Аналоговый осциллограф
Его еще также называют электронно-лучевой осциллограф, так как он состоит из электронно-лучевой трубки. По сути электронно-лучевая трубка представляет из себя маленький кинескоп, на котором мы можем наблюдать какое-либо изменение электрического сигнала.
Любой осциллограф имеет экран. Он может быть встроенный, либо это может быть монитор вашего настольного компьютера или дисплей ноутбука. В нашем случае на фото мы видим, что наш осциллограф имеет круглый экранчик. Сигнал, который вырисовывается на таком экране называется осциллограммой.
Для измерения электрических сигналов нам потребуются специальный щуп для осциллографа. Такой щуп представляет из себя кабель из двух проводов, один из которых является сигнальным, а другой нулевым. Нулевой провод также часто называют «землей».
Более современные щупы уже выглядят вот так.
А вот и сам разъем щупа
Этот конец щупа соединяется с осциллографом и фиксируется небольшим поворотом по часовой стрелке.
Что делать, если вы не помните, какой провод из щупа является сигнальным, а какой нулевым? Это определяется очень просто. Так как человек находится всегда в электромагнитном поле, он является своего рода принимающей антенной и может наводить помехи. Касаясь сигнального щупа осциллографа, на экране мы увидим, что сигнал очень сильно исказился.
При касании нулевого провода, сигнал на осциллографе остался бы таким, какой был. То есть чистый ноль.
Как измерить постоянное напряжение аналоговым осциллографом
Для того, чтобы измерить постоянное напряжение, мы должны переключить осциллограф в режим DC, что означает «постоянный ток». В разных моделях это делается по разному, но этот переключатель обязательно должен быть в каждом осциллографе.
Давайте рассмотрим на реальном примере, как можно измерить постоянное напряжение. Для этого нам потребуется источник постоянного тока. В данном случае я возьму лабораторный блок питания. Выставляю на нем значение напряжения в 1 Вольт.
Теперь необходимо выбрать масштаб измерений. Если мы хотим, чтобы одна сторона квадратика была равна 1 Вольту, то ставим коэффициент масштабирования 1:1. В данном случае я выставляю переключатель вертикальный развертки на единичку.
Далее сигнальный провод осциллографа цепляем на «плюс» питания, а нулевой — на «минус» питания. Далее наблюдаем вот такую картину.
Как вы могли заметить, осциллограммой постоянного тока является прямая линия, параллельная горизонтальной оси (оси Х). По вертикальной оси (оси Y) мы видим, что сигнал поднялся ровно на одну клеточку. Мы выставили коэффициент масштабирования по Y, что 1 клеточка — это 1 Вольт. Следовательно в нашем случае сигнал поднялся ровно на 1 клеточку, что говорит нам о том, что это и есть осциллограмма постоянного тока в 1 Вольт.
Я также могу изменить коэффициент. Например, ставлю на 2. Это означает, что 1 квадратик будет уже равен 2 Вольтам.
Смотрим, что произойдет с сигналом с напряжением в 1 Вольт
Здесь мы видим, что его значение просело в 2 раза, так как мы взяли коэффициент 1:2, что означает 1 квадратик равен 2 Вольтам. Благодаря масштабированию вертикальный развертки, мы можем измерять сигналы напряжением хоть в 1000 вольт!
Что случится, если мы соединим сигнальный провод осциллографа с «минусом» питания, а нулевой с «плюсом» питания? В этом случае осциллограмма «пробьет пол» и просто покажет минусовые значения. Ничего страшного в этом нет. Здесь мы видим значение «-2» Вольта.
Как измерить переменное напряжение аналоговым осциллографом
Для измерения переменного напряжения нам потребуется переключить осциллограф в режим измерения AC — «переменный ток». Если вы хотите просто наблюдать форму сигнала, то вам необязательно знать, какой провод осциллографа куда тыкать. Давайте измеряем переменное напряжение с понижающего трансформатора, который включен в сеть 220 Вольт.
Снимаем напряжение со вторичной обмотки трансформатора и видим вот такую осциллограмму.
По идее здесь должен быть чистый синус. То ли трансформатор вносит искажения в сигнал, то ли на электростанции что-то не так. Непонятно. Ну да ладно, главное то, что мы сняли осциллограмму переменного напряжения со вторичной обмотки трансформатора.
В этом случае мы можем без проблем определить период сигнала и его частоту. В этом нам поможет переключатель горизонтальной развертки по оси времени.
Мы видим, что его значение стоит на 5. Это означает, что один квадратик по оси «Х» , то есть по оси времени, будет равен 5 миллисекунд или 0,005 секунд.
Период — это время, через которое сигнал повторяется. Обозначается буквой Т. В нашем случае период равен 4 квадратикам.
Так как один квадратик в нашем случае равен 0,005 секунд, то получается, что T=0,005 x 4 = 0,02 секунды. Отсюда можно узнать частоту сигнала.
где
V — это частота, Гц
T — период сигнала, с
Для данного случая
V=1/T=1/0,02=50 Гц. Трансформатор меняет только амплитуду сигнала, но не изменяет его частоту. Поэтому, частота в нашей сети 50 Герц, что и подтвердил осциллограф.
Что измеряется в герцах?
Герц
(русское обозначение:
Гц
, международное обозначение: Hz) — единица частоты периодических процессов (например, колебаний) в Международной системе единиц (СИ) а также в системах единиц СГС и МКГСС.
Герц
— производная единица, имеющая специальные наименование и обозначение.
Интересные материалы:
Как сделать хорошую концовку в метро луч надежды? Как сделать хорошую пену для ванны? Как сделать Киндер сюрприз из бумаги? Как сделать кирку в The Escapists? Как сделать китайскую клавиатуру? Как сделать клавиатуру как на айфон? Как сделать клей для бумаги своими руками? Как сделать клей для картона? Как сделать клей для обоев? Как сделать клей в Fallout 4?
Цифровой осциллограф
Цифровой осциллограф — это осциллограф, построенный на основе цифровой схемотехники. Его главное отличие от аналогового в том, что внутри него идет цифровая обработка сигналов. Цифровой осциллограф может записывать, останавливать, автоматически подгонять и измерять исследуемый сигнал. И это только часть функций!
Как подготовить цифровой осциллограф к работе
Включаем осциллограф и цепляем щуп на любой из каналов. Я соединил щуп с первым каналом (CH1)
На щупе есть делитель. Ставим его ползунок на 10Х. В осциллографе по умолчанию также должен стоять делитель на 10Х. Если это не так, ищем в его настройках и ставим в характеристиках канала «10Х».
Каждый нормальный цифровой осциллограф имеет встроенный генератор прямоугольных импульсов с частотой 1000 Герц (1кГц) и амплитудой напряжения в 5 Вольт. Чаще всего этот генератор находится в нижнем правом углу. В нашем случае он называется Probe Comp. Цепляемся за него щупом.
Все должно выглядеть приблизительно вот так:
На дисплее в это время происходит какой-то
В этом осциллографе есть волшебная кнопка, от которой я без ума. Это кнопка автоматического позиционирования сигнала Autoscale. Нажал на эту кнопку
Согласился с условиями автоматического позиционирования сигнала
и готово!
Но что такое? У нас должен быть ровный прямоугольный периодический сигнал! Вся проблема в том, что щуп осциллографа вносит искажения в сам сигнал, поэтому, его желательно корректировать каждый раз перед работой.
В современных щупах есть маленький винтик, заточенный под тонкую отвертку. С помощью этого винтика мы будем корректировать щуп.
Крутим и смотрим, что у нас получается на дисплее.
Ого, слишком сильно крутанул винт.
Крутим чуточку в обратную сторону и выравниваем горизонтально вершины сигнала.
Вот! Совсем другое дело! На дисплее у нас ровные прямоугольные сигналы, следовательно на этом этапе цифровой осциллограф полностью готов к работе.
Как измерить постоянное напряжение цифровым осциллографом
Итак, первым делом выбираем, какое напряжение собираемся измерять. Это делается с помощью кнопочки Coupling (нажимаем клавишу Н1). DC — direct current, что с английского означает «постоянный ток».
Справа экрана сплывают окошки, и мы выбираем DC (нажимаем клавишу F1)
Все, после этого наш осциллограф полностью готов к измерению постоянного тока.
Откуда будем брать постоянный ток? У меня для этого есть блок питания. Выставим на нем для примера 5 Вольт.
Соединяем щупы блока питания и осциллографа. Сигнальный щуп осциллографа желательно соединять с красным плюсовым крокодилом щупа блока питания, а черный щуп (земля) соединить с минусовым черным крокодилом.
Смотрим на дисплей осциллографа
Что мы тут видим? А видим мы тут осциллограмму постоянного напряжения. Постоянное напряжение — это такое напряжение, которое не изменяется во времени.
На что стоит обратить внимание? Разумеется, на цену деления. Один квадратик по вертикали у нас равен 2 Вольта. Если считать от центра пересечения жирных штриховых линий, то осциллограмма находится на высоте 2,5 стороны квадратика. Значит, напряжение будет 2,5х2=5 Вольт. Так как мне лень считать, я вывожу эти показания осциллографа прямо на экране (нижняя левая зеленая рамка).
Как измерить переменное напряжение цифровым осциллографом
Для опытов я возьму ЛАТР (Лабораторный автотрансформатор). Как вы помните, ЛАТР понижает или повышает переменное сетевое напряжение.
Выставляем напряжение на ЛАТРе 100 Вольт.
На осциллографе переключаем на АС, что означает alternating current — переменный ток.
Цепляемся к выходным разъемам ЛАТРа и наблюдаем такую картину.
С помощью кнопки «Measure» я вывел некоторые интересующие нас параметры:
Vk — среднеквадратичное значение напряжения. В данном случае он нам показывает напряжение, которое мы подавали с ЛАТРа — это 100 Вольт.
F — частота. В данном случае это частота сети 50 Герц. ЛАТР не меняет частоту сети.
T — период. T=1/F. Как мы с вами видим частота напряжения в сети 50 Герц. Период равен 20 миллисекунд. Если единицу разделить на 20 миллисекунд, то мы как раз получим частоту сигнала.
Как вывести все параметры сигнала
Мы будем рассматривать все наши измеряемые параметры на конкретном примере. Для этого будем использовать генератор частоты с заранее выставленной частотой в 1 Мегагерц (ну или 1000 КГц) с прямоугольной формой сигнала:
Сигнал с генератора частоты на экране осциллографа выглядит вот так.
А где же правильный прямоугольный сигнал? Вот тебе и раз… Ничего с этим не поделаешь. Это есть, было и будет у всех прямоугольных сигналов. Это возникает вследствие несовершенства цепей и радиоэлементов. Особенно хорошо такая осциллограмма прорисовывается на высоких частотах, как в нашем примере.
Ладно, давайте выведем все параметры сигнала, которые может вывести наш осциллограф. Для этого нажимаем кнопочку «Measure» , что с англ. означает «измерять»
Далее нажимаем кнопочку «Add» ( с англ. — добавлять), с помощью вспомогательной клавиши H1
И потом нажимаем кнопку «Show All» (с англ. — показать всё) с помощью вспомогательной клавиши F3
В результате всех этих операций у нас выскочит табличка с измеряемыми параметрами сигнала:
Описание характеристик сигналов
Как вы знаете, осциллограф нам показывает изменение напряжения сигнала во времени. Поэтому, параметры сигналов в основном делятся на два типа:
— Амплитудные
— Временные
Давайте рассмотрим основные из них. Начнем слева-направо.
Period — с англ. период. Период сигнала — это время, за которое сигнал повторяется. В нашем случае период обозначается буквой «Т».
Чтобы самостоятельно посчитать период, нам надо знать значение одной клетки по горизонтали. Внизу осциллограммы можно найти подсказку. Я ее пометил в желтый прямоугольник
Следовательно, одна клеточка по горизонтали равна 500 наносекунд. А так как у нас период длится ровно две клеточки, значит 500 х 2 = 1000 наносекунда или 1 микросекунда.
Сходятся ли наши расчетные показания с показаниями автоматических измерений? Смотрим и проверяем.
Стопроцентное попадание! Кстати, чтобы не было дальнейших вопросов, привожу небольшую табличку.
«Пико» — буквой «p»
«Нано» — буквой «n»
«Микро» обозначается буквой «u», как и в маркировке современных конденсаторов.
«Милли» — буквой «m».
Freq. Полное название frequency — с англ. частота. Обозначается буквой «F». Частоту очень легко можно вычислить по формуле, зная период Т.
F=1/T
В нашем случае получаем 1/1х10-6=106=1 Мегагерц (MHz). Смотрим на наши автоматические измерения:
Ну разве не чудо? 
Следующий показатель Mean. В нашем случае обозначается просто буковкой «V». Он означает среднюю величину сигнала и используется для измерения постоянного напряжения. В данный момент этот параметр не представляет интереса, потому как измеряется переменный ток и в значении этого сигнала показывается какая-то вата. Постоянный ток меряет нормально, можно вывести этот параметр на дисплей, что мы и делали в прошлой статье:
Еще один интересный параметр: PK-PK. Называется он Peak-to-Peak и показывает напряжение от пика до пика. Обозначается как Vp. Что это за напряжение от пика до пика, показано на осциллограмме ниже:
Так как мы видим, что значение нашего квадратика равно 1 Вольту (внизу слева)
То можно высчитать и напряжение от пика до пика. Оно будет где-то эдак 5 Вольт. Сверяемся с автоматическим измерением
Почти в тютельку!
Остальные параметры сигнала не столь важны для начинающих электронщиков.
Плюсы и минусы цифрового осциллографа
Начнем с плюсов
- Запись, остановка, автоматические измерения и другие фишки — это еще не весь список, что умеет делать цифровой осциллограф
- Габариты цифрового осциллографа намного меньше, чем аналогового
- Потребление энергии меньше, чем у аналогового осциллографа
- Жидкокристаллический дисплей, в отличие от кинескопного дисплея аналогового осциллографа
Минусы
- Дороговизна
- Дискретная прорисовка сигнала. Хотя дорогие модели ничуть не уступают аналоговым по прорисовке сигнала.
Где купить цифровой осциллограф
Естественно, на Алиэкспрессе, так как в наших интернет-магазинах их цена бывает завышена в два, а то и в три раза. Также очень хорошие отзывы об осциллографе Hantek, характеристики которого даже лучше, чем у моего OWON:
Посмотреть его можете на Алиэкпрессе по этой ссылке.
Органы управления
На передней панели любого осциллографа находятся:
- регулировка яркости экрана;
- управление фокусом изображения;
- смещение по горизонтали;
- смещение по вертикали;
- регулятор шкалы развертки;
- регулятор входного делителя;
- вход исследуемого сигнала;
- вход для внешней синхронизации;
- клемма заземления:
- кнопка управления входом (открытый/закрытый);
- управление синхронизацией.
Передняя панель одноканального осциллографа
Все вышеперечисленное присутствует у любого однолучевого прибора, для многоканальных устройств количество органов управления растет пропорционально количеству каналов, в зависимости от модели могут быть добавлены новые функции. Цифровые модели имеют аналогичное управление, которое дополнено возможностью проводить математические расчеты и анализ осциллограмм.
Видео
Органик Шоп Китчен Крем ночной восстанавливающий для лица «Баю-бай», 100 мл
130 ₽ Подробнее
ARAVIA Professional Крем для лица интенсивно увлажняющий Intensive Moisture с мочевиной (10%), 150 мл
405 ₽ Подробнее
Бумага миллиметровая
История
Трудность создания осциллографа заключалась в том, что регистрирующие части первых приборов имели большую инерцию. Смог с этим справиться Ульям Дадделл. В 1897 году он использовал зеркальный измерительный элемент. Так был создан светолучевой прибор. В качестве приёмника использовалась светочувствительная пластина. На неё записывался поданный сигнал. Только изобретение Карлом Брауном кинескопа позволило Йонатану Зеннеку выполнить в нём горизонтальную развертку. Так, в 1899 году появилось устройство, похожее на современные осциллографы. Уже в 30-е годы следующего столетия Владимир Зворыкин совершил прорыв в этой области, создав свой кинескоп, который был надёжнее.
Как проводятся измерения
Работа с осциллографом предусматривает проведение предварительной подготовки: выбор режима синхронизации, входа, шкалы измерений, затем можно приступать к измерениям.
Как измерить напряжение
После снятия с информационного входа данных с помощью регулировки синхронизации развертки получается устойчивое изображение, которое совмещается со шкалой на экране. Проводят несколько замеров, вычисляют среднее значение. Действующее значение выводят согласно шкалы измерений.
Как измерить частоту
Настроив картинку хорошего качества, на которой виден период изменения сигнала, совместив его начало с началом горизонтальной линейки и зная единицы шкалы измерений, можно вычислить частоту, которая обратно пропорциональна периоду.
Как определяется сдвиг фаз
Стабилизировав изображение с двумя сигналами (вот для чего необходим двухлучевой осциллограф), для удобства необходимо разнести значения амплитуд и совместить начала периодов, на экране будет виден сдвиг фаз. Для вычисления значения можно использовать формулу:
где:
- а – расстояние в делениях между точками прохождения нулевой отметки осциллограмм,
- b – период в делениях шкалы.
При наличии только одноканального прибора возможно определение сдвига фаз по фигурам Лиссажу, но это сложнее.
Сдвиг фазы между синусоидальными сигналами
Настройка
Перед работой с прибором производят калибровку его входов при помощи встроенного калибратора. Осуществляя калибровку высокочастотных моделей, используют кабель с двумя разъёмами. Разъёмы подключаются к выходу калибратора и входу прибора. Калибруя низкочастотные устройства, нужно кратковременно приставить щуп к выходу калибратора. Далее выполняются следующие шаги:
- регулятором «вольт/дел» устанавливается сигнал калибратора на 3-4 деления сетки дисплея;
- канал включается на переменное напряжение, и контролируется появление сигнала;
- регулятор развёртки выставляется так, чтобы наблюдать 6-7 периодов импульсов;
- отмечается точное совпадение сигнала по делениям на промежутке полученных периодов (±4 деления от центра);
- при несовпадении ручкой плавной регулировки развёртки добиваются нужного положения периодов, следя за соответствием амплитуды сигнала значениям, указанным на калибраторе;
- в случае несоответствия значений амплитуды их приводят к норме регулятором «вольт/дел».
При чувствительности канала в 250 мВ сигнал амплитудой 1В занимает 4 деления шкалы. Если это так, то калибровка устройства произведена.
