осцилограф

1. екран [ правити | правити код ]
2. Сигнальні входи [ правити | правити код ]
3. Управління розгортку [ правити | правити код ]
4. Синхронізація розгортки з досліджуваним сигналом [ правити | правити код ]
5. Спостереження фігур Ліссажу [ правити | правити код ]
6. Курсорні вимірювання [ правити | правити код ]
7. Математичні функції [ правити | правити код ]
8. Захоплення рядки телевізійного сигналу [ правити | правити код ]

осцилограф ( лат. oscillo - качаюсь + грец. γραφω - пишу) - прилад, призначений для дослідження (спостереження, записи, вимірювання) амплітудних і тимчасових параметрів електричного сигналу , Що подається на його вхід, і наочно відображуваного безпосередньо на екрані, або реєструється на фотострічку .

Сучасні осцилографи дозволяють досліджувати сигнал гігагерцовий частот . Для дослідження більш високочастотних сигналів можна використовувати електронно-оптичні камери .

За логікою роботи і призначенням осцилографи можна розділити на три групи [1] :

• реального часу (аналоговий)
• запам'ятовує осцилограф (storage oscilloscope)
  • аналоговий (наприклад, з запам'ятовуючим пристроєм на ЕПТ )
  • цифровий (DSO - digital storage oscilloscope)
• стробірующій осцилограф (sampling oscilloscope)

Осцилографи з безперервною розгорткою для реєстрації кривої на фотострічці (шлейфовий осцилограф).

За кількістю променів: однопроменеві, двопроменеві і т. Д. Кількість променів може досягати 16 і більше (n -лучевой осцилограф має n сигнальних входів і може одночасно відображати на екрані n графіків вхідних сигналів).

Осцилографи з періодичною розгорткою діляться на: універсальні (звичайні), швидкісні, стробоскопические, що запам'ятовують і спеціальні; цифрові осцилографи можуть поєднувати можливість використання різних функцій.

Також існують осцилографи, суміщені з іншими вимірювальними приладами (напр. мультиметром ). Такі прилади називаються скопметрамі .

Осцилограф також може існувати не тільки в якості автономного приладу, але і у вигляді приставки до комп'ютера: у вигляді карти розширення , Або підключається через який-небудь зовнішній порт .

осцилограф з дисплеєм на базі ЕПТ складається з наступних основних частин:

• Осцилографічна електронно-променева трубка ;
• Блок горизонтального розгорнення. Генерує періодичний або одноразовий сигнал пилкоподібної форми (лінійно наростаючий і швидко спадає), який подається на пластини горизонтального відхилення ЕПТ. Під час спадаючої фази (зворотний хід променя) також формується імпульс гасіння електронного променя, який подається на модулятор ЕПТ;
• вхідний підсилювач досліджуваного сигналу, вихід якого підключений до пластин вертикального відхилення ЕПТ.

Також містяться допоміжні блоки: блок керування яскравості, калібратор тривалості, калібратор амплітуди.

У цифрових осцилографах найчастіше використовуються РК-дисплеї .

екран [ правити | правити код ]

Осцилограф має екран A, на якому відображаються графіки вхідних сигналів. У цифрових осцилографів зображення виводиться на дисплей (Монохромний або кольоровий) у вигляді готової картинки, у аналогових осцилографів як екран використовується осцилографічна електронно-променева трубка з електростатичним відхиленням. На екран зазвичай нанесена розмітка у вигляді координатної сітки.

Сигнальні входи [ правити | правити код ]

Осцилографи поділяються на одноканальні і багатоканальні (2, 4, 6, і т. Д. Каналів на вході). Багатоканальні осцилографи дозволяють одночасно спостерігати на екрані кілька сигналів, вимірювати їх параметри і порівнювати їх між собою.

Вхідний сигнал кожного каналу подається на свій вхід «Y» і посилюється своїм підсилювачем вертикального відхилення до рівня, необхідного для роботи системи, що відхиляє ЕПТ (десятки вольт) або аналого-цифрового перетворювача . Підсилювач вертикального відхилення завжди будується за схемою підсилювача постійного струму ( УПТ ), Тобто має нижню робочу частоту 0 Гц. Це дозволяє вимірювати постійну складову сигналу, правильно відображати несиметричні сигнали щодо нульової лінії, вимірювати постійна напруга. Такий режим роботи називається - режим з відкритим входом.

Однак, якщо необхідно відсікти постійну складову (наприклад, вона занадто велика і веде промінь за межі екрану), підсилювач можна перемкнути в режим з закритим входом (вхідний сигнал подається на УПТ через розділовий конденсатор ).

Управління розгортку [ правити | правити код ]

У більшості осцилографів використовуються два основні режими розгортки:

• автоматичний (автоколебательний);
• який чекає.

У деяких моделях передбачений ще один режим:

автоматична розгортка

При автоматичної розгортці генератор розгортки працює в автоколивальних режимі, тому, навіть за відсутності сигналу, після закінчення циклу розгортки - циклу генератора пилкоподібної напруги розгортки відбувається її черговий запуск, це дозволяє спостерігати на екрані зображення навіть в відсутності сигналу або при подачі на вхід вертикального відхилення постійного напруги. У цьому режимі у багатьох моделей осцилографів виконаний захоплення частоти генератора розгортки досліджуваним сигналом, при цьому частота генератора розгортки в ціле число разів нижче частоти досліджуваного сигналу.

Режим очікування розгортки

У режимі очікування розгортки навпроти, при відсутності сигналу або його недостатній рівень (або при невірно налаштованому режимі синхронізації) розгортка відсутня і екран гасне. Розгортка запускається при досягненні сигналом деякого налаштованого оператором рівня, причому можна налаштувати запуск розгортки як по наростаючому фронті сигналу, так і по падаючому. При дослідженні імпульсних процесів, навіть якщо вони неперіодичні (наприклад, неперіодичне, досить рідкісне ударне збудження коливального контуру) режим очікування забезпечує зорову нерухомість зображення на екрані.

У режимі очікування розгортку часто запускають не по самому досліджуваного сигналу, а деяким синхронним, зазвичай випереджаючим сам досліджуваний процес сигналом, наприклад, сигналом імпульсного генератора, збудливого процес в досліджуваній схемі. В цьому випадку, що запускає сигнал подається на допоміжний вхід осцилографа - вхід запуску розгортки - вхід синхронізації.

одноразовий запуск

При одноразовому режимі генератор розгортки «зводиться» зовнішнім впливом, наприклад, натисканням кнопки і далі чекає запуску точно також, як і в режимі очікування. Після запуску розгортка проводиться тільки один раз, для повторного запуску генератор розгортки необхідно «звести» знову. Цей режим зручний для дослідження неперіодичних процесів, таких як логічні сигнали в цифрових схемах, щоб наступні запуски розгортки по фронтах сигналу не "засмічували» екран.

Недолік такого режиму розгортки - світла пляма по екрану пробігає одноразово. Це ускладнює спостереження при швидких розгортках, так як яскравість зображення в цьому випадку мала. Зазвичай в цих випадках застосовують фотографування екрану. Необхідність фотографування на фотоплівку раніше усували застосуванням осцилографічних трубок із запам'ятовуванням зображення, в сучасних цифрових осцилографах запам'ятовування процесу проводиться в цифровому вигляді в цифровій пам'яті ( ОЗУ ) Осцилографа.

Синхронізація розгортки з досліджуваним сигналом [ правити | правити код ]

Для отримання нерухомого зображення на екрані кожні наступні траєкторії руху променя по екрану в циклах розгортки повинні пробігати по одній і тій же кривій. Це забезпечує схема синхронізації розгортки, що запускає розгортку на одному і тому ж рівні і фронті досліджуваного сигналу.

Приклад. Припустимо, досліджується синусоїдальний сигнал і схема синхронізації налаштована так, щоб запускати розгортку при наростанні синусоїди, коли її значення дорівнює нулю. Після запуску промінь отрісовиваєт одну або кілька, в залежності від настроєної швидкості розгортки, хвиль синусоїди. Після закінчення розгортки схема синхронізації працює програмне забезпечення розгортку повторно, як в автоматичному режимі, а чекає чергового проходження синусоїдою хвилі нульового значення на наростаючому фронті. Очевидно, що подальше проходження променя по екрану повторить траєкторію попереднього. При частотах повторення розгортки понад 20 Гц , Через інерційності зору буде видна нерухома картина.

Якщо запуск розгортки відсутня синхронізація спостерігаються сигналом, то зображення на екрані буде виглядати «біжучим» або навіть зовсім розмазаним. Це відбувається тому, що в цьому випадку, відображаються різні ділянки спостережуваного сигналу на одному і тому ж екрані.

Для отримання стабільного зображення все осцилографи містять систему, звану схемою синхронізації , Яку в зарубіжній літературі, не зовсім коректно, часто називають тригером .

Призначення схеми синхронізації - затримувати запуск розгортки до тих пір, поки не відбудеться певна подія. У прикладі, подією було проходження синусоїди через нуль на наростаючому фронті.

Тому, схема синхронізації має як мінімум дві настройки, доступні оператору:

• Рівень запуску: задає напругу досліджуваного сигналу, при досягненні якого запускається розгортка.
• Тип запуску: по фронту або по спаду .

Правильна настройка цих органів управління забезпечує запуск розгортки завжди в одному і тому ж місці сигналу, тому зображення сигналу на осциллограмме виглядає стабільним і нерухомим.

У багатьох моделях осцилографів є ще один орган управління схемою синхронізації, ручка плавного регулювання «СТАБІЛЬНІСТЬ», зміною її положення змінюють час нечутливості генератора розгортки до запускающему події ( «мертвий час» генератора розгортки). В одному крайньому положенні генератор розгортки перекладається в автоколебательний режим, в іншому крайньому положенні - в режим очікування, в проміжних положеннях змінює частоту запуску розгортки. Зазвичай в осцилографах, забезпечених цією регулюванням, відсутній перемикач режиму розгортки «Режим / Автоматичний»

Як було сказано, майже завжди передбачений додатковий вхід синхронізації розгортки, при цьому є перемикач запуску розгортки «ЗОВНІШНІЙ / ВНУТРІШНІЙ», при положенні «ЗОВНІШНІЙ» на вхід схеми синхронізації розгортки подається не саме досліджуваний сигнал, а напруга з входу синхронізації.

Часто є перемикач на синхронізацію від живильної мережі (В європейських країнах і Росії - 50 Гц, в деяких інших країнах - 60 Гц), при синхронізації від мережі на вхід схеми синхронізації подається напруга з частотою мережі. Така синхронізація зручна для спостереження сигналів з частотою мережі, або сигналів кратних цій частоті, наприклад, мережевих перешкод, вимірюванні параметрів мережевих фільтрів, випрямлячів та ін.

У спеціалізованих осцилографах є і особливі режими синхронізації, наприклад, режим запуску розгортки в момент початку заданої оператором номером рядка в кадрі телевізійного сигналу, що зручно при вимірюванні параметрів телевізійного тракту і окремих його каскадів в системах телебачення .

В інших спеціалізованих осцилографах, що застосовуються при дослідженні цифрових (наприклад, мікропроцесорних ) Пристроїв, схема синхронізації доповнюється компаратором кодів і запуск розгортки проводиться при збігу заданого оператором двійкового коду (слова) з кодом на шині , Наприклад, адреси . Це зручно для пошуку причини збоїв при записі / читанні деякої комірки пам'яті і інших діагностик.

Один з найважливіших приладів в радіоелектроніці. Використовуються в прикладних, лабораторних та науково-дослідних цілях , Для контролю / вивчення і вимірювання параметрів електричних сигналів - як безпосередньо, так і одержуваних при впливі різних пристроїв / середовищ на датчики , Що перетворюють ці дії в електричний сигнал або радіохвилі.

Спостереження фігур Ліссажу [ правити | правити код ]

У осцилографах є режим, при якому на пластини горизонтального відхилення подається НЕ пилкоподібна напруга розгортки, а довільний сигнал, що подається на спеціальний вхід (вхід «Х»). Якщо подати на входи «X» і «Y» осцилографа сигнали близьких частот, то на екрані можна побачити фігури Ліссажу . Цей метод широко використовується для порівняння частот двох джерел сигналів і для підстроювання одного джерела під частоту іншого.

Курсорні вимірювання [ правити | правити код ]

В сучасних аналогових і цифрових осцилографах часто є допоміжна сервісна система, що дозволяє зручно виміряти деякі параметри досліджуваного осциллографом сигналу. У таких осцилографах на екран спостереження досліджуваного сигналу додатково виводяться зображення курсорів у вигляді горизонтальних або вертикальних прямих, або в вигляді взаємно прямих ліній.

Координати курсорних ліній по амплітуді і часу відображаються в десятковому цифровому вигляді, зазвичай на екрані осцилографа, або на додаткових цифрових індикаторах.

Оператор за допомогою органів управління становищем курсорів має можливість навести курсор на потрібну йому точку зображення сигналу, при цьому курсорних система безперервно показує в цифровому вигляді координати цієї точки, - рівня напруги або моменту часу по осі часу і осі амплітуди.

У багатьох осцилографах є кілька примірників курсорів, при цьому на цифрові індикатори можна виводити різниця значень курсорних зарубок між парою зарубок по вертикалі і проміжку часу між парою курсорних зарубок по горизонталі. Практично у всіх типах таких осцилографах автоматично в цифровому вигляді на індикатори виводиться величина, зворотна проміжку часу між курсорними зарубками, що відразу дає частоту досліджуваного періодичного сигналу при наведенні курсорів по осі часу на сусідні фронти сигналу.

У деяких осцилографах передбачений режим автоматичного позиціонування курсорів на піки сигналу, що в більшості випадків і є метою амплітудних вимірів. Таким чином, курсорні вимірювання дозволяють спростити вимірювання параметрів сигналів людиною, позбавляючи його від необхідності візуально зчитувати число клітин розмітки шкали осциллографического екрану і робити множення отриманих таким чином даних на значення ціни поділки по вертикалі і горизонталі.

Математичні функції [ правити | правити код ]

У деяких багатоканальних осцилографах є можливість робити математичні функції над вимірюваними різними каналами сигналами і виводити результуючий сигнал замість або в доповненні до вимірюваних вихідним сигналам. Найбільш часто присутні функції додавання, віднімання, множення, ділення. Це дозволяє, наприклад, відняти від досліджуваного сигналу каналу №1 сигнал синхронізації надходить на канал №2, звільняючи, таким чином, досліджуваний сигнал від сигналів синхронізації. Або, наприклад, можливо перевірити добротність блоку аналогового посилення сигналу, віднімаючи з вихідного сигналу вхідний сигнал. У деяких сучасних цифрових осцилографах присутні такі математичні функції як інтегрування, диференціювання, витяг квадратного кореня [ Джерело не вказано 242 дня ].

Захоплення рядки телевізійного сигналу [ правити | правити код ]

У сучасних цифрових осцилографах, а також в деяких спеціалізованих осцилографах на основі електронно-променевої трубки, присутній особливий режим синхронізації - телевізійний. Цей режим дозволяє відобразити одну або кілька заданих телевізійних рядків з комплексного відеосигналу. На відміну від звичайного осцилографа, блок синхронізації якого може стабільно показати тільки першу за синхроимпульсом рядок, на спеціалізованих осцилографах можливо спостерігати будь-яку частину телевізійної картинки. Такі осцилографи зазвичай застосовуються на телевізійних та кабельних студіях і дозволяють контролювати технічні параметри передавальної і записуючої апаратури.

Сучасні осцилографи не вимагають будь-якої настройки перед початком використання, але, тим не менш, в більшості осцилографів вбудований прилад калібрування (Калибратор). Призначення цього приладу - формувати контрольний сигнал зі свідомо відомими і стабільними параметрами. Зазвичай такий сигнал має форму прямокутних імпульсів з амплітудою 1 Вольт, частотою 1 кГц і шпаруватістю 50% (параметри зазвичай вказані поруч з виходом сигналу калібратора). У будь-який момент користувач осцилографа може підключити вимірювальний щуп приладу до виходу калібратора, і переконатися, що на екрані осцилографа видно сигнал із зазначеними параметрами. У разі, якщо сигнал відрізняється від зазначеного на калібраторі, що швидше характерно для аналогових осцилографів, то за допомогою підлаштування викрутки користувач може скорегувати вхідні характеристики щупа або підсилювачі осцилографа таким чином, щоб сигнал відповідав даним калібратора. Варто відзначити, що сучасні цифрові осцилографи не мають підлаштування елементів через використання цифрової обробки сигналу, але мають автоматичну настройку по калібратору, коли через меню осцилографа викликається спеціальна утиліта, яка вносить поправочні коефіцієнти в математичний блок осцилографа і тим самим налаштовує осцилограф на коректне відображення сигналів .

Електричний коливальний процес спочатку фіксувався вручну на папері. Перші спроби автоматизувати запис було зроблено Жюлем Франсуа Жубером в 1880 році, який запропонував покроковий напівавтоматичний метод реєстрації сигналу [2] . Розвитком методу Жубера став повністю автоматичний ондограф госпіталі [3] . У 1885 році російська фізик Роберт Коллі створив осціллометріі, а в 1893 році французький фізик Андре Блондель винайшов електромагнітний осцилоскоп з біфілярного підвісом [4] .

Рухливі реєструють частини перших осцилографів володіли великою інерцією і не дозволяли фіксувати швидкоплинні процеси. Цей недолік був усунутий в 1897 році [5] Вільямом Дадделлом, який створив світлопроменевий осцилограф, використавши в якості вимірювального елемента невелике легке дзеркальце. Запис проводився на світлочутливу пластину [6] . Вершиною розвитку цього методу стали в середині XX століття багатоканальні стрічкові осцилографи.

Практично одночасно з Дадделлом Карл Фердинанд Браун використовував для відображення сигналу винайдений ним кінескоп [7] . У 1899 році пристрій було доопрацьовано Йонатаном Зеннеком, що додав горизонтальну розгортку, що зробило його схожим на сучасні осцилографи. Кінескоп Брауна в 1930-і роки замінив кінескоп Зворикіна , Що зробило пристрою на його основі більш надійними [8] .

В кінці XX століття на зміну аналоговим пристроям прийшли цифрові. Завдяки розвитку електроніки і появи швидких аналого-цифрових перетворювачів , До 1980-х років вони зайняли домінуючу позицію серед осцилографів.

• самостійне виготовлення осцилографа або осциллографической приставки до телевізора або (пізніше) персонального комп'ютера мало місце в практиці кваліфікованих любителів радіоелектроніки , Проте ця потреба в даний час не настільки актуальна зважаючи на наявність освоєних технологій масового виробництва виробів, які виконують функції осцилографа і мають при цьому низьку собівартість, наприклад, Arduino ;
• радіоаматори могли використовувати тракт звукозапису встановленої в комп'ютері звукової карти в якості пристрою введення для вимірювання низьких (20 Гц - 22 кГц) частот; для використання в якості осцилографа додатково потрібно програма [9] ;
• саме екран осцилографа використовувався як дисплей для однієї з перших відеоігор Tennis For Two , Що вдає із себе віртуальний варіант тенісу. Гра працювала на аналогової обчислювальної машини і управлялася спеціальним ігровим контролером paddle [10] .

1. ↑ Analog Seekrets, 2007 .
2. ↑ Woodward, Gordon. Joubert, Jules François (англ.) // Biographical Dictionary of the History of Technology / General editors Lance Day and Ian McNeil. - Routledge, 2002. - P. 670. - ISBN 9781134650200 .
3. ↑ Hawkins, 1917 , Pp. 1849-1851.
4. ↑ перші осцилографи (неопр.).
5. ↑ Ілюстрована хроніка відкриттів і винаходів, с. 145
6. ↑ Hawkins, 1917 , Pp. 1857-1862.
7. ↑ Hawkins, 1917 , Pp. 1852-1854.
8. ↑ Kularatna, Nihal. Chapter 5: Fundamentals of Oscilloscopes // Digital and analogue instrumentation: testing and measurement . - Institution of Engineering and Technology, 2003. - P. 165-208. - ISBN 978-0-85296-999-1 .
9. ↑ Осцилограф на звуковій карті // figozavr.ru, 24 серпня 2009 (Недоступна посилання)
10. ↑ Гра, яка змінила світ Читальний зал 31 січня 2012 року. - Компьютерра -Онлайн