Подходят ли дешёвые осциллографы для проектов DIY (сделай сам)? Когда недорогие осциллографы уместны, а когда это деньги на ветер? Часть 1

Mr. Geoff Field

Инженер по встроенному программному обеспечению (1986–настоящее время)

Надеюсь, что как и остальные инженеры, я скажу «да», определённо.

Очень немногим проектам своими руками нужна широкая полоса пропускания и/или высокая точность, которые может предложить дорогой осциллограф.

У меня дома есть довольно хороший двухканальный осциллограф Tektronix, который я купил очень дёшево, когда компания, где я работал, закрылась и распродала своё оборудование. Его более чем достаточно для проектов, которые может выполнить самоделка. Обратите внимание, что я также приобрёл несколько хороших пробников: вот тут-то и стоит купить что-то получше и подороже.

С другой стороны, существует множество USB-осциллографов по очень разумным ценам. Они выводят изображение на экран компьютера. Отзывы об этих устройствах разнятся, поэтому стоит изучить вопрос и купить лучшее, что позволяет ваш бюджет. На работе мы используем логические анализаторы похожего формата.

Mr. Ferenc Valenta

Прирожденный инженер

Комментарий на тему:

Да.

У меня несколько осциллографов. DSO Quad, DSO Nano, Tektronix 2245, Tektronix 935A, Agilent 54641D, и за время моей карьеры я пользовался/владел многими другими, включая высококлассные осциллографы LeCroy.

По моему опыту, примерно 90% задач, для решения которых требуется осциллограф, можно решить с помощью очень простых и недорогих устройств. Конечно, гораздо удобнее использовать хороший осциллограф, но большинство задач можно решить с помощью карманного осциллографа.

Для 1–2% задач требуется высококлассный осциллограф, поскольку их невозможно решить с помощью карманного устройства за 50 долларов США.

А остальные задачи вообще невозможно решить с помощью осциллографа. Вам могут понадобиться другие приборы, такие как логические анализаторы, анализаторы спектра, векторный анализатор цепей и т. д., или вам придется полностью переосмыслить измерительную схему и/или разработать собственные устройства для использования осциллографа. Или, теоретически, осциллограф мог бы помочь, но вам понадобится устройство, которое стоит дороже, чем ваш дом. 

Гораздо эффективнее найти альтернативное решение.

Мы реализовали несколько безумных идей, например, отладили транзакции по шине на нашей собственной PCI-карте с 935A. Это неудобно и очень проблематично, но если у вас нет другого решения… С другой стороны, автоэлектрику не нужен осциллограф с частотой дискретизации более 1 MSPS, поэтому недорогой DSO Mini — идеальный вариант, а Quad будет излишеством.

Mr. George Voltman

Менеджер проектов в области электротехники (2015-настоящее время)

Сейчас есть действительно хорошие.

Моя рабочая лошадка — двухканальный осциллограф Rigol 1102 со множеством программных наворотов. Он действительно хорош, новый стоит меньше 300 фунтов.

До этого я пользовался этим портативным осциллографом 5 МГц за 40 фунтов. Действительно очень полезный инструмент за такую цену:

Недорогие осциллографы (USB-осциллографы для ПК, бюджетные автономные цифровые запоминающие осциллографы (DSO), портативные мини-осциллографы) часто являются отличным выбором для любителей электроники, если ваши ожидания соответствуют их ограничениям. Они предоставляют любителям доступ к визуализации сигналов и базовым измерениям по цене, составляющей лишь малую часть стоимости лабораторных приборов. Воспользуйтесь контрольным списком ниже, чтобы решить, подойдет ли конкретный недорогой осциллограф для ваших проектов и как извлечь из него максимальную пользу.

Когда дешёвые осциллографы уместны:

• Обучение, отладка схем и образование: наблюдение за формами сигналов, проверка тактовых импульсов, проверка синхронизации логических уровней и устранение неисправностей фильтров или усилителей.

• Низкочастотные аналоговые и цифровые работы: аудио, GPIO микроконтроллеров, любительская робототехника, сигналы датчиков, медленные последовательные шины (UART, I2C/SPI на средних скоростях).

• Поиск прерывистых сбоев с помощью простых триггеров и функций послесвечения (многие бюджетные устройства включают в себя одиночный и базовый триггер по фронту).

Ключевые ограничения для принятие решения:

• Полоса пропускания: недорогие осциллографы обычно имеют полосу пропускания 20–100 МГц. Для точного измерения амплитуды и формы сигнала используйте полосу пропускания ≤1/3 от номинальной. Для высокоскоростных последовательных, радиочастотных сигналов или сигналов с быстрыми фронтами потребуется более высокая полоса пропускания.

• Частота дискретизации и объем памяти: эффективная частота дискретизации на канал и глубина буфера определяют временное разрешение и длительность захвата сигнала. Небольшой объем памяти ограничивает длительность захвата и детализацию с высоким разрешением.

• Количество каналов и изоляция: обычно 1–2 канала; пробники часто имеют общую землю (относительно земли), поэтому при измерении плавающих цепей существует риск короткого замыкания. Портативные пробники с питанием от батарей или дифференциальные пробники снижают этот риск.

• Вертикальная точность и качество АЦП: бюджетные АЦП и усилители обеспечивают скромное вертикальное разрешение и точность; достаточно для измерения формы сигнала и относительных измерений, но менее эффективно для точных измерений амплитуды.

• Качество пробников и аксессуаров: недорогие осциллографы иногда поставляются с плохими пробниками. Наличие хорошего пробника 1×/10× с надлежащей компенсацией имеет решающее значение. 

• Функции запуска и анализа: расширенные функции запуска, высокопроизводительные декодеры, БПФ и математические функции могут быть ограничены или работать медленнее, чем в осциллографах среднего/высокого класса.

• Надежность и безопасность сборки: ознакомьтесь с отзывами реальных пользователей о стабильности прошивки, характеристиках калибровки и безопасности электросети при измерении параметров питаемого оборудования.

Как выбрать правильный и недорогой осциллограф:

1. Определите варианты использования: максимальную частоту сигнала, необходимые каналы, требуется ли изоляция или портативность.

2. Подберите полосу пропускания: выберите полосу пропускания, равную ≥3-кратной максимальной частотной составляющей, которую вы хотите отобразить (для прямых границ расстояний рассмотрите ещё большую полосу пропускания).

3. Проверьте частоту дискретизации и объём памяти: стремитесь к ≥4–10 отсчётам на самый узкий элемент, который вы хотите проанализировать; больший объём памяти для длительных захватов.

4. Отдавайте предпочтение по-настоящему изолированным входам или работе от батареи при измерении напряжения питания от сети или плавающих цепей.

5. Ознакомьтесь с реальными обзорами и примерами осциллограмм; посмотрите видео, демонстрирующие реальную работу пробника в руках.

6. Проверьте качество программного обеспечения/прошивки: USB-осциллографы используют программное обеспечение для ПК — обеспечьте стабильность драйверов и обновлений.

Практические советы по получению результатов с помощью недорогого осциллографа при этом эти результаты будут не хуже, чем лабораторные модели этих приборов:

• Для большинства задач используйте правильную компенсацию щупа и настройку щупа 10×.

• Подключайте заземление короткими проводниками; используйте заземляющие пружины или зажим непосредственно к земле для уменьшения шума/площади контура.

• Добавьте простое ослабление или буферизацию для чувствительных цепей.

• Для точного измерения амплитуды используйте калиброванные настольные цифровые мультиметры или добавьте внешние прецизионные измерительные каскады.

• Используйте внешние триггеры или схемы стробирования (например, захват с помощью логического анализатора) для редких глитчей.

• Рассмотрите возможность объединения недорогого осциллографа с недорогим логическим анализатором (для декодирования протоколов) и настольным источником питания для создания полноценного любительского прибора.

Когда стоит обновить свой парк приборов, помимо того, что в наличии уже имеются дешевые осциллографы:

• Вы работаете с ВЧ-сигналами, высокоскоростными последовательными шинами (от нескольких сотен МГц до ГГц) или нуждаетесь в точных временных и амплитудных характеристиках.

• Вам требуется глубокая память захвата при высоких частотах дискретизации, расширенный запуск (последовательность, рант, длительность импульса) или проверенная точность измерений для утверждения проекта. • Вам нужны изолированные каналы для безопасного или дифференциального измерения в силовой электронике.

Итог:

Недорогие осциллографы подойдут для большинства задач, связанных со сборкой, обучением и хобби, если вы выберете модель, полоса пропускания, частота дискретизации, тип пробника и изоляция которой соответствуют вашим потребностям. Они отлично подходят для визуализации сигналов, отладки микроконтроллеров и аналоговых схем, а также для изучения методов измерений, позволяя при этом распознавать и обходить их технические ограничения.

Mr. Bob Mikkelson

Бакалавр наук в области промышленной инженерии и электроники, Калифорнийский государственный университет, Лонг-Бич (окончил в 1972 году)

Подходят ли дешевые осциллографы для проектов Сделай Сам?

Конечно. Осциллограф — ЛУЧШЕЕ оборудование, которое может быть на вашем рабочем столе для тестирования, проверки и отладки большинства типов электронных проектов. Осциллограф отображает двумерное представление напряжения во времени. Это означает, что цифровая, временная, амплитудная и осциллографическая информация может быть интерпретирована непосредственно в режиме реального времени. Двухканальный осциллограф добавляет данные для сравнения для изучения фазировки и синхронизации сигнала. Возможность однократной развертки/сохранения показаний отлично подходит для регистрации проблем и документирования успеха.

Примечание: Для большинства домашних мастеров мультиметр (измерение напряжения, сопротивления, силы тока), вероятно, является первой покупкой, и это логично. Часто проще напрямую измерять сопротивление, ток и постоянное напряжение с помощью мультиметра.

Цена на «осциллограф» с хорошими/отличными функциями значительно снизилась с тех пор, как микропроцессоры стали сочетаться с ЖК-дисплеями, заменяя трубки/транзисторы и ЭЛТ.

Помимо покупки нового осциллографа, вы можете найти подержанный (приятель подарил мне свой одноканальный осциллограф EICO, когда он обновил свой прибор). Вы также можете рассмотреть вариант покупки подержанного осциллографа. В этом случае покупка подержанного осциллографа означает поиск продавца поблизости или надежного друга/родственника.

Характеристики первого осциллографа для самостоятельного использования в цифровой электронике в MHO: полоса пропускания 10–50 МГц, двухлучевая диаграмма направленности и возможность однократной развертки/сохранения диаграммы направленности.

Mr. Dan O Brien

Осциллограф может дать информацию, которую невозможно получить другими способами. Это справедливо и для очень дешёвых моделей. Когда я начинал этот бизнес, единственными приборами были осциллографы с подключением по переменному току и полосой пропускания 2,5 и 10 МГц... они давали бы отличную информацию. Более качественные модели с подключением по постоянному и переменному току легко найти по любительским ценам. У более качественных осциллографов больше возможностей, более широкая полоса пропускания, больше вариантов синхронизации и, возможно, цифровая печать, и они проще в управлении. Но в пределах своей полосы пропускания самый дешёвый осциллограф может оказаться бесценным.

И ещё одно замечание: осциллографы не являются точными приборами (как, например, DMM) и имеют низкое разрешение. Точность в 5% была бы очень хорошей... но обычно этого достаточно.

Mr. Tom Almy

Инженер-электрик на пенсии (43 года работы) 

Конечно! Я на пенсии и теперь любитель, но пользуюсь осциллографами уже более 50 лет, из которых 25 проработал в Tektronix. Сейчас у меня Rigol DS1054Z за 350 долларов, 4-канальный осциллограф с полосой пропускания 100 МГц (после модификации), который во многих отношениях лучше любого профессионального осциллографа, который стоит во много раз дороже. Сначала я попробовал осциллограф на базе ПК, но он оказался ужасно неудобным, поэтому я бы не советовал покупать эту дешёвую альтернативу.

Mr. Danielle

Изучал электронику в Технологическом институте Северной Альберты (окончил в 1972 году)

После 59 лет работы в сфере электроники мой портативный однолучевой ЖК-осциллограф за 145 долларов полностью удовлетворяет мои потребности. С его помощью я разработал два новых продукта для разных компаний.

Mr. Stuart Vealey

Инженерная электроника, имеющая несколько патентов

Касательно:

Какой осциллограф лучше всего выбрать для любителя?

Ооооочень много вариантов! =] Поэтому я не буду пытаться убедить уважаемых коллег в чём-то конкретном. Например: у меня есть карманный осциллограф, осциллограф с кредитной картой, DSO, настольный осциллограф и т.д. и т.п. Но выбор для любителя должен быть довольно простым, как только он поймёт, что для него важно. 

Диапазон частот и чувствительность — пара важных факторов. Я бы попробовал что-то с разрешением не менее 10 милливольт на деление, но только вы знаете, какие частоты вас интересуют. Просто имейте в виду, что когда в спецификации указано «применимо до 100 мГц», это не означает, что устройство обязательно является осциллографом с полосой пропускания 100 мГц. Это просто означает, что вы увидите «что-то» на частоте 100 мГц.

Двойная трассировка даёт возможность одновременно просматривать два сигнала, что удобно для сравнения входов и выходов в режиме реального времени и необходимо для многих, но для новичков одиночная трассировка не является решающим фактором. Я бы ещё посоветовал что-нибудь с литиевым аккумулятором, так как осциллографы без батареек сложно использовать везде, а любой аккумулятор, кроме литиевого, – ну, тьфу-тьфу-тьфу… =\ Обратите внимание на дисплей. Хорошее ли у него разрешение, плавно ли обновляется изображение, без размытия и ореолов, хорошая ли у него контрастность и яркость? (Надеюсь, мой сын это не прочтёт, иначе он бы меня отчитал за то, что я не посоветовал вам купить осциллограф с аккумулятором). Что я могу сказать, я уже СТАРЫЙ. А если серьёзно, проверьте, может, вам тоже это пригодится. К тому же, большинство современных осциллографов идут со всеми стандартными функциями, такими как связь по переменному и постоянному току, автоспуск и т.д., так что не беспокойтесь. В общем, берите недорогую модель как свой первый инструмент. Он, скорее всего, подойдёт для ваших целей, но, возможно, и научит вас тому, что действительно важно, если вы когда-нибудь решите обновиться. Признаюсь: раньше моим портативным осциллографом был Fluke Easyscope, но когда он окончательно сломался, я обнаружил, что китайцы с радостью продали мне на E-bay симпатичный маленький цветной обновляемый двухлучевой осциллограф с аналогичными или лучшими характеристиками и функциями примерно за 200 долларов.

И наконец, я бы не советовал использовать аналоговые осциллографы. Они классные и ретро, но снимать показания с цифровых гораздо проще и точнее. То же самое касается ЭЛТ и ЖК-дисплеев.

Думаю, стоит также упомянуть, что осциллограф для ПК может быть ещё одним вариантом. По сути, это модули сбора данных с пробниками. Они взаимодействуют с вашим ноутбуком и используют его экран в качестве экрана осциллографа, а также обладают рядом полезных функций, таких как анализ трендов, построение графиков и т. д.

Mr. Peter Hand

Касательно: 

Стоят ли осциллографы на базе ноутбуков своей цены?

Когда вам нужен осциллограф, то любой осциллограф лучше, чем его отсутствие. Если вы не можете позволить себе «настоящий» осциллограф, USB-осциллограф лучше, чем ничего, и такая компания, как Hantek или OWON предлагают вполне приемлемые варианты по цене значительно ниже 100 долларов.

2 канала, 20 МГц, 40 мегавыборок в секунду, входной диапазон от 20 мВ до 5 В, горизонтальный диапазон от 1 нс до 9000 с. Цена в 65 долларов, включая доставку из Китая, действительно неплохая. Только два датчика на иллюстрации стоят своих денег. Однако полоса пропускания 20 МГц и ограниченный диапазон входного напряжения делают его несколько ограниченным в качестве лабораторного прибора.

Касательно темы:

Какой карманный осциллограф лучше всего?

Если предположить, что вопрос касается строго карманных осциллографов, а не осциллографов-измерителей, то это должен быть DSO Quad:

HDS120 Многофункциональный измерительный прибор:

4 1/2-разрядный мультиметр + осциллограф

Автоматические измерения формы сигнала: включая Vmax, Vmin, Vp-p, Vavg, Vrms и частоту.

Удобный интерфейс: полнофункциональная конструкция, простота эксплуатации и продление срока службы устройства

Интеллектуальное обнаружение зонда: автоматически переключает значения измерений в зависимости от положения вставки зонда, эффективно предотвращая повреждение прибора из-за неправильной эксплуатации.

Эффективное управление энергопотреблением: питание от литиевых батарей 18650, что обеспечивает более длительное время работы, делая ваши измерительные задачи более надежными.

Безопасное измерение высокого напряжения: соответствует стандарту CATⅢ1000V, способно напрямую и безопасно измерять формы сигналов высокого напряжения до 1000 В, расширяя спектр применения.

Дисплей высокой четкости: оснащен 2,8-дюймовым IPS-экраном, обеспечивающим широкий угол обзора и превосходное качество отображения, что гарантирует четкое считывание данных под любым углом.

Экологически адаптивный дисплей: дисплей высокой яркости, высокой контрастности с режимом двойной темы обеспечивает четкое изображение как в условиях яркого света, так и в условиях темного освещения, оптимизируя пользовательский опыт.

Он далек от идеала, он просто ужасен по сравнению с хорошими настольными осциллографами, но всё равно остаётся лучшим приобретением, учитывая его характеристики, размер и цену. В моём офисе есть несколько высококлассных настольных осциллографов, но в основном я использую DSO Quad, а большие беру только в случае, если это неизбежно из-за характера измерений. Есть некоторые шероховатости, но ничего, с чем я не могу смириться. Помните, только дурак верит всему, что видно на экране осциллографа. Это справедливо для всех осциллографов, но ещё более актуально для дешёвых устройств.

Mr. Mike Percival

Директор и внештатный инженер-электронщик

Касательно темы:

Какой осциллограф лучше всего выбрать для любителя?

Лучший выбор? Тот, который обладает необходимыми вам функциями, качеством и доступной ценой!

При использовании в высокоскоростных логических схемах или для работы с компьютерами вам понадобится очень высокая частотная характеристика при очень высоком входном импедансе. Возможно, вам понадобится осциллограф с полосой пропускания 100 МГц и входным импедансом 10 МОм.

Если вас интересуют только аналоговые, аудио или низкочастотные измерения, то осциллографа с полосой пропускания 1 МГц и входным импедансом 1 МОм будет более чем достаточно.

Возможно, вам даже подойдёт простой осциллограф с развёрткой, если вы хотите просто наблюдать за сигналами, но если вы хотите записывать результаты измерений для последующего анализа, вам может подойти осциллограф с цифровой памятью.

Если вас интересует только входы и выходы микроконтроллера, Arduino или чего-то подобного, то вам может подойти модуль осциллографа, который подключается к USB-порту ноутбука и отображает показания и графики на экране с помощью программного обеспечения? У меня есть старый аналоговый осциллограф с двумя лучами 10 МГц и сопротивлением 1 МОм, который «упал в багажник машины», когда несколько лет назад в нашей компании сменился владелец. Новая партия сказала: «Мы никогда не будем использовать эту старую хрень… избавьтесь от неё!»

Что ж, мы, инженеры, не собирались терять время, поэтому взяли всё необходимое, прежде чем оно отправится в мусорку.

Я забрал все старые программаторы EPROM, ластики, аналоговый осциллограф и ещё несколько полезных мелочей, которые годами лежали у меня на рабочем столе. Представляете? Компания обслуживает электронное оборудование, выпущенное ещё в 80-х. В некоторых из них используются EPROM, аналоговые усилители, сервоприводы и прочее «устаревшее» оборудование.

Я больше не работаю в компании, но я первый, кому они звонят, когда им нужен программатор EPROM и/или аналоговый осциллограф!

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ 

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