Меню

Цифровой осциллограф

Цифровой осциллограф

Цифровой осциллограф — это осциллограф, построенный на основе цифровой схемотехники. Его главное отличие в том, что внутри него идет цифровая обработка сигналов, в отличие от аналогового осциллографа. Цифровой осциллограф может записывать, останавливать, автоматически подгонять и измерять сигнал. В этом заключается его главное отличие от простого аналогового осциллографа.

Раньше у меня был аналоговый осциллограф, который мне служил верой и правдой. Но с бурным развитием электроники, я понял, что мне надо что-то получше. Листая журналы «Радио», натыкался на рекламу очень крутых приборов — цифровых осциллографов. По тем временам они стоили как подержанный автомобиль иностранного производства.

Но прогресс не стоит на месте. Благодаря китайцам я все-таки осуществил мечту детства и на распродаже приобрел цифровой осциллограф OWON

цифровой осциллограф OWON

Подготовка цифрового осциллографа к работе

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

щуп 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».

делитель на щупе

Каждый нормальный цифровой осциллограф имеет в своем наличии встроенный генератор прямоугольных импульсов с частотой 1000 Герц (1кГц) и амплитудой напряжения в 5 Вольт. В основном этот генератор находится в нижнем правом углу. В нашем случае он называется Probe Comp. Цепляемся за него щупом.

генератор образцового сигнала

Все должно выглядеть  приблизительно вот так:

панель управления цифровой осциллограф

На дисплее в это время происходит какой-то «кипеш».

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

кнопка автоизмерения цифровой осциллограф

Согласился с условиями автоматического позиционирования сигнала

Цифровой осциллограф

и вуаля!

Цифровой осциллограф

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 и будем корректировать щуп.

регулировочный винт на щупе

регулировка винта цифровой осциллограф

Крутим и смотрим, что у нас получается на дисплее.

Цифровой осциллограф

Ого, слишком сильно крутанул винт.

Крутим чуточку в обратную сторону и выравниваем горизонтально верхушки сигнала

меандр

Вот! Совсем другое дело! На дисплее у нас ровные прямоугольные сигналы ;-). На этом этапе осциллограф готов к работе.

Как измерить напряжение

После того, как мы откалибровали щуп осциллографа, можно приступать к измерениям. В  нашей статье пошагово рассмотрим, как измерять постоянное и переменное напряжение.

Переменный ток обозначается как «АС» — Alternating Current — с англ. переменный ток, а постоянный  — «DC» — Direct Current — с англ. постоянный ток. Думаю, тут ничего сложного нет. Имейте также ввиду,  что в  великом могучем русском языке постоянный ток и постоянное напряжение — это синонимы, переменный ток и переменное напряжение — аналогично. Просто так повелось.

Итак, первым делом выбираем, какой  ток будем измерять. Это делается с помощью кнопочки Coupling (нажимаем клавишу Н1)

цифровой осциллограф выбор режима

Измерение постоянного тока

 Справа экрана сплывают окошки и мы выбираем DC (нажимаем клавишу F1)

Цифровой осциллограф

На блоке питания для пробы выставляем напряжение в 5 Вольт.

Цифровой осциллограф

Соединяем щупы блока питания и осциллографа. Сигнальный щуп осциллографа желательно соединить с красным плюсовым крокодилом щупа блока питания, а черный щуп (земля) соединить с минусовым черным крокодилом.

Цифровой осциллограф

Смотрим на дисплей осциллографа

цифровой осциллограф осциллограма постоянного напряжения

Итак, что мы тут видим? А видим мы тут осциллограмму  постоянного напряжения.  Постоянное напряжение — это такое напряжение, которое не изменяется со временем.  А если вы в курсе, осциллограф показывает значение напряжение во времени.

Давайте подробнее разберем эту картинку. Смотрим, на что в основном надо обратить внимание (указано белой стрелкой).

Цифровой осциллограф

Так как  мы измеряем постоянное напряжение на первом  разъеме осциллографа, то и следовательно, осциллограмма будет помечена цифрой «1» в красном кружочке в красной рамке. Как мы с вами видим, весь экран осциллографа поделен  на кубики штриховой линией. В красной рамке  по оси Y обозначают напряжение одной стороны кубика. В данном случае 2 Вольта. Если посчитать от центра пересечения утолщенных штриховых линий, то осциллограмма находится на высоте 2,5  стороны кубика.  Значит напряжение будет 2,5х2=5 Вольт.

В зеленой рамке с помощью нехитрой кнопки  я вывел  точное значение напряжения, нажав  кнопку «Measure», что с англ.  — измерять. Точное значение равно 5,085 Вольт.

Цифровой осциллограф

Измерение переменного тока

Настало время измерить переменный ток (переменное напряжение). Для  опытов я взял ЛАТР (Лабораторный автотрансформатор). Как вы помните, ЛАТР понижает  или повышает переменное сетевое напряжение.

Цифровой осциллограф

Ставим напряжение в 100 Вольт.

Цифровой осциллограф

Ставим  на осциллографе измерение переменного напряжения AC

Цифровой осциллограф

Цепляемся к щупам осциллографа крокодилами, идущими от ЛАТРа и смотрим картинку

цифровой осциллограф синусоида

Ну как? Похожа на синусоиду? 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  и T — период. Как мы с вами видим частота напряжения в сети 50 Герц. Все верно, в России частота в сетях электрического тока принята 50 Герц, в США  — 60 Герц. Период — 20 миллисекунд. Если единицу разделить  на 20 миллисекунд, то мы как раз получим частоту сигнала.

Автоматическое измерение параметров сигнала

Итак, будем рассматривать все наши измеряемые параметры на конкретном примере. Для этого мы будем использовать генератор частоты  с заранее выставленной частотой в 1 Мегагерц (ну или 1000 Килогерц)  с прямоугольной формой сигнала:

Цифровой осциллограф

Вот так выглядит этот сигнал на осциллографе:

цифровой осциллограф прямоугольный сигнал

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.

Итак, что есть что? Смотрим на картинку ниже

Цифровой осциллограф

Думаю, тут все понятно.

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

Цифровой осциллограф

Далее нажимаем кнопочку «Add» ( с англ. — добавлять), с помощью вспомогательной клавиши H1

Цифровой осциллограф

И потом нажимаем кнопку «Show All»англ. — показать всё) с помощью вспомогательной клавиши F3

Цифровой осциллограф

В результате всех этих операций у нас выскочит табличка с измеряемыми параметрами сигнала:

Цифровой осциллограф

Ну что, думаю настало время поговорить, о том, какие бывают параметры сигналов. Как вы знаете, осциллограф нам показывает изменение напряжения сигнала во времени. Поэтому и параметры сигналов в основном делятся на два типа:

Амплитудные параметры сигнала

Временные параметры сигнала

Давайте для удобства  распишем все сигналы, как в нашей табличке. Начнем слева-направо.

Period — с англ. период. Период сигнала — это время, за которое сигнал повторяется. В нашем случае период обозначается буквой «Т». На осциллограмме его можно показать вот так:

Цифровой осциллограф

Чтобы самостоятельно посчитать период, нам надо знать значение одной клетки по горизонтали. Снизу осциллограммы можно найти подсказку ;-). Я ее пометил в желтый прямоугольник

Цифровой осциллограф

Следовательно, одна клеточка 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…

Цифровой осциллограф

Стопроцентное попадание! Кстати, чтобы не было дальнейших вопросов:

«Пико» — буквой «p»

«Нано» — буквой «n»

«Микро» обозначается буквой «u», как и в маркировке современных конденсаторов.

«Милли»  — буквой «m».

Вот небольшая табличка, если кто забыл:

Цифровой 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:

Цифровой осциллограф

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:

Цифровой осциллограф

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:

Цифровой осциллограф

Так как мы видим, что значение нашего квадратика  равно 1 Вольту (внизу слева)

Цифровой осциллограф

То можно высчитать и напряжение от пика до пика. Оно будет где-то эдак 5 Вольт. Сверяемся с автоматическим измерением

Цифровой осциллограф

Почти в тютельку!

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.

Про основные принципы измерений и использования цифровых осциллографов можно прочитать, скачав учебное пособие по цифровым осциллографам.

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.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.