Меню
X | ЗАКРЫТЬ

Осциллограф

Осциллограф — это прибор, который показывает изменение напряжение во времени на каком-либо участке электрической цепи.Ось X на экране осциллографа — это время, ось Y — напряжение.

оси осциллографа

 

В этой статье мы рассмотрим три типа осциллографов, а также принципы их работы.

12 недорогих наборов электроники для самостоятельной сборки и пайки

Моя личная подборка конструкторов с Aliexpress "сделай сам" для пайки от простых за 153 до 2500 рублей. Дочке 5 лет - надо приучать к паяльнику))) - пусть пока хотя-бы смотрит - переходи посмотреть, один светодиодный куб чего только стоит

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.

аналоговый осциллограф

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».

щуп осциллографа

 

Более современные щупы уже выглядят вот так.

щупы для осциллографа

А вот и сам разъем щупа

разъем щупа осциллографа

Этот конец щупа соединяется с осциллографом и фиксируется небольшим поворотом по часовой стрелке.

разъемы осциллографа

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.

сигнальный щуп

При касании нулевого провода, сигнал на осциллографе остался бы таким, какой был. То есть чистый ноль.

нулевой сигнал осциллографа

 

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.

1 вольт на блоке питания

 

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.

вертикальная развертка осциллографа

 

Далее сигнальный провод осциллографа цепляем на «плюс» питания, а нулевой  — на «минус» питания. Далее наблюдаем вот такую картину.

осциллограмма постоянного тока

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.

вертикальная развертка на осциллографе

Смотрим, что произойдет с сигналом с напряжением в 1 Вольт

постоянное напряжение на осциллографе

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.

отрицательное напряжение на осциллографе

 

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.

понижающий трансформатор

Снимаем напряжение со вторичной обмотки трансформатора и видим вот такую осциллограмму.

переменное напряжение

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.

горизонтальная развертка осциллографа

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.

период сигнала

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.

формула частоты через период

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.

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!

цифровой осциллограф OWON

Как подготовить цифровой осциллограф к работе

Включаем осциллограф и цепляем щуп на любой из каналов. Я соединил щуп с первым каналом (CH1)

щуп цифрового осциллографа

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».

1х и 10х на щупе осциллографа

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.

генератор пробного сигнала на осциллографе

Все должно выглядеть приблизительно вот так:

настройка цифрового осциллографаНа дисплее в это время происходит какой-то

[quads id=1]

В этом осциллографе есть волшебная кнопка, от которой я без ума. Это кнопка автоматического позиционирования сигнала Autoscale. Нажал на эту кнопку

автомасштаб на цифровом осциллографе

Согласился с условиями автоматического позиционирования сигнала

автомасштабирование на осциллографе

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.

настройка щупа осциллографа

Крутим и смотрим, что у нас получается на дисплее.

Ого, слишком сильно крутанул винт.

Крутим чуточку в обратную сторону и выравниваем горизонтально вершины сигнала.

сигнал меандр

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».

выбор постоянного напряжения на цифровом осциллографе

 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.

лабораторный блок питания

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.

щуп осциллографа

Смотрим на дисплей осциллографа

осциллограмма постоянного напряжения на цифровом осциллографе

Что мы тут видим? А видим мы тут осциллограмму постоянного напряжения.  Постоянное напряжение — это такое напряжение, которое не изменяется во времени.

[quads id=1]

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.

Лабораторный авто-трансформатор

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.

осциллограмма перменного напряжения

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:

генератор частоты

Сигнал с генератора частоты на экране осциллографа выглядит вот так.

выбросы прямоугольного сигнала

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.

Осциллограф

 

Ладно, давайте выведем все параметры сигнала, которые может вывести наш осциллограф. Для этого нажимаем кнопочку «Measure» , что с англ. означает «измерять»

кнопка измерение сигнала на осциллографе

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:

параметры 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

[quads id=1]

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».

период сигнала

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».

Осциллограф

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:

купить осциллограф

Посмотреть его можете на Алиэкпрессе по этой ссылке.

USB осциллограф

USB-осциллограф представляет из себя прибор, который не имеет собственного экрана.

У нас на обзоре USB осциллограф INTRUSTAR.

USB осциллограф INTRUSTAR

 

В придачу с ним шли 2 щупа, шнур USB, расходники, диск с ПО, а также отвертка для регулировки щупов

щупы и кабель для USB осциллографа

С одной стороны осциллографа мы видим два разъема для подключения щупов. Первый разъем CH1, что означает первый канал, а второй разъем CH2, то есть второй канал. Следовательно, осциллограф двухканальный.  Справа видим два штыря. Эти штыри — генератор тестового сигнала для калибровки щупов осциллографа. Один из них земля, а другой — сигнальный. Калибруем точно также, как и простой цифровой осциллограф. Как это делать, я писал выше в статье.

разъемы USB осциллографа

 

В рабочем состоянии USB осциллограф выглядит вот так.

рабочее состояние USB осциллографа

После установки программного обеспечения на компьютер или ноутбук, открываем программу и запускаем осциллограф. Здесь я уже сразу подцепил тестовый сигнал, чтобы подготовить осциллограф к работе.

MultiVirAnalyzer

Также можно вывести значение сигналов, которые осциллограф сразу бы показывал на экране монитора.

параметры сигналов USB осциллографа

 

Плюсы и минусы USB осциллографа

Плюсы:

  1. Умеренная цена и функционал. Стоит в разы дешевле, чем крутые цифровые осциллографы
  2. Настройка и установка ПО занимает около 10-15 минут
  3. Удобный интерфейс
  4. Малогабаритный размер
  5. Может производить операции как с постоянным, так и с переменным током
  6. Два канала, то есть можно измерять сразу два сигнала и выводить их на дисплей

Минусы:

  1. Малая частота дискретизации
  2. Обязательно нужен ПК
  3. Малая полоса пропускания
  4. Глубина памяти тоже никакая

 

Более подробно про характеристики цифровых осциллографов вы можете прочитать, скачав учебное пособие по цифровым осциллографам.

Похожие статьи по теме «осциллограф»

Фигуры Лиссажу

Электрический сигнал

 

Часы

Электронный набор-конструктор 'собери сам' - больше часы. В наборе есть пультик для управления режимами, батарейки, вся нужная электроника для пайки. Потребляет 30-50 мА. А размеры 23х9х3 см. В наборе очень много светодиодов, так что для сборки потребуются не только знания электроники, но и терпение. Очень интересный и увлекательный набор, которому будет рад любой радиотехник. После сборки часы можно повесить на стену и наслаждаться проделанной работой.

Экран

Быстрая доставка почтой России, хорошая упаковка, полный комплект, есть запасные резисторы, конденсаторы и транзистор. Для сборки необходим опыт пайки SMD компонентов. С первого раза часы не пошли: время устанавливается, точки мигают, но не идут. Пришлось заменить микросхему RTC DS1302Z.

Цветной светодиодный RGB светильник с дистанционным управлением для пайки, 8x8x8 3D8

Это светильник набор «сделай сам», который вам нужно сварить и собрать самостоятельно. Нижняя пластина состоит из монтажной платы и компонентов. Подсветка 512 светодиодный создает стереопространство. Разнообразие классных моделей, показывающих трехмерный эффект. Лучше смотреть ночью.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.