Вступний курс для новачків

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

Що кожен інженер-електронщик повинен знати про осцилографів

________________________________________

З усього набору випробувального обладнання, що є у розпорядженні інженерів-електронщиків і техніків, найбільш корисним, безсумнівно, є осцилограф. Цей пристрій дуже потужний і може допомогти дуже швидко і точно вимірювати напругу з часом - те, що нелегко зробити за допомогою іншого пристрою в метрологічній лабораторії. Осцилограф - це важливий інструмент, що використовується при виробництві, проектуванні, пошуку та усуненні несправностей, забезпеченні цілісності сигналу і, нарешті, при простому розумінні того, як працюють електронні схеми.

Незважаючи на те, що сучасний осцилограф виглядає складним і лякаючим з усім своїм набором кнопок, ручок, щупів і пов'язаних з ними точок кріплення, а також кольоровим дисплеєм, насправді це дуже простий у використанні пристрій. Не дозволяйте навороченому вигляду осцилографа залякати вас!

Ключ до того, щоб стати експертом з осцилографів, полягає в тому, щоб спочатку освоїти основні принципи роботи цього приладу, а потім розвивати набуті базові знання.

У зв'язку з цим у цій короткій статті будуть розглянуті деякі ключові моменти та поширені підводні камені, з якими стикаються користувачі-новачки, пов'язані з базовим використанням осцилографів. Сподіваємось, що ця стаття допоможе направити ваші дії у правильному напрямку. З часом, коли ви більше часу приділятимете практичному застосуванню осцилографа, ви в кінцевому підсумку, знайдете безцінний особистий досвід і станете почуватися комфортно, проводячи вимірювання будь-якого рівня складності.

Для простоти викладу, у цій статті розглядаються тільки звичайні цифрові осцилографи, відомі як цифрові осцилографи, що запам'ятовують (DSO), з дисплеєм растрового типу. У статті не розглядаються старі аналогові осцилографи, де для відображення інформації використовувався люмінофор, а також нові спеціалізовані осцилографи, такі як цифрові люмінофорні осцилографи (DPO), осцилографи змішаної області (MDO) або осцилографи змішаних сигналів (MSO).

Поки що зупинимося на головному.

Заземлення та безпека

Перш ніж заглиблюватися в основи осцилографів, розуміння правильного заземлення та безпеки допоможе не пошкодити безповоротно ваш DSO або його зонди. Неправильне підключення заземлення пробника через шасі / захисне заземлення може створити шлях для струму, що приведе

до ушкодження цього пробника. Коротше кажучи, проблема в тому, що металева частина роз'єму, до якого підключається пробник на осцилографі, безпосередньо пов'язана із захисним заземленням через шнур живлення осцилографа. Ви можете самостійно змінити це з'єднання за допомогою омметра. Це з'єднання з низьким імпедансом і коли ланцюг, який ви досліджуєте, також підключена до захисного заземлення, утворюється петля, і дуже низький опір дозволяє струму з ланцюга стати надмірним. Пропускна здатність заземлюючого дроту зонда швидко перевищується, і провід різко розмикається, і ви, ймовірно, почуєте гучну бавовну! Кращим вирішенням цієї проблеми є розрив заземлювального контуру шляхом ізоляції ланцюга, що тестується, або ізоляції заземлення осцилографа. Оскільки це проблема безпеки, якщо захисне заземлення на осцилографі відключено, найкращим варіантом буде переконатися, що схема, що тестується плаваюча (тобто не підключена до захисного заземлення землі). Прийміть рішення, чи подавати живлення на схему, що тестується, за допомогою ізольованого джерела живлення або батареї. Будьте обережні, подаючи харчування на схему, що тестується, за допомогою чогось на зразок роз'єму USB, оскільки такі типи пристроїв зазвичай не ізольовані від землі, і у вас все одно буде проблема з контуром заземлення.

Що таке осцилограф?

Осцилограф вимірює форми напруги від датчиків напруги, таких як щупи напруги осцилографа, що поставляються в комплекті з пристроєм, або деяких інших датчиків, таких як тензодатчики, датчики струму, шумомір або інший датчик. Графічна шкала осцилографа вимірює напругу вертикальної осі і час горизонтальної. З захопленої форми сигналу ми можемо отримати таку інформацію, як частота, амплітуда, період, фаза, спотворення, шум, постійний струм, змінний струм, робочий цикл (час включення та час вимкнення), час наростання / спаду і т.д.

Основні елементи керування

Крім дисплея, у звичайний осцилограф входять ще три важливі функціональні блоки. Цими функціональними блоками є блок тригера, блок Вольт на поділ та Блок секунд на поділ.

Тригер

Функція тригера використовується для синхронізації горизонтальної розгортки в точному положенні сигналу, що життєво важливо для точного представлення сигналу, що тестується. Тригер змушує форми хвиль, що повторюються, виглядати нерухомими на дисплеї, повторно відображаючи відповідну частину вхідного сигналу. Найбільш елементарна та загальноприйнята форма тригера називається тригером по фронту. Це те, що ви, швидше за все, використовуватимете, коли вперше почнете використовувати осцилограф. Існує багато інших спеціалізованих і складних типів тригерів, які реагують на певні умови, що настроюються користувачем, і які справді можуть зробити DSO потужним інструментом. Ці тригери включають тригер швидкості наростання, глітч, ширину імпульсу, тайм-аут, рант-імпульс, логіку, установку і утримання і комунікаційний тригер, і це всього лише деякі з них.

Вольт/справ

Регулятор вольт на поділ (вольт/справ) дозволяє переміщати форму сигналу вгору або вниз на екрані залежно від коефіцієнта масштабування. Наприклад, якщо ручка встановлена ​​на 1 вольт, а дисплей складається з 10 вертикальних поділів, зверху вниз на дисплеї може відображатися 10 вольт. Зверніть увагу, що показання можуть змінюватись в залежності від коефіцієнта загасання зонда, що знімає показання. Якщо використовується зонд 10X (тобто 10-кратний) і осцилограф не робить автоматичну корекцію, вам необхідно помножити результуюче показання форми сигналу на 10, щоб отримати правильну амплітуду цього показання. Навряд чи вам доведеться турбуватися про цю проблему, якщо використовується відносно сучасний осцилограф.

Вхідна муфта

Вхідний зв'язок - ще одна проста, але часто неправильно інтерпретована функція, представлена ​​в розділі "Вольт / справ" осцилографа. Це стосується методу, що використовується для підключення електричного сигналу від одного ланцюга до іншого, тобто до підключення тестової схеми до осцилографа. Ви можете налаштувати вхідний зв'язок як постійний струм, змінний струм або землю. Зв'язок змінного струму просто блокує частину сигналу постійного струму, і на дисплеї ви бачите форму сигналу з центром близько нуля вольт. Установка заземлення відключає вхідний сигнал від вертикального контролю, тим самим дозволяючи побачити, де на дисплеї знаходиться нуль вольт. Налаштування постійного струму дозволяє відображати весь вхідний сигнал (постійний та змінний струм).

Сік/справ

Функція секунд на поділ (сек/справ) визначає швидкість, з якою сигнал переміщається дисплеєм. Як і у випадку з керуванням «Вольт/справ», описаним вище, налаштування керування «с/справ» також є масштабним коефіцієнтом. Якщо на ручці встановлено значення 10 мс, то кожен горизонтальний поділ на дисплеї відповідає 10 мс, а загальна ширина екрану (також за умови, що на дисплеї всього 10 поділів) дорівнює 100 мс. Спостереження довших і коротких часових інтервалів вхідного сигналу легко досягається шляхом зміни ручки керування налаштуваннями секунд/діл.

Продуктивність

Час наростання механізмів перемикання в компонентах, які ми використовуємо, стає дедалі швидше, і можливість ефективного виміру цього часу наростання під питанням. Часто виникає питання, чи осцилограф має достатню смугу пропускання.

Типова формула, використовувана визначення адекватної смуги пропускання осцилографа, дорівнює 0,35, розділеному на час наростання фронту імпульсу.

Наприклад, необхідність вимірювання імпульсу з часом наростання 1нс означає, що мінімальна смуга пропускання осцилографа повинна становити близько 350 МГц.

Звичайно, чим більша пропускна спроможність, тим краще.

Частота вибірки, виражена у вибірках на секунду (S/s), також є ще одним важливим фактором, який слід враховувати при використанні осцилографа. Кількість вибірок на секунду означає, як часто DSO робить знімок або вибірку вхідного сигналу. Чим вище частота дискретизації, тим вище роздільна здатність і деталізація сигналу, що відображається і тим менше ймовірність втрати важливої ​​інформації.

Хороше емпіричне правило, якщо ви вимірюєте синусоїдальний сигнал, полягає в тому, що ваш осцилограф повинен мати частоту дискретизації, принаймні, в 2,5 рази, що перевищує найвищу частотну складову сигналу, який ви збираєтеся виміряти, і в 10 разів (!) перевищує найвищу частотну складову сигналу, який ви тестуєте (якщо ви вимірюєте прямокутні хвилі, імпульси та інші типи сигналів).

Пробники

Про щупи осцилографа можна було б написати окрему статтю. Найпростіший тип датчиків загального призначення, з яким ви зіткнетесь, це пасивні пробники 1X або 10X. Будьте обережні з надмірним ємнісним навантаженням тестованого ланцюга цими пробниками. Для високошвидкісного зондування сигналів необхідні активні та диференціальні пробники. Логічні пробники доступні, коли необхідне захоплення кількох каналів даних.

Витрати

Співвідношення Ціна/Якість осцилографів стають все кращими і кращими. Побіжний перегляд Інтернету показує, що ви можете отримати пропускну здатність у сотні мегагерц за функціональності приладу професійного рівня менш ніж за 500 доларів. Цієї продуктивності може бути достатньо, щоб виконати більшу частину вашого алгоритму вимірювань.

У міру збільшення часу наростання та ускладнення вимірів вам доведеться платити за продуктивність. При складанні бюджету на новий осцилограф обов'язково включіть витрати на придбання необхідних вам датчиків, калібрування ендоскопа та датчиків, а також доставку ендоскопа та датчиків туди та назад вашому постачальнику послуг з калібрування.

Висновок

Осцилографи – робочі конячки «заточені» на розробку та тестування продукції. На перший погляд, прилади здаються складними, але насправді ними досить легко користуватися. Просто запам'ятайте основи, і незабаром ви станете штатним експертом з осцилографів у своїй фірмі. Сподіваюся, вам сподобається працювати з цим типом приладів, і ви зможете покращити свої навички їх використання у міру просування кар'єрними сходами інженера!

Успіхів.

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