Чи можуть старі осцилографи на ЕПТ застосовуватися там, де нові повністю цифрові осцилографи зазнають труднощів або не зможуть забезпечити очікувані результати?

Аналоговий чи цифровий осцилограф: у чому різниця?

Mr. Dave Martindale

Захоплюється електронікою приблизно з 1965 року.

Цифрові осцилографи мають величезний набір можливостей. Але навіть сьогодні аналогові моделі в деяких задачах можуть залишатися зручними та дуже інформативними. Як любитель електроніки, автор має кілька аналогових і цифрових осцилографів, і в окремих випадках аналогові прилади все ще виглядають сильними конкурентами.

Дві великі переваги аналогових осцилографів полягають у тому, що вони постійно відображають сигнал на екрані з повною смугою пропускання, якщо її спеціально не обмежити, і здатні практично безперервно оновлювати зображення.

Сучасні осцилографи можуть бути аналоговими, цифровими або комбінованими за підходом до відображення сигналів. Вибір залежить від задачі: аналізу форми сигналу, пошуку коротких імпульсів, роботи з цифровими шинами або тривалого запису подій.

Як працює цифровий осцилограф?

Цифровий осцилограф, або DSO, виконує дискретизацію вхідного сигналу, тобто перетворює безперервний аналоговий сигнал на набір цифрових відліків. Після цього прилад відображає ці відліки на екрані.

Якщо частота дискретизації недостатньо висока, зображення може неправильно передавати реальну форму сигналу. Для коректного відображення частота дискретизації має бути щонайменше вдвічі вищою за максимальну частоту вхідного сигналу, але на практиці бажано мати значно більший запас.

Деякі цифрові осцилографи частково компенсують цю проблему режимом мінімум/максимум. У цьому режимі прилад відстежує максимальну та мінімальну напругу за період збереження. Але це не повністю замінює аналогове відображення: наприклад, трирівневий сигнал може виглядати як дворівневий на цифровому осцилографі.

Обмеження пам’яті цифрових осцилографів

Недорогі цифрові осцилографи часто мають обмежену кількість відліків, які можуть бути захоплені за одну розгортку. У багатьох ранніх цифрових осцилографах Tektronix максимальна довжина запису становила близько 2500 відліків на канал.

Якщо такий прилад працює з максимальною частотою дискретизації, період розгортки виходить дуже коротким. Наприклад, 2500 відліків при частоті 1 ГГц відповідають лише 2,5 мкс запису. Це означає, що довгі цифрові послідовності неможливо захопити з високою деталізацією.

У цьому аспекті аналогові осцилографи мають перевагу: вони можуть відображати сигнал у межах усієї своєї смуги пропускання навіть при повільній розгортці.

Переваги аналогових осцилографів

Аналоговий осцилограф виконує одну розгортку, а потім швидко скидає генератор горизонтальної розгортки, готуючись до наступного запуску. При високочастотних сигналах із частими точками запуску такий прилад може відображати мільйони розгорток за секунду.

Люмінофор екрана та людське око разом виконують своєрідне інтегрування світла. Тому яскравість у певній точці екрана залежить від того, як часто промінь проходить через цю точку.

При високій швидкості розгортки користувач бачить карту у відтінках сірого, яка показує, як змінюється напруга в часі протягом багатьох захоплень. Це корисно, наприклад, для побудови глазкових діаграм, де важливо бачити діапазон напруг протягом великої кількості бітових інтервалів.

Чому ранні цифрові осцилографи були обмеженими?

Ранні недорогі цифрові запам’ятовуючі осцилографи могли захоплювати та відображати лише кілька сотень сигналів на секунду незалежно від встановленої швидкості розгортки. Через це більшу частину часу вони були «сліпими» до вхідного сигналу.

Такі моделі також не мали дисплея з модуляцією інтенсивності. Тому вони не могли показати, які ділянки сигналу з’являються частіше, а які — рідше. Аналоговий осцилограф у цьому сенсі давав більш природну картину поведінки сигналу.

Вертикальна роздільна здатність і точність

Ще одна перевага аналогових осцилографів полягає в тому, що вони відображають плавні осцилограми при плавній зміні напруги сигналу. Вертикальна роздільна здатність такого відображення може бути дуже високою, хоча це не завжди означає таку ж високу точність вимірювання.

Недорогі цифрові осцилографи часто оснащені 8-бітними аналого-цифровими перетворювачами. Це означає лише 256 можливих рівнів напруги. Якщо розділити їх на 8 вертикальних поділок, виходить приблизно 32 рівні на одну поділку, і ці стрибки можуть бути помітні.

На дисплеї з 10 вертикальними поділками кількість рівнів на поділку ще менша. Саме тому в деяких випадках аналогове відображення виглядає плавнішим.

Як цифрові осцилографи стали кращими?

Сучасні цифрові запам’ятовуючі осцилографи значно вдосконалилися. Функції, які раніше вважалися високотехнологічними, поступово з’являються навіть у недорогих моделях.

Багато цифрових осцилографів тепер мають дисплеї з градацією інтенсивності. Такі прилади часто називають цифровими люмінофорними осцилографами. Вони можуть захоплювати сотні тисяч сигналів за секунду та інтегрувати їх у зображення, яке відображає частоту появи подій.

Також сучасні DSO мають значно більший обсяг пам’яті, що дозволяє захоплювати довгі послідовності з високою частотою дискретизації. З’являються недорогі моделі з розрядністю понад 8 біт на відлік: 10, 12 або навіть 14 біт.

Особистий набір осцилографів автора

Автор зазначає, що поки не має цифрового осцилографа з дисплеєм градації інтенсивності, дуже високою швидкістю захоплення або розрядністю понад 8 біт на відлік, тому продовжує використовувати аналогові осцилографи. Вони все ще добре справляються зі своїми задачами.

Особистий набір осцилографів автора:

• Tektronix 2215 — 2-канальний аналоговий осцилограф зі смугою пропускання 60 МГц. Куплений новим приблизно у 1980-х роках.
• Tektronix 2465A — 4-канальний аналоговий осцилограф зі смугою пропускання 350 МГц, функцією зчитування показань та простими курсорними вимірюваннями напруги й часу.
• Tektronix TDS 210 — 2-канальний цифровий запам’ятовуючий осцилограф зі смугою пропускання 60 МГц і частотою дискретизації 1 ГГц на канал, з підтримкою БПФ через додатковий математичний модуль.
• Instek GDS-1072A-U — 2-канальний цифровий осцилограф зі смугою пропускання 70 МГц, кольоровим екраном, частотою дискретизації 1 ГГц на одному каналі та довжиною запису 2 мільйони точок.

Що краще вибрати сьогодні?

Аналогові осцилографи все ще можуть бути корисними для певних задач, особливо коли важлива безперервність відображення, природна інтенсивність сигналу та швидка реакція на повторювані події.

Водночас сучасні цифрові осцилографи мають переваги, яких немає в аналогових моделей: збереження сигналів, автоматичні вимірювання, БПФ, робота з довгими послідовностями, цифрова обробка та можливість документування результатів.

Для більшості сучасних задач практичнішим вибором буде цифровий осцилограф. Але якщо у вас є справний аналоговий прилад, він усе ще може бути дуже корисним у майстерні або лабораторії.

Висновок

Аналогові та цифрові осцилографи мають різні сильні сторони. Аналогові моделі добре показують безперервну поведінку сигналу та інтенсивність повторюваних подій, тоді як цифрові моделі краще підходять для збереження, аналізу та документування вимірювань.

Сучасні цифрові осцилографи швидко розвиваються і поступово закривають ті переваги, які раніше залишалися за аналоговими приладами. Саме тому для більшості користувачів сьогодні цифровий осцилограф є оптимальним вибором.

Магазин Gtest® — авторизований постачальник осцилографів в Україні: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy Постачання зі складу та на замовлення: GW Instek, RIGOL, SIGLENT, OWON, Tektronix, Iwatsu, LeCroy, HANTEK.