Как выбрать осциллограф


Какой осциллограф выбрать начинающему диагносту, радиолюбителю, электрику? Какие типы осциллографов бывают? На какие критерии опираться при выборе нового осциллографа? Ответы на эти и другие фундаментальные вопросы – в статье.

Осциллограф – это графический инструмент для наблюдения характера поведения процессов в электронных схемах. Служит для записи и измерений временных параметров и амплитуды электрического сигнала, который подается на вход устройства. Измеряет искажения, появляющиеся при неисправном компоненте схемы, определяет изменения шума и другие параметры. Данные отображаются на экране или в записи. При использовании измерительного преобразователя соответствующего типа можно контролировать любые природные явления.

Осциллографы классифицируются на цифровые и аналоговые, а по способу регистрации на приборы реального и эквивалентного времени.

Цифровой осциллограф или аналоговый, что лучше?

Отличие цифровых от аналоговых устройств предполагает отображение на приборном экране сигнала с различными 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. Концепция системы запуска основана на детектировании событий, происходящих в наблюдаемом процессе.

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

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

Ознакомьтесь с моделями цифровых осциллографов в соответствующем разделе каталога магазина инструментов.

Для цифровых приборов характерно:

  1. Работа в режиме эквивалентного и реального времени с полосой пропускания до 70 ГГц и более.
  2. Прямая регистрация оптических сигналов с помощью модулей.
  3. Невысокий уровень шума, менее 200 пс.
  4. Повторяющийся характер работы, что идеально для наблюдения за характеристиками сигнала.

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

А теперь обратимся к каталогу осциллографов, посмотрим какие бывают модели.

Какие бывают цифровые осциллографы

Благодаря точности наблюдений и функциональности цифровые осциллографы более востребованы, чем аналоговые.

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

Возможности цифрового устройства:

  • обработка сигнала, который поступает на входные каналы;
  • отображение результатов исследований на экране;
  • сохранение в записи процессов для упрощенного масштабирования и растяжки;
  • отметка событий, которые происходят во времени;
  • расчет средних значений и прочие математические действия. измерение амплитуды, периодов, время нарастания/спада импульса, и др.
Цифровой осциллограф эконом-класса
Рисунок 1. Осциллограф эконом-класса с верхней полосой пропускания до 100 МГц

Типы осциллографов:

  1. Запоминающие обычные цифровые устройства (DSO). Характеризуются обширным временем для хранения данных, расширенными пределами скорости считывания информации. Замедленно воспроизводят события, происходящие в сигнале. Среди моделей запоминающих осциллографов можно видеть и карманные и стационарные устройства.
  2. Люминофорные цифровые приборы (DPO) имитируют изменение процессов, показывают подробности изменений модулированных сигналов на экране, как у аналоговых моделей. Сигналы анализируются и запоминаются.
  3. Стробоскопические цифровые приборы. Работают на эффекте последовательного стробирования сигнала. Повторение сигнала заставляет выбирать мгновенное значение в новой точке. Приборы характеризуются большой полосой пропускания. Исследуют короткие периодические сигналы.
  4. Портативные осциллографы – это модифицированные приборы небольшого размера, веса, незначительным расходом электроэнергии. Применяются для научных исследований в промышленности, для поиска неисправностей автомобилей и оборудования. Магазин «Суперайс» предлагает широкий модельный ряд портативного оборудования.
  5. Виртуальный прибор компании Хантек USB осциллограф - приставка
    Рисунок 2. Портативный осциллограф JINHAN JDS2012A со встроенным мультиметром
  6. Прибор на базе ПК или виртуальный USB-осциллограф – обладают технологическими преимуществами и легким подключением к компьютеру. К достоинствам устройства относятся:
    • сохранение данных на накопитель и работа с ними в текстовом формате;
    • высокая скорость переработки информации в электронный текстовый вид;
    • удобная эксплуатация из-за небольших габаритов;
    • совмещение в одном устройстве нескольких приборов: осциллографа, цифрового анализатора, генератора сигналов и генератора цифровых последовательностей.
Виртуальный прибор компании Хантек USB осциллограф - приставка
Рисунок 3. 8-канальный USB осциллограф Hantek DSO-1008A

Недостаток USB-осциллографа – погрешности и худшие характеристики в отличие от стационарного оборудования. Для большинства осциллографов характерно отсутствие гальванической развязки. Присутствует риск сжечь компьютер при неосторожном обращении с прибором. Ознакомьтесь с моделями USB-осциллографов, представленных в каталоге магазина «Суперайс».

Область применения

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

  1. Электроника. Изображение на экране показывает работающий элемент, определяет рабочую частоту, грамотность выбора типа деталей, режима работы устройства. Применяется для наладки, разработки и проектирования оборудования.
  2. Ремонт бытовой техники. Определение неисправности отдельных электрических элементов схем.
  3. Авторемонт. Автомобильная диагностика и обнаружение сбоев в работе электронных компонентов системы зажигания, впрыска топлива, проверка генератора и т. д.

Современный радиорынок предлагает огромный выбор осциллографов.
Среди них не последнее место занимают китайские модели.

Однако, китайцы стремятся создать универсальные приборы. Речь пойдет об осциллографах со встроенным генератором сигналов. При покупке китайского прибора, например можно нарваться на неприятности. Например, 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 и по фазе, и 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:

  • ценой;
  • фирмой-производителем;
  • функциональностью;
  • рабочими характеристиками.

Параметры осциллографа, которые влияют на выбор

Главное условие выбора – рабочие характеристики должны соответствовать потребностям пользователя. Рассмотрим более подробно самые важные характеристики.

Полоса пропускания

Характеристика определяет диапазон видимых на мониторе сигналов, характеризуется скоростью нарастания фронта исследуемого сигнала. Цифровые модели обладают полосой, позволяющей работать с высшими гармониками, частота которых превышает частоту основной гармоники. Достоинство цифрового осциллографа – способность расширить полосу пропускания в соответствии с выполняемой задачей.

Полоса пропускания осциллографа 100 МГц
Рисунок 4. Тактовая полоса пропускания величиной 100 МГц, захваченная прибором с полосой пропускания с частотой 100 МГц
Полоса пропускания осциллографа 500 МГц
Рисунок 5. Тактовая полоса пропускания 100 МГц, на экране осциллографа с полосой пропускания частотой 500 МГц

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 высокоскоростных и сложных цифровых сигналов, и для сигналов последовательных шин требуются модели с полосой пропускания частотой выше 500 МГц. Прибор с меньшей полосой пропускания понадобится для начинающих радиолюбителей, которым не нужны навороченные дорогие устройства.

Вывод: благодаря увеличенной полосе пропускания снижается коэффициент погрешности при наблюдении сигнала, фиксируются отдельные происходящие события.

Количество каналов

Входные аналоговые каналы принимают и оцифровывают сигнал. Оборудование прибора встроенным логическим анализатором позволяет исследовать множество коррелированных аналоговых и цифровых каналов с большим числом контрольных точек. Так проще декодировать многоразрядные параллельные шины.

осциллограф с логическим анализаторов обладает дополнительными каналами
Рисунок 6. Разновидности каналов

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

  • Двух или четырех каналов хватает для измерения и сравнения временных характеристик сигналов, поступающих с аналоговых устройств.
  • 8 или 16 каналов помогают отладить цифровую систему для параллельного экспорта данных. 
  • Дополнительные каналы комбинированных устройств с РЧ входом используются при проведении высокочастотных измерений.
  • Изолированные каналы рекомендуются для работы с гальванической развязкой.
  • Двадцать каналов синхронизируют регистрацию и просмотр сигналов по времени.

Вывод: каналы любого осциллографа должны иметь удовлетворительный частотный диапазон, линейность, точность усиления, равномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и стойкость от электростатического разряда.

Частота дискретизации

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 более чем в 3 раза выше аналоговой полосы. Для устройств начального уровня частота дискретизации – 1 – 2 Гвыб./с. Устройства средней стоимости – 5 – 10 Гвыб./с.

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

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

Глубина памяти

Частота дискретизации влияет на объем запоминаемой информации. Расчет глубины памяти выполняется произведением времени, отображаемым на экране, на желаемую 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 производительность.

Вывод: оцените скорость реакции прибора с планируемой глубиной памяти.

Скорость обновления осциллограмм

Параметр характеризует быстроту захвата и 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 и позволяющий производить точную регистрацию событий.

Триггер

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

Работа с последовательными интерфейсами

В осциллографах, которые имеют дело с цифровыми и смешанными сигналами, используются несколько последовательных интерфейсов I2C, SPI, RS232/UART, CAN, USB. С помощью интерфейсов декодируют протоколы последовательной шины и триггерного запуска. От числа интерфейсов зависит многофункциональность и 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.

Измерения и анализ сигналов

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

Вывод: Необходимо знать о наличии программного обеспечения. С помощью ПО, вы больше узнаете о возможностях прибора.

дополнительные функции расширяющие возможности осциллографа по анализу сигналов
Рисунок 7. Приложения, расширяющие возможности устройства

Осциллографические пробники

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

Согласованность пробника заключается в соответствии полос пропускания и прибора, и 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.

пробник для осциллографа
Рисунок 8. Специальный пробник для отображения тока, мощности и напряжения

Естественно, покупая осциллограф тратится определенная сумма денег. Однако, смотрите какие выгоды вы получаете. Вы сами следите за рабочими процессорами, сами делаете выводы. Помните, прибор, который вы выбрали, должен соответствовать, выполняемой задаче и характеру работы, а еще:

  • точно регистрировать происходящие события;
  • экономить ваше время и повышать возможности;
  • отвечать заявленным и подтвержденным документами характеристикам.

Покупая дорогое осциллографическое оборудование, будьте уверены в правильности выбора. Описанные выше характеристики помогут вам определить прибор необходимый для выполнения требуемых задач.


Количество показов: 1462
17.06.2019

Возврат к списку