Современные осциллографы представляют собой сложные радиоизмерительные приборы. Они создаются по узкоспециализированному или комбинированному принципу. Узкоспециальные устройства поддерживают основную функцию осциллографа — исследование форм и временных характеристик сигналов и измерение их основных параметров. Комбинированные приборы дополнительно имеют одну или несколько функций. К ним относятся тестирование частоты, спектральных характеристик сигналов, генерация испытательных колебаний стандартной и произвольной форм, функцию мультиметра и др.
Вниманию читателей предлагается обзорно-аналитический материал, посвящённый карманному цифровому осциллографу FNIRSI 5012H. Статья содержит техническую оценку метрологических возможностей этого измерителя и сопоставление инструментальных характеристик с некоторыми образцами аналогичных устройств. Приводятся практические рекомендации по использованию рассматриваемого прибора в разных сценариях тестирования.
Время чтения: 30 минут
Содержание
- Коротко об осциллографе FNIRSI 5012H
- Полные технические характеристики FNIRSI 5012H
- Практическая оценка: что инженер должен знать
- Пользовательский интерфейс FNIRSI 5012H
- Сравнение FNIRSI 5012H с ближайшими аналогами
- Сравнение FNIRSI DSO1C15 vs FNIRSI 5012H
- Примеры применения
- Аксессуары и рекомендации по их использованию
Коротко об осциллографе FNIRSI 5012H
Этот карманный DSO (Digital Storage Oscilloscope — цифровой запоминающий осциллограф) 100 MHz применяется для решения классических задач, которые обычно осуществляются осциллографическими методами. Для этого используются современные цифровые технологии обработки сигналов, например, алгоритм Smart Capture (умный захват). Эти методы помогают получить лучшие метрологические характеристики осциллоскопов и максимально автоматизировать процесс тестирования.
Прибор рассчитан на применение в местах размещения радиоэлектронного оборудования на объектах эксплуатантов, в полевых и производственных условиях.
5012H может использоваться для диагностики состояния разнокалиберных датчиков, контроля работоспособности проводных интерфейсов, проверки источников питания, лифтового, насосного оборудования и другой электроники.
Аппарат подходит для применения сервисными инженерами, специалистами по обслуживанию и ремонту радиоэлектронной аппаратуры.
Перечислим основные характеристики изделия:
- максимальная полоса пропускания 0–100 МГц*;
- частота дискретизации не менее 500 MSa/s**;
- входной импеданс 1 МОм (ёмкость 25 пФ);
- глубина записи 128 кб;
- скорость развёртки/деления от 5нс до 50с;
- чувствительность канала вертикального отклонения не менее 5 мВ;
- время непрерывной работы от встроенной аккумуляторной батареи 3000 мА/ч без подзаряда 8 часов.
Примечания.
*Значение параметра зависит от типа применяемых аксессуаров.
**MSa/s (MegaSAmples per Second — млн выборок в секунду).
Детальный обзор характеристик FNIRSI 5012H будет проведён ниже.
Полные технические характеристики FNIRSI 5012H
Далее приведены параметры портативного осциллографа 100 МГц, которые не были отражены ранее.
Развёрнутые технические характеристики 5012H.
| Характеристика | Описание | Комментарий/пояснение для практического применения |
| Режим измерений по входу | Открытый DC (закрытый AC) вход | Закрытый вход применяется при анализе процессов, в которых необходимо измерить только переменную составляющую сигнала, отделив её от постоянного тока. |
| Коэффициент затухания щупа | 1:1 или 1:10 | Выбором этого коэффициента можно ослабить входной сигнал, если его амплитуда превышает допустимую величину (см. строку ниже). От затухания зависит полоса пропускания прибора. |
| Максимальное входное напряжение, В | 80 (800) | В зависимости от коэффициента затухания применяемого щупа |
| Диапазон входных напряжений | От 50 мВ/дел до 100 В/дел | |
| Разрешение по вертикали, бит | 8 | |
| Типы запуска | Автоматический, нормальный, однократный | Тип триггера выбирается в зависимости от видов тестируемых процессов. Для периодических колебаний — нормальный, для одиночных импульсов — однократный. В остальных случаях — автоматический. |
| Способ запуска | По фронту или по спаду | Выбирается в зависимости от целей тестирования |
| Встроенная память, Мб | 64 | |
| Диагональ цветного дисплея TFT, см. | 6.25 | |
| Массогабаритные характеристики | ||
| Габариты изделия, мм | 144х74х33 | |
| Габариты упаковки, мм | 195х165х50 | |
| Вес нетто, г | 388 | |
| Вес брутто, г | 440 | |
Функциональные возможности аппарата:
- управление на передней панели с помощью нескольких клавиш (дистанционное управление не предусмотрено);
- наличие встроенного модуля защиты от перегрузок;
- медленное сканирование;
- автоматическое тестирование величин VPP, VP, Vmax, Vmin, Vavg, Vrms, Frequent, Duty +, Duty-, Time +, Time-;
- курсорные измерения напряжений и временных интервалов;
- функции паузы и регулировки яркости дисплея;
- возможность удобной обработки сохранённой информации с помощью файлового менеджера.
Практическая оценка: что инженер должен знать
Осциллограф FNIRSI 5012H — одноканальное устройство, с помощью которого можно решить большинство инженерных задач, возникающих в процессе эксплуатации и ремонта электронной техники.
Для инженеров-разработчиков радиоэлектроники может понадобиться двух- или четырёхканальный прибор. В таком случае придётся использовать более дорогой настольный вариант осциллоскопа, предназначенного для эксплуатации в лабораторных условиях.
Автор этих строк за 20 лет работы в области разработки и ремонта радиоэлектроники воспользовался четырёхканальным режимом осциллографа всего один раз. Это было необходимо при создании прецизионного пикового детектора на микросхемах малой степени интеграции и дискретных компонентах.
Технические характеристики измерителя ограничивают возможности его применения. Рассмотрим эти ограничения.
Ограничения при измерении гармоник сигнала и оценке спектра
Поскольку заявленная полоса пропускания измерителя составляет 0–100МГц, это накладывает ограничения на количество спектральных составляющих, характеристики которых можно исследовать с помощью этого устройства.
Например, если изучается гармонический сигнал с частотой 50 МГц, то вторая гармоника этого сигнала будет видна на экране прибора, поскольку её частота составит 100 МГц и она попадает в полосу пропускания аппарата. Частота третьей гармоники составит уже 150 МГц и она окажется за пределами диапазона рабочих частот.
Поэтому, если её и удастся обнаружить на дисплее, амплитуда такого сигнала будет значительно меньше, чем основного колебания и второй гармоники.
Следовательно, соотношение амплитуд основного сигнала и гармоник не будет соответствовать реальной ситуации. Это приведёт к недостоверным результатам оценки чистоты спектра, что недопустимо.
Ограничение глубины памяти (или глубины записи)
Это ограничение влияет на возможность захвата протяжённого во времени процесса с использованием большой частотой дискретизации.
На этом рисунке по вертикали откладывается напряжение, а по горизонтали — время. Чем выше частота дискретизации, тем большее количество отсчётов тестируемого колебания необходимо сохранить в памяти измерителя для последующего просмотра и анализа. Тем большая глубина памяти потребуется.
Такой подход гарантирует, что за длительное время наблюдения ни одно, даже самое короткое изменение сигнала, не будет пропущено. К изменениям относятся импульсные помехи внешнего происхождения, накладывающиеся на анализируемое напряжение, скачкообразные изменения амплитуда сигнала и т. д.
Ограничения, накладываемые электрическими параметрами входа
Для оценки влияния входной ёмкости на результаты измерений используем простую эквивалентную схему входной цепи прибора. Она представляет собой последовательно соединённые конденсатор 25 пФ (С) и резистор 0.99 МОм (R).
На этом рисунке исследуемое устройство, которое служит источником сигнала, подключается слева, а измерительная часть осциллоскопа — справа. Она выступает как приёмник сигнала.
Из теории электрических цепей известно, что импеданс конденсатора зависит от частоты протекающего через него переменного тока. Импеданс рассчитывается по формуле:
Хс=1/ωС,
где Хс — реактивное сопротивление конденсатора (Ом), ω — циклическая частота (Гц).
Хс и R образуют делитель напряжения, коэффициент передачи которого зависит от соотношения этих величин. Чем меньше Хс, тем больше коэффициент передачи и тем ближе амплитуда напряжения на резисторе (и на входе измерительной части) к амплитуде колебания на входе цепи.
Расчёт по приведённой формуле показывает, что на частоте 100 МГц импеданс конденсатора составит всего 0.63 Ом., что несоизмеримо мало по сравнению с величиной R.
Предположим, что допустимая величина импеданса ёмкости С в десять тысяч раз меньше 0.99 МОм. Это лишь сотые доли процента, что соответствует номиналу 0.099 кОм. Тогда коэффициент передачи четырёхполюсника будет пренебрежимо мал по сравнению с единицей.
Можно рассчитать, что для ёмкости в 25 пФ это произойдёт на частоте измеряемого сигнала в 630 кГц.
Поэтому входная цепь с рассматриваемыми величинами R и С пригодна для передачи полосы частот от 630 кГц до 99.99 МГц на вход измерительной части прибора с допустимой погрешностью.
Для измерения характеристик прямоугольных импульсов в цепях с большим выходным импедансом применяется режим работы осциллографа с открытым входом. В этом случае ёмкость С замыкается накоротко и входной импеданс осциллоскопа будет чисто активным и близким к величине R.
Если импеданс входа измерителя более чем в 200 раз больше, чем аналогичный параметр тестируемой схемы, то она не будет перегружена и измерения будут корректными. В противном случае инженеру придётся использовать способы уменьшения шунтирующего эффекта тестера:
- включить между схемой и измерителем резистор, превышающий выходной импеданс приблизительно в 200 раз;
- включить между схемой и измерителем буферный усилитель с подходящими параметрами.
Пользовательский интерфейс FNIRSI 5012H
Он комфортный и несложный для понимания подготовленными пользователями. Основное окно интерфейса выглядит так.
На этом рисунке использованы следующие обозначения:
- Иконка, индицирующая коэффициент ослабления по входу.
- Осциллограмма.
- Маркер нулевой линии.
- Иконка, отображающее увеличение (уменьшение) регулируемого параметра.
- Область индикации выбранного режима (в данном случае измеряется полный размах амплитуды от пика до пика).
- Индикатор режима тестирования (частота, период, длительность импульса и т. д.).
- Маркер точки запуска.
- Точка отсчёта.
- Индикатор состояния аккумулятора.
- Визуализация способа запуска (в данном случае по фронту).
- Отображение режима триггера (Auto, Single, Normal).
- Режим входа измерителя (AC или DC).
- Масштаб по горизонтали.
- Статус регистрации (RUN — непрерывная, STOP — пауза).
- Масштаб по вертикали.
Простая конструкция, комфортный пользовательский интерфейс и гарантированные производителем условия эксплуатации делают удобным применение аппарата в любых условиях, за исключением выполнения специальных задач.
Сравнение FNIRSI 5012H с ближайшими аналогами
Сопоставим параметры нескольких моделей осциллографов разных производителей, принадлежащих к одному ценовому сегменту.
Аппараты DSO1511G и TOOLTOP ET828 представляют собой многофункциональные устройства, поэтому в таблице ниже сосредоточены их характеристики для работы только в осциллографическом режиме. Все приборы представляют собой карманные осциллографы, поддерживающие 1 канал вертикального отклонения луча.
Цветовой заливкой в таблице выделены:
- зелёным — отличные или приближённые к ним значения характеристик;
- жёлтым — средние величины;
- красным — худшие или близкие к ним номиналы параметров.
Номер колонки соответствует условному номеру места, занимаемого аппаратом в этом рейтинге.
В последней колонке содержатся данные модели FNIRSI DSO1C15. Они не учитывались в рейтинге и приведены для сравнения только с FNIRSI 5012H. Результаты этого сравнения будут представлены ниже.
| Характеристика |
FNIRSI 5012H 1 |
DSO1511G 2 |
BSIDE OT3 3 |
TOOLTOP ET828 4 |
FNIRSI DSO1C15 |
| Полоса пропускания, МГц | 0–100** | 0–120 | 0–10 | 0–1 | 0–110 |
| Частота дискретизации, MSa/s | Не менее 500 | До 500 | До 48 | До 2.5 | До 500 |
| Глубина записи, кб | 128 | 128 | 128 | 128 | 240 |
| Время нарастания входного сигнала, нс***** | <3 | <3 | <100 | <99 | <3 |
| Входной импеданс, МОм | 1*** | 1 | 1**** | 10 | 1 |
| Скорость развёртки/деление (точность) | 5 нс — 50 с (±0.01%) | 5 нс — 10с | 10 нс — 10с | 2.5 нс — 10с |
5 нс — 10с (±0.01%) |
| Чувствительность канала вертикального отклонения, мВ | 5 | 1 | 2 | 30 | 20 |
| Питание | АКБ 3.7В, 3000 мА/ч | АКБ 3000 мА/ч | АКБ 1200 мА/ч | 3 АКБ типа АА | АКБ 3.7В, 3000 мА/ч |
| Время непрерывной работы, час | Не менее 8 | - | - | - | Не менее 10 |
| Цена, руб | 6669 | 7877 | 6070 | 6940 | 6439 |
Примечания.
**Значение приводится для щупа с коэффициентом затухания 1:10. Для щупа 1:1 величина этого параметра находится в пределах 0–5 МГц.
***Реактивная составляющая входного импеданса — 25 пФ.
****Реактивная составляющая входного импеданса — 16 пФ.
*****Эта величина напрямую зависит полосы пропускания.
Для верхней частоты полосы пропускания до 1000 МГц она приблизительно рассчитывается по формуле:
t=0.35/fв,
где t — время нарастания входного сигнала (нс), fв — верхняя частота полосы пропускания измерителя (Гц).
Расчёт по этой формуле для fв=100х106 Гц даёт t=3.5х10-9с, что подтверждается данным колонки №1 приведённой выше таблицы.
Для частот выше 1000 МГц расчётная формула имеет следующий вид:
t=0.45/fв.
Следовательно, чем шире полоса пропускания устройства, тем больше крутизна фронта входного идеального прямоугольного сигнала и меньше время его нарастания. Поэтому для анализа сигналов с крутыми фронтами, присутствующих в быстродействующих цифровых схемах, применяют максимально широкополосные осциллографы.
Анализ данных, представленных в таблице, позволяет сделать следующие выводы.
FNIRSI 5012H лидирует по величине частоты дискретизации
Это устройство обеспечивает отличные характеристики по глубине записи, времени нарастания входного сигнала, входному импедансу, ширине диапазона скоростей горизонтальной развёртки и ёмкости встроенного аккумулятора.
Этот измеритель обеспечивает хорошую чувствительность канала вертикального отклонения. Ни по одному сравниваемому показателю этот прибор не проигрывает другим осциллографам.
У DSO1511G чуть меньше ширине диапазона скоростей развёртки
По этой характеристике он находится наравне с BSIDE OT3. По частоте дискретизации это устройство на хорошем уровне, а по остальным характеристикам — на отличном.
BSIDE OT3 уступает другим устройствам
Он проигрывает по времени нарастания входного сигнала, поддерживаемому диапазону скоростей развёртки, ёмкости аккумулятора. Остальные параметры отвечают критерию отличного или хорошего уровня. Этот осциллограф привлекает ценовой доступностью.
TOOLTOP ET828 тоже не идеален
Прибор проигрывает другим измерителям в полосе пропускания, частоте дискретизации, чувствительности канала вертикального отклонения. Очевидные достоинства — самый большой входной импеданс и возможность оперативной замены аккумуляторов непосредственно в процессе эксплуатации без применения инструментов. Максимальная ёмкость батарей типоразмера АА не превышает 2500 мА/ч.
Сравнение FNIRSI DSO1C15 vs FNIRSI 5012H
Как следует из таблицы, FNIRSI 5012H превосходит FNIRSI DSO1C15 по диапазону скоростей развёртки, чувствительности канала вертикального отклонения и объёму встроенной памяти. Для прибора 5012H она имеет объём 64 Мб. Это эквивалентно хранению до 2000 изображений против 81 осциллограммы у DSO1C15.
Из минусов изделия 5012H следует отметить значительно меньшую глубину записи, полосу пропускания, длительность непрерывной работы и высокую цену.
По функционалу оба устройства принципиальных отличий не имеют. По типу проводного интерфейса, точностным характеристикам, автоизмерениям и триггеру приборы отличаются незначительно.
Остановимся на других особенностях сравниваемых осциллоскопов.
Достоинства FNIRSI 5012H:
- расширенный диапазон рабочих температур от минус 10 до +55°C;
- большой объём поддерживаемой памяти (64 Мб), что позволяет сохранять до 2000 записей осциллограмм;
- простое кнопочное управление.
Из минусов — относительно небольшое время непрерывной работы в автономном режиме (не менее 8 часов), возможность зарядки аккумулятора только по интерфейсу USB и один щуп в комплекте.
Преимущества FNIRSI DSO1C15:
- комбинированный способ управления (кнопками и джойстиком);
- в комплект поставки входит зарядное устройство и два щупа;
- большое время непрерывной работы, превышающее 10 часов.
Недостатками прибора является отсутствие режима однократного триггера, малый объём памяти (на 81 осциллограмму) и меньший диапазон рабочих температур (от 0 до +40°C). Температурные условия эксплуатации аппарата существенно ограничивают возможности его применения в полевых условиях.
Примеры применения
Тестер FNIRSI 5012H оптимален для решения следующих задач, связанных с работами на объектах:
- диагностика автомобильной электроники и электрооборудования непосредственно на автомобиле;
- поиск неисправностей и причин повышенного уровня импульсных помех в силовых схемах управления различными исполнительными механизмами и источниками питания;
- оценка работоспособности внутриобъектовых сетей обмена данными CAN (Controller Area Network — локальная сеть контроллера) и однопроводных шин LIN (Local Interconnect Network — локальная соединительная сеть).
Современные автомобили насыщены специализированными электронными устройствами. Поэтому в некоторых случаях автоэлектрикам дополнительно придётся использовать автосканеры или ноутбуки с прикладным программным обеспечением.
Аксессуары и рекомендации по их использованию
Остановимся на дополнительных аксессуарах для тестера FNIRSI 5012H. К ним относятся следующие щупы и аттенюаторы.
- Щуп Р6100 с компенсацией ёмкости и делителем 1:10.
- Щуп Р2100 с компенсацией ёмкости и делителем 1:10.
- Высоковольтный щуп Р4100. Рекомендуется для использования с напряжениями до 2 кВ.
- Аттенюатор Hantek HT201 20:1. Рекомендуется применять для работы с напряжениями не более 800В.
Все щупы работоспособны на частотах до 100 МГц.
По совокупности метрологических и эксплуатационных характеристик рассматриваемый измеритель занимает хорошие позиции в своём классе.
С наличием продукта и условиями гарантии производителя можно ознакомиться в карточке товара. Там же имеются закладки с технической документацией на изделие, отзывами и видеоматериалами.
Цена на измеритель FNIRSI 5012H в магазине Суперайс соответствует средней по рынку, поэтому приобретение этого устройства по средствам и организациям, и частным лицам.
Купить FNIRSI 5012H можно в Москве или заказать его с доставкой в любую точку России.
При возникновении у покупателя любых вопросов, связанных с приобретением товаров, можно получить бесплатную консультацию у менеджеров или технических специалистов компании Суперайс.
