Продовжуємо вивчення приладу, треба проявити посидючість...

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

"Основи осцилографів. Принципи роботи та методики вимірювань". Частина 2.

ЧАСТИНА 1 >>

Синусоїди

Синусоїда є основною природною формою хвилі з кількох причин. Вона має гармонійні математичні властивості – це та сама синусоїдальна форма, яку ви вивчали на уроках тригонометрії. Напруга, яка є у ваших стінних розетках варіюється так само, як і синусоїда. Тестові сигнали, які продукуються осцилюючими ланцюгами генератора сигналів, зазвичай є синусоїдами. Більшість джерел змінного струму (AC) продукують синусоїди. (AC означає змінний струм, хоча напруга також чергується. DC означає постійний струм, що означає стійкі значення струму та напруги, як то генерується від батарей). Затухаюча синусоїдальна хвиля - окремий випадок, який можна спостерігати в ланцюгах, що вагаються, з часом «згортаються».

Квадратичні та прямокутні хвилі

Квадратична хвиля є іншим типом поширеної форми сигналу. В цілому, квадратична хвиля є напругою, яка включається і відключається (стає високим або низьким) в регулярні інтервали. Такий сигнал – стандартний для випробувальних підсилювачів – добрий підсилювач збільшує амплітуду квадратичного сигналу з мінімальним спотворенням. ТБ, радіо та комп'ютерні ланцюги часто використовують квадратичні хвилі як синхронізуючі сигнали.

Прямокутні хвилі такі самі як і квадратичні крім того, що часові інтервали високих і низьких значень не однакові по довжині. Це особливо важливо під час аналізу цифрових схем.

Пилоподібні та трикутні хвилі

Пилоподібні і трикутні хвилі походять від ланцюгів, призначених для лінійного управління напругою, як горизонтальна розгортка аналогового або растрове сканування на пристроях ТБ. Переходи між рівнями напруги у цих хвилях змінюються із постійною швидкістю. Ці переходи називаються пилками (рампами).

Ступінчасті та імпульсні форми

Сигнали, як то щаблі та імпульси, які відбуваються рідко чи не періодично, називаються одиночними чи перехідними сигналами. Крок означає миттєву зміну значення напруги, схоже на те, що можна побачити при включенні перемикача подачі живлення.

Імпульс вказує на миттєву зміну напруги, схожу на зміну напруги, яку можна спостерігати при періодичному включенні та вимкненні перемикача. Імпульс може представляти один біт інформації, що проходить комп'ютерними ланцюгами, або це може бути якийсь збій або дефект на ланцюгу. Безліч імпульсів, що проходять разом, створюють імпульсну послідовність. Компоненти комп'ютерного ланцюга зв'язуються між собою у вигляді імпульсів. Імпульси можуть бути у формі потоку послідовних даних або у формі множинних сигналів каналів, які можуть бути задіяні на шині паралельної передачі даних (значень). Імпульси обов'язково присутні на рентгенівських установках, радарах та комунікаційному устаткуванні.

Періодичні та неперіодичні сигнали

Сигнали, що повторюються, відносяться до категорії періодичних сигналів, у той час, як сигнали, що постійно змінюються відомі як неперіодичні. Стійка картинка відповідає періодичним сигналам, тоді як динамічна картинка дорівнює неперіодичним.

Синхронні та Асинхронні Сигнали

Коли має місце співвідношення в синхронізації між двома сигналами, ці сигнали вважаються синхронними. Сигнали блоку синхронізації, дані та адресні сигнали самого комп'ютера є яскравим прикладом синхронних сигналів.

Асинхронні – термін, застосовуваний позначення таких сигналів, між якими немає синхронізації. Через відсутність тимчасової кореляції між дотиком до клавіші на комп'ютерній клавіатурі та блоком синхросигналів цього комп'ютера, такі сигнали відносяться до асинхронних.

Ступінчасті та імпульсні форми

Сигнали, як то щаблі та імпульси, які відбуваються рідко чи не періодично, називаються одиночними чи перехідними сигналами. Крок означає миттєву зміну значення напруги, схоже на те, що можна побачити при включенні перемикача подачі живлення.

Імпульс вказує на миттєву зміну напруги, схожу на зміну напруги, яку можна спостерігати при періодичному включенні та вимкненні перемикача. Імпульс може представляти один біт інформації, що проходить комп'ютерними ланцюгами, або це може бути якийсь збій або дефект на ланцюгу. Безліч імпульсів, що проходять разом, створюють імпульсну послідовність. Компоненти комп'ютерного ланцюга зв'язуються між собою у вигляді імпульсів. Імпульси можуть бути у формі потоку послідовних даних або у формі множинних сигналів каналів, які можуть бути задіяні на шині паралельної передачі даних (значень). Імпульси обов'язково присутні на рентгенівських установках, радарах та комунікаційному устаткуванні.

Періодичні та неперіодичні сигнали

Сигнали, що повторюються, відносяться до категорії періодичних сигналів, у той час, як сигнали, що постійно змінюються відомі як неперіодичні. Стійка картинка відповідає періодичним сигналам, тоді як динамічна картинка дорівнює неперіодичним.

Синхронні та Асинхронні Сигнали

Коли має місце співвідношення в синхронізації між двома сигналами, ці сигнали вважаються синхронними. Сигнали блоку синхронізації, дані та адресні сигнали самого комп'ютера є яскравим прикладом синхронних сигналів.

Асинхронні – термін, застосовуваний позначення таких сигналів, між якими немає синхронізації. Через відсутність тимчасової кореляції між дотиком до клавіші на комп'ютерній клавіатурі та блоком синхросигналів цього комп'ютера, такі сигнали відносяться до асинхронних.

Комплексні хвилі

Деякі форми хвилі включають характеристики синусоїд, квадратичних хвиль, ступінчастих і імпульсів для продукування комплексних форм. Інформація про сигнал може бути вбудована у форму амплітуди, фази та/або варіацій частоти. Як приклад можна глянути на рис. 6 де представлений звичайний композитний відеосигнал, тим не менш, він складається з безлічі циклів високочастотних форм хвилі, вбудованих в низькочастотний кадр.

На цьому прикладі видно, що найважливішим є чітке уявлення про відносні рівні та співвідношення синхронізацій ступенів. Для аналізу такого сигналу необхідний осцилограф, що захоплює в кольоророзносному режимі низькочастотні кадри та елементи сполучення високочастотних хвиль, таким чином, що стає можливим побачити їхню загальну комбінацію в картинці, яку можна інтерпретувати візуально. Цифрові люмінесцентні осцилографи найбільш пристосовані для огляду комплексних хвиль, як відеосигнали на рис. 6. Їхні екрани забезпечують необхідну частоту появи інформації або градуювання інтенсивності, що обов'язково для розуміння того, що насправді відбувається з хвилею.

Деякі осцилографи здатні специфічним чином виводити свої екрани певні типи комплексних форм хвиль. Наприклад, телекомунікаційні дані можуть відображатися як очкові діаграми або діаграми сузір'їв.

Цифрові телекомунікаційні сигнали даних можуть бути представлені на екрані осцилографа у вигляді специфічних типів форм, званих глазковими діаграмами. Ця назва походить із схожості форми сигналу з якоюсь послідовністю очей, як це видно на рис. 7. Вічні діаграми продукуються, коли цифрові дані від приймача відбираються і застосовуються до вертикального входу, тоді як швидкість передачі даних застосовується для запуску горизонтальної розгортки. Глазкова діаграма загальною картинкою відображає один біт або інтервал даних з усіма можливими крайовими передачами та накладеними станами.

Діаграма сузір'їв представляє сигнал, модульований через цифрову схему модуляції як: квадратурна амплітудна модуляція або фазова маніпуляція.

Вимірювання форми хвилі

Для опису типів вимірів використовуються безліч термінів, пов'язаних з осцилографом. Цей розділ описує деякі з найпоширеніших з них.

Частота та період

Якщо сигнал повторюється, це частота. Частота вимірюється в Герц (Hz) і відповідає кількості разів повторення сигналу самого себе протягом 1 сек, що називається циклом за секунду. Повторюваний сигнал також має період, що є у часі, необхідне сигналу для завершення одного циклу. Період і частота взаємозворотні один одному, так що, 1/період еквівалентна частоті, а 1/частоту еквівалентна періоду. Наприклад, синусоїда на рис. 8 має частоту 3 Hz, а період 1/3 секунди.

Напруга

Напруга це кількість електричного потенціалу чи сили сигналу між двома точками на ланцюга. Зазвичай одна з цих точок земля або нуль вольт, але не завжди. Можливо, вам потрібно виміряти напругу на формі хвилі від його максимального значення до мінімального, то це називається вимір між пікових значень.

Амплітуда

Амплітуда - кількість напруги між двома точками на ланцюгу. Амплітуда відноситься до максимальної напруги сигналу, що вимірюється від землі або від нуля вольт. Форма хвилі, представлена на рис 9, має амплітуду 1 V, а між пікову напругу 2 V.

Фаза

Найкраще цей термін пояснюється при погляді на синусоїду. Рівні напруги синусоїд виводяться із кругового руху. Враховуючи, що коло 360 °, один цикл синусоїди має 360 °, як це показано на рис. 9. Застосовуючи термін «градус», можна визначати фазовий кут синусоїди щодо кол-ва минулого періоду.

Зсув по фазі означає різницю у синхронізації між двома схожими сигналами. Форма хвилі на рис. 10 під ярликом "струм" позначена як зсунута по фазі на 90° від форми хвилі під ярликом "напруга", оскільки обидві хвилі досягають одних точок у своїх циклах в точності в 1/4 зсуву від повного циклу (360°/4 = 90° ). Зсув фазою зазвичай вимірюється в електроніці.

Вимірювання форм сигналів за допомогою цифрових осцилографів

Сучасні цифрові осцилографи мають функції, що значно спрощують вимірювання різних сигналів. Ці прилади мають клавіші на передній панелі та/або спливаючі на екрані меню, через які можна встановлювати режими повністю автоматичних вимірювань. Сюди входять амплітуда, період, час наростання/падіння фронту імпульсу та багато інших режимів. Більшість цифрових осцилографів мають функції розрахунку усереднених та середньоквадратичних значень, робочих циклів та інші математичні операції. Режими автоматичних вимірювань з'являються на екрані як алфавітно-цифрових показників. Майже завжди ці показники набагато точніші, ніж ті, які можна вивести при інтерпретації точок на графічній сітці.

Перелік повністю автоматизованих вимірювань форм сигналів:

• Період • Робочий цикл + • Висота
• Частота • Робочий цикл – • Знижений сигнал
• Ширина + • Затримка • Мін
• Ширина - • Фаза • Max
• Час наростання • Ширина сплеску • Викид імпульсу +
• Час падіння • Між піковим значенням • Викид імпульсу -
• Амплітуда • Середнє значення • Середньоквадратичне. значення
• Коефіцієнт згасання • Середнє значення циклу • Цикл RMS
• Середня оптична потужність • Область циклу • Джіттер

Типи осцилографів

Електронне обладнання може бути класифіковано за двома категоріями: аналогове та цифрове. Аналогове обладнання працює з значеннями напруги, що безперервно змінюються, в той час як цифрове обладнання працює з дискретними бінарними номерами, що являють собою вибірки напруги.

Звичайний фонограф є аналоговим пристроєм, тоді як компактний дисковий програвач – цифровим.

Осцилографи можуть бути класифіковані так само – як аналогові та цифрові. На відміну від аналогового осцилографа, цифровий осцилограф задіює аналогово-цифровий перетворювач (ADC) для перетворення виміряної напруги на цифровий формат. Прилад захоплює форми хвилі у вигляді серії вибірок і зберігає ці вибірки до того моменту, як їх набралося достатньо для опису форми хвилі. Після цього цифровий осцилограф відновлює форму хвилі для її відображення на екрані, як це видно на рис.11

Цифрові осцилографи можуть бути класифіковані як цифрові запам'ятовуючі (DSOs), цифрові люмінесцентні (DPOs), осцилографи змішаних сигналів (MSOs) та з цифровою вибіркою.

Технологія «цифри» передбачає здатність осцилографа відображати будь-яку частоту по всьому її спектру з належною стабільністю, яскравістю та чистотою. Для сигналів, що повторюються, смуга пропускання цифрового осцилографа є функція аналогової смуги фронтальної компоненти осцилографа, зазвичай званої як точка –3 dB. Для одноразових і перехідних подій, як імпульси і пороги, смуга пропускання цифрового осцилографа обмежується його частотою вибірки. Ця тема докладно описана у розділі Частота вибірки.

Цифрові осцилографи, що запам'ятовують

Звичайний цифровий осцилограф відомий як цифровий осцилограф, що запам'ятовує (DSO). Дисплеї таких приладів зазвичай растрового типу, а не технології фосфору люмінесцентного, присутнього на старих аналогових осцилографах.

DSO дозволяють захоплювати та вивчати події, які трапляються лише один раз і відомих як перехідні. Оскільки форма хвилі є у цифровому форматі як збережених бінарних значень, цей сигнал можна аналізувати, архівувати, роздруковувати, обробляти будь-яким способом, як самим осцилографом, і будь-якому комп'ютері. Формі хвилі немає необхідності бути безперервною; сигнал може бути виведений на екран навіть тоді, коли цей сигнал вже зник. На відміну від аналогових осцилографів, їх цифрові побратими забезпечують безперервну безпеку даних у цифровому вигляді та їх багатофункціональну обробку. Однак, DSOs зазвичай не володіють градацією по інтенсивності в реальному часі, тим самим, не здатні виявити рівні інтенсивності, що варіюються, в живому сигналі.

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