Для большинства людей, занимающихся созданием, эксплуатацией и ремонтом электроники, осциллограф — второй по частоте использования прибор после тестера или мультиметра. Это относится и к любителям, и к профессионалам. Без него невозможна диагностика и настойка большого количества радиоэлектронных устройств: от простейших выпрямителей переменного напряжения, состоящих из нескольких деталей, до сложных программируемых изделий на контроллерах и микропроцессорах.
Основная функция осциллографа — визуализация формы периодических и импульсных электрических сигналов и измерение их параметров.
Первые приборы для осциллографии были аналоговыми, созданными на основе электровакуумных приборов-радиоламп, и представляли собой большие и тяжёлые настольные аппараты, потреблявшие много энергии. Они позволяли проводить простейшие электронные измерения и назывались осциллоскопами.
По мере развития микроэлектроники и техники цифровой обработки сигналов улучшались метрологические, массогабаритные характеристики рассматриваемых устройств и существенно расширялся их функционал. Они стали цифровыми, но первоначальное название «осциллоскоп» по-прежнему иногда употребляется.
Предлагаемый материал поможет читателям сориентироваться в ассортименте измерителей разных производителей и их существенных отличиях. Он посвящён только малогабаритным и многофункциональным приборам. Остановимся на, пожалуй, на одном из самых функциональных среди миниатюрных моделей, а заодно рассмотрим несколько её аналогов.
Время чтения: 23 минуты
Краткое описание Hantek DSO1102E
Портативный цифровой осциллограф Hantek DSO1102E снят с производства, ему на смену пришла модель Hantek TO1152C, которая не уступает по своим характеристикам.
Это миниатюрный многоцелевой измеритель «пять-в-одном». Он включает цифровой осциллограф, мультиметр, анализатор спектра, частотомер, регистратор. Для удобства пользователя все органы управления прибором выведены на переднюю панель. Здесь же находятся клеммы для подключения объектов измерения к встроенному мультиметру и выключатель питания.
Цифрами на рисунке обозначены:
- Дисплей.
- Функциональные клавиши меню.
- Индикатор включения подсветки.
- MEAS: меню измерений.
- AUTORANGE: управление автозапуском.
- MENU OFF: кнопка управления основным меню.
- MENU: клавиша активации локального меню.
- AUTOSET: выбор автоматической настройки осциллографа.
- RUN/STOP: старт-стоп измерений.
- Навигация по меню.
- TRIG: активация меню запуска.
- Установка уровня запуска.
- TIME/DIV: задание масштаба развёртки.
- Задание точки запуска по горизонтальной шкале.
- HOR: активация горизонтального меню.
- Регулировка изображения по вертикали.
- Изменение масштаба шкалы напряжения в каналах СН1 (СН2).
- Выключатель питания.
- REF: активация меню REF (Reference-ссылка).
- MATH: включение меню математических операций с сигналом.
- (22) — активация меню канала 2 (канала 1).
- UTILITY: отображение меню утилит.
- SAVE/RECALL: сохранение/отзыв пользовательских настроек.
- RECORDER: управление записью.
- SCOPE/DMM: выбор способа использования устройства (осциллоскоп-генератор сигналов-цифровой мультиметр-частотомер-регистратор).
- CURSOR отображение меню курсора.
В верхней торцевой части прибора расположены высокочастотные байонетные соединители BNC для подключения измерительных щупов к обоим каналам вертикального отклонения (КВО).
Основные характеристики
Области применения осциллографа включают все базовые виды измерений во временной области. Измеряется частота, период, амплитудные характеристики, скважность импульсов, время нарастания (спада) и их форма.
Мультиметр обеспечивает тестирование токов, напряжений, сопротивлений, ёмкостей, диодов и «прозвонку» цепей.
Опция генератора тестовых сигналов позволяет получить их следующих видов:
- гармонические;
- стандартные импульсы прямоугольной, треугольной, трапецеидальной формы и сигналы типа «меандр»;
- колебания произвольной формы.
Анализатор спектра обеспечивает следующие виды исследований:
- оценку уровня гармоник и искажений;
- тестирование импульсных помех в источниках питания постоянного тока;
- измерение импульсных характеристик четырёхполюсников.
Регистратор служит для сохранения в памяти и вывода на экран результатов тестирования, проводимого в интересующие моменты времени, с помощью мультиметра, осциллографа и анализатора спектра.:
Основные количественные характеристики DSO1102 E сведены во второй колонке табл. 1–4 и в табл. 5. Они будут прокомментированы ниже.
Пользовательский интерфейс обеспечивает удобство управления всеми режимами работы изделия. Кратко остановимся на видах работы прибора и соответствующих им окнах интерфейса пользователя.
Осциллограф
Тестирование возможно в ручном или автоматическом режиме.
В ручном варианте анализ выполняется с помощью курсоров, устанавливаемых пользователем. При этом оценивается разность напряжений и разница во времени между точками сигнала, отмеченными курсорами. Кроме того, можно получить абсолютные значения амплитуды и времени в точке пересечения курсора и осциллограммы.
В нижнем горизонтальном меню индицируются (слева направо и сверху вниз):
- домен, в котором индицируются параметры источника синхросигнала (в данном случае это канал 1-CH1, активация измерений происходит по фронту, напряжение запуска-0В);
- Cursor — поле с указанием видов измерений;
- Type — область индикации измеряемой величины (Voltage-напряжение);
- Source — зона отображения источника синхросигнала (в рассматриваемом случае это канал 1-CH1);
- S и E — поле индикации величины входного напряжения в точках размещения курсоров;
- Delta — область результатов вычислений разности между полученными значениями S и E (с учётом знака).
При автоматической диагностике измеряются частота все базовые параметры, которые поддерживаются прибором.
Кроме базовых измерений, аппарат обеспечивает дополнительные возможности:
- обнаружение сигнала, выбор коэффициента развёртки, коэффициента передачи КВО, уровня запуска в автоматическом режиме;
- запоминание положения органов управления (профилей);
- запись на внешнюю память данных результатов тестов в форме файлов, тип которых выбирает оператор;
- настройку измерительных щупов, позволяющую регулировать частотную компенсацию и задать дополнительный коэффициент деления встроенных в них делителей напряжения.
При подаче аналогового сигнала на любой КВО прибор преобразует его в цифровую форму с помощью АЦП, который для каждого канала свой. Существует два способа дискретизации этих данных: в реальном времени и эквивалентная дискретизация.
Дискретизация в реальном времени
Возможны 3 варианта считывания данных: обычный, пиковый и усреднённый.
При использовании первого способа аппарат принимает данные через одинаковые временные интервалы. В дальнейшем по ним строится осциллограмма, обеспечивающая точное отображение исследуемого процесса. Способ не позволяет отследить быстрые изменения входного сигнала, что приводит к потере коротких импульсов.
Эта проблема решается использованием пикового способа. Прибор определяет экстремальные значения анализируемого сигнала и использует их для отображения. Так обнаруживаются короткие импульсы, которые пропускаются в случае, рассмотренном выше. Цена решения проблемы — повышенный уровень искажений и шумов.
В третьем способе применяется усреднение полученных сигналов и их отображение на осциллограмме. Этот режим применяется для снижения уровня шума, который претерпевает медленные изменения во времени и по величине.
Эквивалентная дискретизация
Она нужна для тестирования периодических сигналов на значительно более высокой частоте дискретизации, чем это происходит в реальном времени. Вариант выбирается оператором, исходя из целей теста и специфики испытываемого сигнала.
Управление запуском прибора требуется для того, чтобы измерения начинались в нужный момент. Это некритично при измерении периодических сигналов, но принципиально необходимо для исследования импульсов со скважностью более 2, а также непериодических (например, одиночных).
Имеется несколько способов запуска:
- по фронту входного сигнала, когда его амплитуда превышает заданный уровень;
- по стандартному видеосигналу (NTSC, PAL, SECAM);
- по длительности импульса (старт измерений происходит по обычным или нестандартным импульсам, соответствующим критериям запуска);
- по дополнительному времени (измерения начинаются после того, как фронт сигнала достигает заданного момента времени);
- альтернативный запуск служит для стабильного отображения тестируемых сигналов с разными частотами (при этом цепь запуска периодически переключается между двумя аналоговыми каналами измерителя, чтобы создать требуемые стартовые сигналы). Такой алгоритм позволяет изучать процессы с использованием разных скоростей развёртки и задавать различные параметры активации для каждого канала.
В устройстве реализовано выполнение следующих математических операций над исследуемыми сигналами: сложение, вычитание, умножение, деление и инверсия. Кроме того, на выбранном канале возможна обработка с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ), которое применяется в режиме анализатора спектра.
Для примера на рисунке показан вид экрана осциллографа в режиме вычитания сигналов.
Жёлтым и зелёным цветом обозначены сигналы в каналах 1 и 2. Розовым показан разностный сигнал.
Мультиметр
Тестируемые объекты подключаются к отдельным входам прибора. Экран дисплея выглядит, как показано на рисунке.
Цифрами на рисунке обозначены:
- Поле выбранного режима измерений (в данном случае — постоянное напряжение).
- Область индикации текущего состояния аппарата.
- Зона отображения способа выбора диапазона (ручной или автоматический).
- Результат.
- Шкала визуализации результата, облегчающая восприятие результатов.
- Индикация вида тестирования.
- Поле указания абсолютной или относительной величины (относительной соответствует значок треугольника).
- Индикатор режима (в данном случае автоматический).
- тип измерения (VOLT-напряжение, A-ток, OHM-сопротивление, CAP-ёмкость, DIODE-тест диодов).
Анализатор спектра FFT
Измеритель построен по принципу трансформации сигнала из временной области в частотную. Идея основана на анализе сигналов с помощью FFT (Fast Fourier Transform-быстрое преобразование Фурье).
На рисунке изображён вид дисплея спектрографа.
Оператор может выбрать один из типов визуализации для показа итогов теста: «окно» Блэкмана, Хеннинга, Хэмминга или прямоугольное. Последний наиболее употребителен.
Генератор тестовых сигналов
В Hantek DSO1102 доступна опция генератора сигналов. Устройство имеет 2 выхода сопротивлением 50 Ом: для тестовых последовательностей и для синхронизации внешних устройств.
Временные и амплитудные характеристики выходного напряжения генератора задаются пользователем в программных установках.
Регистратор
Он поддерживает следующие функции:
- График трендов. Этот режим предназначен для сохранения данных тестов в памяти устройства и графического отображения при использовании осциллографа или мультиметра. Данные хранятся за выбранный интервал времени. Максимальная длина графика — 1,2 млн точек.
- Регистратор сигнала. Обеспечивает бесшовную запись информации в реальном масштабе времени и её воспроизведение. Максимальная длина записываемых данных — 8 млн точек.
Вид графика трендов мультиметра изображён на рисунке ниже.
Цифрами обозначены:
- Текущее записанное время.
- Процент текущих данных от объёма памяти.
- Величина записанного напряжения в данный момент времени.
- Реальное время.
- Время в точке курсора.
- Значение напряжения в точке курсора.
- 8. Вертикальная шкала амплитуды.
Таблица 1. Характеристики осциллографа
| Параметр/модель | Hantek DSO1102E | UNI-T UTD1062C | OWON HDS1022M-I |
| Макс. частота дискретизации, выборок/с* | 500х106* | 250х106* | 100х106* |
| Полоса пропускания КВО, МГц | 100 | 60 | 20 |
| Диапазон вх. сигналов, В** | 0.002–10 | 0.005–50 | 0.005–50 |
| Чувствительность КВО, мВ/дел. | 2 | 5 | 5 |
| Вх. Импеданс КВО | 1Мом, 20 пФ | 1Мом, 21 пФ | 1Мом, 21 пФ |
| Диапазон скоростей развёртки | 4 нс/дел–400 с/дел | 5 нс/дел–50 с/дел | 5 нс/дел–100 с/дел |
Примечания:
*В двухканальном режиме.
**Диапазон может быть смещён в сторону сигналов большей амплитуды использованием щупа с делителем и частотной компенсацией (входит в комплект прибора).
Таблица 2. Характеристики мультиметра.
| Параметр/модель | Hantek DSO1102E | UNI-T UTD1062C | OWON HDS1022M-I |
| Постоянное (переменное) напряжение | |||
| Диапазон напряжений, В | 0.006–800 (0.006-600) | 0.006–1000 (0.006–700) | 0.04–1000 (0.004–400) |
| Погрешность, % | ±1 | ±1 | ±1.2 |
| Частотный диапазон, Гц | 40–400 | 45–400 | 40–400 |
| Входной импеданс, МОм | 10 | - | 10 |
| Постоянный (переменный) ток | |||
| Диапазон токов, А | 0.006–10 (0.06–10) | 0.006–6 (0.06–6) | 0.04–10 (0.04–10) |
| Погрешность | ±1%±5 разрядов | ±1.5% | ±2% |
| Частотный диапазон, Гц | 40–400 | 45–400 | 40–400 |
| Сопротивление | |||
| Пределы измерения, Ом | 0.1–60х106 | 600–60х106 | 400–40х106 |
| Ёмкость | |||
| Пределы измерения, Ф | 10х10-12 – 400х10-6 | 60х10-12 – 600х10-6 | 50х10-12 – 100х10-6 |
| Погрешность | ±1% | ±5% | ±3% |
Таблица 3. Характеристики частотомера.
| Параметр/модель | Hantek DSO1102E | UNI-T UTD1062C | OWON HDS1022M-I |
| Точность измерения частоты, ppm | ±30 | ±50 | ±100 |
| Число значащих разрядов | 5 | 6 | 6 |
Таблица 4. Прочие характеристики.
| Параметр/модель | Hantek DSO1102E | UNI-T UTD1062C | OWON HDS1022M-I |
| Интерфейсы | USB 2.0 | USB | USB |
| Дисплей | TFT ЖК 5.6 дюйма 640x480 точек | TFT ЖК 5.7 дюйма 320x240 точек | TFT ЖК 3.7 дюйма 640x480 точек |
| Время прогрева, мин (для достижения гарантированной точности) | 20 | - | - |
| Время непрерывной работы от аккумулятора, ч | - | 3 | 2.5 |
| Потребляемая мощность, Вт | <30 | <20 | <6 |
| Рабочая температура, °С | 0–50 | 0–40 | 0–50 |
| Габариты, мм | 260x220x75 | 268х168х60 | 180х113х40 |
| Вес, кг | 2.5 | 1.8 | 0.65 |
Таблица 5. Параметры генератора сигналов.
| Параметр | Значение |
| Диапазон частот, Гц | 1–25х106 |
| Стабильность, ppm | <30 |
| Амплитуда, В | 3.5 |
| Выходной ток, мА | 50 |
| Гармонические искажения, дБс | -40 (На частоте 10 кГц) |
| -50 (На частоте 1 кГц) |
Преимущества Hantek DSO1102E
Портативный осциллограф Hantek DSO1102E — это удобный, лёгкий и компактный многофункциональный измеритель различных характеристик сигналов в широком диапазоне частот. Обладает хорошими метрологическими параметрами в своём классе.
Области применения
По функциональным возможностям удовлетворит многих обладателей профессиональных осциллографов.
Простой пользовательский интерфейс не вызовет трудностей в эксплуатации устройства даже у малоопытного инженера.
Наличие режима автоматических измерений очень пригодится новичкам.
Использование этого осциллографа для студентов в учебном процессе поможет обучаемым познакомиться с возможностями современного измерительного оборудования и применить свои познания в области технического английского языка на практике.
Сравнение с похожими моделями
Для сравнения подбирались устройства других производителей со схожими характеристиками, а именно:
- многофункциональные;
- двухканальные;
- со встроенным мультиметром;
- со встроенным мультиметром;
- компактные;
- находящиеся в одном ценовом сегменте.
Таблица 6. Сравнение функционала сравниваемых устройств.
| Параметр/модель | Hantek DSO1102E | UNI-T UTD1062C | OWON HDS1022M-I |
| Цифровой осциллограф | 2 канала | 2 канала | 2 канала |
| Мультиметр (аппаратный) | + | + | + |
| Анализатор спектра (FFT) (программный) | + | + | + |
| Частотомер (программный) | + | + | + |
| Генератор испытательных сигналов (аппаратный, опция) | + | - | - |
| Регистратор | + | - | - |
Количественные характеристики средств измерений также отражены в таблицах 1–4.
Из приведённых в них данных можно сделать следующие выводы:
- Самый широкий набор функций реализован в измерителе Hantek DSO1102E.
- Логотип производителя.
- По метрологическим характеристикам сравниваемые устройства существенных отличий не имеют.
- Величина рабочей температуры и размеры приборов отличаются несущественно.
- Все измерители поддерживают связь с внешними устройствами по интерфейсу USB.
- Гарантия на рассмотренное оборудование — 12 месяцев.
Следующим поколением Hantek DSO1102E стал осциллограф DSO8202E. При схожем внешнем виде и аналогичных органах управления он стал ещё функциональнее своего предшественника. Хотя модель DSO1102E и сейчас успешно эксплуатируется в профессиональной среде, а её функционала более чем достаточно, чтобы решать самые сложные задачи.
Особенность модели:
- питание только от сети 220В;
- значительная потребляемая мощность (при сетевом электропитании это не критично);
- результаты тестов с помощью осциллографа можно отображать в одном или в двух окнах;
- аппарат обладает самым широким диапазоном частот и скоростей развёртки, лучшими значениями погрешностей измерений мультиметром и частотомером, максимальной чувствительностью КВО;
- Изделие защищено от пыли, капель, вибрации по классу IP-51.
Особенности изделия: самый широкий диапазон тестируемых ёмкостей, продолжительное время автономной работы от аккумулятора.
Из минусов: не поддерживаются функция регистратора, опция генератора тестовых сигналов, сервис «прозвонки» цепей со звуковой индикацией. Диапазон рабочих температур и скоростей развёртки уже, чем у других сравниваемых приборов.
Преимущества изделия: небольшая потребляемая мощность, наименьшие габариты и вес. Набор функций идентичен предыдущему изделию.
К недостаткам относятся:
- низкая точность измерения частоты;
- небольшой дисплей с самым скромным разрешением;
- узкий диапазон исследуемых ёмкостей и частот.
Портативный цифровой осциллограф Hantek DSO1102E снят с производства, ему на смену пришла модель Hantek TO1152C, которая не уступает по своим характеристикам.
Портативный прибор DSO1102E — это мини-лаборатория, помещающаяся в одной руке. Его функционал достаточен для выполнения работ по обслуживанию и ремонту различной электроники как в лабораторных условиях, так и непосредственно в местах эксплуатации оборудования. Но многофункциональность всегда накладывает ограничения на эксплуатацию устройства. Во всех рассмотренных измерителях осциллограф, мультиметр, спектрометр и генератор (там, где он имеется) не могут использоваться для решения различных задач
