Могут ли старые осциллографы на ЭЛТ применяться там, где новые полностью цифровые осциллографы будут испытывать трудности или не смогут обеспечить ожидаемые результаты?

Аналоговый или цифровой осциллограф: в чем разница?

Mr. Dave Martindale

Увлекается электроникой примерно с 1965 года.

Цифровые осциллографы обладают огромным набором возможностей. Но даже сегодня аналоговые модели в некоторых задачах могут оставаться удобными и очень информативными. Как любитель электроники, автор имеет несколько аналоговых и цифровых осциллографов, и в отдельных случаях аналоговые приборы все еще выглядят сильными конкурентами.

Два больших преимущества аналоговых осциллографов заключаются в том, что они постоянно отображают сигнал на экране с полной полосой пропускания, если ее специально не ограничить, и способны практически непрерывно обновлять изображение.

Современные осциллографы могут быть аналоговыми, цифровыми или комбинированными по подходу к отображению сигналов. Выбор зависит от задачи: анализа формы сигнала, поиска коротких импульсов, работы с цифровыми шинами или длительной записи событий.

Как работает цифровой осциллограф?

Цифровой осциллограф, или DSO, выполняет дискретизацию входного сигнала, то есть преобразует непрерывный аналоговый сигнал в набор цифровых отсчетов. После этого прибор отображает эти отсчеты на экране.

Если частота дискретизации недостаточно высока, изображение может неправильно передавать реальную форму сигнала. Для корректного отображения частота дискретизации должна быть как минимум вдвое выше максимальной частоты входного сигнала, но на практике желательно иметь значительно больший запас.

Некоторые цифровые осциллографы частично компенсируют эту проблему режимом минимум/максимум. В этом режиме прибор отслеживает максимальное и минимальное напряжение за период сохранения. Но это не полностью заменяет аналоговое отображение: например, трехуровневый сигнал может выглядеть как двухуровневый на цифровом осциллографе.

Ограничения памяти цифровых осциллографов

Недорогие цифровые осциллографы часто имеют ограниченное количество отсчетов, которые могут быть захвачены за одну развертку. У многих ранних цифровых осциллографов Tektronix максимальная длина записи составляла около 2500 отсчетов на канал.

Если такой прибор работает с максимальной частотой дискретизации, период развертки получается очень коротким. Например, 2500 отсчетов при частоте 1 ГГц соответствуют всего 2,5 мкс записи. Это означает, что длинные цифровые последовательности невозможно захватить с высокой детализацией.

В этом аспекте аналоговые осциллографы имеют преимущество: они могут отображать сигнал в пределах всей своей полосы пропускания даже при медленной развертке.

Преимущества аналоговых осциллографов

Аналоговый осциллограф выполняет одну развертку, а затем быстро сбрасывает генератор горизонтальной развертки, готовясь к следующему запуску. При высокочастотных сигналах с частыми точками запуска такой прибор может отображать миллионы разверток в секунду.

Люминофор экрана и человеческий глаз вместе выполняют своеобразное интегрирование света. Поэтому яркость в определенной точке экрана зависит от того, как часто луч проходит через эту точку.

При высокой скорости развертки пользователь видит карту в оттенках серого, которая показывает, как изменяется напряжение во времени в течение многих захватов. Это полезно, например, для построения глазковых диаграмм, где важно видеть диапазон напряжений в течение большого количества битовых интервалов.

Почему ранние цифровые осциллографы были ограниченными?

Ранние недорогие цифровые запоминающие осциллографы могли захватывать и отображать только несколько сотен сигналов в секунду независимо от установленной скорости развертки. Из-за этого большую часть времени они были «слепыми» к входному сигналу.

Такие модели также не имели дисплея с модуляцией интенсивности. Поэтому они не могли показать, какие участки сигнала появляются чаще, а какие — реже. Аналоговый осциллограф в этом смысле давал более естественную картину поведения сигнала.

Вертикальное разрешение и точность

Еще одно преимущество аналоговых осциллографов заключается в том, что они отображают плавные осциллограммы при плавном изменении напряжения сигнала. Вертикальное разрешение такого отображения может быть очень высоким, хотя это не всегда означает такую же высокую точность измерения.

Недорогие цифровые осциллографы часто оснащены 8-битными аналого-цифровыми преобразователями. Это означает всего 256 возможных уровней напряжения. Если разделить их на 8 вертикальных делений, получается примерно 32 уровня на одно деление, и эти скачки могут быть заметны.

На дисплее с 10 вертикальными делениями количество уровней на деление еще меньше. Именно поэтому в некоторых случаях аналоговое отображение выглядит более плавным.

Как цифровые осциллографы стали лучше?

Современные цифровые запоминающие осциллографы значительно усовершенствовались. Функции, которые раньше считались высокотехнологичными, постепенно появляются даже в недорогих моделях.

Многие цифровые осциллографы теперь имеют дисплеи с градацией интенсивности. Такие приборы часто называют цифровыми люминофорными осциллографами. Они могут захватывать сотни тысяч сигналов в секунду и интегрировать их в изображение, которое отображает частоту появления событий.

Также современные DSO имеют значительно больший объем памяти, что позволяет захватывать длинные последовательности с высокой частотой дискретизации. Появляются недорогие модели с разрядностью более 8 бит на отсчет: 10, 12 или даже 14 бит.

Личный набор осциллографов автора

Автор отмечает, что пока не имеет цифрового осциллографа с дисплеем градации интенсивности, очень высокой скоростью захвата или разрядностью более 8 бит на отсчет, поэтому продолжает использовать аналоговые осциллографы. Они все еще хорошо справляются со своими задачами.

Личный набор осциллографов автора:

• Tektronix 2215 — 2-канальный аналоговый осциллограф с полосой пропускания 60 МГц. Куплен новым примерно в 1980-х годах.
• Tektronix 2465A — 4-канальный аналоговый осциллограф с полосой пропускания 350 МГц, функцией считывания показаний и простыми курсорными измерениями напряжения и времени.
• Tektronix TDS 210 — 2-канальный цифровой запоминающий осциллограф с полосой пропускания 60 МГц и частотой дискретизации 1 ГГц на канал, с поддержкой БПФ через дополнительный математический модуль.
• Instek GDS-1072A-U — 2-канальный цифровой осциллограф с полосой пропускания 70 МГц, цветным экраном, частотой дискретизации 1 ГГц на одном канале и длиной записи 2 миллиона точек.

Что лучше выбрать сегодня?

Аналоговые осциллографы все еще могут быть полезны для определенных задач, особенно когда важны непрерывность отображения, естественная интенсивность сигнала и быстрая реакция на повторяющиеся события.

В то же время современные цифровые осциллографы имеют преимущества, которых нет у аналоговых моделей: сохранение сигналов, автоматические измерения, БПФ, работа с длинными последовательностями, цифровая обработка и возможность документирования результатов.

Для большинства современных задач более практичным выбором будет цифровой осциллограф. Но если у вас есть исправный аналоговый прибор, он все еще может быть очень полезен в мастерской или лаборатории.

Вывод

Аналоговые и цифровые осциллографы имеют разные сильные стороны. Аналоговые модели хорошо показывают непрерывное поведение сигнала и интенсивность повторяющихся событий, тогда как цифровые модели лучше подходят для сохранения, анализа и документирования измерений.

Современные цифровые осциллографы быстро развиваются и постепенно закрывают те преимущества, которые раньше оставались за аналоговыми приборами. Именно поэтому для большинства пользователей сегодня цифровой осциллограф является оптимальным выбором.

Магазин Gtest® — авторизованный поставщик осциллографов в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy Поставки со склада и под заказ: GW Instek, RIGOL, SIGLENT, OWON, Tektronix, Iwatsu, LeCroy, HANTEK.