Деколи доводиться таки розоритися на осцилограф

Магазин Gtest(R) пропонує широку номенклатуру осцилографів на сторінці сайту в самому кінці цього Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

Коли одного мультиметра недостатньо для вимірів. Пояснення принципів роботи осцилографів

У статті обговорюється, коли осцилографи є відмінним рішенням для трудомісткого процесу відображення даних у мережі.

Ті, хто знайомий з цифровими мультиметрами (DMM), знають, що вони відмінно підходять для вимірювання напруги ланцюга у певний момент. Як тільки сигнали в наших схемах починають змінюватися з часом, дані від мультиметра стають менш корисними і являють собою набір чисел, що швидко змінюються. Більшість електронних схем дуже непрості, щоб виправдати вимір однієї точки відліку. Або сигнал змінюється з часом, або у вас можуть бути компоненти з нелінійною поведінкою, наприклад, конденсатори. Однак, якщо ви витратите час на запис кожної точки, яку зчитує ваш цифровий мультиметр, у графічну таблицю, ви зможете отримати ясне уявлення про те, що відбувається у схемі, але витратите багато часу. Осцилограф є альтернативою цьому трудомісткому процесу, даючи інженерам всю повноту інформації.

Як приклад того, де може бути корисний осцилограф, ми розглянемо характеристику RC-ланцюга (простий ланцюг, що складається з резистора та конденсатора). У найпростішому сенсі конденсатори повільно накопичують заряд, а потім повільно розряджаються з часом. Але що це означає з погляду сигналів? Ось зараз ми й розберемося!

На малюнку показано базову RC-схему, щоб можна було посилатися на її значення:

Ми почнемо з підключення позитивного виведення каналу 1 осцилографа (помаранчевий провід) до другого резистори (R2), генератора сигналів (жовтий дріт) , а також до другого резистори (R2) і заземлення (чорний провід) до іншого вузла, де резистор і конденсатор з'єднуються . Ви можете побачити, як має виглядати ваш конструктив на зображенні нижче:

Переконайтеся, що ваші налаштування відповідають настройкам, наведеним вище. Розгортка 10 мс/поділ. Запуск по фронту, що наростає, напруги 100 мВ. Канал 1 осцилографа включений з напругою 200 мВ/поділ. Генератор сигналів налаштований на прямокутні хвилі із частотою 9 Гц та амплітудою 3 В (розмах).

Натисніть "Виконати", і ви повинні побачити наступний сигнал:

Примітка

Fritzing - це апаратна платформа з відкритим вихідним кодом, що робить електроніку доступною у вигляді творчого матеріалу для кожного любителя.

. 

З погляду електротехніки, перша половина сигналу (при включеному зеленому тригері) – це вимушена реакція, а друга половина – природна реакція. Простіше кажучи, перший розділ показує реакцію схеми при раптовому подачі напруги, тобто заряджання конденсатора. У другому розділі показана реакція схеми зі зняттям напруги, тобто розрядки конденсатора. Може бути корисно виміряти, наскільки швидко відбувається розряджання або заряджання, а за допомогою осцилографа ви можете легко побачити сигнал і виміряти такий тип.

Звичайно, існує безліч рівнянь і теорій, що управляють зарядкою та розрядкою конденсаторів, але ми не будемо вдаватися до подробиць. Якщо ви хочете дізнатися більше, безкоштовний курс Real Analog надає багато інформації з цього питання.

Примітка про запуск (тригер)

Завершивши створення схеми з попередньої вправи, давайте витратимо трохи часу на те, щоби розібратися в тригерах. Тригери визначають умову, яка має бути виконана перед початком збору даних. Але що це означає практично?

Можливо, ви помітили, що коли ми запустили OpenScope, у розділі «Тригер» було автоматично вибрано символ зі стрілкою, спрямованою вгору. Давайте спробуємо натиснути кнопку «ВИМК» у налаштуванні тригера, щоб вимкнути тригер. Тепер ви повинні побачити відображення сигналу по всьому вікні. Натискання кнопки зі стрілкою, спрямованої вгору, має стабілізувати сигнал. Це демонструє призначення тригерів: стабілізувати цікаву для вас частину сигналу і швидко проаналізувати цей сигнал.

Тепер ми розглянемо, як налаштування тригера змінюють візуалізацію сигналу. Налаштування, які ми використовували раніше, повинні з'явитися зі стрілкою вгору та значенням 100 мВ.

Вибраний вами символ визначає, де знаходиться тригер: фронт, що наростає або спадає імпульсу. Для періодичних сигналів (наприклад, сигналу синусоїдальної хвилі, що повторюється) буде кілька точок, в яких сигнал перетинає певне значення. Для цього потрібно певний тригер, при якому сигнал росте або падає. Введене вами значення — це значення, яким спрацює сигнал. Ви можете візуалізувати тригер у WaveForms Live (наведено нижче) за допомогою зеленої лінії. Перетягування туди та назад дозволить вам змінити положення сигналу на екрані.

Тепер змініть значення на 5,2 на бічній панелі. Ви побачите, як сигнал рухається, так що тригер знаходиться у тій частині сигналу, яка починає вирівнюватись. Ви також можете помітити, що сигнал починає трохи рухатися. Це частково показує важливість вибору значення тригера.

По-перше, значення має бути в межах сигналу, інакше він ніколи не спрацює. Далі значення має знаходитися в межах більш стабільної частини сигналу, в іншому випадку невеликі зміни напруги, викликані шумом, будуть зміщувати точку запуску. Це призводить до менш стабільної візуалізації сигналу.

Тепер змініть значення на 500 мВ і виберіть символ зі стрілкою вниз (тобто тригер по задньому фронту сигналу). Це перемістить тригер на спадаючий фронт, який також є найстабільнішою частиною сигналу. Ви повинні побачити, що сигнал достатньо стабілізувався, щоб можна було проводити вимірювання та переміщувати курсори для отримання цінних даних.

Докладніше про RC-ланцюги: частотна область

У першому прикладі RC-ланцюга ми розглянули, як схема реагує на вхідний сигнал прямокутної форми з фіксованою частотою. Це корисно визначення того, що станеться, коли ми включимо і виключимо джерело живлення схеми. Але що якщо ми хочемо знати, що відбувається, коли ми пропускаємо через нашу схему сигнали різної частоти?

Для обробки сигналів часто корисно побудувати схему, яка може фільтрувати певні частоти або шум. За допомогою графіка БОДЕ ми можемо визначити, сигнали якої частоти проходитимуть через наш ланцюг і з якою амплітудою. Помістивши всі відповіді на той самий графік, ми можемо швидко побудувати, протестувати і налаштувати нашу схему.

Давайте почнемо з побудови простого RC-ланцюга, як показано нижче:

Підключіть генератор сигналів (жовтий провід) до резистора (R1), а канал 1 осцилографа (помаранчевий провід) до вузла з резистором та конденсатором. Нарешті підключіть масу (чорний провід) до конденсатора. Налаштування має імітувати зображення нижче:

 Перш ніж натискати кнопку з хвилястою лінією на правому краю вікна графіки, переконайтеся, що осцилограф у WaveForms Live зупинено (див. нижче). 

Це відкриє графік BODE, також званий амплітудним відгуком. Переконайтеся, що параметри відповідають нижченаведеному графіку, потім натисніть «Виконати».

Кожна точка є частотою, яка проходила через схему і порівнювалася з вихідним сигналом. Значення "X" точки - це частота, а значення "Y" - це відношення вхідної амплітуди до вихідної амплітуди в дБ.

Ця схема демонструє поведінку нижніх частот, оскільки нижні частоти мають значення, близьке до 0 дБ або коефіцієнта 1. Щоб дізнатися більше про графіки Боде та їх граничні частоти, ознайомтеся з курсом Real Analog.

Додаткову інформацію про вступні схеми можна знайти на Digilent Wiki.

Дізнайтеся більше про схеми за допомогою OpenScope MZ, який тепер доступний у Digilent та Mouser.

Галузеві статті — це форма контенту, яка дозволяє галузевим партнерам ділитися корисними новинами, повідомленнями та технологіями з читачами All About Circuits, оскільки редакційний контент не дуже підходить. Усі галузеві статті підпорядковуються строгим редакційним правилам з метою запропонувати читачам корисні новини, технічні знання чи історії. Погляди та думки, виражені в галузевих статтях, належать партнеру і не обов'язково належать All About Circuits або його авторам.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів до України: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry