Что такое цифровой канал осциллографа
Что такое осциллограф?
Осциллограф – электронный прибор для измерения электрических сигналов в цепи и наблюдения за ними. Определение формы и параметров колебаний необходимо для отслеживания корректности работы оборудования.
Первые попытки создать прибор для определения электрических колебаний относятся ещё к 1880 году. Их делали французские и русские физики. Первые осциллографы были аналоговыми. С 1980-х годов сигналы стали фиксироваться с помощью цифрового оборудования.
Устройство и принцип действия прибора
Объясним устройство аналогового осциллографа просто, «для чайников». Прибор состоит из следующих элементов:
Для управления параметрами сигнала и его отображения на экране есть регуляторы. У старых моделей экрана не было. Изображение фиксировалось на фотоленте.
Принцип работы
При запуске прибора сигнал подаётся на вход канала вертикального отклонения. Он имеет высокое входное сопротивление. По тому же принципу работает вольтметр, измеряющий напряжение. Однако вольтметр не показывает временного графика колебаний напряжения.
Сигнал усиливается до необходимого уровня после подачи на вход. Он отображается на экране по вертикальной оси. Усиление требуется для работы отклоняющей системы лучевой трубки или преобразователя сигнала из аналогового в цифровой. Оно позволяет менять масштаб отображения колебаний на экране от крупного до мелкого.
Устройство
Лучевая трубка чувствительна к электрическим импульсам. Чем ниже их частота, тем выше чувствительность. В нынешних трубках количество лучей может составлять от одного до 16. Их количеству соответствует число сигнальных входов и отображающихся одновременно графиков.
Особенность цифрового осциллографа в том, что он имеет экран и преобразователь аналогового сигнала. У него есть память для сохранения данных о полученном графике колебаний. Часть информации анализируется в автоматическом режиме и отображается в обработанном виде. Аналоговый осциллограф не запоминает данные, а только показывает их в реальном времени.
Разверткой называется траектория движения луча, который улавливает колебания и выводит изображение на экран. Она бывает разной формы — эллиптической, круговой. Значение развёртки регулируется в зависимости от исследуемого сигнала по горизонтальной оси (временнóй).
Блок питания подаёт напряжение от сети 220 В на электронные схемы. Есть и аккумуляторные модели, способные работать автономно.
Виды осциллографов
По принципу действия осциллографы бывают цифровыми и аналоговыми. Существуют смешанные аналого-цифровые приборы. Всё чаще выпускают виртуальные. Там в качестве экрана используется другой прибор – монитор компьютера, телевизора.
Работа некоторых моделей основана на электромеханическом принципе:
Прибор может работать самостоятельно или являться приставкой к другому оборудованию (например, компьютеру). Во втором случае цена ниже, но сам прибор зависим от внешнего устройства.
Виды развёрток
В разных режимах работы осциллографа линейные (создаваемых пилообразным напряжением) развёртки могут различаться:
Измеряемые процессы
По принципу работы приборы делят на:
Где применяют осциллографы?
Информация, которую даёт осциллограф:
Осциллографы используют как в практических, так и в научно-исследовательских целях. Для простых измерений можно воспользоваться мультиметром, но в большинстве случаев осциллограф незаменим.
Приборы для измерения колебаний применяют при настройке электронного оборудования. К примеру, для регулировки телевизионного сигнала необходимо получить его осциллографическое изображение. Приборы также используются при ремонте блоков питания, диагностике печатных плат.
При ремонте автомобилей устройство поможет получить данные о положении коленчатого и распределительного валов, датчиков положения. Данные осциллограммы расскажут о наличии импульса на катушке, укажут на неисправность свечей и проводов, диодного моста генератора.
Медицинское оборудование (кардиографы, энцефалографы) тоже работает по принципу осциллографирования. Только электрические колебания, измеряемые ими, происходят в живых организмах.
Методика измерений
Осциллограф измеряет электрическое напряжение и формирует амплитудный график электрических колебаний. Цифровые приборы могут запоминать полученный график, возвращаться к нему.
Колебания отображаются на экране в двухмерной системе координат (напряжение – вертикальная ось, время – горизонтальная ось), формируя график — осциллограмму. Есть ещё третий компонент исследований – интенсивность сигнала (или яркость).
При отсутствии входных импульсов на экране горизонтальная линия – «нулевая», обозначающая отсутствие напряжения. Как только на вход (или входы) прибора подаётся напряжение, на экране становятся видны один или несколько графиков одновременно (зависит от количества измеряемых сигналов).
График электрических колебаний по форме может представлять собой:
Для получения стабильного графика колебаний в приборе стоит блок синхронизации. Получить цикличное отображение колебаний можно только после установки значения синхронизации. Оно принимается за «стартовое», служит отправной точкой графика. Все скачки отображаются по отношению к этой точке.
Как выбрать
Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.
Количество каналов
По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.
Тип питания
Прибор с аккумулятором можно брать с собой на выезд. Это удобно для мастеров, которые проверяют оборудование по месту его нахождения. Если выезды не производятся, лучше брать работающий от сети осциллограф, поскольку он стабильнее и надёжнее.
Частота дискретизации
Частота дискретизации важна для измерения однократных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране удастся получить.
Полоса пропускания
Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная звуковая частота — 25 МГц. Для профессионального измерения нужен прибор, у которого этот параметр — до 200 или даже до 500 МГц. Современные линии связи работают на очень высоких частотах. Частота исследуемых сигналов должна быть в 3-5 раз меньше величины полосы пропускания.
Настройка осциллографа
Перед использованием нового устройства проводится его калибровка с помощью находящихся на корпусе генератора прямоугольных импульсов. Сигнальный щуп подключают к калибровочному выходу, при этом на экране появляется «пила» — зигзагообразная линия. Нужно проверить работу всех функций и регуляторов.
Сейчас осциллографы регулярно используют в сфере электроники. Есть большой выбор устройств, позволяющих наблюдать за параметрами электрических колебаний. Без осциллографа не обойтись ни инженеру-профи, ни рядовому любителю радиоэлектроники.
Электроника для всех
Блог о электронике
Пара слов об осциллографах
Хотел бы сказать пару слов о различии цифрового осциллографа от аналогового, а также ряд особенностей на которые бы стоило обращать внимание. Конечно, для начала хватит и аналогового, надолго хватит, но последнее время появилось множество осциллографических приставок по вполне вменяемым ценам — от 6тыр. Да и за 15тыр можно взять простенький цифровой осциллограф. Возникает дилемма — аналоговый или цифровой.
Аналоговый хорош тем, что во первых не слишком дорогой, а во вторых не искажает сигнал. То есть там не бывает цифровых шумов и лесенок при обработке быстрых сигналов. По аналоговому осциллографу гораздо приятней разглядывать форму сигнала, она будет ближе к естественной. Это один из главных козырей аналога.
В чем же главная фишка цифрового осцилла?
Во-первых, это очевидно, что раз сигнал цифровой, то мы можем его обрабатывать как угодно. Записывать и останавливать. Сравнивать записанное с текущим сигналом и прочие приятные вещи.
Курсорные измерения это также эксклюзивная фишка цифровых осциллографов. Суть в том, что нам уже не нужно прикидывать на глазок по сетке координат величины сигнала или длительности — навел курсор и он тебе показал напряжение, или время между двумя точками. Над курсорными показаниями также можно выполнять математические действия, например вычесть одно из другого. Также можно выводить на экран сразу кучу показаний. Я обычно среднее напряжение и частоту вывожу на экран.
О рулезах рассказал, надо упомянуть и скоростных параметрах.
Разрешение
Это то сколько уровней отсчета по напряжению может нарисовать на своем экране осцилл. Обычно это 8 бит. Вполне хватает.
Обьем памяти
Еще один важный параметр. Показывает как долго осциллограф может записывать инфу. Память тут редко измеряется мегабайтами. Точнее есть осциллографы с очень большим обьемом памяти, но стоят они как хорошая квартира. Обычный обьем — 256…1024Кб при современных ценах на память выглядит страшно. Не иначе гадкие козни маркетологов.
Защита входов
Это больше касается разнокалиберных приставок. У стационарных осциллографов обычно защита входа до 400Вольт — это стандарт. А вот у приставок может быть гораздо меньше. И хорошо еще если будет потенциальное разделение осциллограф — комп. Иначе пробой высокого напряжения угробит не только осциллограф, но и компьютер. А это не самая радостная перспектива. Этот вариант надо прощупать заранее, пока не стало слишком поздно. Отмазки вроде — «да я не буду ничего высоковольтного щупать» тут не особо катят. Можно, банально, по ошибке ткнуть не туда или на конденсатор заряженный выше предела залезть. И все. Привет осциллограф, а может и мать. В общем, зырьте в оба когда будете выбирать. Но, если бы мне, имея 10-15тыр на руках, пришлось выбирать брать аналоговый осциллограф или цифровую приставку — я бы взял цифровую приставку.
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
38 thoughts on “Пара слов об осциллографах”
Еще, цифровой на столе занимает примерно в 3-5 раз меньше места. Я хоть и доволен своим Тектрониксом 453A 1974 года выпуска (схематически, 100%-ный советский аналог это С1-64), купленным на ebay за за 4 десятки, но все же ну уж очень он длинный, жутко неудобно если рабочий стол стоит у стенки…
У недорогих цифровиков разрешающая способность экрана довольно маленькая, в итоге все в квадратиках, в т. ч. сигнал. А у тех, что получше, и соответственно поболее уровней дискретизации сигнала, цена уже абсолютно неподступная.
«А всякие приставки к компу за 250-300 и более баксов — примитивны, неудобны, а с учетом габаритов совместно с компом — лучше уж С1-64.»
Пользовался?
«при работе с цифровой техникой практически не требуются, так же как и точные измерения»
Зато очень пригождаются одиночные старты и возможность ловить кодовые последовательности. Плюс запись передачи и последующее ее разглядывание.
Посмотрел в магазине и описания в Интернете — желания пользоваться не возникло. Баксов за 50 — может, и попробовал бы (чисто из любопытства).
«Зато очень пригождаются одиночные старты и возможность ловить кодовые последовательности.» — на С1-64 настолько яркая трубка, что прекрасно видны редкие или одиночные старты, даже на самых быстрых развертках с десятикратной растяжкой. Для кодовых последовательностей (периодических) очень удобны спец. режимы развертки — «А + Б», «A с подсветкой Б», и другие. Я легко выделяю и строку из видеосигнала, и когда — то легко наблюдал любые сигналы системной шины своего самодельного компа на 580ИК80.
Всегда можно выбрать оптимальную точку для синхронизации, зациклить кусок программы, сформировать программно для отладки смнхроимпульс на какой-нибудь ноге. Главное — четко представлять, что ты ожидаешь увидеть, а иначе и осциллограф не поможет.
>Главное — четко представлять, что ты ожидаешь увидеть, а иначе и осциллограф не поможет.
если бы я четко представлял что хочу увидеть — осциллограф бы мне не понадобился. это касается только цифровой техники, имхо)
характерный пример — снифф протокола обмена редких девайсов, на которых и инструкции то не сыщешь)
Так тебе не осциллограф, а многоканальный логический анализатор нужен. Вещи совершенно разные.
Хы. Цифровые разные бывают. Некоторые ну очень длинные. Например Агиленты или младшие Теки.
«У недорогих цифровиков разрешающая способность экрана довольно маленькая, в итоге все в квадратиках, в т. ч. сигнал.»
Гхм. У моего 320 на 234. Вполне хватает, осциллограммы я выкладывал неоднократно. Меньше разрешение я не видел.
обычно около 128*128 точек. у вас, простите, что то очень крутое. 320*234 я бы за вменяемые деньги взял)
Rigol 1042CD
У Owon PDS вообще 640х480 а стоит он 12тыр :))))) Тормозной правда и наворотов мало, но все же.
«Скоро выложу описание своего RIGOL 1042CD со всеми плюшками и каками.»
Жду не дождусь. Давно присматриваюсь к Риголу.
ИМХО за его стоимость ничего круче найти нельзя. Памяти много, работает шустро. Вполне удобен. Сделан добротно. Анализатор у него, правда, так себе. Слабоват. Только показывать умеет. Ни тебе по IIC или по SPI разложить, ни UART дешифровать. ТАк что это не логический анализатор, а логический показометр 🙂
О рулез.
Я взял за килобакс, у нас. Новый.
А зачем на ебее? На амазоне он же за 595, причем гарантированно новый. Но с Е моделями поосторожней, это «Educational» (образовательный) вариант, то есть для студентов. Там скорей всего много функциональности урезано.
Посмотри еще на ебее б/у аналоговый Tektronix 465. Он не очень огромный, и считается самым удачным народным аналоговым осциллографом за всю историю.
А растаможка сколько будет стоить?
О, это я не в курсе. Просто чел упомянул покупку на ебее, подразумевая что дело происходит в США, я просто предложил альтернативный вариант.
Если продавец не занижает инвойс (а очень многие идут на эту уступку покупателю), то стоимость растаможки — 30% от суммы, превышающей 10.000 рублей. Т.е. если осциллограф стоит 21600, то таможня возьмет дополнительно 3480 р.
На eBay тоже новые, уже за 510$ с доставкой нашел.
«с Е моделями поосторожней, это “Educational” (образовательный) вариант, то есть для студентов. Там скорей всего много функциональности урезано»
Пока что в глаза бросается только резко улучшенная по сравнению с предыдущими версиями частота дискретизации 🙂
Инструкции еще не сравнивал, но ИМХО E — это просто следующая буква за уже существующими C и D 🙂
имхо в заголовке вместо предлога «о» правильнее будет предлог «об»
спасибо, интересно. особенно про ловлю пачек импульсов полезная инфа, я давно задаюсь вопросом как это сделать.
У меня С1-114. Очень крутая машина! Пожалуй еще не было ситуации чтоб я чего-нить на нем не смог разглядеть. А для всяких там последовательностей — нужен не осцил, а логический анализатор. ПЛИС на 100 МГц стоит куда дешевле аналогичного осцила. Надо только время и желание найти сделать… Я пока не нашел… 🙁
Ну так он и стоит под тридцатку. БУ не рассматриваем, это как повезет.
Бесспорно, отдельный цифровой осциллограф гораздо круче приставки… но для некоторых несложных вещей мне вполне хватает старой USB приставки (кто-то из наших делал). Полоса — 200 кГц :), но ВЧ цепи отлаживать пока не требуется, а для цифры этого зачастую достаточно. Даже эта игрушка позволила мне как-то написать и отладить приемопередатчик RC5 на паре ATtiny.
Доброго времени суток! Предлагают осцилограф С1-49 за недорого, стоит ли брать? Или он совсем примитивный?
Рублей за 200 взять можно. Дороже можно и получше найти.
Спсибо за оперативный ответ! Ну предлагают за 500р, наверное сторгуюсь подешевле, буду осваивать
К слову. Все осцилы этой модели которые я знаю отдавали бесплатно. Свой такой я тоже кому то подарил (уже даже не помню кому, на сайте написал что отдаю и все 🙂 )
Не знаю, как в России, а в Украине они уходят на интернет аукционах за 500грн и более, и дело тут не в самом осциле. В них драгметалл как ни как(золото, серебро, палладий, тантал) …и все у нас это знают, и задарма никто не отдаст((( Проверено многократно.
Например для С1-49:
Масса драгоценного металла в 1шт:
Золото: 1.21653
Серебро: 6.24919
Платина: 0.01977
Палладий: 0.41933
Источник: http://affinage.org.ua/argentum/soderzhanie-dragocennyx-metallov-v-s1-49.html (не реклама)
И того, только по золоту уже дороже 500грн.. Прошли, увы, те времена, когда их скупали за копейки, и также за копейки можно было у дедушек на базаре найти(((
Добрый день!
Уважаемый DI HALT, подскажите! Мой вопрос связан с обработкой аналогового видеосигнала.
В видеосигнале строки идут последовательно одна за другой. Длина строки — 64мкс. Мне нужно выделить из сигнала несколько соседних строк и проанализировать их вид. Какого плана осцилограф мне подойдет? Или, может, нужен анализатор? Я не разбираюсь в этой аппаратуре, поэтому прошу подсказать. Решение должно быть максимально дешевым.
Спасибо.
Что такое цифровой осциллограф и как он работает
Содержание статьи
Поскольку человек не может увидеть радиоволны и ток, работа со сложной радиоэлектронной аппаратурой требует наличия специального оборудования, способного не только зафиксировать колебания, помехи и искажения сигналов, но и отразить их наглядно. Поэтому в 1985 году были разработаны первые цифровые осциллографы. Данные контрольно-измерительные приборы позволяют исследовать амплитудные и временные параметры.
История создания началась еще в 1893 году, после изобретения французским физиком-инженером магнитоэлектрического прибора, способного регистрировать характеристики электрического сигнала. Позже, в 1946 году, был создан осциллограф со ждущей разверткой, который начинал функционировать только после определенного импульса. Аналоговые агрегаты совершенствовались и изменялись, пока в 1985 году и не была представлена эффективная цифровая модель.
Конструкция и принцип работы цифрового осциллографа
Современное устройство включает в себя ПЗУ и ОЗУ, масштабирующий модуль, АЦП, контроллер, органы управления и дисплей.
Измерение цифровым осциллографом позволяет совершать множество операций, получая разнообразные данные:
Наблюдение и контроль периодических сигналов разных форм (треугольной, прямоугольной и синусоидальной) осуществляется посредством прохождения входного сигнала через масштабирующее устройство, где он усиливается и разделяется в аналогово-цифровой преобразователь, отвечающий за визуализацию. После модификации информация сохраняется в блоке памяти. Далее происходит реконструкция и вывод значений на дисплей.
Применение цифрового осциллографа
Широкий диапазон развертки позволяет контролировать даже наносекундные интервалы, наблюдать сигналы в различных точках схемы и измерить время нарастания импульса, что имеет большую важность в работе с цифровой аппаратурой.
Оборудование разных типов помогает осуществлять проверку, настройку и регулировку многообразной радиоэлектроники, электронной техники, ремонт бытовой техники и диагностику ТС. Такие устройства широко применяются в медицине, прикладных, лабораторных и научно-исследовательских сферах.
Разновидности
Типы цифровых осциллографов, в зависимости от конструкции и возможностей, обладают емким сенсорным дисплеем, большим набором измерительных приложений, высокой скоростью обновления показателей на экране и внушительной памятью. Классифицировать их можно по-разному. Например, по принципу действия различают две группы:
По количеству лучей и каналов различают однолучевые и многолучевые разновидности (16 и более), а также одноканальные и многоканальные (до 16 каналов) аналоги. Эти две группы контрольно-измерительных устройств имеют одно существенное отличие. Многоканальные осциллографы переключатся с одного канала на другой, чтобы наблюдать разные сигналы, из-за чего на высоких скоростях развертки сигналов «рвутся». Благодаря многолучевой трубке такой проблемы не возникает.
В зависимости от характеристик различают:
В последнее время производители выпускают достаточно много портативных аппаратов, сочетающих в себе функции цифрового осциллографа и мультиметра, которые позволяют работать в полевых условиях. По назначению осциллографы подразделяются на 5 видов: специальные, скоростные, запоминающие, стробоскопические и универсальные (моноблочные модели и вариации со сменными блоками).
Отличие аналогового осциллографа от цифрового
Принципиальная разница между этими разновидностями заключается в габаритах, возможностях запоминания, а также в методах обработки. Например, аналоговые осциллографы транслируют сигнал в реальном времени, без возможности записи. Аналогово-цифровые модели позволяют увидеть динамику изменения времени или амплитуды.
Полностью цифровые аналоги, соответственно, способны осуществлять цифровую обработку, оцифровывая синусоиду и передавая полученную информацию на дисплей. Следует учитывать то, что циклическая память не позволяет хранить большие массивы данных. Поэтому в случае если пользователю требуется записать сигналы длиной пять-десять минут, потребуется осциллограф с большой глубиной памяти (запоминающий).
Также существуют цифровые осциллографы с режимом сегментированной памяти, позволяющие записывать только определенную информацию, форма которой задается пользователем через меню. Это позволяет исследовать однократные или редко повторяющиеся процессы.
20 самых важных характеристик осциллографов!
Когда мы говорим «осциллограф», то представляем себе прибор, на лицевой панели которого расположен экран, отображающий графики входных электрических сигналов (амплитудные и временных характеристики). Однако поскольку видов этих сигналов «великое множество», очевидно, что не может быть одного универсального прибора, способного адекватно показать все. Поэтому, выбирая осциллограф, нужно ориентироваться во всех разновидностях этого «многоликого» по областям применения прибора, чтобы выбрать именно тот, который подходит для решения стоящих перед вами задач. И здесь немудрено запутаться или упустить какие-то моменты, что может привести к покупке «ненужного чуда» электронной техники. А чтобы не попасть впросак, стоит прислушаться к отзывам опытных практиков, помогающим системно подойти к своим запросам и сделать действительно безошибочный выбор. Далее разбираются основные параметры и технические характеристики осциллографов.
1. Чем хорош двухлучевой осциллограф?
Двухлучевой осциллограф позволяет двумя лучами одновременно наблюдать на общей временной развертке два независимых процесса. Двухканальный осциллограф содержит электронный коммутатор, коммутирующий либо намного чаще, чем частота процесса, либо намного реже, чем частота процесса два процесса на один луч. При этом получается, как бы два луча, но график отображается «кусками, хотя, если частота коммутации выбрана верно, то визуально это не заметно. Все это верно до тех пор, пока исследуются строго периодические процессы. Если же процессы импульсные или не строго периодические (форма сигнала отличается в разных периодах или период меняется), качественно наблюдать два таких процесса на двухканальном однолучевом осциллографе невозможно, потому что в каждый момент времени мы видим только кусочек одного процесса. В принципе двухлучевой осциллограф, конечно, намного лучше однолучевого двухканального. У двухлучевого есть и недостаток: вертикальная развертка каждого луча линейна в своей половине экрана, верхнего – в верхней, нижнего – в нижней. При попытке использовать весь экран одним лучом нас ждет разочарование – отклонение луча у двухлучевой ЭЛТ в «чужой» половине экрана существенно нелинейно.
2. Ограничения двухканального (многоканального) осциллографа
Двухканальный (многоканальный) осциллограф отличается от двухлучевого (многолучевого) тем, что у него одновременное наблюдение разных сигналов обеспечивается быстрым переключением с одного канала на другой, т. к. применяется однолучевая трубка. Из-за чего на высоких скоростях развертки он «рвет» сигналы на экране. Двухлучевой (многолучевой) – имеет трубку с несколькими лучами, поэтому он сигналы не «рвет», но стоит обычно дороже.
3. Любой осциллограф – это не измерительный, а наблюдательный прибор
Хотя в цифровых осциллографах используются также измерительные функции (можно, например, проводить измерения амплитуды сигнала и т. д.). У аналоговых осциллографов погрешность по экрану 5-10%. Цифровые, к которым относятся также USB-осциллографы, вроде более точные, но есть такое понятие, как «Вертикальное разрешение». Например, у типового USB-осциллографа – указано 9 бит вертикального разрешения (реально часто – 8 бит). Это значит, что входной сигнал, надо поделить на 2 в 8-й степени, то есть на 256, что при входном сигнале 10 В даст ступеньку в 0,4 В.
4. Цифровой или аналоговый осциллограф?
Выбор «цифровой или аналоговый осциллограф» зависит от характера исследуемых процессов. Цифровой имеет память, широчайшие возможности рассматривать уже зарегистрированные кратковременные сигналы (есть возможность делать их скриншоты), цветной дисплей (что очень способствует восприятию информации), множество способов синхронизации, некоторые возможности обработки сигнала. У аналогового – наименьшие искажения наблюдаемого сигнала, что обычно приводится как основной довод в их пользу. Других, более серьезных доводов обычно не приводят.
5. Цифровой осциллограф не покажет ВЧ импульсы
Еще одна особенность цифровых осциллографов: для наблюдения непрерывного сигнала, и для того, чтобы сильно не увеличивать частоту дискретизации (квантования) по времени (а это необходимо из-за того, что точных быстродействующих АЦП пока еще мало, а то и вовсе нет для решения каких-то задач), часто используются для обработки численные методы (аппроксимация, интерполяция, экстраполяция). Современные микроконтроллеры довольно просто с этой задачей справляются. Но в результате мы видим не настоящий сигнал, а эрзац-сигнал, полученный в результате обработки точечных отсчетов численными методами. То есть мы можем не увидеть на сигнале «иглы» высокочастотных импульсных помех, которые будут прекрасно видны на аналоговом осциллографе.
6. Цифровой осциллограф умеет запоминать сигналы
У цифрового осциллографа дополнительное удобство – он может запоминать сигнал и выводить его на экран в увеличенном масштабе (функция экранной лупы). А также достаточно просто реализуются функции автонастройки на сигнал и измерение параметров сигнала (но это уже в дорогих моделях). Еще одно важное достоинство – просмотр или предварительное (возможно и полное) декодирование промышленных протоколов.
7. Ограничения АЦП цифровых осциллографов
Цифровой осциллограф работает на принципе преобразования аналогового (т. е. непрерывного) сигнала в цифровой (т. е. дискретный) со всеми вытекающими отсюда последствиями:
8. Объем памяти цифрового осциллографа
Объем памяти выборок (в английской технической документации используются термины Record Length – длина записи или Memory Depth – глубина памяти) – третья ключевая характеристика цифровых осциллографов, наряду с полосой пропускания и частотой оцифровки. Суть в том, что это память, работающая на частоте оцифровки. Ее нехватка приводит к тому, что на медленных развертках осциллограф вынужден снижать частоту оцифровки во избежание переполнения памяти. Хотя есть «кривые» попытки обойти эту проблему, например, использованием пик-детектора. Если памяти выборок много (от 1 Мегасемплов), то это производителем специально подчеркивается, а если мало, то всячески замалчивается. Или приводится большой объем памяти, но оказывается, что это просто ОЗУ встроенного процессора, а не быстрая память выборок. Допустим, частота выборок – 500 мегавыборок в секунду (полоса пропускания – 50 МГц, 10 выборок на период). Смотрим сигнал 50 Гц (период 20 мс). За это время осциллограф сделает 10 000 000 выборок. С 8-битным АЦП ему надо запомнить 1 байт на выборку. Итого, чтобы зарисовать этот период, ему нужно либо 10 Мб памяти, либо снижать частоту выборок.
9. «Короткая и длинная» память в цифровом осциллографе
10. Время нарастания входного сигнала
Показатель «Время нарастания входного сигнала» – чем меньше, тем лучше. Это значит, что меньше будет «отгрызаться» начало первого сигнала на экране при внутренней синхронизации, и тем лучше частотные свойства осциллографа.
11. Полоса пропускания цифрового осциллографа
Считается, что для наблюдения цифровых сигналов полоса пропускания осциллографа должна быть в несколько раз выше частоты сигнала (хотя бы втрое), иначе прямоугольный сигнал превращается в «квазисинусоиду» (то есть «заваливаются» фронты). И частота дискретизации должна быть выше хотя бы раз в десять (некоторые даже считают, что это соотношение должно быть не менее 1:20).
12. Как связаны шумы и погрешность Разрешение экрана
13. Как связаны шумы и погрешность Когда нужен осциллограф с логическим анализатором?
Современная прикладная электроника – это в большинстве случаев «смесь цифры с аналогом». Расшифровка протоколов здесь не главное (хотя и не без нее). Но вот, допустим, имеем сигнал ШИМ, который в свою очередь может перейти во что угодно – ток, напряжение, температуру, магнитное поле, обороты и т. д. и т. п. Регулирование этих величин, допустим, выполняется с помощью микроконтроллера посредством какого-либо ПИД-регулятора. Как отрабатывать все тонкости этих процессов? Вот тут и придет на помощь встроенный в осциллограф логический анализатор. Конечно, все то же самое можно делать и отдельным анализатором, и синхронизировать его с аналоговыми сигналами. Но все это вы будете видеть на разных мониторах и засечь, что и после чего изменяется «от цифры в аналоге» уже будет очень неудобно и непродуктивно.
Таким образом, если вы собираетесь рассматривать цифровой и аналоговый сигналы одновременно, например, цифровой сигнал зависит (синхронизирован) от аналогового или наоборот, то лучшим решением будет осциллограф с логическим анализатором на борту или хотя бы с возможностью докупить логический анализатор позже (но нужно, чтобы у покупаемого осциллографа была такая опция). Отдельный логический анализатор удобен для работы с чистой цифрой.
14. Как связаны шумы и погрешность Как связаны шумы и погрешность осциллографа с разрешением экрана?
Шумы осциллографа не имеют никакого отношения к разрешению экрана. Точно так же и погрешность осциллографа не имеет никакого отношения к разрешению экрана.
15. Эквивалентный режим
Эквивалентный режим используется только для периодических сигналов. Он позволяет повысить частоту дискретизации в десятки раз. Суть в том, что друг за другом делается не одна запись сигнала, а много, но каждый раз с небольшим смещением. Поскольку сигнал все время одинаковый (периодический), потом полученные записи накладывают друг на друга, и получают запись с как-бы очень высокой частотой оцифровки, например 50 ГГц, хотя реальная частота оцифровки была обычная, например 500 МГц. Для однократных сигналов не годится.
16. Режим сегментированной памяти
Некоторые цифровые осциллографы имеют режим сегментированной памяти. То есть их можно оставить работать хоть на неделю, но они будут записывать не весь сигнал, а только его часть, форма которой задается через меню, например, только короткие пики. Таким образом, ни один пик не будет пропущен и будет записан с нужной (высокой) частотой дискретизации. А потом все записанные сегменты (кусочки сигнала) можно разом просмотреть.
17. Минусы портативных осциллографов
У портативных приборов цены выше, а параметры хуже, это известно. В частности, «настольные» осциллографы давно «доросли» до 1-2 мегасемплов (мегабайт) памяти выборок, а у портативных эта память по-прежнему 1-40 килосемплов (килобайт).
18. Что такое мотортестер?
Для диагностики системы зажигания автомобильного двигателя используется мотортестер, представляющий собой многоканальный осциллограф (осциллограф-мультиметр с четырьмя и более каналами), с инсталлированным в нем специальным ПО. К осциллографу подключается комплект датчиков. Мотортестер отображает осциллограмму высокого напряжения системы зажигания и в реальном времени параметры импульсов зажигания, такие как пробивное напряжение, время и напряжение горения искры.
19. Что такое автомобильный диагностический сканер?
Для «общей» автодиагностики применяют диагностический адаптер или CAN-Bus автомобильный диагностический сканер, представляющий собой осциллограф смешанных сигналов – осциллограф со встроенным логическим анализатором, который, используя специальное ПО, выполняет дешифровку протоколов CAN/KWP2000/др. и трактует полученные данные. Система управления современного двигателя, отвечающего строгим нормам токсичности, в качестве главного своего элемента содержит электронный блок управления (ЭБУ). Так вот сканер предназначен именно для работы с ЭБУ, для его «сканирования». А так как сканер работает с блоком, то он позволяет:
20. Почему лучше не использовать осциллографы, выпущенные в СССР?
В России до сих пор продаются осциллографы, выпущенные в СССР 25-30 лет назад. Они могут привлечь внимание разве что новичков и не очень требовательных радиолюбителей. Однако опытные практики пишут на страницах интернет-форумов буквально следующее: «Ни в коем случае не советую связываться с советскими приборами, тем более осциллографами, управляемыми микропроцессором. Советские приборы утыканы сбоку и сверху подстроечниками для калибровки. Методика описана в инструкции, обычно довольно бестолковой. Перечень «пороков» советских приборов продолжают габариты, вес и высохшие электролиты».
При подготовке этой статьи использовались отзывы, советы и рекомендации по выбору и работе с электронными осциллографами, собранные с крупнейших отечественных и зарубежных интернет-форумов.