Как выбрать осциллограф

Материал обновлён 18.04.2023
Время чтения: 17 минут

Осциллограф – это графический инструмент для наблюдения характера поведения процессов в электронных схемах. Записывает измерения временных параметров, амплитуды электрического сигнала, который подается на вход прибора. Измеряет искажения, появляющиеся при неисправном компоненте схемы, определяет изменения шума и другие параметры. Данные отображаются на экране или в записи. Используя измерительный преобразователь, можно контролировать любые природные явления.

Осциллографы есть цифровые и аналоговые, а по способу регистрации - приборы реального и эквивалентного времени.

Отличие цифровых от аналоговых устройств предполагает отображение на приборном экране сигнала с разными градациями яркости.

Аналоговые осциллографы выполняют развертку сигнала, работают с изменяющимися физическими величинами, например, напряжением.

Цифровые осциллографы делают выборку характеристик сигналов, работают с дискретными двоичными числами, которые представляют значение напряжения. Идея системы запуска основана на детектировании событий, происходящих в наблюдаемом процессе.

Аналоговая система запуска работает с усилителями, которые могут служить источниками линейных и нелинейных погрешностей. Например, задержка и колебания амплитуды, которая проявляется в виде сдвигов положения запуска (джиттера запуска), видимого на экране. Работают с меняющимся в процессе наблюдения напряжением.

Цифровая система запуска работает точно, без искажений, разбирается с отчетами АЦП (аналогово-цифровых преобразователей) напрямую. Получаемый сигнал идентичный захваченному и отображенному на экране.

Модели цифровых осциллографов здесь.

Для цифровых приборов характерно:

Информация, выдаваемая цифровым устройством, отображается на экране текстом, что точнее, чем графики на мониторе аналогового осциллографа. Обработка сигнала происходит на основе метода Фурье. Данные записывают в память компьютера и распечатывают. Цифровые устройства бывают запоминающими, люминофорными, стробоскопическими.

А теперь обратимся к каталогу осциллографов и посмотрим какие есть модели.

Цифровые осциллографы востребованнее, чем аналоговые из-за точности наблюдений и набора функций.

Внутри прибора - аналого-цифровой преобразователь. Благодаря АЦП измеряемый сигнал оцифровывается, в памяти устройства сохраняют захваченные выборки, а информация отображается на экране.

Возможности цифрового устройства:

Недостаток USB-осциллографа – погрешности, худшие характеристики в отличие от стационарного оборудования. Для многих осциллографов типично отсутствие гальванической развязки. Присутствует риск сжечь компьютер при неосторожном обращении с устройством. Модели USB-осциллографов здесь.

Осциллограф считается важным, необходимым для ремонта и проектирования электронного оборудования. Используется в следующих областях:

Радиорынок предлагает огромный выбор осциллографов. Не последнее место занимают китайские модели.

Однако, китайцы стремятся создать универсальные устройства. Речь об осциллографах со встроенным генератором сигналов. Например, можно нарваться на неприятности, покупая китайский прибор. Часто встречается шумность , особенно 1-го канала. Спектр шумов различается от инфранизких до мегагерц. В цепях питания может отсутствовать развязка . Другой недостаток некачественного прибора – плохая работа генератора , выдающего свалку частот, из которых трудно определить основную частоту. В выходном немодулированном синус-сигнале сам синус модулируется по амплитуде, по фазе, по нескольким частотам. То есть получается, что немодулируемый сигнал оказывается модулирован более низкими по скважности сигналами, поэтому осциллографу сложно зацепиться за импульс синхронизации, который берется из грязного канала.

Чтобы начинающий радиолюбитель выбрал осциллограф обращаем внимание на то, что достоверность снятой информации влияет на успех поставленной задачи.

При выборе оборудования руководствуются:

Главное условие выбора – рабочие характеристики, которые нужны пользователю.

Характеристика определяет диапазон видимых на мониторе сигналов, характеризуется скоростью нарастания фронта исследуемого сигнала. У цифровых моделей есть полоса, которая дает работать с высшими гармониками, частота которых превышает частоту основной гармоники. Достоинство цифрового осциллографа – способность расширить полосу пропускания для выполнения задачи.

Рекомендация выбора: для определения нужной полосы пропускания применяйте «правило пятикратного превышения» максимального значения полосы наблюдаемого сигнала. Если полосы пропускания будет недостаточно, вы можете не увидеть составляющее сигнала. Неизбежно искажение амплитуды, а фронт может быть завален. Неправильно подобранная полоса пропускания не дает полную осциллограмму и способствует росту погрешностей.

Например, для наблюдения сложных цифровых сигналов с высокой скоростью, для сигналов последовательных шин требуются модели с полосой пропускания частотой выше 500 МГц. Прибор с меньшей полосой пропускания - для начинающих радиолюбителей, которым не нужны навороченные дорогие устройства.

Вывод: снижается коэффициент погрешности при наблюдении сигнала из-за увеличенной полосы пропускания, фиксируются отдельные происходящие события.

Входные аналоговые каналы принимают и оцифровывают сигнал. Оборудование прибора со встроенным логическим анализатором дает исследовать коррелированные аналоговые и цифровые каналы с большим числом контрольных точек, отчего проще декодировать многоразрядные параллельные шины.

Однако многоканальный прибор не всегда отвечает качеству диагностики. Рассмотрим, для каких задач подходит то или иное число каналов:

Вывод: каналы должны быть с оптимальным частотным диапазоном, линейностью, точностью усиления, равномерностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и стойкостью от электростатического разряда.

Дискретизация или число выборок по времени определяет рабочую способность прибора фиксировать и отображать мельчайшие детали, которые происходят в изучаемом сигнале.

Рекомендация выбора частоты дискретизации осциллографа: Правило «пятикратного превышения» частоты прибора частотной составляющей сигнала. Величина должна быть не менее чем в 2,5 раза и в 3 раза выше аналоговой полосы. Для устройств начального уровня частота дискретизации – 1 – 2 Гвыб./с. Устройства эконом-сегмента – 5 – 10 Гвыб/с.

Чем выше частота дискретизации, тем качественнее представляется сигнал, тем больше информации сохраняется.

Вывод: более высокая частота дискретизации увеличивает разрешение, показывает происходящие одновременно события, например, непериодические глитчи.

Частота дискретизации влияет на объем запоминаемой информации. Расчет глубины памяти выполняется произведением времени, отображаемым на экране, на нужную дискретизацию. Пример, декодирование сигнала шины USB. Регистрация пакетов происходит за 200 мкс и требует длину записи – 1 млн точек.

Рекомендация выбора: После определения глубины памяти осциллограф проверяется на эффективность.

Вывод: оцените скорость реакции прибора с планируемой глубиной памяти.

Параметр характеризует быстроту захвата, обновления изображений на дисплее. Чем быстрее обновления, тем более точно происходит захват и регистрация редких событий, например, выбросов. Чем выше скорость обновления, тем быстрее работает прибор и фиксируются события.

Рекомендация выбора: Производители указывают максимальную скорость обновления. Это неверно, чтобы достигнуть максимального параметра могут потребоваться дополнительные режимы захвата, которые ограничивают глубину памяти, частоту дискретизации, качество отображения сигналов.

Вывод: скорость обновления – параметр улучшающий комфорт использования прибора, позволяющий производить точную регистрацию событий.

Схема синхронизации, при которой прибор выдает устойчивое изображение. Система может задержать запуск развертки до определенного события. Триггерный запуск синхронизирует захват сигнала, одновременно отображает единичные события. Нужен для синхронизации снимков.

В осциллографах, которые работают с цифровыми и смешанными сигналами, есть несколько последовательных интерфейсов I2C, SPI, RS232/UART, CAN, USB. Они декодируют протоколы последовательной шины, триггерного запуска через интерфейсы. От числа интерфейсов зависит много функций, способность выполнять различные задачи.

Большое количество интерфейсов нужно для экспорта информации в Интернет или в программу просмотра на компьютере. Анализируемые данные, захваченные одним осциллографом, можно передавать другим членам исследовательской группы.

Наличие прикладных программ, статические и математические функции в составе осциллографа приспособлены для быстрого преобразования Фурье. Используя прикладные программы выявляют нарушения целостности сигнала.

Вывод: должно быть программное обеспечение для того, чтобы узнать о возможностях прибора.

Один из важных параметров - разрешение экрана. Оно определяет количество пикселей на дисплее, влияет на точность, четкость отображаемой информации. Чем выше этот показатель, тем более подробную информацию можно получить о сигнале.

Рекомендация выбора: Для уверенной работы с сигналами разрешение должно быть не менее 800х480 пикселей. Но чрезмерно большое количество пикселей может привести к увеличению времени отклика экрана, ухудшению быстродействия прибора. Поэтому необходимо сбалансировать разрешение с быстродействием и другими параметрами осциллографа.

У многих современных осциллографов есть функция автонастройки, которая позволяет быстро, легко настроить прибор на нужные параметры. Например, эта функция может автоматически установить диапазон измерения, шкалу времени, что значительно упрощает работу.

Рекомендации выбора: Автоматическая настройка существенно ускоряет работу с осциллографом и делает ее более точной. Однако, иногда функция автонастройки может работать некорректно, поэтому необходимо проверять полученные данные на достоверность.

Важный элемент, необходимый для работы прибора – пассивный пробник или измерительный щуп с делителем.

Согласованность пробника заключается в соответствии полос пропускания, прибора, самого инструмента для измерения.

Рекомендация выбора: Учитывайте параметры, что предстоит измерять: ток или напряжение, частота, амплитуда, сопротивление. Например, высоковольтные пробники работают с напряжением до 40 кВ. Рекомендуемая входная емкость пробника не более 10 пф. Магазин инструментов предлагает различные пробники, необходимые для выполнения любых задач. Ознакомьтесь с типами пробников и измерительных щупов более подробно в разделе каталога.

Вывод: На выбор пробника влияют тип решаемой задачи и исследуемые сигналы.

Естественно, покупая осциллограф тратится определенная сумма. Однако, смотрите какие выгоды вы получаете. Вы сами следите за рабочими процессорами, сами делаете выводы.

Помните, прибор, который вы выбрали, должен соответствовать, выполняемой задаче, характеру работы, а еще: