.

Периодические и непериодические сигналы

Повторяющиеся сигналы называются периодическими сигналами, а сигналы, которые постоянно меняются, называются непериодическими сигналами.Неподвижное изображение аналогично периодическому сигналу, в то время как фильм аналогичен непериодическому сигналу.

Синхронные и асинхронные сигналы

Если между двумя сигналами существует временная зависимость, эти сигналы называются синхронными. Сигналы часов, данных и адреса внутри компьютера являются примерами синхронных сигналов.

Асинхронные сигналы – это сигналы, между которыми не существует временной зависимости. Поскольку не существует временной корреляции между касанием клавиши на клавиатуре компьютера и часами внутри компьютера, эти сигналы считаются асинхронными.

Сложные волны

Некоторые формы сигналов сочетают в себе характеристики синусов, квадратов, ступеней и импульсов для создания сигналов сложной формы. Информация о сигнале может быть встроена в виде изменений амплитуды, фазы и / или частоты.

Например, хотя сигнал на рисунке 6 является обычным композитным видеосигналом, он состоит из множества циклов высокочастотных сигналов, встроенных в низкочастотную огибающую.

В этом примере важно понимать относительные уровни и временные отношения шагов.Для просмотра этого сигнала вам понадобится осциллограф, который улавливает низкочастотную огибающую и смешивает высокочастотные волны с градацией интенсивности, чтобы вы могли видеть их общую комбинацию в виде изображения, которое можно интерпретировать визуально.

Цифровые люминофорные осциллографы (DPO) лучше всего подходят для просмотра сложных волн, таких как видеосигналы, показанные на рисунке 6. Их дисплеи предоставляют необходимую информацию о частоте появления или градацию интенсивности, которая необходима для понимания формы волны действительно делает.

Некоторые осциллографы могут отображать определенные типы сложных сигналов особым образом. Например, телекоммуникационные данные могут отображаться в виде глазковой диаграммы или диаграммы созвездия:

Рисунок 6 : Составной видеосигнал NTSC является примером сложной волны.

Телекоммуникационные цифровые сигналы данных могут отображаться на осциллографе в виде сигнала особого типа, называемого глазковой диаграммой. Название происходит от сходства формы волны с серией глаз (рис. 7).

Глазковые диаграммы формируются, когда цифровые данные из приемника дискретизируются и подаются на вертикальный вход, а скорость передачи данных используется для запуска горизонтальной развертки. Глазковая диаграмма отображает один бит или единичный интервал данных со всеми возможными краевыми переходами и состояниями, наложенными на одном всеобъемлющем представлении.

Созвездие – это представление сигнала, модулированного схемой цифровой модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция или фазовая манипуляция.

Цифровой осциллограф

– обзор

2.8.2 Цифровые стробоскопические осциллографы

Как обсуждалось в последнем разделе, сбор данных в цифровом осциллографе осуществляется путем цифровой дискретизации и хранения данных. Чтобы зафиксировать достаточно деталей формы сигнала, выборка должна быть непрерывной с достаточно высокой скоростью по сравнению с временной шкалой формы сигнала. Это называется дискретизацией в реальном времени . Согласно критерию Найквиста, f _s ≥ 2 f _{sig, max} требуется для характеристики формы сигнала, где f _s – частота дискретизации, а f _{sig, max} – это частота дискретизации. максимальная частота сигнала.Для формы сигнала синусоидального сигнала максимальная частота равна его основной частоте, и для воспроизведения формы сигнала достаточно дискретизации на частоте Найквиста, то есть двух отсчетов за период. Однако это предполагает, что мы знаем, что форма волны была синусоидальной до измерения.

Как правило, для сигнала неизвестной формы максимальная частота f _{sig, max} может быть намного выше основной частоты f _sig . Следовательно, для получения подробных сведений о форме сигнала частота дискретизации должна быть намного выше, чем f _sig .Обычно f _s ≥ 5 f _sig необходим для точного измерения. Это означает, что для характеристики сигнала с основной частотой 10 ГГц частота дискретизации должна быть выше 50 ГГц, что является очень сложной задачей для усилителей и электронных схем в осциллографе. Стробоскопический осциллограф предназначен для измерения высокоскоростных сигналов с использованием относительно низких частот дискретизации, что снижает требования к электронным схемам.

Принцип работы стробоскопического осциллографа основан на недискретизации повторяющихся сигналов. Хотя только небольшое количество выборок может быть получено в течение каждого периода формы сигнала, с выборкой за многие периоды и объединением данных вместе, форма волны может быть восстановлена ​​с большим количеством точек выборки. Этот метод также называется дискретизацией эквивалентного времени и существует два основных требования: (1) форма сигнала должна быть повторяющейся и (2) должны быть доступны стабильный запуск и точно контролируемая относительная задержка.

Рисунок 2.8.7 (a) иллюстрирует принцип выборки сигнала. Поскольку форма сигнала должна быть повторяющейся, используется периодическая последовательность импульсов запуска, а синхронизация между первым импульсом запуска и формой сигнала определяется выбором уровня запуска. Дискретная точка данных выбирается в момент каждого запускающего импульса. При установке периода запуска немного больше периода сигнала на Δ T , выборка данных происходит в разных положениях в пределах каждого периода формы сигнала.Поскольку в течение каждого периода запуска собирается только одна точка данных, по определению это последовательная выборка .

Рисунок 2.8.7. Иллюстрация (а) метода последовательной выборки и (б) сигнала, восстановленного после последовательной выборки.

Если общее количество точек выборки, необходимых для восстановления формы волны на экране, составляет N , а временное окно формы волны для отображения составляет Δ T _dsp , последовательная задержка каждого события выборки в течение периода сигнала должно быть

(2.8.1) ΔT = ΔTdspN − 1

На рисунке 2.8.7 (b) показана восстановленная форма сигнала, и, очевидно, Δ T представляет разрешение выборки во временной области. Здесь Δ T может быть выбрано очень коротким, чтобы иметь высокое разрешение при относительно низкой частоте дискретизации. Однако при выборе высокого разрешения необходимо пойти на компромисс; сбор данных становится длиннее, потому что необходимо будет задействовать большое количество периодов сигнала. Основным недостатком является то, что, поскольку для каждого периода сигнала разрешена только одна точка выборки, при большом периоде сигнала время измерения может быть очень большим.

Случайная выборка – альтернативный алгоритм выборки, как показано на рисунке 2.8.8. При случайной выборке сигнал непрерывно дискретизируется с частотой, которая не зависит от частоты запуска. Следовательно, в течение периода запуска выборка может осуществляться более чем одной или менее чем одной точкой (точками) данных, в зависимости от разницы частот между выборкой и запуском. В процессе измерения данные сохраняются в памяти с выбранным значением напряжения сигнала и временем снятия напряжения.Разница во времени между каждым моментом выборки и ближайшим триггером собирается и настраивается для восстановления формы сигнала на экране дисплея.

Рисунок 2.8.8. Иллюстрация (а) метода случайной выборки и (б) сигнала, восстановленного после случайной выборки.

Предположим, что период выборки составляет Δ T _с , период запуска составляет Δ T _tg , а временное окно сигнала для отображения на экране составляет Δ T _dsp .Если Δ T _dsp = Δ T _tg , то в среднем имеется N _средн. = Δ T _tg / Δ T _s точек данных, выборка которых выполняется в пределах каждого триггерный период. Следовательно, чтобы накопить N точек выборки для графического отображения, общее время, необходимое для сбора данных, составляет T _N = N Δ T _с = N _средн. Δ T _тг .При использовании случайной выборки частота выборки не ограничивается одной выборкой за период запуска, как при последовательной выборке, и, таким образом, эффективность выборки может быть выше, ограничиваясь только скоростью выборки, которую может предложить осциллограф. Основным недостатком является то, что, поскольку частота дискретизации отличается от частоты запуска, восстановленные точки дискретизации в окне дисплея могут быть неравномерно разнесены, как показано на Рисунке 2.8.8 (b). Поэтому для восстановления исходной формы сигнала обычно требуется больше выборок по сравнению с последовательной выборкой.

Интересно отметить, что для всех осциллографов и методов выборки, обсуждаемых до сих пор, всегда требуется триггер для запуска процесса развертки и синхронизации выборки данных с сигналом. В последние годы возможности высокоскоростной цифровой обработки сигналов значительно расширились, что принесло пользу во многих технических областях, включая приборостроение. Анализ микроволнового перехода – это еще один метод выборки, не требующий отдельного запуска. Он периодически дискретизирует сигнал и использует алгоритмы DSP, такие как БПФ, для определения основной частоты и гармоник (или субгармоник) высокого порядка сигнала.Как только основной период Δ T _с сигнала определен, измерение может быть выполнено аналогично последовательной выборке.

Что такое осциллограф? Почему это важно?

Во-первых, краткое и приятное руководство по осциллографу.

Осциллограф – это устройство, которое позволяет вам видеть, как напряжение изменяется во времени, отображая форму электронных сигналов.

Почему это важно?

Электроника, такая как осветительные приборы, телевизоры, кондиционеры, нуждается в электроэнергии, подаваемой по цепям .

Цепь – это путь между двумя или более точками, по которому проходит ток .

Напряжение – это электрическая сила, которая перемещает ток между двумя точками.

Иногда напряжение работает некорректно, и вам нужно выяснить , где , чтобы исправить это.

Пытаться найти эту проблему без осциллографа – все равно что вести машину с завязанными глазами .

Теперь, что касается подробного руководства, мы рассмотрим следующие темы.

• Что такое осциллограф?
• Краткая история осциллографа
• Что такое аналоговый осциллограф?
• Что такое цифровой осциллограф?
• Что делают системы на осциллографе?
• Терминология осциллографа

Итак, приступим!

Что такое осциллограф?

Когда у вас есть цепи с постоянным напряжением, мультиметр – это инструмент, который можно использовать для измерения напряжения одним числом.Это становится излишним, когда вы начинаете строить более сложные схемы. Вот тут-то и пригодится осциллограф.

Осциллограф позволяет увидеть, как напряжение изменяется во времени. Эти напряжения называются сигналами, которые используются для передачи информации, такой как аудиосигнал, воспроизводящий музыку на громкоговорителе.

Некоторые вещи, которые показывает экран дисплея осциллографа, – это измеренный сигнал напряжения в виде графика. Напряжение представлено на вертикальной оси, а время – на горизонтальной оси.

Этот дисплей позволит вам определить, правильно ли работает поведение ваших цепей. Это также позволит вам обнаружить любые проблемы в вашей цепи, такие как нежелательные сигналы, называемые шумом.

Есть два типа осциллографов; аналоговый и цифровой. Подробнее об этом позже, потому что сейчас мы кратко рассмотрим историю осциллографа.

Краткая история осциллографа

Осциллограф был изобретен французским физиком Андре Блонделем в 1893 году.Его устройство могло регистрировать значения электрических величин, таких как сила переменного тока. Чернильный маятник, прикрепленный к катушке, записывал информацию на движущейся бумажной ленте. Первые осциллографы имели очень небольшую полосу пропускания от 10 до 19 кГц.

Мы поговорим подробнее о пропускной способности позже, но давайте сначала подведем итоги урока истории.

Большие события произошли в 1897 году, когда немецкий физик Карл Фердинанд Браун изобрел электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). Развитие осциллографов начало расти после Второй мировой войны.

В 1946 году два человека по имени Ховард Воллум и Мелвин Джек Мердок основали компанию Tektronix, которая сегодня является одним из мировых лидеров по производству осциллографов. В том же году они изобрели свой первый осциллограф, модель 511, с синхронизацией развертки и полосой пропускания 10 МГц. Развертка по триггеру позволяла стационарно отображать повторяющуюся форму сигнала.

Теперь поговорим о разнице между аналоговым и цифровым осциллографами.

Что такое аналоговый осциллограф? Tektronix 2245A Аналоговый осциллограф

В аналоговых осциллографах используются усилители с высоким коэффициентом усиления для отображения формы сигнала на зеленом экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).Проще говоря, аналоговые осциллографы – это более старая версия осциллографов, которые были впервые разработаны в 1940-х годах.

Аналоговый осциллограф оснащен одним из нескольких вертикальных каналов, горизонтальным каналом, системой запуска, временной разверткой и модулем ЭЛТ.

Вертикальный канал включает в себя аттенюатор, предусилитель, аналоговую линию задержки и вертикальный усилитель, который усиливает сигнал до уровня, необходимого для модели ЭЛТ.

Горизонтальные каналы могут работать в двух режимах: внутреннем и внешнем.Системы триггеров имеют регулировки уровня, которые переключаются между повышающимися и понижающимися уровнями.

Что такое цифровой осциллограф?

В цифровом осциллографе используется современный ЖК-экран. Практически все новые осциллографы, выпускаемые сегодня, являются цифровыми.

В цифровом осциллографе перед отображением сигнала на экране используется дополнительный шаг. Дополнительный шаг преобразует сигнал в цифровой поток с помощью аналого-цифрового преобразователя, что устраняет необходимость в экранах типа ЭЛТ.

Это упрощает дизайн и оставляет место для большего количества функций.

Примером может служить добавление обработки сигналов и сложных математических операций, которые теперь являются стандартными функциями для большинства цифровых осциллографов.

Теперь поговорим о системах на осциллографе.

Что делают системы на осциллографе?

Базовый осциллограф имеет четыре различных системы: вертикальную, горизонтальную, систему запуска и систему отображения.Каждая из этих систем позволяет измерять конкретные вещи

Элементы управления вертикальной системой можно использовать для позиционирования и масштабирования формы сигнала по вертикали. Его также можно использовать для настройки входной связи, ограничения полосы пропускания и увеличения полосы пропускания.

Горизонтальная система может использоваться для определения частоты дискретизации и длины записи, а также для позиционирования и масштабирования формы сигнала по горизонтали.

Система запуска позволяет стабилизировать повторяющиеся сигналы и, по сути, делать снимки этих сигналов.Существуют различные типы систем запуска, такие как запуск по фронту, запуск по порогу, которые реагируют на определенные условия входящего сигнала.

Для сбора данных, считываемых осциллографом, вам понадобится пробник.

Пробник состоит из двух основных частей: зажима заземления и наконечника пробника. Вы должны прикрепить зажим заземления к заземлению вашей цепи, а затем использовать наконечник пробника, чтобы выискивать и измерять напряжения в различных точках по всей цепи.

Джордж Леже, наш гуру технической поддержки на сайте CircuitSpecialists.com , рассказывает о том, как он использует третий пробник осциллографа при тестировании одного из своих проектов.

Это базовый обзор каждой системы, так как есть еще много вещей, о которых мы могли бы поговорить, но это руководство было бы еще длиннее, если бы мы сделали это!

Мы надеемся, что это руководство «Что такое осциллограф?» До сих пор было полезным. Изучение нового может быть трудным, но при этом очень полезным!

Читая это руководство, вы могли встретить некоторые термины из словаря, такие как полоса пропускания и частота дискретизации.Что это вообще значит?

Чтобы узнать что-то новое, необходимо выучить новый словарный запас, поэтому ниже приведен список терминов, которые помогут, так что следите за ним!

Терминология осциллографа

Ширина полосы определяет способность осциллографа измерять сигнал. По мере увеличения частоты сигнала способность осциллографа точно отображать сигнал уменьшается. Без адекватной полосы пропускания все остальные функции осциллографа ничего не значат.

Время нарастания описывает частотный диапазон осциллографа.Осциллограф с более коротким временем нарастания точно улавливает детали быстрых переходов.

Частота дискретизации указывается в отсчетах в секунду или S / s и указывает, как часто осциллограф делает снимок сигнала. Чем выше частота дискретизации, тем детальнее отображаемый сигнал.

Скорость захвата формы сигнала выражается в виде волны в секунду (осциллограммы / с), которая указывает на то, как быстро осциллограф получает сигналы.

Специалисты по схемам.com показывает, как нарисовать сигнал произвольной формы с помощью генератора функций от Siglent, SDG1050, в нем мы рисуем две формы сигнала, которые имеют форму индейки.

Глубина памяти, выраженная в Mpts, определяет объем данных, которые могут быть захвачены каждым каналом. Количество выборок, которые может хранить осциллограф, ограничено, поэтому длительность сигнала будет обратно пропорциональна частоте дискретизации осциллографа.

Хотя есть еще несколько терминов, это основные, о которых вам следует знать при покупке осциллографа.Вы можете ознакомиться с нашим руководством по лучшим осциллографам для любителей для получения дополнительной информации.

Заключение

Таким образом, осциллограф – это мощный инструмент, позволяющий увидеть, как напряжение изменяется во времени, путем отображения формы электронных сигналов.

Мы в компании Circuit Specialists надеемся, что это длинное (и краткое руководство) помогло ответить на ваши вопросы об осциллографах.

Для получения дополнительной информации об осциллографах и обзорах посетите блог специалиста по схемам!

Вопросы? Комментарии? Пожалуйста, разместите ниже!

Знакомство с осциллографом – что такое осциллограф и как им пользоваться?

Вы когда-нибудь видели это устройство, но не знаете, что это такое? Что ж, это

Осциллограф!

Осциллограф – важный инструмент в любом рабочем месте инженера-электрика.Независимо от того, новичок вы или профессиональный инженер, вам понадобится этот инструмент.

Если вам нужно что-то более продвинутое, которое может предоставить вам больше информации, чем ваш мультиметр, для поиска и устранения неисправностей в вашей цепи, осциллограф просто необходим!

Без лишних слов, давайте сразу перейдем к делу, чтобы узнать больше об осциллографе.

Сегодня мы будем освещать:

• Что такое осциллограф?
  • Основные функции осциллографа
  • Что можно измерить с помощью O-Scopes?
  • Когда следует использовать осциллограф?
• Типы осциллографов
  • Какой осциллограф мне выбрать?
• Как пользоваться осциллографом?

---

Что такое осциллограф?

Осциллограф – это тип электронного измерительного прибора, который может графически отображать изменения напряжения сигнала.Другие сигналы (например, звук или вибрация) можно преобразовать в напряжение и отобразить на экране осциллографа.

Инженеры

используют осциллографы для изучения процесса изменения различных электрических явлений в лабораторных условиях. Его можно использовать для захвата, обработки, отображения и анализа формы и ширины полосы электронных сигналов.

Они отображают электрический сигнал, изменяющийся во времени, и создают двухмерный график, на котором по оси X отложено время, а по оси Y – напряжение.

Основные функции осциллографа

• Отображает и вычисляет частоту и амплитуду колебательного сигнала на графике.
• Отображает напряжение и время определенного сигнала.
• Устраните любые возможные неисправности компонентов вашего проекта, посмотрев на ожидаемый результат работы конкретного компонента. (Посмотрите, не искажает ли сигнал неисправный компонент.
• Покажите, какая часть сигнала является постоянным (DC) или переменным (AC) током).

Если вы посмотрите на осциллограф, то увидите элементы управления вокруг экрана осциллографа. Их можно использовать для регулировки масштаба графика (по вертикали и горизонтали), что позволяет увеличивать и уменьшать масштаб сигнала.Также есть триггерные элементы управления для стабилизации и отображения повторяющейся формы сигнала

.

Что можно измерить с помощью O-Scopes?

В основном используется для измерения вольт, осциллограф может измерять множество других сигналов от:

• Ток
  • Для измерения тока вы можете либо измерить падение напряжения на шунтирующем резисторе, либо использовать токовый пробник.
• Звук
  • Для измерения звука используйте преобразователь, преобразующий аудиосигнал в напряжение.
• Частота и период
  • Частота = Количество повторов сигнала в секунду
  • Период = Количество секунд, которое занимает каждый повторяющийся сигнал.
• Рабочий цикл
  • Отношение продолжительности положительного сигнала к отрицательному за каждый период.
• Время нарастания и спада
  • Измерьте продолжительность, когда сигналы поднимаются до верхней точки, и продолжительность, когда сигналы падают до нижней точки.
  • Полезно, если вы хотите узнать, насколько быстро цепь может реагировать на сигналы
• Характеристики напряжения
  • Измерьте величину (амплитуду) сигнала (размах амплитуды)
  • Максимум и Минимальные напряжения (вычислите самое высокое и самое низкое напряжение вашего сигнала)
  • Среднее и среднее напряжение
• Сопротивление
• Напряжение постоянного / переменного тока

Когда следует использовать осциллограф?

Вот несколько сценариев, в которых осциллограф будет полезен при поиске и устранении неисправностей и в исследовательских ситуациях:

• Попытка найти ЧАСТОТУ и АМПЛИТУДУ сигнала.(Важно, если вы пытаетесь отладить схему.) Используя O-scope, вы можете определить, неисправен ли определенный компонент в вашей схеме.
• Пытаюсь определить уровень шума в вашей цепи.
• Определение формы волны . (Квадрат, Пила, Шаг, Импульс, Синус)
• Количественное определение разности фаз между двумя разными сигналами.

---

Типы осциллографов

В основном есть 2 типа осциллографов: аналоговые и цифровые.Разница в том, что аналоговые O-осциллографы используют непрерывные переменные напряжения и электронный луч для прямого отображения входного напряжения на дисплей, в то время как цифровые O-осциллографы отбирают входной сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя и отображают это показание на дисплее. .

Аналоговые осциллографы часто старше, имеют меньшую полосу пропускания и меньше функций, поэтому мы не будем много о них говорить.

Цифровые прицелы

В категории цифровых прицелов они делятся на несколько категорий:

• Цифровой запоминающий осциллограф (DSO) : Имеет память для хранения форм сигналов и их отображения в течение определенного периода времени.
• Цифровые люминофорные осциллографы (DPO) : использует архитектуру параллельной обработки, позволяющую захватывать и отображать сигналы.
• Цифровые стробоскопические осциллографы : используются для анализа высокочастотных сигналов, например, до 50 ГГц.

Какой осциллограф выбрать?

Что ж, с таким количеством типов осциллографов, из которых можно выбирать с различными функциями и производительностью, бывает сложно выбрать один для себя.

Ответ прост: выберите тот, который больше всего подходит для вашего проекта! Например, небольшие легкие портативные цифровые осциллографы идеально подходят для вас, если вам нужно что-то портативное и легкое в использовании.

MiniDSO DS213 Nano, 4 канала, 100 MSa / s.

Лично я предпочитаю DSO, подобные показанному выше, поскольку они предоставляют хранилище, в котором вы можете хранить, захватывать, отображать и распечатывать сигналы в любое время. Не говоря уже о том, что этот DSO, показанный выше, имеет размеры всего 99,5 мм x 58,5 мм, что делает его очень портативным и даже может поместиться в вашем кармане!

Хорошие новости и для вас, если вы хотите получить этот miniDSO, так как у нас 20% скидка на этот продукт! Просто введите код: TOOLS20 , чтобы воспользоваться скидкой.

Ищете другой тип осциллографа, например USB DSCope? У нас тоже есть! Оцените этот двухканальный портативный осциллограф DSCope U3P100 с дискретизацией 1 Гвыб / с / полосой пропускания 100 МГц USB3.0!

Осциллограф DSCope U3P100 – это сверхпортативный двухканальный цифровой осциллограф на базе USB с высокими характеристиками (полоса пропускания 100 МГц, частота дискретизации 1 Гвыб / с, 2 МБ в реальном времени и длина одной записи 256 МБ). С помощью простого в использовании кроссплатформенного программного обеспечения DSView ваши схемы могут быть отлажены и проанализированы с использованием желаемой операционной системы.Кроме того, благодаря его компактным размерам вы можете удобно наблюдать аналоговую волну и ее частотный спектр в любом месте в любое время. Это сверхпортативный осциллограф, который легко помещается в кармане и легко переносится. Кроме того, его внешний корпус изготовлен из алюминия с ЧПУ для защиты и отличается бесшумной конструкцией без вентилятора.

---

Как пользоваться осциллографом?

Наконец, после изучения функций, измерений и типов осциллографа, как вы на самом деле используете осциллограф?

Шаг 1. Включите осциллограф

• Во-первых, вам, конечно же, нужно будет сначала включить осциллограф.Для этого просто нажмите переключатель, который часто обозначается как «Power» или «Line».
• Если к осциллографу ничего не подключено, на дисплее должна появиться плоская линия. (это означает, что напряжение на входе не меняется со временем »
• На этом этапе не забудьте также подключить датчики к осциллографу.

Шаг 2: Подключитесь к колеблющемуся сигналу

• Для этого шага вам понадобится устойчивый сигнал постоянной частоты.
  • В большинстве осциллографов уже есть встроенный генератор частоты, чтобы излучать надежную волну заданной частоты.(Установите импульсный или прямоугольный сигнал с амплитудой 2,5 В при 500 Гц)
  • Если у вас нет генератора сигналов, вы можете загрузить код в Arduino для генерации сигнала.

Шаг 3: Триггер

• Как только вы подключитесь к сигналу через датчики, вы должны начать видеть, как сигнал начинает танцевать на вашем экране.
• Перемещая системные ручки по горизонтали и вертикали, вы можете перемещать сигнал по экрану. (Если вы повернете ручки шкалы по часовой стрелке, это увеличит масштаб вашей формы волны, а если вы повернете ее против часовой стрелки, она уменьшится.)
• Теперь, если ваша волна на дисплее нестабильна, поверните шкалу уровня запуска. При этом вы увидите, как индикатор уровня запуска перемещается вверх и вниз по дисплею.
• Обратите внимание, что если значение триггера выше самого высокого пика формы сигнала, сигнал станет нестабильным.

Шаг 4: Начните измерения!

• Теперь вы готовы начать измерения с помощью O-scope! Для начала я расскажу вам, как измерять амплитуду.
• Прежде чем мы начнем, что такое амплитуда? Амплитуда волны – это разница между высотой пиков волны и уровнем равновесия волны.
• Для измерения амплитуды, например, расстояние между линией равновесия и пиком волны составляет 3,5 деления по вертикали, с вольт / деление при 1 В, 3,5 деления по вертикали = амплитуда волны 3,5 В.

---

Заключение

Это все на сегодня руководство по введению в осциллограф – что такое осциллограф и как им пользоваться.Надеюсь, вы нашли это руководство полезным!

Если у вас есть какие-либо вопросы по осциллографу, просто ответьте на них в разделе комментариев ниже!

Ищете осциллографы? У Seeed их масса! Посмотрите их здесь

Следите за нами и ставьте лайки:

Продолжить чтение

График Боде фильтра с использованием осциллографа и генератора функций

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

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

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

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

Также есть видео по этой теме:

Видео с сюжетом Боде

Давайте посмотрим на необходимое оборудование.

Оборудование:

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

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

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

• Кабель USB 1 шт .: для связи между генератором и осциллографом

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

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

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

Подключения:

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

Вот упрощенная схема методики испытаний:

Физические подключения:

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

Вот увеличенное изображение терминаторов 50 Ом на прицеле:

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

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

Настройка и запуск:

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

Чтобы включить отслеживание:

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

2.Установить отслеживание> ВКЛ

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

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

Это открывает меню графика Боде:

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

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

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

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

Вы можете изменить входное значение, вращая ручку интенсивности.

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

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

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

7. Теперь подтвердите подключение каналов, нажав Channel:

.

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

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

• Выходы генератора должны быть включены, и значения частоты начнут изменяться по мере того, как генератор качает выход
• Осциллограф начнет строить график зависимости амплитуды и фазы от частоты, как показано (Поскольку мы выбрали вход осциллографа Ch3, фаза темно-розовая. Амплитуда светло-розовая. Данные с Ch2 имеют оттенки желтого.Данные Ch4 имеют оттенки синего. Данные Ch5 имеют оттенки зеленого):

По мере сбора данных диапазон может изменяться.

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

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

В меню «Данные» можно включить просмотр списка:

И пролистайте каждую точку данных:

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

Временная область:

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

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

1 МГц:

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

30 МГц:

40 МГц:

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

Как работает осциллограф – Работа осциллографа – Учебное пособие по осциллографу

Чтобы лучше понять элементы управления осциллографа, вам нужно знать немного больше о том, как осциллографы отображают сигнал. Аналоговые осциллографы работают несколько иначе, чем цифровые осциллографы. Однако некоторые внутренние системы похожи. Аналоговые осциллографы несколько проще по своей концепции, и сначала они описываются, а затем следует описание цифровых осциллографов.

Аналоговые осциллографы

Когда вы подключаете пробник осциллографа к цепи, сигнал напряжения проходит через пробник в вертикальную систему осциллографа. На следующем рисунке представлена ​​простая блок-схема, которая показывает, как аналоговый осциллограф отображает измеренный сигнал.

Блок-схема аналогового осциллографа

В зависимости от того, как вы устанавливаете вертикальную шкалу (регулировка вольт / дел), аттенюатор снижает напряжение сигнала или усилитель увеличивает напряжение сигнала.

Затем сигнал проходит прямо к вертикальным отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Напряжение, приложенное к этим отклоняющим пластинам, заставляет светящуюся точку двигаться. (Электронный луч, попадающий на люминофор внутри ЭЛТ, создает светящуюся точку.) Положительное напряжение заставляет точку двигаться вверх, а отрицательное напряжение заставляет точку двигаться вниз.

Сигнал также поступает в систему запуска для запуска или запуска «горизонтальной развертки». Горизонтальная развертка – это термин, относящийся к действию горизонтальной системы, заставляющей светящуюся точку перемещаться по экрану.Запуск горизонтальной системы заставляет горизонтальную шкалу времени перемещать светящуюся точку по экрану слева направо в течение определенного интервала времени. Многие развертки в быстрой последовательности заставляют светящуюся точку плавно переходить в сплошную линию. На более высоких скоростях точка может перемещаться по экрану до 500 000 раз в секунду.

Вместе горизонтальное движение и вертикальное отклонение отображают график сигнала на экране. Триггер необходим для стабилизации повторяющегося сигнала.Это гарантирует, что развертка начинается в той же точке повторяющегося сигнала, что приводит к четкому изображению, как показано на следующем рисунке.

Запуск стабилизирует повторяющуюся форму сигнала

В заключение, чтобы использовать аналоговый осциллограф, вам необходимо настроить три основных параметра для приема входящего сигнала:

• Затухание или усиление сигнала. С помощью регулятора вольт / деление отрегулируйте амплитуду сигнала перед его подачей на пластины вертикального отклонения.
• Временная база. Используйте элемент управления сек / дел, чтобы установить количество времени на деление, отображаемое по горизонтали на экране.
• Запуск осциллографа. Используйте уровень запуска для стабилизации повторяющегося сигнала, а также для запуска по одному событию.

Кроме того, регулировка фокуса и яркости позволяет создавать четкое и видимое изображение.

Цифровые осциллографы

Некоторые системы, из которых состоят цифровые осциллографы, аналогичны системам аналоговых осциллографов; однако цифровые осциллографы содержат дополнительные системы обработки данных.С добавленными системами цифровой осциллограф собирает данные для всей формы сигнала и затем отображает их.

Когда вы подключаете пробник цифрового осциллографа к цепи, вертикальная система регулирует амплитуду сигнала, как и в аналоговом осциллографе.

Затем аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в системе сбора данных производит выборку сигнала в дискретные моменты времени и преобразует напряжение сигнала в этих точках в цифровые значения, называемые точками выборки. Тактовая частота выборки горизонтальной системы определяет, как часто АЦП выполняет выборку.Скорость, с которой «тикают» часы, называется частотой дискретизации и измеряется в отсчетах в секунду.

Точки выборки от АЦП хранятся в памяти как точки сигнала. Более одной точки выборки могут составлять одну точку сигнала.

Вместе точки формы сигнала составляют одну запись сигнала. Количество точек сигнала, используемых для записи сигнала, называется длиной записи. Система запуска определяет начальную и конечную точки записи. Дисплей получает эти точки записи после сохранения в памяти.

В зависимости от возможностей вашего осциллографа может выполняться дополнительная обработка точек выборки, улучшающая отображение. Может быть доступен предварительный запуск, позволяющий видеть события до точки запуска.

Блок-схема цифрового осциллографа

По сути, с цифровым осциллографом, как с аналоговым осциллографом, вам необходимо отрегулировать настройки по вертикали, горизонтали и синхронизации, чтобы выполнить измерение.

Методы отбора проб

Метод выборки сообщает цифровому осциллографу, как собирать точки выборки.Для медленно меняющихся сигналов цифровой осциллограф легко собирает более чем достаточно точек выборки для построения точного изображения. Однако для более быстрых сигналов (скорость зависит от максимальной частоты дискретизации осциллографа) осциллограф не может собрать достаточное количество отсчетов. Цифровой осциллограф может делать две вещи:

• Он может собирать несколько точек выборки сигнала за один проход (в режиме выборки в реальном времени), а затем использовать интерполяцию. Интерполяция – это метод обработки, позволяющий оценить, как выглядит форма волны, по нескольким точкам.
• Он может создавать изображение формы волны с течением времени, пока сигнал повторяется (режим выборки эквивалентного времени).

Выборка в реальном времени с интерполяцией

Цифровые осциллографы

используют выборку в реальном времени в качестве стандартного метода выборки. При выборке в реальном времени осциллограф собирает столько выборок, сколько может, по мере появления сигнала. На следующем рисунке показаны однократные или переходные сигналы, вы должны использовать выборку в реальном времени.

Диаграмма выборки в реальном времени

Цифровые осциллографы

используют интерполяцию для отображения сигналов, которые настолько быстры, что осциллограф может собрать только несколько точек выборки.Интерполяция «соединяет точки».

Линейная интерполяция просто соединяет точки выборки прямыми линиями. Синусоидальная интерполяция (или интерполяция sin x по x) соединяет точки выборки с кривыми. (См. Следующий рисунок) Интерполяция sin x над x – это математический процесс, подобный «передискретизации», используемой в проигрывателях компакт-дисков. При синусоидальной интерполяции точки вычисляются, чтобы заполнить время между реальными выборками. Используя этот процесс, сигнал, который отбирается только несколько раз в каждом цикле, может быть точно отображен или, в случае проигрывателя компакт-дисков, точно воспроизведен.

Диаграмма линейной и синусоидальной интерполяции

Выборка в эквивалентном времени

Некоторые цифровые осциллографы могут использовать выборку с эквивалентным временем для захвата очень быстро повторяющихся сигналов. Выборка в эквивалентном времени создает изображение повторяющегося сигнала путем захвата небольшого количества информации из каждого повторения. (См. Следующий рисунок). Вы видите, что форма волны медленно нарастает, как гирлянда огней, загорающихся один за другим. При последовательной выборке точки появляются последовательно слева направо; при случайной выборке точки появляются на осциллограмме случайным образом.

Диаграмма выборки эквивалентного времени

Ознакомьтесь с осциллографами с цифровым запоминающим устройством

Если вы занимаетесь ремонтом электроники, устранением неполадок или обратным проектированием, вам обязательно понадобится осциллограф. В течение многих лет осциллографы были чисто аналоговыми, в них использовались вакуумные лампы и электронные лучи для «рисования» сигналов на люминофорном экране, но современные осциллографы теперь являются цифровыми и могут сохранять сигналы для последующего просмотра. Поскольку полное руководство по осциллографам может занять небольшую книгу, мы рассмотрим только основы ее использования, чтобы вы начали работать с этими, казалось бы, сложными инструментами.

Проще говоря, осциллограф – это устройство, показывающее график изменения электрического сигнала во времени. Вертикальная ось графика представляет напряжение, а горизонтальная ось представляет время. Поскольку в цифровых запоминающих осциллографах используется аналого-цифровой преобразователь для преобразования измеренных напряжений в цифровую информацию, осциллограф может сохранять серию выборок, чтобы создать приблизительную форму сигнала и отобразить ее на ЖК-экране. Затем форму сигнала можно проанализировать или сохранить для последующего просмотра.

Большинство элементов управления осциллографа предназначены для настройки вертикального, горизонтального или запуска, и они соответственно сгруппированы в отдельные разделы на панели управления.

ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСЦИЛЛОСКОПА

BANDWIDTH описывает диапазон частот, который осциллограф может надежно измерить.

ЧАСТОТА ВЫБОРКИ определяет, сколько раз в секунду считывается сигнал. Поскольку цифровые осциллографы берут образцы сигнала для восстановления формы волны, чем выше частота дискретизации, тем точнее отображается форма волны.

РАЗРЕШЕНИЕ описывает точность измерения напряжения сигнала.

TIME BASE позволяет контролировать, как часто цифровой осциллограф оцифровывает выборки входного сигнала. Когда вы настраиваете горизонтальную шкалу на осциллографе, вы настраиваете развертку времени.

КАНАЛЫ – это количество сигналов, которое может считывать осциллограф, при этом каждый сигнал вводится в отдельном канале. Большинство осциллографов среднего уровня могут отображать на экране два или более сигналов одновременно.

ЗОНДЫ

Чтобы измерить сигнал, вам необходимо подключить к нему один из каналов осциллографа с помощью пробника. У датчиков есть острые наконечники для проверки цепи, а также есть зажимы, которые могут облегчить фиксацию на проводе или штыре. Зажим заземления на стороне зонда должен быть подключен к общей точке заземления тестируемой цепи.

Существует много видов пробников, но большинство осциллографов поставляются с переключаемыми пробниками с ослаблением 1X / 10X.Аттенуированные пробники повышают точность измерения высокочастотного сигнала, но уменьшают измеряемую амплитуду сигнала. Вы можете оставить датчик на 10X для большинства измерений, но вам может потребоваться переключиться на 1X для сигналов низкого напряжения.

ТРИГГЕР

Настройки триггера сообщают осциллографу, какие части сигнала «запускать» и запускать выборку. Это помогает стабилизировать волну, отображаемую на экране, и делает ее статичной.

LEVEL
Этот регулятор устанавливает уровень напряжения, при котором срабатывает осциллограф.

ТИП
Различные типы триггера задают форму волны или шаблон, по которому запускается осциллограф. Общие типы включают фронт, импульс и задержку. Для получения более подробных описаний типов запуска, доступных на вашем осциллографе, рекомендуется обратиться к руководству.

РЕЖИМ
Большинство осциллографов имеют несколько режимов запуска, но наиболее распространенными являются нормальный, одиночный и автоматический. Нормальный режим запускает сбор сигнала только тогда, когда сигнал достигает установленных условий запуска.Одиночный режим ожидает, пока не будет обнаружено условие запуска, затем принимает одиночный сигнал и останавливается. В автоматическом режиме начинается сбор сигнала, даже если условия запуска не были достигнуты, заставляя его запускаться через определенный период времени.

ГОРИЗОНТАЛЬНО (ВРЕМЯ)

Горизонтальная ось экрана осциллографа показывает продолжительность сигнала.

POSITION
Эта ручка позволяет вам управлять просматриваемой частью сигнала по его продолжительности.Вы можете думать об этом как о перемещении волны влево или вправо.

SCALE
Эта ручка изменяет развертку времени, позволяя отображать меньший или больший отрезок времени формы волны, изменяя количество секунд на отображаемое деление.

ВЕРТИКАЛЬНОЕ (НАПРЯЖЕНИЕ)

Вертикальная ось на экране осциллографа показывает амплитуду сигнала.

POSITION
Эта ручка регулирует смещение напряжения отображаемого сигнала, перемещая его вверх или вниз на дисплее.

SCALE
Эта ручка регулирует масштаб отображаемого напряжения на экране, изменяя количество вольт на отображаемое деление.

ВХОДНАЯ МУФТА
Это может быть кнопка или она может быть в настройках меню, но она управляет подключением канала по переменному, постоянному току или заземлением.