осциллограф
Осциллограф осциллограф (неофициально , который графически или О-скоп ) — это тип электронного испытательного прибора отображает изменение напряжения одного или нескольких сигналов в зависимости от времени. Их основная цель — сбор информации об электрических сигналах для отладки, анализа или определения характеристик. Затем отображаемую форму сигнала можно проанализировать на предмет таких свойств, как амплитуда , частота , время нарастания , временной интервал, искажение и другие. Первоначально для расчета этих значений требовалось вручную измерить форму сигнала по шкалам, встроенным в экран прибора. [1] Современные цифровые инструменты могут напрямую рассчитывать и отображать эти свойства.
Осциллографы используются в науке, технике, биомедицине, автомобилестроении и телекоммуникациях. Приборы общего назначения используются для обслуживания электронного оборудования и лабораторных работ. Специальные осциллографы можно использовать, для анализа автомобильной системы зажигания или для отображения формы сигнала сердцебиения в виде электрокардиограммы . например,
История [ править ]
Ранние высокоскоростные визуализации электрических напряжений проводились с помощью электромеханического осциллографа . [2] [3] Они давали ценную информацию о высокоскоростных изменениях напряжения, но имели очень низкую частотную характеристику и были заменены осциллографами, в которых использовалась электронно-лучевая трубка в качестве элемента отображения (ЭЛТ).Трубка Брауна , предшественница ЭЛТ, была известна в 1897 году, а в 1899 году Джонатан Ценнек оснастил ее лучеобразующими пластинами и магнитным полем для отклонения следа, и это легло в основу ЭЛТ. [4] Первые электронно-лучевые трубки экспериментально применялись для лабораторных измерений еще в 1920-х годах, но страдали от плохой стабильности вакуума и катодных эмиттеров. В. К. Зворыкин описал постоянно герметичную электронно-лучевую трубку с высоким вакуумом и термоэлектронным эмиттером в 1931 году. Этот стабильный и воспроизводимый компонент позволил General Radio изготовить осциллограф, который можно было использовать вне лабораторных условий. [1] После Второй мировой войны излишки электронных деталей стали основой возрождения Heathkit Corporation , и комплект осциллографа стоимостью 50 долларов, изготовленный из таких деталей, доказал свой первый успех на рынке.
Особенности и использование [ править ]
Аналоговый осциллограф обычно разделен на четыре части: дисплей, элементы управления по вертикали, элементы управления по горизонтали и элементы управления триггером. Дисплей обычно представляет собой ЭЛТ с горизонтальными и вертикальными опорными линиями, называемыми сеткой . ЭЛТ- дисплеи также имеют элементы управления фокусировкой, интенсивностью и искателем луча.
Вертикальная часть управляет амплитудой отображаемого сигнала. В этом разделе имеется ручка выбора напряжения на деление (Вольт/дел), переключатель переменного/постоянного тока/земли и вертикальный (основной) вход для прибора. Кроме того, эта секция обычно оснащена ручкой вертикального положения луча.
Горизонтальная часть управляет временной разверткой или «разверткой» инструмента. Основным элементом управления является селекторный переключатель секунд на деление (сек/дел). Также имеется горизонтальный вход для построения сигналов по двойной оси XY. Ручка положения горизонтального луча обычно находится в этой секции.
Секция триггера управляет событием начала развертки. Триггер можно настроить на автоматический перезапуск после каждой развертки или настроить на реагирование на внутреннее или внешнее событие. Основными органами управления в этой секции являются переключатели источника и связи, а также внешний триггерный вход (EXT Input) и регулировка уровня.
В дополнение к основному прибору большинство осциллографов поставляются с пробником. Пробник подключается к любому входу прибора и обычно имеет резистор, в десять раз превышающий входное сопротивление осциллографа. Это приводит к коэффициенту ослабления 0,1 (-10×); это помогает изолировать емкостную нагрузку, создаваемую кабелем зонда, от измеряемого сигнала. Некоторые датчики имеют переключатель, позволяющий оператору при необходимости обойти резистор. [1]
Размер и портативность [ править ]
Большинство современных осциллографов представляют собой легкие портативные инструменты, достаточно компактные, чтобы их мог носить один человек. Помимо портативных устройств, рынок предлагает ряд миниатюрных инструментов с батарейным питанием для выездного обслуживания. Осциллографы лабораторного класса, особенно старые модели, в которых используются электронные лампы , обычно представляют собой настольные устройства или монтируются на специальных тележках. Осциллографы специального назначения могут монтироваться в стойку или стационарно монтироваться в специальный корпус прибора.
Входы [ править ]
Измеряемый сигнал подается на один из входных разъемов, который обычно представляет собой коаксиальный разъем типа BNC или UHF . перемычки или штекеры типа «банан» Для более низких частот можно использовать .Если источник сигнала имеет собственный коаксиальный разъем, то простой коаксиальный кабель используется ; в противном случае используется специальный кабель, называемый « щупом осциллографа », поставляемый в комплекте с осциллографом. Как правило, для повседневного использования измерительный провод с открытым проводом для подключения к наблюдаемой точке не является удовлетворительным, и обычно необходим зонд.Осциллографы общего назначения обычно имеют входное сопротивление 1 МОм параллельно с небольшой, но известной емкостью, например 20 пикофарад. [5] Это позволяет использовать стандартные щупы осциллографа. [6] Приборы для использования с очень высокими частотами могут иметь входы с сопротивлением 50 Ом. Их необходимо либо подключить непосредственно к источнику сигнала 50 Ом, либо использовать с Z 0 или активными датчиками.
Менее часто используемые входы включают один (или два) для запуска развертки, горизонтального отклонения для отображения в режиме X-Y и осветления/затемнения трассы, иногда называемые входами оси z.
Зонды [ править ]
Измерительные провода с открытым проводом (свободные выводы) могут улавливать помехи, поэтому они не подходят для сигналов низкого уровня. Кроме того, выводы имеют высокую индуктивность, поэтому они не подходят для высоких частот. Для сигналов низкого уровня лучше использовать экранированный кабель (т. е. коаксиальный кабель). Коаксиальный кабель также имеет меньшую индуктивность, но более высокую емкость: типичный кабель сопротивлением 50 Ом имеет около 90 пФ на метр. Следовательно, коаксиальный зонд длиной один метр прямого (1×) нагружает цепь емкостью около 110 пФ и сопротивлением 1 МОм.
Чтобы минимизировать нагрузку, используются датчики-аттенюаторы (например, датчики 10×). В типичном пробнике используется последовательный резистор сопротивлением 9 МОм, шунтированный малоемким конденсатором для создания RC-компенсированного делителя с емкостью кабеля и входом осциллографа. Постоянные времени RC настраиваются соответствующим образом. Например, последовательный резистор сопротивлением 9 МОм шунтируется конденсатором емкостью 12,2 пФ на постоянную времени 110 микросекунд. Емкость кабеля 90 пФ параллельно с входом осциллографа 20 пФ и 1 МОм (общая емкость 110 пФ) также дает постоянную времени 110 микросекунд. На практике существует регулировка, позволяющая оператору точно подобрать постоянную времени низкой частоты (так называемая компенсация пробника). Согласование постоянных времени делает затухание независимым от частоты. На низких частотах (где сопротивление R намного меньше реактивного сопротивления C ) схема выглядит как резистивный делитель; на высоких частотах (сопротивление значительно превышает реактивное) схема выглядит как емкостный делитель. [7]
В результате получается пробник с частотной компенсацией для умеренных частот. Он представляет собой нагрузку около 10 МОм, шунтированную на 12 пФ. Такой пробник является улучшением, но не работает должным образом, когда временная шкала сокращается до нескольких времен прохождения кабеля или меньше (время прохождения обычно составляет 5 нс). [ нужны разъяснения ] В этот период времени кабель выглядит как его характеристическое сопротивление, а отражения от несогласованности линии передачи на входе осциллографа и пробника вызывают звон. [8] В современном зонде используются линии передачи с малой емкостью с потерями и сложные схемы формирования частоты, что позволяет зонду 10× работать хорошо на частоте в несколько сотен мегагерц. Следовательно, существуют и другие корректировки для завершения компенсации. [9] [10]
Пробники с ослаблением 10:1 являются наиболее распространенными; для больших сигналов (и немного меньшей емкостной нагрузки) можно использовать пробники 100:1. Существуют также пробники, которые содержат переключатели для выбора соотношения 10:1 или прямого (1:1), но последняя настройка имеет значительную емкость (десятки пФ) на кончике пробника, поскольку тогда вся емкость кабеля подключается напрямую.
В большинстве осциллографов предусмотрены коэффициенты затухания пробника, отображающие эффективную чувствительность на кончике пробника. Исторически сложилось так, что в некоторых схемах автоматического определения использовались индикаторные лампы за полупрозрачными окнами на панели для освещения различных частей шкалы чувствительности. Для этого разъемы пробников (модифицированные BNC) имели дополнительный контакт для определения затухания пробника. (Определенное значение резистора, подключенного к земле, «кодирует» затухание.) Поскольку пробники изнашиваются, а схемы автоматического определения несовместимы с осциллографами разных производителей, масштабирование пробников с автоматическим определением не является надежным. Аналогичным образом, ручная настройка затухания пробника может привести к ошибкам пользователя. Неправильная установка масштаба датчика является распространенной ошибкой, приводящей к искажению показаний в 10 раз.
Специальные высоковольтные пробники образуют на входе осциллографа компенсированные аттенюаторы. Они имеют большой корпус зонда, а некоторые требуют частичного заполнения канистры, окружающей последовательный резистор, летучим жидким фторуглеродом для вытеснения воздуха. На торце осциллографа имеется блок с несколькими регулировками обрезки формы сигнала. В целях безопасности барьерный диск удерживает пальцы пользователя от обследуемой точки. Максимальное напряжение составляет несколько десятков кВ. (Наблюдение за скачком высокого напряжения может создать ступенчатую форму сигнала со ступенями в разных точках при каждом повторении, пока кончик щупа не соприкоснется. До этого момента крошечная дуга заряжает кончик щупа, а его емкость удерживает напряжение (разомкнутая цепь). Поскольку напряжение продолжает расти, еще одна крошечная дуга заряжает наконечник дальше.)
Существуют также токовые пробники с сердечниками, окружающими проводник, по которому течет ток, подлежащий исследованию. Один тип имеет отверстие для проводника и требует, чтобы провод был пропущен через отверстие для полупостоянного или постоянного монтажа. Однако другие типы, используемые для временных испытаний, имеют сердечник, состоящий из двух частей, который можно зажать вокруг провода. Внутри зонда катушка, намотанная на сердечник, подает ток на соответствующую нагрузку, а напряжение на этой нагрузке пропорционально току. Датчики этого типа воспринимают только переменный ток.
Более сложный зонд включает в себя датчик магнитного потока ( датчик Холла ) в магнитной цепи. Зонд подключается к усилителю, который подает (низкочастотный) ток в катушку для подавления воспринимаемого поля; величина тока обеспечивает низкочастотную часть формы тока, вплоть до постоянного тока. Катушка по-прежнему улавливает высокие частоты. Существует объединяющая сеть, подобная кроссоверу громкоговорителей.
Органы управления на передней панели [ править ]
Управление фокусом [ править ]
Этот элемент управления регулирует фокус ЭЛТ для получения максимально четкой и детальной трассы. На практике фокус необходимо слегка регулировать при наблюдении очень разных сигналов, поэтому это должен быть внешний контроль. Управление изменяет напряжение, подаваемое на фокусирующий анод внутри ЭЛТ. Плоским дисплеям этот элемент управления не нужен.
Контроль интенсивности [ править ]
Регулирует яркость трассировки. Медленные трассы на ЭЛТ-осциллографах требуют меньше, а быстрые, особенно если они не часто повторяются, требуют большей яркости. Однако на плоских панелях яркость трассировки практически не зависит от скорости развертки, поскольку внутренняя обработка сигнала эффективно синтезирует изображение на дисплее из оцифрованных данных.
Астигматизм [ править ]
Вместо этого этот элемент управления можно назвать «формой» или «формой пятна». Он регулирует напряжение на последнем аноде ЭЛТ (сразу рядом с Y-отклоняющими пластинами). Для круглого пятна последний анод должен иметь тот же потенциал, что и обе Y-пластины (для центрированного пятна напряжения Y-пластины должны быть одинаковыми). Если анод сделать более положительным, пятно станет эллиптическим в плоскости X, поскольку более отрицательные Y-пластины будут отталкивать луч. Если анод сделать более отрицательным, пятно станет эллиптическим в плоскости Y, поскольку более положительные Y-пластины будут притягивать луч. Этот элемент управления может отсутствовать в более простых конструкциях осциллографов или даже может быть внутренним элементом управления. Для плоских дисплеев в этом нет необходимости.
Поиск луча [ править ]
Современные осциллографы имеют усилители отклонения с прямой связью, что означает, что осциллограмма может отклоняться за пределы экрана. Их луч также может быть заблокирован без ведома оператора. Чтобы помочь восстановить видимость изображения, схема поиска луча блокирует любое гашение и ограничивает отклонение луча видимой частью экрана. Схемы поиска луча часто искажают трассу во время активации.
Сетка [ править ]
Сетка представляет собой сетку линий, которые служат ориентирами для измерения отображаемой трассы. Эти отметки, расположенные непосредственно на экране или на съемном пластиковом фильтре, обычно представляют собой сетку толщиной 1 см с более близкими делениями (часто 2 мм) на центральной вертикальной и горизонтальной оси. Ожидается увидеть на экране десять основных подразделений; количество вертикальных основных подразделений варьируется. Сравнение отметок сетки с формой сигнала позволяет измерить как напряжение (вертикальная ось), так и время (горизонтальная ось). Частоту также можно определить путем измерения периода сигнала и расчета его обратной величины.
На старых и недорогих ЭЛТ-осциллографах сетка представляет собой лист пластика, часто со светорассеивающей маркировкой и скрытыми лампами по краям сетки. Лампы имели регулировку яркости. У более дорогих инструментов сетка отмечена на внутренней стороне ЭЛТ для устранения ошибок параллакса ; лучшие модели также имели регулируемую боковую подсветку с рассеивающей маркировкой. (Рассеивающие маркировки кажутся яркими.) Однако цифровые осциллографы создают маркировку сетки на дисплее таким же образом, как и кривую.
Внешняя сетка также защищает стеклянную поверхность ЭЛТ от случайного удара. Некоторые ЭЛТ-осциллографы с внутренней сеткой имеют немаркированный светофильтр из тонированного листового пластика для повышения контрастности трассировки; это также служит для защиты лицевой панели ЭЛТ.
Точность и разрешение измерений с использованием сетки относительно ограничены; лучшие инструменты иногда имеют на трассе подвижные яркие маркеры. Это позволяет внутренним схемам выполнять более точные измерения.
И калиброванная чувствительность по вертикали, и калиброванное время по горизонтали устанавливаются с шагом 1 – 2 – 5 – 10 шагов. Однако это приводит к некоторым неуклюжим интерпретациям второстепенных подразделений.
Цифровые осциллографы генерируют сетку в цифровом виде. Таким образом, масштаб, расстояние и т. д. сетки можно изменять, а точность показаний можно повышать.
Элементы управления временной разверткой [ править ]
Они выбирают горизонтальную скорость пятна ЭЛТ при создании трассы; этот процесс обычно называют разверткой. Во всех современных осциллографах, кроме самых дешевых, скорость развертки выбирается и калибруется в единицах времени на главное деление сетки. Обычно предоставляется довольно широкий диапазон скоростей развертки: от секунд до пикосекунд (в самых быстрых случаях) на деление. Обычно бесступенчатый регулятор (часто ручка перед калиброванной ручкой селектора) обеспечивает некалиброванную скорость, обычно более медленную, чем калиброванная. Этот элемент управления обеспечивает диапазон, несколько больший, чем калиброванные шаги, делая доступной любую скорость между шагами.
Управление задержкой [ править ]
Некоторые аналоговые осциллографы более высокого класса имеют регулятор задержки. Это устанавливает время после запуска, в течение которого схема развертки не может быть запущена снова. Это помогает обеспечить стабильное отображение повторяющихся событий, в которых некоторые триггеры могут сбивать с толку. Обычно его устанавливают на минимум, поскольку увеличение времени уменьшает количество разверток в секунду, что приводит к более тусклой трассе. См. Удержание для более подробного описания.
вертикальной чувствительностью, связью и управления Элементы полярностью
Чтобы обеспечить широкий диапазон входных амплитуд, переключатель выбирает калиброванную чувствительность вертикального отклонения. Другой элемент управления, часто расположенный перед калиброванной ручкой переключателя, обеспечивает плавную регулировку чувствительности в ограниченном диапазоне от калиброванных до менее чувствительных настроек.
Часто наблюдаемый сигнал компенсируется постоянной составляющей, и интерес представляют только изменения. Переключатель входной связи в положении «AC» подключает последовательно ко входу конденсатор, блокирующий низкочастотные сигналы и постоянный ток. Однако, когда интересующий сигнал имеет фиксированное смещение или изменяется медленно, пользователь обычно предпочитает связь по постоянному току, которая обходит любой такой конденсатор. Большинство осциллографов имеют опцию входа постоянного тока. Для удобства, чтобы увидеть, где в данный момент на экране отображается входное напряжение с нулевым напряжением, многие осциллографы имеют третье положение переключателя (обычно обозначаемое как «GND» для заземления), которое отключает вход и заземляет его. Часто в этом случае пользователь центрирует трассу с помощью регулятора вертикального положения.
Лучшие осциллографы имеют переключатель полярности. Обычно положительный входной сигнал перемещает кривую вверх; переключатель полярности предлагает опцию «инвертирования», при которой положительный сигнал отклоняет трассу вниз.
Контроль вертикального положения [ править ]
Регулятор вертикального положения перемещает всю отображаемую трассу вверх и вниз. Он используется для установки трассировки без ввода точно на центральной линии сетки, но также допускает смещение по вертикали на ограниченную величину. При прямой связи регулировка этого элемента управления может компенсировать ограниченную составляющую постоянного тока на входе.
Управление горизонтальной чувствительностью [ править ]
Этот элемент управления имеется только в более сложных осциллографах; он предлагает регулируемую чувствительность для внешних горизонтальных входов. Он активен только тогда, когда инструмент находится в режиме XY, т. е. внутренняя горизонтальная развертка отключена.
Контроль горизонтального положения [ править ]
Регулятор горизонтального положения перемещает дисплей в сторону. Обычно левый конец трассы устанавливается у левого края сетки, но при желании можно сместить всю трассу. Этот элемент управления также перемещает кривые режима XY в сторону в некоторых инструментах и может компенсировать ограниченную составляющую постоянного тока, например, в вертикальном положении.
Элементы управления двойной трассировкой [ править ]
Каждый входной канал обычно имеет свой собственный набор элементов управления чувствительностью, связью и положением, хотя некоторые четырехканальные осциллографы имеют лишь минимальные элементы управления для третьего и четвертого каналов.
Осциллографы с двойной трассировкой имеют переключатель режима для выбора либо одного канала, либо обоих каналов, либо (в некоторых случаях) отображения X‑Y, который использует второй канал для отклонения по оси X. При отображении обоих каналов на некоторых осциллографах можно выбрать тип переключения каналов; в других случаях тип зависит от настройки временной развертки. При выборе вручную переключение каналов может быть автономным (асинхронным) или между последовательными развертками. Некоторые аналоговые осциллографы Philips с двойной трассировкой имели быстрый аналоговый умножитель и обеспечивали отображение продукта входных каналов.
Осциллографы с несколькими трассами имеют переключатель для каждого канала, позволяющий включить или отключить отображение трассы канала.
Элементы управления с задержкой [ править ]
К ним относятся элементы управления временной разверткой с задержкой, которая калибруется и часто также регулируется. Самая медленная скорость на несколько шагов быстрее, чем самая медленная скорость основной развертки, хотя самая быстрая, как правило, такая же. Калиброванный многооборотный регулятор времени задержки предлагает широкий диапазон настроек задержки с высоким разрешением; он охватывает всю продолжительность основного развертки, и его показания соответствуют делениям масштабной сетки (но с гораздо большей точностью). Его точность также превосходит точность дисплея.
Переключатель выбирает режимы отображения: только основная развертка, с яркой областью, показывающей, когда продвигается развертка с задержкой, только развертка с задержкой или (в некоторых случаях) комбинированный режим.
Хорошие ЭЛТ-осциллографы включают в себя регулятор интенсивности развертки с задержкой, позволяющий получить более тусклый след гораздо более быстрой развертки с задержкой, которая, тем не менее, происходит только один раз за основную развертку. Такие осциллографы также, вероятно, будут иметь функцию управления разделением трасс для мультиплексного отображения как основной, так и задержанной развертки вместе.
Элементы управления триггером развертки [ править ]
Переключатель выбирает источник запуска. Это может быть внешний вход, один из вертикальных каналов двухканального или многоканального осциллографа или частота сети переменного тока. Другой переключатель включает или отключает режим автоматического запуска или выбирает одиночную развертку, если она предусмотрена в осциллографе. Либо положение переключателя с пружинным возвратом, либо одиночный ход кнопочного рычага.
Регулятор уровня триггера изменяет напряжение, необходимое для генерации триггера, а переключатель крутизны выбирает положительную или отрицательную полярность на выбранном уровне триггера.
Основные виды развертки [ править ]
Триггерная развертка [ править ]
Чтобы отображать события с неизменной или медленно (видимо) меняющейся формой сигналов, но происходящие в моменты, которые могут быть неравномерными, современные осциллографы запускают развертку. По сравнению со старыми и простыми осциллографами с генераторами непрерывной развертки, осциллографы с запускаемой разверткой значительно более универсальны.
Запускаемая развертка начинается в выбранной точке сигнала, обеспечивая стабильное отображение. Таким образом, запуск позволяет отображать периодические сигналы, такие как синусоидальные и прямоугольные волны, а также непериодические сигналы, такие как одиночные импульсы или импульсы, которые не повторяются с фиксированной частотой.
При срабатывании развертки прицел гасит луч и начинает сбрасывать схему развертки каждый раз, когда луч достигает крайней правой части экрана. В течение периода времени, называемого задержкой (в некоторых лучших осциллографах его можно продлить с помощью элемента управления на передней панели), схема развертки полностью сбрасывается и игнорирует триггеры. По истечении времени задержки следующий триггер запускает развертку. Событием запуска обычно является входной сигнал, достигающий определенного пользователем порогового напряжения (уровня запуска) в указанном направлении (положительный или отрицательный — полярность запуска).
В некоторых случаях переменное время задержки может быть полезно, чтобы при развертке игнорировать мешающие триггеры, которые происходят до событий, которые необходимо наблюдать. В случае повторяющихся, но сложных сигналов переменная задержка может обеспечить стабильное отображение, которого иначе невозможно было бы достичь.
Удержание [ править ]
Задержка триггера определяет определенный период после триггера, в течение которого развертка не может быть запущена снова. Это упрощает получение стабильного изображения сигнала с множеством фронтов, что в противном случае привело бы к дополнительным срабатываниям. [11]
Пример [ править ]
Представьте себе следующую повторяющуюся форму сигнала: 
Зеленая линия представляет собой форму сигнала, красная вертикальная неполная линия представляет местоположение триггера, а желтая линия представляет собой уровень триггера. Если бы осциллограф был просто настроен на запуск по каждому нарастающему фронту, эта форма сигнала вызывала бы три запуска для каждого цикла: 
Если предположить, что сигнал довольно высокочастотный , то дисплей осциллографа, вероятно, будет выглядеть примерно так: 
В реальной области каждый триггер будет относиться к одному и тому же каналу, поэтому все будут одного цвета.
Желательно, чтобы осциллограф запускался только по одному фронту за цикл, поэтому необходимо установить задержку немного меньше периода сигнала. Это предотвращает возникновение запуска более одного раза за цикл, но все же позволяет ему срабатывать по первому фронту следующего цикла.
Режим автоматической развертки [ править ]
Триггерные развертки могут отображать пустой экран, если триггеров нет. Чтобы избежать этого, эти развертки включают в себя схему синхронизации, которая генерирует автономные триггеры, поэтому трасса всегда видна. В элементах управления это называется «автоматической разверткой» или «автоматической разверткой». Как только триггеры поступают, таймер перестает предоставлять псевдотриггеры. Пользователь обычно отключает автоматическую развертку при обнаружении низкой частоты повторений.
Регулярные зачистки [ править ]
Если входной сигнал является периодическим, частоту повторения развертки можно отрегулировать для отображения нескольких циклов сигнала. Ранние (ламповые) осциллографы и самые дешевые осциллографы имели генераторы развертки, которые работали непрерывно и не калибровались. Такие осциллографы очень просты, сравнительно недороги и пригодились при обслуживании радио и некоторых телевизоров. Измерение напряжения или времени возможно, но только с помощью дополнительного оборудования и весьма неудобно. Это прежде всего качественные инструменты.
Они имеют несколько (широко разнесенных) частотных диапазонов и относительно широкий диапазон непрерывной регулировки частоты в пределах заданного диапазона. При использовании частота развертки устанавливается немного ниже некоторой дробной входной частоты, чтобы обычно отображать как минимум два цикла входного сигнала (чтобы были видны все детали). Очень простое управление подает регулируемую величину вертикального сигнала (или, возможно, связанного с ним внешнего сигнала) на генератор развертки. Сигнал вызывает гашение луча и возврат развертки раньше, чем это произойдет в свободном режиме, и отображение становится стабильным.
Одиночные взмахи [ править ]
Некоторые осциллографы предлагают такую возможность. Пользователь вручную активирует схему развертки (обычно с помощью кнопки или ее эквивалента). «Вооружен» означает, что он готов отреагировать на триггер. После завершения сканирования он сбрасывается и не повторяется до повторной постановки на охрану. Этот режим в сочетании с камерой осциллографа позволяет фиксировать одиночные события.
Типы триггера включают в себя:
- внешний триггер — импульс от внешнего источника, подключенного к выделенному входу прицела.
- Edge Trigger — детектор фронта, который генерирует импульс, когда входной сигнал пересекает заданное пороговое напряжение в заданном направлении. Это наиболее распространенные типы триггеров; регулятор уровня устанавливает пороговое напряжение, а регулятор наклона выбирает направление (отрицательное или положительное). (Первое предложение описания также применимо к входам некоторых цифровых логических схем; эти входы имеют фиксированный порог и реакцию полярности.)
- видеотриггер , также известный как ТВ-триггер , схема, которая извлекает синхронизирующие импульсы из видеоформатов , таких как PAL и NTSC, и запускает временную развертку в каждой строке, указанной строке, каждом поле или каждом кадре. Эта схема обычно находится в устройстве контроля формы сигнала , хотя некоторые более качественные осциллографы включают эту функцию.
- триггер с задержкой , который ожидает заданное время после триггера по фронту перед началом развертки. Как описано в разделе «Задержка развертки», схема задержки запуска (обычно основная развертка) увеличивает эту задержку до известного и регулируемого интервала. Таким образом, оператор может исследовать конкретный импульс в длинной последовательности импульсов.
Некоторые недавние конструкции осциллографов включают более сложные схемы запуска; они описаны ближе к концу этой статьи.
Отложенные зачистки [ править ]
Более сложные аналоговые осциллографы содержат вторую временную развертку для задержки развертки. Отложенная развертка обеспечивает очень детальный просмотр некоторой небольшой выбранной части основной временной развертки. Основная временная развертка служит управляемой задержкой, после чего запускается отложенная временная развертка. Это может начаться по истечении задержки или может быть запущено (только) после истечения задержки. Обычно отложенная развертка устанавливается для более быстрой развертки, иногда намного быстрее, например 1000:1. При экстремальных соотношениях джиттер задержек при последовательных основных развертках ухудшает качество изображения, но триггеры с задержкой развертки могут преодолеть эту проблему.
На дисплее отображается вертикальный сигнал в одном из нескольких режимов: основная временная развертка, только задержанная временная развертка или их комбинация. Когда активна развертка с задержкой, кривая основной развертки становится ярче, пока продвигается развертка с задержкой. В одном комбинированном режиме, доступном только на некоторых осциллографах, кривая меняется с основной развертки на задержанную развертку, как только начинается задержанная развертка, хотя при более длительных задержках заметна меньшая часть задержанной быстрой развертки. Другой комбинированный режим мультиплексирует (чередует) основную и задержанную развертки, так что обе появляются одновременно; контроль разделения следов вытесняет их. DSO могут отображать сигналы таким образом, не предлагая задержку по времени как таковую.
многоканальные осциллографы и Двойные
Осциллографы с двумя вертикальными входами, называемые осциллографами с двойной трассой, чрезвычайно полезны и широко распространены.Используя однолучевую ЭЛТ, они мультиплексируют входы, обычно переключаясь между ними достаточно быстро, чтобы, по-видимому, отображать две кривые одновременно. Реже встречаются осциллографы с большим количеством трасс; Среди них обычно четыре входа, но некоторые (например, Kikusui) при желании предлагали отображение сигнала запуска развертки. Некоторые многоканальные осциллографы используют внешний триггерный вход в качестве дополнительного вертикального входа, а некоторые имеют третий и четвертый каналы с минимальным управлением. Во всех случаях входы при независимом отображении мультиплексируются по времени, но осциллографы с двойной трассировкой часто могут добавлять свои входы для отображения аналоговой суммы в реальном времени. Инвертирование одного канала при их сложении приводит к отображению различий между ними, при условии, что ни один канал не перегружен. Этот дифференциальный режим может обеспечить дифференциальный вход средней производительности.)
Переключение каналов может быть асинхронным, т.е. автономным по отношению к частоте развертки; или это можно сделать после завершения каждой горизонтальной развертки. Асинхронное переключение обычно обозначается «Chopped», а синхронизированное с разверткой — «Alt[ernate]». Данный канал попеременно подключается и отключается, что приводит к термину «прерванный». Многоканальные осциллографы также переключают каналы либо в прерывистом, либо в попеременном режимах.
В общем, режим измельчения лучше подходит для более медленных разверток. Возможно, что внутренняя скорость прерывания будет кратна частоте повторения развертки, что приведет к появлению пробелов в трассах, но на практике это редко является проблемой. Пропуски в одной трассе затираются трассами следующей развертки. Некоторые осциллографы имели модулированную скорость прерывания, чтобы избежать этой случайной проблемы. Альтернативный режим, однако, лучше подходит для более быстрого сканирования.
Настоящие двухлучевые ЭЛТ-осциллографы существовали, но не были распространены. Один тип (Cossor, Великобритания) имел светоделительную пластину в ЭЛТ и одностороннее отклонение после светоделителя. У других было две полные электронные пушки , что требовало жесткого контроля осевого (вращательного) механического выравнивания при производстве ЭЛТ. Типы светоделителей имели горизонтальное отклонение, общее для обоих вертикальных каналов, но осциллографы с двумя излучателями могли иметь отдельные временные базы или использовать одну временную базу для обоих каналов. Многоорудийные ЭЛТ (до десяти орудий) изготавливались в прошлые десятилетия. У десяти орудий оболочка (бульб) имела цилиндрическую форму по всей длине. (Также см. «Изобретение ЭЛТ» в истории осциллографа .)
Вертикальный усилитель [ править ]
В аналоговом осциллографе усилитель вертикальной развертки получает сигнал(ы), который необходимо отобразить, и выдает сигнал, достаточно сильный, чтобы отклонить луч ЭЛТ. В более качественных осциллографах он задерживает сигнал на доли микросекунды. Максимальное отклонение, по крайней мере, несколько выходит за края сетки, а чаще всего на некотором расстоянии за пределы экрана. Усилитель должен иметь низкие искажения, чтобы точно отображать входной сигнал (он должен быть линейным), и он должен быстро восстанавливаться после перегрузок. Кроме того, его реакция во временной области должна точно отображать переходные процессы — минимальный перерегулирование, округление и наклон плоской вершины импульса.
Вертикальный вход поступает на ступенчатый аттенюатор с частотной компенсацией, который уменьшает сильные сигналы и предотвращает перегрузку. Аттенюатор питает один или несколько каскадов низкого уровня, которые, в свою очередь, питают каскады усиления (и драйвер линии задержки, если есть задержка). Последующие каскады усиления приводят к последнему выходному каскаду, который создает большой размах сигнала (десятки вольт, иногда более 100 вольт) для электростатического отклонения ЭЛТ.
В осциллографах с двумя и несколькими дорожками внутренний электронный переключатель выбирает выходной сигнал относительно низкого уровня усилителя начальной ступени одного канала и отправляет его на следующие каскады вертикального усилителя.
В автономном («прерывистом») режиме генератор (который может быть просто другим режимом работы драйвера переключателя) гасит луч перед переключением и снова гасит его только после того, как установились переходные процессы переключения.
Часть усилителя проходит через схему запуска развертки для внутреннего запуска по сигналу. Этот сигнал будет поступать от усилителя отдельного канала в осциллографе с двумя или несколькими трассами, причем канал зависит от настройки селектора источника запуска.
Эта подача предшествует задержке (если она есть), которая позволяет схеме развертки отключить ЭЛТ и начать прямую развертку, чтобы ЭЛТ мог показать событие запуска. Высококачественные аналоговые задержки увеличивают стоимость осциллографа и не используются в чувствительных к стоимости осциллографах.
Сама задержка происходит от специального кабеля с парой проводников, намотанных на гибкий магнитомягкий сердечник. Обмотка обеспечивает распределенную индуктивность, а проводящий слой рядом с проводами обеспечивает распределенную емкость. Комбинация представляет собой широкополосную линию передачи со значительной задержкой на единицу длины. Оба конца кабеля задержки требуют согласованных импедансов во избежание отражений.
Режим XY [ править ]
Большинство современных осциллографов имеют несколько входов для измерения напряжения, поэтому их можно использовать для построения графика зависимости одного изменяющегося напряжения от другого. Это особенно полезно для построения графиков ВАХ ( характеристики тока и напряжения ) для таких компонентов, как диоды , а также диаграмм Лиссажу . Фигуры Лиссажу являются примером того, как осциллограф можно использовать для отслеживания разности фаз между несколькими входными сигналами. Это очень часто используется в радиовещании для построения левого и правого стереофонических каналов, чтобы гарантировать стереогенератора калибровку правильную . Исторически стабильные фигуры Лиссажу использовались, чтобы показать, что две синусоидальные волны имеют относительно простое частотное соотношение, небольшое в численном отношении соотношение. Они также указали разность фаз между двумя синусоидами одинаковой частоты.
Режим XY также позволяет осциллографу служить векторным монитором для отображения изображений или пользовательских интерфейсов. Многие ранние игры, такие как Tennis for Two , использовали осциллограф в качестве устройства вывода. [12]
Полная потеря сигнала на XY-ЭЛТ-дисплее означает, что луч неподвижен и попадает в небольшое пятно. Это рискует сжечь люминофор, если яркость слишком высока. Такие повреждения чаще встречались в старых прицелах, поскольку ранее использовавшиеся люминофоры легче сгорали. Некоторые специальные XY-дисплеи значительно уменьшают ток луча или полностью отключают дисплей, если входы отсутствуют.
Z-вход [ править ]
Некоторые аналоговые осциллографы имеют вход Z. Обычно это входной терминал, который подключается непосредственно к сетке ЭЛТ (обычно через разделительный конденсатор). Это позволяет внешнему сигналу либо увеличивать (если положительный), либо уменьшать (если отрицательный) яркость трассы, даже позволяя полностью ее погасить. Диапазон напряжений, обеспечивающий отключение яркого дисплея, составляет порядка 10–20 вольт в зависимости от характеристик ЭЛТ.
Примером практического применения является использование пары синусоидальных волн известной частоты для создания круговой фигуры Лиссажу, а на вход Z подается более высокая неизвестная частота. Это превратит непрерывный круг в круг из точек. Количество точек, умноженное на частоту XY, дает частоту Z. Этот метод работает только в том случае, если частота Z представляет собой целое отношение частоты XY, и только если она не настолько велика, чтобы точек стало настолько много, что их трудно сосчитать.
Пропускная способность [ править ]
Как и все практические приборы, осциллографы не одинаково реагируют на все возможные входные частоты. Диапазон синусоидальных частот, которые может отображать осциллограф, называется его полосой пропускания . Полоса пропускания применяется в первую очередь к оси Y, хотя развертка по оси X должна быть достаточно быстрой, чтобы отображать сигналы самой высокой частоты.
Полоса пропускания определяется как частота, на которой чувствительность составляет 0,707 от чувствительности при постоянном токе или самой низкой частоте переменного тока.(падение на 3 дБ ). [13] Чувствительность осциллографа быстро падает при повышении входной частоты выше этой точки. В пределах указанной полосы частот отклик не обязательно является абсолютно однородным (или «плоским»), но всегда должен находиться в диапазоне от +0 до –3 дБ. Один источник [13] говорит, что заметное влияние на точность измерений напряжения наблюдается уже при 20 процентах заявленной полосы пропускания. Технические характеристики некоторых осциллографов включают более узкий диапазон допусков в пределах заявленной полосы пропускания.
Пробники также имеют ограничения по полосе пропускания, поэтому их следует выбирать и использовать так, чтобы они правильно обрабатывали интересующие частоты. Для достижения максимально ровного отклика большинство пробников необходимо «компенсировать» (регулировка, выполняемая с использованием тестового сигнала осциллографа), чтобы учесть реактивное сопротивление кабеля пробника.
Другая связанная с этим характеристика — время нарастания . Это время, необходимое от 10% до 90% максимальной амплитудной характеристики на переднем фронте импульса. Это связано с пропускной способностью примерно следующим образом:
Полоса пропускания в Гц × время нарастания в секундах = 0,35. [14]
Например, осциллограф со временем нарастания 1 наносекунда будет иметь полосу пропускания 350 МГц.
В аналоговых приборах полоса пропускания осциллографа ограничена усилителями вертикальной развертки и ЭЛТ или другой подсистемой дисплея. В цифровых приборах частота дискретизации аналого -цифрового преобразователя АЦП (АЦП) является важным фактором, но заявленная аналоговая полоса пропускания (и, следовательно, общая полоса пропускания прибора) обычно меньше частоты Найквиста . Это происходит из-за ограничений усилителя аналогового сигнала, преднамеренной конструкции фильтра сглаживания , предшествующего АЦП, или того и другого.
Для цифрового осциллографа эмпирическое правило заключается в том, что частота непрерывной выборки должна быть в десять раз выше самой высокой частоты, которую требуется разрешить; например, скорость 20 мегавыборок в секунду будет применима для измерения сигналов с частотой примерно до 2 МГц. Это позволяет спроектировать фильтр сглаживания с точкой понижения 3 дБ на частоте 2 МГц и эффективной границей среза на частоте 10 МГц (частота Найквиста), избегая артефактов очень крутого фильтра («кирпичная стена») .
Стробоскопический осциллограф может отображать сигналы со значительно более высокой частотой, чем частота дискретизации, если сигналы точно или почти повторяются. Это делается путем отбора одной выборки из каждого последовательного повторения входного сигнала, причем каждая выборка находится в увеличенном временном интервале после события запуска. Затем отображается форма волны из этих собранных выборок. Этот механизм называется «выборкой эквивалентного времени». [15] Некоторые осциллографы могут работать либо в этом режиме, либо в более традиционном режиме «реального времени» по выбору оператора.
Другие особенности [ править ]
Некоторые осциллографы имеют курсоры . Это линии, которые можно перемещать по экрану для измерения интервала времени между двумя точками или разницы между двумя напряжениями. Некоторые старые осциллографы просто усиливали яркость дорожки в подвижных местах. Эти курсоры более точны, чем визуальные оценки, относящиеся к линиям масштабной сетки. [16] [17]
Осциллографы общего назначения более высокого качества включают калибровочный сигнал для настройки компенсации тестовых щупов; это (часто) прямоугольный сигнал частотой 1 кГц с определенным размахом напряжения, доступный на тестовом терминале на передней панели. Некоторые более качественные осциллографы также имеют прямоугольную петлю для проверки и настройки токовых пробников.
Иногда пользователь хочет увидеть событие, которое происходит лишь изредка. Чтобы уловить эти события, некоторые осциллографы, называемые областями хранения , сохраняют самые последние развертки на экране. Первоначально это было достигнуто с помощью специальной ЭЛТ, трубки для хранения данных , которая сохраняла изображение даже очень короткого события в течение длительного времени.
Некоторые цифровые осциллографы могут выполнять развертку со скоростью примерно один раз в час, имитируя ленточный самописец .То есть сигнал прокручивается по экрану справа налево. Большинство осциллографов с этой функцией переключаются из режима развертки в режим ленточной диаграммы примерно со скоростью одной развертки в десять секунд. Это потому, что в противном случае осциллограф выглядит сломанным: он собирает данные, но точку не видно.
Все модели современных осциллографов, кроме самых простых, чаще используют цифровую выборку сигнала. Сэмплы подаются на быстрые аналого-цифровые преобразователи, после чего вся обработка (и хранение) сигнала становится цифровой.
Многие осциллографы содержат сменные модули различного назначения, например, высокочувствительные усилители с относительно узкой полосой пропускания, дифференциальные усилители, усилители с четырьмя и более каналами, плагины дискретизации для повторяющихся сигналов очень высокой частоты и плагины специального назначения, в том числе аудио. /ультразвуковые анализаторы спектра и каналы со стабильным напряжением смещения и прямой связью с относительно высоким коэффициентом усиления.
Примеры использования [ править ]
Одним из наиболее частых применений осциллографов является устранение неисправностей электронного оборудования. Например, если вольтметр может показать совершенно неожиданное напряжение, осциллограф может показать, что схема колеблется. В других случаях важна точная форма или время импульса.
Например, в электронном оборудовании соединения между каскадами (например, электронными смесителями , электронными генераторами , усилителями ) можно «зондировать» на предмет ожидаемого сигнала, используя осциллограф в качестве простого средства отслеживания сигнала. Если ожидаемый сигнал отсутствует или неверен, какой-то предшествующий этап электроники работает неправильно. Поскольку большинство отказов происходит из-за одного неисправного компонента, каждое измерение может показать, что некоторые этапы сложного оборудования либо работают, либо, вероятно, не вызвали неисправность.
Как только неисправная ступень обнаружена, дальнейшее тестирование обычно позволяет квалифицированному специалисту точно определить, какой именно компонент вышел из строя. После замены компонента агрегат можно восстановить в рабочем состоянии или, по крайней мере, можно изолировать следующую неисправность. Такого рода поиск неисправностей типичен для радио- и ТВ-приемников, а также аудиоусилителей, но может применяться и к совершенно другим устройствам, таким как электронные приводы двигателей.
Другое применение — проверка вновь разработанных схем. Часто вновь разработанная схема работает неправильно из-за ошибок в конструкции, плохих уровней напряжения, электрических шумов и т. д. Цифровая электроника обычно работает от тактового сигнала, поэтому полезен индикатор с двойной трассировкой, показывающий как тактовый сигнал, так и тестовый сигнал, зависящий от тактового сигнала. Области хранения полезны для «фиксации» редких электронных событий, которые приводят к сбоям в работе.
Осциллографы часто используются при разработке программного обеспечения в реальном времени для проверки, среди прочего, нарушений сроков и наихудших задержек. [18]
Фотографии использования [ править ]
Гетеродин
Звук переменного тока
Сумма низкочастотного и высокочастотного сигнала
Плохой фильтр по синусу
Двойная трасса, показывающая разные временные развертки на каждой трассе.
Использование в автомобилестроении [ править ]
Впервые появившись в 1970-х годах для анализа системы зажигания, автомобильные осциллографы становятся важным инструментом для тестирования датчиков и выходных сигналов электронных систем управления двигателем , торможения и стабилизации систем . Некоторые осциллографы могут запускать и декодировать сообщения последовательной шины, например шины CAN, обычно используемой в автомобильной промышленности.
Программное обеспечение [ править ]
Многие осциллографы сегодня оснащены одним или несколькими внешними интерфейсами, позволяющими удаленно управлять прибором с помощью внешнего программного обеспечения. Эти интерфейсы (или шины) включают GPIB , Ethernet , последовательный порт , USB и Wi-Fi .
Типы и модели [ править ]
В следующем разделе представлен краткий обзор различных доступных типов и моделей. Подробное обсуждение можно найти в другой статье.
Электронно-лучевой осциллограф (CRO) [ править ]
Самый ранний и простой тип осциллографа состоял из электронно-лучевой трубки , вертикального усилителя , временной развертки, горизонтального усилителя и источника питания . Теперь их называют «аналоговыми» прицелами, чтобы отличить их от «цифровых» прицелов, которые стали обычным явлением в 1990-х годах и позже.
Аналоговые осциллографы не обязательно включают в себя калиброванную опорную сетку для измерения размеров волн и не могут отображать волны в традиционном смысле отрезка линии, перемещающегося слева направо. Вместо этого их можно использовать для анализа сигналов, подавая опорный сигнал на одну ось, а сигнал для измерения — на другую ось. Для колеблющегося опорного и измерительного сигнала это приводит к образованию сложной повторяющейся структуры, называемой кривой Лиссажу . Форму кривой можно интерпретировать для определения свойств измеряемого сигнала по отношению к опорному сигналу, и она полезна в широком диапазоне частот колебаний.
Двухлучевой осциллограф [ править ]
Двухлучевой аналоговый осциллограф может отображать два сигнала одновременно. Специальная двухлучевая ЭЛТ генерирует и отклоняет два отдельных луча. Аналоговые осциллографы с несколькими трассами могут имитировать двухлучевое отображение с прерыванием и попеременной разверткой, но эти функции не обеспечивают одновременное отображение. (Цифровые осциллографы реального времени обладают теми же преимуществами, что и двухлучевые осциллографы, но для них не требуется двухлучевой дисплей.) Недостатками осциллографа с двумя лучами является то, что он не может быстро переключаться между трассами и не может фиксировать два быстрых переходных процесса. события. Двухлучевой осциллограф позволяет избежать этих проблем.
Аналоговый запоминающий осциллограф [ править ]
Хранение трассировки — это дополнительная функция, доступная в некоторых аналоговых осциллографах; они использовали ЭЛТ с прямым обзором. Хранение позволяет образцу трассировки, который обычно распадается за доли секунды, оставаться на экране в течение нескольких минут или дольше. Затем можно намеренно активировать электрическую цепь, чтобы сохранить и стереть след на экране.
Цифровые осциллографы [ править ]
В то время как аналоговые устройства используют постоянно меняющееся напряжение, цифровые устройства используют числа, соответствующие образцам напряжения. В случае цифровых осциллографов аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует измеренные напряжения в цифровую информацию.
Цифровой запоминающий осциллограф, или сокращенно DSO, сегодня является стандартным типом осциллографа для большинства промышленных приложений, а благодаря низкой стоимости осциллографов начального уровня даже для любителей. Он заменяет электростатический метод хранения в аналоговых хранилищах на цифровую память , которая сохраняет данные выборки столько, сколько необходимо, без ухудшения качества и отображает их без проблем с яркостью, присущих ЭЛТ накопительного типа. Это также позволяет осуществлять сложную обработку сигнала с помощью высокоскоростных схем цифровой обработки сигнала . [1]
Стандартный DSO ограничен захватом сигналов с полосой пропускания менее половины частоты дискретизации АЦП (так называемый предел Найквиста ). Существует разновидность DSO, называемая цифровым дискретным осциллографом , которая может превышать этот предел для определенных типов сигналов, таких как сигналы высокоскоростной связи, где форма сигнала состоит из повторяющихся импульсов. Этот тип DSO намеренно производит выборку на гораздо более низкой частоте, чем предел Найквиста, а затем использует обработку сигнала для восстановления составного изображения типичного импульса. [19]
Осциллографы смешанных сигналов [ править ]
Логический анализатор похож на осциллограф, но для каждого входного сигнала обеспечивает только логический уровень без формы его аналогового сигнала. При этом осциллограф смешанных сигналов (или MSO) имеет два типа входов: небольшое количество аналоговых каналов (обычно два или четыре) и большее количество логических каналов (обычно шестнадцать). Он обеспечивает возможность точной временной корреляции аналоговых и логических сигналов, что дает явное преимущество перед отдельными осциллографом и логическим анализатором. Обычно логические каналы могут быть сгруппированы и отображены в виде шины, при этом каждое значение шины отображается внизу дисплея в шестнадцатеричном или двоичном формате. В большинстве MSO триггер может быть установлен как по аналоговому, так и по логическому каналу.
Смешанные осциллографы [ править ]
Осциллограф смешанного типа (MDO) — это осциллограф с дополнительным ВЧ-входом, который используется исключительно для выполнения специальных функций анализатора спектра на основе БПФ . Зачастую этот ВЧ-вход обеспечивает более широкую полосу пропускания, чем традиционные аналоговые входные каналы. В этом отличие от функции БПФ обычных цифровых осциллографов, которые используют обычные аналоговые входы.Некоторые MDO допускают временную корреляцию событий во временной области (например, определенного пакета последовательных данных) с событиями, происходящими в частотной области (например, радиочастотными передачами).
Портативные осциллографы [ править ]
Ручные осциллографы полезны во многих тестовых и полевых условиях. Сегодня портативный осциллограф обычно представляет собой цифровой стробоскопический осциллограф с жидкокристаллическим дисплеем.
Многие портативные и настольные осциллографы имеют общее для всех входных каналов опорное напряжение заземления. Если одновременно используется более одного измерительного канала, все входные сигналы должны иметь одинаковое опорное напряжение, а общим опорным напряжением по умолчанию является «земля». Если нет дифференциального предусилителя или внешнего изолятора сигнала, этот традиционный настольный осциллограф не подходит для плавающих измерений. (Иногда пользователь осциллографа ломает контакт заземления в шнуре питания настольного осциллографа, пытаясь изолировать общий сигнал от заземления. Такая практика ненадежна, поскольку вся паразитная емкость шкафа прибора включается в цепь. . Также существует опасность разрыва соединения защитного заземления, и инструкции по эксплуатации настоятельно не рекомендуют этого делать.)
Некоторые модели осциллографов имеют изолированные входы, где клеммы опорного уровня сигнала не соединены между собой. Каждый входной канал может использоваться для «плавающего» измерения с независимым опорным уровнем сигнала. Измерения можно выполнять, не подключая одну сторону входа осциллографа к общему сигналу цепи или опорному заземлению.
Доступная изоляция классифицируется, как показано ниже:
| Категория перенапряжения | Рабочее напряжение (действующее значение переменного/постоянного тока относительно земли) | Пиковое мгновенное напряжение (повторяется 20 раз) | Тестовый резистор |
|---|---|---|---|
| КОТ I | 600 V | 2500 V | 30 Ом |
| КОТ I | 1000 V | 4000 V | 30 Ом |
| КАТ II | 600 V | 4000 V | 12 Ох |
| КАТ II | 1000 V | 6000 V | 12 Ох |
| КАТ III | 600 V | 6000 V | 2 Ох |
Осциллографы на базе ПК [ править ]
Некоторые цифровые осциллографы используют платформу ПК для отображения и управления прибором. Это может быть автономный осциллограф с внутренней платформой ПК (материнская плата ПК) или внешний осциллограф, который подключается через USB или локальную сеть к отдельному ПК или ноутбуку.
Сопутствующие инструменты [ править ]
Большое количество приборов, используемых в самых разных областях техники, на самом деле представляют собой осциллографы со входами, калибровкой, управлением, калибровкой дисплея и т. д., специализированные и оптимизированные для конкретного применения. Примеры таких инструментов на основе осциллографа включают мониторы формы сигналов для анализа уровней видео в телевизионных программах и медицинские устройства, такие как мониторы жизненно важных функций, а также инструменты для электрокардиограммы и электроэнцефалограммы. В ремонте автомобилей анализатор зажигания используется для отображения формы искры для каждого цилиндра. Все они по сути являются осциллографами, выполняющими основную задачу — отображение изменений одного или нескольких входных сигналов с течением времени на дисплее X ‑ Y .
Другие инструменты преобразуют результаты своих измерений в повторяющийся электрический сигнал и включают осциллограф в качестве элемента отображения. К таким сложным измерительным системам относятся анализаторы спектра , транзисторные анализаторы и рефлектометры во временной области (TDR). В отличие от осциллографа, эти инструменты автоматически генерируют стимул или сканируют измеряемый параметр.
См. также [ править ]
- Рисунок глаз
- Фонодейк
- Теннис на двоих , игра на осциллографе
- Рефлектометрия во временной области
- Вектороскоп
- Монитор формы сигнала
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Куларатна, Нихал (2003), «Основы осциллографов», Цифровые и аналоговые приборы: испытания и измерения , Инженерно-технологический институт, стр. 165–208, ISBN 978-0-85296-999-1
- ^ Как электронно-лучевой осциллограф используется в обслуживании радио. Архивировано 24 мая 2013 г. в Wayback Machine , Национальный институт радиосвязи (1943).
- ^ «Электронно-лучевой осциллограф 274A Equipment DuMont Labs, Аллен Б.» (на немецком языке). Радиомузей.org. Архивировано из оригинала 3 февраля 2014 г. Проверено 15 марта 2014 г.
- ^ Мартон, Л. (1980). «Фердинанд Браун: забытый праотец» . В Зюсскинде, Чарльз (ред.). Достижения электроники и электронной физики . Том. 50. Академическая пресса. п. ЭЛТ. ISBN 978-0-12-014650-5 . Архивировано из оригинала 3 мая 2014 г.
впервые встречается в паре более поздних статей Ценнека (1899a,b).
- ^ Значение 20 пикофарад типично для полосы пропускания прицела около 100 МГц; например, входное сопротивление Tektronix 7A26 200 МГц составляет 1 МОм и 22 пФ. ( Tektronix (1983 , стр. 271); см. также Tektronix (1998 , стр. 503), «типичная модель пассивного пробника с высоким Z 10×».) В осциллографах с более низкой полосой пропускания используются более высокие емкости; Входное сопротивление Tektronix 7A22 1 МГц составляет 1 МОм и 47 пФ. ( Tektronix 1983 , стр. 272–273) Прицелы с более высокой полосой пропускания используют меньшие емкости. Входное сопротивление Tektronix TDS510A 500 МГц составляет 1 МОм и 10 пФ. ( Tektronix 1998 , стр. 78)
- ^ Пробники рассчитаны на определенное входное сопротивление. Они имеют регулировку компенсации с ограниченным диапазоном, поэтому их часто нельзя использовать с разными входными сопротивлениями.
- ^ Уэдлок и Роберж (1969)
- ^ Коббе и Политс (1959)
- ^ Tektronix (1983 , стр. 426); Tek утверждает, что резистивный коаксиальный кабель 300 МГц и плотность 30 пФ на метр; Схема имеет 5 регулировок.
- ^ Зейдлхак и Уайт (1970)
- ^ Джонс, Дэвид. «Учебное пособие по выдержке запуска осциллографа» . EEVблог. Архивировано из оригинала 28 января 2013 года . Проверено 30 декабря 2012 г.
- ^ Носовиц, Дэн (08 ноября 2008 г.). « Теннис для двоих: первая в мире графическая видеоигра» . Ретромодо . Гизмодо . Архивировано из оригинала 7 декабря 2008 г. Проверено 9 ноября 2008 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Вебстер, Джон Г. (1999). Справочник по измерениям, приборам и датчикам (иллюстрированное издание). Спрингер. стр. 37–24. ISBN 978-3540648307 .
- ^ Спитцер, Фрэнк; Ховарт, Барри (1972), Принципы современных приборов , Нью-Йорк: Холт, Райнхарт и Уинстон, стр. 119, ISBN 0-03-080208-3
- ^ «Осциллограф с дискретизацией в эквивалентном времени и осциллограф реального времени» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2 апреля 2015 г. Проверено 20 марта 2015 г.
- ^ Хикман, Ян (2001). Осциллографы . Ньюнес . стр. 4, 20. ISBN. 0-7506-4757-4 . Проверено 15 января 2022 г.
- ^ Херрес, Дэвид (2020). Осциллографы: Руководство для студентов, инженеров и ученых . Springer Science+Business Media . стр. 120–121. дои : 10.1007/978-3-030-53885-9 . ISBN 978-3-030-53885-9 . S2CID 226749445 .
- ^ Марчесотти, М.; Мильярди, М.; Подеста, Р. (2006). «Анализ быстродействия ядра Linux на основе измерений» . 13-й ежегодный международный симпозиум и семинар IEEE по разработке компьютерных систем (ECBS'06) . стр. 10 стр.-408. дои : 10.1109/ECBS.2006.9 . ISBN 0-7695-2546-6 . S2CID 15440587 — через ResearchGate .
- ^ Грин, Лесли (21 июня 2001 г.), «Теоремы об псевдонимах: практическая недостаточная выборка для опытных инженеров» , EDN , заархивировано из оригинала 20 июня 2013 г. , получено 11 октября 2012 г.
- США 2883619 , Коббе, Джон Р. и Политс, Уильям Дж., «Электрический зонд», опубликовано 21 апреля 1959 г.
- Tektronix (1983), Tek Products , Tektronix
- Tektronix (1998), Каталог измерительной продукции 1998/1999 , Tektronix
- Уэдлок, Брюс Д.; Роберж, Джеймс К. (1969), Электронные компоненты и измерения , Прентис-Холл, стр. 150–152, Бибкод : 1969ecm..book.....W , ISBN 0-13-250464-2
- US 3532982 , Зейдлхак, Дональд Ф. и Уайт, Ричард К., «Схема завершения линии передачи», опубликовано 6 октября 1970 г.
Внешние ссылки [ править ]
