Для чего нужен осциллограф и как им пользоваться

Как пользоваться осциллографом и для чего он нужен

Измерить простые электрические величины, такие как ток, сопротивление, напряжение можно используя мультиметр. Но исследовать форму сигнала или поведение его во времени им не удастся. Поэтому для измерений, проверки и точной настройки приборов нужен осциллограф. Это универсальное устройство ранее применялось только в лабораториях и сервисных центрах, но сегодня стало вполне доступным для использования и радиолюбителями.

Виды и характеристики

Различные исследования в области электричества требовали прибора, позволяющего выполнять ряд измерений поведения того или иного параметра в течение промежутка времени. Родоначальником такого устройства стал Андре Блондель, родившийся в 1863 году во Франции. Изучая электротехнику, он основал в городе Леваллупе лабораторию. В ней, основываясь на теории Альфреда Корню, учёный придумал и сконструировал магнитоэлектрический прибор с бифилярным подвесом. Произошло это в 1893 году.

Это устройство позволяло регистрировать интенсивность переменных токов путём записи колебаний маятника с чернилами, соединённого с катушкой индуктивности. Измеритель отличался низкой точностью из-за механических частей. А полоса пропускания его лежала в диапазоне 10−19 кГц.

Дальнейшая эволюция прибора привела к появлению в 1897 году осциллографа с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Его конструктором стал физик из Германии Карл Браун. Но первый промышленный экземпляр был выпущен только в 1932 году британской компанией A. C. Cossor Ltd. В ноябре американская фирма Allen B. DuMont Laboratories представила осциллограф, состоящий из двух частей: ЭЛТ и кожуха. В последнем размещались блоки фокусировки луча, источник питания и узел развёртки. Но технология производства экрана позволяла его использовать не более одной тысячи часов.

Вторая мировая война остановила развитие прибора, но по её окончании инженеры Воллюм и Мердок, основатели компании Tektronix, внедряют в устройство прибора ждущую развёртку, то есть ту, которая запускается только во время возникновения электромагнитного сигнала. Этот прибор работал с полосой пропускания 10 МГц.

Развитие полупроводниковой техники привело к разработке цифрового устройства фирмой LeCroy в 1980 году. После чего цифровые аппараты стали массово производиться в Европе, не только профессионального уровня, но и радиолюбительского. На рынках появились всевозможные устройства, отличающиеся классом точности и функциональностью.

На начало 2000 годов цифровая техника почти полностью вытеснила аналоговые приборы, этому поспособствовало развитие персональных компьютеров и возможность сопряжения с ними измерителя. Но при этом, какой бы способ обработки сигналов ни использовался, принцип работы различных осциллографов остаётся одинаковым.

Аналоговое устройство

Сегодня всё реже можно встретить аналоговые осциллографы в исследовательских лабораториях или сервисных центрах. Но у радиолюбителей всё ещё достаточно морально устаревших, но ещё вполне работоспособных таких приборов. Любое аналоговое устройство состоит из одного или нескольких вертикальных каналов, горизонтального канала, схемы запуска и электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

ЭЛТ является основной частью устройства. На ней отображается форма исследуемого сигнала. Выполняется она из вакуумной колбы, в которую впаиваются электроды различного назначения. Первая группа формирует электронную пушку, образующую луч. На неё подаётся исследуемый сигнал. А вторая — состоит из контактов вертикально и горизонтально отклоняющих пластин и к ней подводится напряжение генератора развёртки.

Таким образом, устройство состоит из следующих частей:

• аттенюатора — входной делитель напряжения;
• предварительный усилитель;
• блок задержки;
• схема синхронизации и запуска развёртки;
• генератор;
• оконечный усилитель.

Измеряемый сигнал поступает на вертикальные пластины, а далее на аттенюатор, который позволяет настраивать чувствительность прибора. Выполняется регулирующее устройство в виде поворотной ручки. Шкала переключения указывается в вольтах на одно деление. При измерениях мощного сигнала используются делители. Это специальные устройства, работающие по принципу аттенюаторов, но при этом они уменьшают сигнал до безопасного уровня для входных цепей осциллографа.

Сигнал с делителя или аттенюатора разветвляется на предварительном усилителе и попадает в блок задержки и синхронизации. Последний узел создаёт условия для запуска генератора при появлении электромагнитных колебаний. Пилообразный сигнал с генератора поступает в горизонтальный канал X, где усиливается и подаётся на экран.

Вторая же часть сигнала через линию задержки поступает в канал Y, а затем на ЭЛТ. В результате на экране в системе координат XY выводится положение импульса. Нижний частотный предел находится в районе 10 Гц, а верхний зависит от ёмкости пластин и качества усилителей.

Поэтому если на пластины подаётся измеряемое напряжение, то луч начинает отклоняться по вертикали и горизонтали. Эти перемещения происходят синхронизировано, и в результате сигнал «разворачивается» во времени. Получившееся изображение на экране называют осциллограммой.

Цифровой прибор

Цифровое устройство сочетает в себе аналоговый осциллограф и мини-компьютер. Используя его можно не только визуально увидеть форму, но и выполнить ряд операций, таких как сложение и вычитание сигналов, преобразование Фурье, определение спектра. В состав прибора входит:

• масштабирующий узел;
• аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
• оперативная память (ОЗУ);
• микроконтроллер;
• запоминающие ячейки;
• экран;
• элементы управления (кнопки, ручки).

Сигнал поступает на вход масштабирующего узла, где снижается до безопасной величины для внутренних схем прибора. Далее он подаётся через усилитель на АЦП. В нём происходит преобразование аналоговой формы в ряд дискретной последовательности логического кода. Для этого используется микроконтроллер, работающий на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Код записывается в ОЗУ, из которого после выполнения определённого условия передаётся в запоминающие ячейки. Каждому блоку соответствует пиксель, который засвечивается. Координата Х определяется номером ячейки, а координата Y кодом, записанным в неё. В запоминающей ячейке может содержаться несколько символов кода, которые и формируют линию из непрерывно горящих пикселей.

Цифровые осциллографы разделяются на несколько подтипов и могут быть:

• Виртуальными — имеющими различные порты ввода и вывода. Они предназначены для работы с внешним программным обеспечением, устанавливаемым на ПК.
• Стробоскопическими — использующими последовательную выборку мгновенных значений и временное их преобразование с помощью непродолжительных импульсов (стробов).
• Фосфорными — отображающими сигнал во временной и амплитудной плоскости, а также его интенсивность. Такие приборы характеризуются высокой плотностью выборки и точностью.

Использование ЖК экрана повышает удобство в работе с осциллографом. На нём становится возможным визуально отображать любые данные, а использование памяти в устройстве позволяет сравнивать любые изменения формы сигнала во времени.

Параметры приспособления

Осциллограф, как и любой электрический прибор, имеет ряд технических параметров. Именно они определяют его функциональность и степень использования. К его работе предъявляются требования по классу точности, стабильности работы, шумовым характеристикам.

Важнейшими параметрами прибора являются:

• Полоса пропускания частоты. Характеризует точность измерений. Чем она больше, тем более детально можно изучить форму сигнала. При этом значение этого параметра должно превышать частоту исследуемого сигнала в несколько раз.
• Дискретизация. Определяет разрешающую способность прибора.
• Число каналов. Их значение определяет число одновременно независимых измерений, которые можно выполнить на устройстве. Это даёт возможность выводить на экран сразу несколько графиков и сравнивать их между собой. Радиолюбительский класс имеет 2−4 канала, а профессиональный до 16.
• Размер памяти. Её величина влияет на скорость отклика устройства.
• Тип питания. Существуют приборы, работающие от сети переменного напряжения 220 вольт или аккумуляторных батарей.
• Время нарастания входного сигнала. Чем меньше, тем лучше. Это значит, что чем меньше «отгрызается» начало первого сигнала на экране при внутренней синхронизации, то тем лучше частотные свойства осциллографа.
• Характеристики экрана. Сюда относится: детализация, инертность, частота развёртки. Причём чем выше разрешение, тем больше степень детализации.
• Режим сегментированной памяти. Некоторые цифровые приборы имеют режим сегментированной памяти. То есть у них есть возможность выборочно фиксировать сигналы с нужной (высокой) частотой дискретизации.
• Наличие эквивалентного режима. Применяется для исследования периодического сигнала. Позволяет поднять частоту дискретизации в несколько раз.

Применение осциллографа

Осциллограф предназначен для изучения различных взаимосвязей между несколькими величинами. Отображаемая на экране осциллограмма показывает как изменяется форма напряжения во времени. Так, по ней можно легко определить полярность, амплитуду, длительность, скважность и частоту сигнала.

В грубом приближении осциллограф работает как графический вольтметр. Он измеряет сигнал и выводит его форму на дисплей. Устройством можно измерить даже напряжение высокой частоты. Его основное назначение заключается использование поиска неисправностей в сложных радиоэлектронных схемах или исследовательских измерениях. Например, с помощью него возможно:

• определять временные параметры;
• изучать фазовый сдвиг;
• фиксировать частоту сигнала;
• наблюдать переменную и постоянную составляющую напряжения;
• отмечать присутствие гармоник и их параметров;
• выяснять процессы, происходящие во времени.

Таким образом, осциллограф нужен для того, чтобы можно было наглядно наблюдать колебания электротехнического сигнала, а также видеть помехи и искажения, тем самым определяя неисправный элемент в различных узлах по форме входного и выходного импульса. Кроме этого, осциллограф широко применяется при диагностике электродвигателей. Изучая генерации, возникающие при работе мотора, можно вычислить неисправность катализатора, выявить увеличенный подсос воздуха, отследить сигналы с различных датчиков.

Работа с измерителем

Перед тем как воспользоваться осциллографом, выполняется калибровка. Для этого измерительные щупы подключаются к входу усилителя (отклонение луча в вертикальной плоскости) и общему выводу, обозначаемому как земля. В случае если используется ЭЛТ, после включения необходимо подождать некоторое время для прогрева экрана. Затем понадобится пройти следующие этапы:

1. Регулятор установки времени выставляется на деление, соответствующее 1 мс/дел.
2. Ручка «Вольт/деление» переключается в положение 0,5 В/дел.
3. Контроль синхроимпульсов переводится в режим «авто». Если такое положение не предусмотрено, то выбирается внутренняя синхронизация и устанавливается тип сигнала — переменный.
4. Вращая регуляторы положения луча (вверх/вниз и вправо/влево), устанавливают режим «Авто» или просто добиваются появления луча на экране.
5. Переключатель вида сигнала переводится в позицию GND (земля).
6. Общий щуп соединяется со специальным контактом заземления корпуса устройства. Если в осциллографе такого контакта нет, то зажим щупа одевается на любую неизолированную металлическую часть корпуса.
7. Переключатель «Тип сигнала» переводится в нейтральное положение для подключения вывода к земле. Если же такого переключателя нет, то щупы замыкаются друг с другом.
8. Ручками вертикальной и горизонтальной настройки добиваются установки луча на середину экрана.
9. Если устройство имеет переключатель «Тип сигнала», то он устанавливается в положение замера постоянной формы или щуп просто отсоединяется от гнезда заземления.
10. Переключением масштаба «Вольт/деление» добиваются разворачивания сигнала на весь экран, что повышает точность наблюдений.
11. С помощью измерительных проводов приступают к нужным исследованиям, подстраивая в случае необходимости масштаб «Вольт/деление».

Таким образом, использование осциллографа, позволяет осуществлять операции по настройке и ремонту сложных приборов, которые с помощью тестера выполнить невозможно. Работа на современном устройстве не намного сложнее измерений, проводимых мультиметром.

Зачем нужен осциллограф?

Осциллограф – инструмент, который отслеживает изменения в электронных схемах и отображает их в виде графических изображений. Он фиксирует все отклонения и временной промежуток, что позволяет быстро находить проблемы в работе разных электроприборов. Мультиметр помогает наблюдать за следующими параметрами: амплитуда, шумы, частота, пульсация, гармоника и другие.

Существуют два основных вида осциллографов:

• Аналоговые приборы используют усилители, которые могут задерживать и искажать сигнал.
• Цифровые устройства обеспечивают точную передачу данных в режиме реального времени.

Последний тип осциллографов наиболее распространен, так как отличается точностью показаний и простотой использования. Они меньше шумят и в свою очередь делятся на стробоскопические, люминофорные, запоминающие. Оборудование бывает стационарным и портативным. К портативным осциллографам относятся FNIRSI DSO 5012H (на фото слева) и Hantek 2C42. У них компактные размеры, есть собственный экран, на который выводится информация. Они подходят для выездных ремонтов.

Удобны и USB-осциллографы, которые подключаются к компьютеру или ноутбуку. Примеры таких моделей: Hantek 6074BE, осциллограф-ручка Hantek PSO2020. Они позволяют выбрать метод интерполяции, имеют широкую полосу пропускания, подходят для высокочастотных измерений. Однако в недорогих моделях может отсутствовать гальваническая развязка.

Для чего нужен осциллограф

Осциллограф – это прибор, широко используемый в лабораториях, научно-исследовательских центрах, мастерских и сервисах. Его применяют для наблюдения за амплитудными и временными параметрами электрического сигнала, их измерениями и записью. Этот инструмент станет незаменимым помощником любого инженера, тех, кто работает с аналоговыми и цифровыми приборами любого назначения. Им пользуются и радиолюбители, домашние мастера. Познакомимся более подробно с тем, что представляет собой осциллограф, для чего нужен он, как устроен и работает, для решения каких задач подходит. Определим основные моменты, которые помогут правильно подобрать прибор под определенные эксплуатационные условия.

Для чего нужен осциллограф

Основное назначение осциллографа – предоставление пользователю визуального отображения сигналов, поступающих на вход прибора с целью их последующего измерения и анализа в частотной, временной и логической области. Эти картинки можно сохранять, преобразовывать, что актуально при последующем исследовании, сравнении.

Один из важных моментов использования прибора – целостность поступающего сигнала. Осциллограф способен чрезвычайно точно воспроизводить форму входящего сигнал. В этом случае говорят, что его целостность высокая. Но если же она будет низкой, то работа осциллографа будет бесполезной: сигнал, который будет фиксировать прибор будет значительно отличаться от реального. Надо понимать, что достичь 100% идентичности не удастся даже на самом современном и качественном осциллографе. Проблема в том, что при подключении прибора к сети, он сам становится частью этой электрической схемы с ее нагрузкой, сопротивлением. Производители осциллографов пытаются минимизировать сторонние воздействия с целью повышения точности фиксации сигнала, но все же достичь полного подобия не удастся.

Принцип работы осциллографа

На сегодня наибольшее применение на практике получили цифровые осциллографы. Именно на их примере и рассмотрим принцип действия этих приборов:

1. Входное напряжение проходит через усилитель вертикального отклонения с делителем. Обеспечивается дополнительное масштабирование сигнала перед его подачей в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). При помощи АЦП напряжение преображается в дискретную последовательность кодов – выполняется выработка и оцифровка сигнала.
2. В кодах находят отображение мгновенные значения напряжения, после чего они записываются в оперативной памяти. Предыдущие записи и отчеты не удаляются, а сдвигаются на одну ячейку. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока задача, поставленная пользователем, не будет выполнена.
3. После решения вопроса, содержимое всех ячеек передается на запись в запоминающее устройство. Система синхронизации в автоматическом порядке ищет события запуска. Одновременно с этим блок временной развертки устанавливает продолжительность временного интервала.
4. Только после этого на дисплее прибора начинает формироваться изображение сигнала. Каждая ячейка – это определенная цветная точка на экране. В результате осциллограф показывает общую картинку входящего сигнала.

Это упрощенное описание прибора. В реальности в нем происходит много дополнительных процессов, повышающий масштабируемость, точность и удобство работы пользователя.

Основные блоки осциллографа

Устройство осциллографа также рассмотрим на примере цифровой модели. Он состоит из следующих основных узлов:

• АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). Компонент, способный преобразовать входящий аналоговый сигнал в цифровой.
• Аттенюатор. В его обязанности входит масштабирование сигнала. Допустимый предел увеличения определяется динамическим диапазоном усилителя и возможностями АЦП.
• Блок смещения. Речь идет о постоянной составляющей сигнала. Здесь также выполняется масштабирование, но уже учитывается динамический диапазон самого аналогово-цифрового преобразователя.
• Усилитель вертикального отклонения. В обязанности этого компонента входит линейное усиление сигнала. Необходимо довести его до того предела, чтобы он не выходил за рамки диапазона АЦП.
• Система запуска. Используется в случае комбинирования нескольких входных сигналов. Она способна находить уникальный момент времени внутри сигнала, согласно которому будут синхронизироваться данные.
• Блок развертки по времени. Определяет начало и конец работы АЦП в зависимости от события запуска. Также в его обязанности входит определение частоты дискретизации аналогово-цифрового преобразователя. Этот параметр напрямую связан со свободной памятью прибора, что позволяет настраивать данные развертки по времени.
• Внутренняя память каналов. Это своего рода оперативная память, в которой будет храниться информация в цифровом виде, поступающая от АЦП.

Также в конструкцию прибора входит дисплей, кнопки управления, интерфейсы, разъемы и другие элементы коммутации.

Виды осциллографов

Чтобы разобраться, как пользоваться осциллографом, необходимо понимать, с каким прибором вы имеете дело, то есть надо знать его вид. Сегодня рынок предлагает потребителям следующие варианты:

1. Аналоговые осциллографы. Самое простое решение. Способны отображать входящий сигнал в режиме реального времени. Изображение получается четким, без цифровых шумов, искажений. Оно формируется в электронно-лучевой трубке. Опции записи не предусмотрено. Функциональность ограничена. Предусмотрена только возможность наблюдения за формой сигнала и приближенные измерения самых простых параметров.
2. Цифровые осциллографы с функцией запоминания (DSO). В таких приборах исключены недостатки аналоговых моделей. В их конструкции уже есть АЦП, преобразующий сигнал. В цифровом виде можно хранить данные любой период времени, можно выполнять множество разных измерений. Информацию можно передавать с одного ПК на другой через сеть, внешние диски, флэшки или через LAN и USB интерфейсы. Управление приборами выполняется с панели, расположенной рядом с дисплеем.
3. Цифровые осциллографы смешанных сигналов (MSO). Также относятся к запоминающим. Таким осциллографом измеряют смешанные сигналы. Они одновременно работают и с аналоговыми, и с цифровыми потоками, но выдают результат в едином масштабе времени.
4. Цифровые стробоскопические осциллографы. Построены на принципе последовательного сигнального стробирования. Здесь при помощи коротких стробирующих импульсов измеряются мгновенные значения повторяющихся сигналов. Благодаря стробоскопическому эффекту обеспечивается повышенная чувствительность прибора одновременно с широкой полосой пропускания. Рабочая частота таких устройств измеряется десятками ГГц.
5. Портативные осциллографы. От стационарных моделей отличаются меньшими размерами, низким потреблением энергоресурсов. Они могут функционировать и от сети, и от аккумуляторной батареи. Предназначаются для работы на открытых площадках, в полевых условиях.
6. Комбинированные осциллографы. Помимо функций осциллографа, в них могут быть реализованы генераторы сигналов, логические анализаторы, анализаторы спектры, мультиметры, вольтметры, частотомеры. С их помощью выполняется анализ сигнала сразу в нескольких областях: частотной, временной, логической.

Чтобы подобрать вид осциллографа, необходимо четко понимать, с какими задачами он будет сталкиваться в рабочем процессе. И уже под них подбирается прибор.

Области применения

Что такое осциллограф хорошо знают все, кто связан с разработкой или испытаниями компонентов электроники, радиоэлектроники и готовой аппаратуры. Сфера применения этих приборов очень разносторонняя. Их повсеместно используют в:

• учебных, научно-исследовательских лабораториях для обучения студентов-электронщиков, выполнения рабочих исследований;
• автомобильной промышленности для проверки работоспособности и выявления ошибок в работе электронной системы машин;
• процессе проверки целостности сигналов и микроэлектронике;
• аэрокосмической, оборонной области для тестирования средств связи радиолокационных сетей;
• работах, связанных с тестированием систем и приборов на соответствие нормативным данным в области передачи данных;
• разработке, тестировании передовых технологий и пр.

Область применения приборов очень широкая. И чем выше будет качество осциллографа, тем надежнее он будет в работе, а его данные – точными и корректными.

Как выбрать осциллограф: параметры, на которые стоит обратить внимание

Чтобы подобрать прибор под особенности предстоящей эксплуатации, мало знать, что осциллограф измеряет и как он работает. Необходимо еще выбрать его технические характеристики. К наиболее важным показателям относят:

1. Полосу пропуская. Определяет максимальный диапазон частот, в котором обеспечивается точное измерение сигналов с ослабление не более чем до 70,7%.
2. Частота дискретизации. Определяет число выборок, осуществляемых прибором за 1 секунду работы. Оптимально подобрать такой показатель, чтобы он более, чем в 5 раз превышал самую высокую частоту исследуемого сигнала.
3. Время настройки. Определяет точность прибора при измерении длительности фронта изучаемых сигналов.
4. Глубина памяти. Каждый прибор имеет свой ресурс для записи. И чем больше будет глубина памяти, тем более длинную запись он позволит получить.
5. Время нарастания. Влияет на точность прибора при определении длительности фронта входящих сигналов.
6. Вертикальное разрешение аналогово-цифрового преобразователя. Указывает на точность прибора в процессе перевода аналогового сигнала в цифровой. Чем выше оно, тем большей будет целостность сигнала.
7. Чувствительность по вертикали. Отображает возможности усилителя системы вертикального отклонения. Особенно актуально при работе со слабыми входными сигналами.
8. Число и тип рабочих каналов. Для аналоговых осциллографов вполне будет достаточно 2, 4 или 8 каналов. С их помощью можно будет получить всю информацию, необходимую для исследования. А вот в случае цифровых моделей, где реализована параллельная передача информации, не обойтись без 8, а иногда и 16 дополнительных каналов.
9. Система запуска. Отвечает за захват событий сигналов. Применяется в случае выполнения более подробного анализа. С ее помощью повторяющиеся осциллограммы отображаются четко и корректно. Погрешность изображения и анализа входящего сигнала зависит от гибкости работы системы запуска и ее изначальной точности.
10. Согласованные пробники. К пробникам предъявляется ряд жестких требований. Так, его собственная емкость должна быть минимальной и не создавать чрезмерную нагрузку на сеть тестируемого прибора. А вот полоса пропускания пробника должна быть максимально близкой к полосе пропускания самого осциллографа.
11. Простота и удобство управления. С прибором должны уверенно работать люди с разным уровнем квалификации и подготовки. За удобство работы отвечает интерфейс, продуманность навигации и пр.
12. Выполнение автоматических измерений. Ускоряют и упрощают получение сигнала.
13. Программное обеспечение. Чем более гибким будет ПО осциллографа, тем большую эффективность можно получить в процессе диагностики электрических и оптических схем. Будет особо полезным при выполнении тестирования на соответствие стандартам.
14. Систему навигации и анализа. Незаменима на этапе поиска аномалий сигнала. Автоматизирует этот процесс, ускоряет получение результата.
15. Тип питания. Осциллограф может работать от электрической сети или встроенной аккумуляторной батареи. Последний вариант питания преимущественно реализован в полевых приборах.
16. Наличие дополнительных программных опций. Прибор должен обеспечивать как нынешние требования, так и потенциально возможные. Некоторые модели дополнительно позволяют расширять полосу пропускания, добавлять новые рабочие опции, увеличивать память каналов.
17. Интерфейсы. Удобно, когда прибор можно подключать непосредственно к ПК или передавать информацию через сменные носители. Так работа с документированием, обменом данными будет более простой и быстрой.

Чтобы сориентироваться во всех этих параметрах и подобрать осциллограф, максимально точно соответствующий предстоящей задаче, необходимо обладать глубокими знаниями. И если у вас есть сомнения, рекомендуем обратиться за профессиональной помощью к специалистам компании «Sernia Инжиниринг». Они помогут подобрать подходящее сертифицированное оборудование под запросы каждого клиента. Консультации можно получить по телефону или через онлайн-форму.

Что такое осциллограф?

Осциллограф – электронный прибор для измерения электрических сигналов в цепи и наблюдения за ними. Определение формы и параметров колебаний необходимо для отслеживания корректности работы оборудования.

Первые попытки создать прибор для определения электрических колебаний относятся ещё к 1880 году. Их делали французские и русские физики. Первые осциллографы были аналоговыми. С 1980-х годов сигналы стали фиксироваться с помощью цифрового оборудования.

Устройство и принцип действия прибора

Объясним устройство аналогового осциллографа просто, «для чайников». Прибор состоит из следующих элементов:

• лучевая трубка;
• блок питания;
• канал вертикального / горизонтального отклонения;
• канал модуляции луча;
• устройство синхронизации и запуска развёртки.

Для управления параметрами сигнала и его отображения на экране есть регуляторы. У старых моделей экрана не было. Изображение фиксировалось на фотоленте.

Принцип работы

При запуске прибора сигнал подаётся на вход канала вертикального отклонения. Он имеет высокое входное сопротивление. По тому же принципу работает вольтметр, измеряющий напряжение. Однако вольтметр не показывает временного графика колебаний напряжения.

Сигнал усиливается до необходимого уровня после подачи на вход. Он отображается на экране по вертикальной оси. Усиление требуется для работы отклоняющей системы лучевой трубки или преобразователя сигнала из аналогового в цифровой. Оно позволяет менять масштаб отображения колебаний на экране от крупного до мелкого.

Устройство

Лучевая трубка чувствительна к электрическим импульсам. Чем ниже их частота, тем выше чувствительность. В нынешних трубках количество лучей может составлять от одного до 16. Их количеству соответствует число сигнальных входов и отображающихся одновременно графиков.

Особенность цифрового осциллографа в том, что он имеет экран и преобразователь аналогового сигнала. У него есть память для сохранения данных о полученном графике колебаний. Часть информации анализируется в автоматическом режиме и отображается в обработанном виде. Аналоговый осциллограф не запоминает данные, а только показывает их в реальном времени.

Разверткой называется траектория движения луча, который улавливает колебания и выводит изображение на экран. Она бывает разной формы — эллиптической, круговой. Значение развёртки регулируется в зависимости от исследуемого сигнала по горизонтальной оси (временнóй).

Блок питания подаёт напряжение от сети 220 В на электронные схемы. Есть и аккумуляторные модели, способные работать автономно.

Виды осциллографов

По принципу действия осциллографы бывают цифровыми и аналоговыми. Существуют смешанные аналого-цифровые приборы. Всё чаще выпускают виртуальные. Там в качестве экрана используется другой прибор – монитор компьютера, телевизора.

Работа некоторых моделей основана на электромеханическом принципе:

• электродинамический;
• электростатический;
• выпрямительный;
• электромагнитный;
• магнитоэлектрический;
• термоэлектрический.

Прибор может работать самостоятельно или являться приставкой к другому оборудованию (например, компьютеру). Во втором случае цена ниже, но сам прибор зависим от внешнего устройства.

Виды развёрток

В разных режимах работы осциллографа линейные (создаваемых пилообразным напряжением) развёртки могут различаться:

• Однократная. Генератор запускается один раз, затем блокируется. Такая развёртка нужна для фиксирования неповторяющихся сигналов.
• Ждущая. Запуск происходит сразу после сигнала. Нужна для наблюдения за редкими колебаниями.
• Автоколебательная. Генератор периодически включается при отсутствии сигнала. Удобна для отображения частых периодических импульсов.

Измеряемые процессы

По принципу работы приборы делят на:

• Специальные. Имеют блоки для целевого использования (например, телевизионные осциллографы).
• Стробоскопические. Чувствительные приборы для исследования кратковременных повторяющихся процессов.
• Скоростные. Используют для фиксации процессов с высокой скоростью (с точностью до нано- и пикосекунд).
• Запоминающие. Сохраняют полученное изображение. Обычно применяют для изучения редких однократных действий.
• Универсальные. Исследуют разные процессы.

Где применяют осциллографы?

Информация, которую даёт осциллограф:

• значения напряжения, временные параметры колебаний;
• сдвиг фаз, искажение импульса на разных участках цепи;
• частота (определяется путем фиксирования его временных характеристик);
• переменная и постоянная составляющие колебаний;
• процессы в цепи.

Осциллографы используют как в практических, так и в научно-исследовательских целях. Для простых измерений можно воспользоваться мультиметром, но в большинстве случаев осциллограф незаменим.

Приборы для измерения колебаний применяют при настройке электронного оборудования. К примеру, для регулировки телевизионного сигнала необходимо получить его осциллографическое изображение. Приборы также используются при ремонте блоков питания, диагностике печатных плат.

При ремонте автомобилей устройство поможет получить данные о положении коленчатого и распределительного валов, датчиков положения. Данные осциллограммы расскажут о наличии импульса на катушке, укажут на неисправность свечей и проводов, диодного моста генератора.

Медицинское оборудование (кардиографы, энцефалографы) тоже работает по принципу осциллографирования. Только электрические колебания, измеряемые ими, происходят в живых организмах.

Методика измерений

Осциллограф измеряет электрическое напряжение и формирует амплитудный график электрических колебаний. Цифровые приборы могут запоминать полученный график, возвращаться к нему.

Колебания отображаются на экране в двухмерной системе координат (напряжение – вертикальная ось, время – горизонтальная ось), формируя график — осциллограмму. Есть ещё третий компонент исследований – интенсивность сигнала (или яркость).

При отсутствии входных импульсов на экране горизонтальная линия – «нулевая», обозначающая отсутствие напряжения. Как только на вход (или входы) прибора подаётся напряжение, на экране становятся видны один или несколько графиков одновременно (зависит от количества измеряемых сигналов).

График электрических колебаний по форме может представлять собой:

• синусоиду;
• затухающую синусоиду;
• прямоугольник;
• меандр;
• треугольники;
• пилообразные колебания;
• импульс;
• перепад;
• комплексный сигнал.

Для получения стабильного графика колебаний в приборе стоит блок синхронизации. Получить цикличное отображение колебаний можно только после установки значения синхронизации. Оно принимается за «стартовое», служит отправной точкой графика. Все скачки отображаются по отношению к этой точке.

Как выбрать

Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.

Количество каналов

По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.

Тип питания

Прибор с аккумулятором можно брать с собой на выезд. Это удобно для мастеров, которые проверяют оборудование по месту его нахождения. Если выезды не производятся, лучше брать работающий от сети осциллограф, поскольку он стабильнее и надёжнее.

Частота дискретизации

Частота дискретизации важна для измерения однократных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране удастся получить.

Полоса пропускания

Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная звуковая частота — 25 МГц. Для профессионального измерения нужен прибор, у которого этот параметр — до 200 или даже до 500 МГц. Современные линии связи работают на очень высоких частотах. Частота исследуемых сигналов должна быть в 3-5 раз меньше величины полосы пропускания.

Настройка осциллографа

Перед использованием нового устройства проводится его калибровка с помощью находящихся на корпусе генератора прямоугольных импульсов. Сигнальный щуп подключают к калибровочному выходу, при этом на экране появляется «пила» — зигзагообразная линия. Нужно проверить работу всех функций и регуляторов.

Сейчас осциллографы регулярно используют в сфере электроники. Есть большой выбор устройств, позволяющих наблюдать за параметрами электрических колебаний. Без осциллографа не обойтись ни инженеру-профи, ни рядовому любителю радиоэлектроники.