12-2200, Осциллографы

Для определения, исследования и записи амплитудных и временных характеристик тока применяются осциллографы. Это нужно для отслеживания изменений (сдвиг фаз) и искажений электрического сигнала. Кроме того, они могут измерить напряжение, силу тока, частоту, угол сдвига фаз. Главным образом, такие приборы используются для проверки генераторов и проверки качества телевизионных сигналов. Форма и амплитуда в осциллографах отображаются на большом экране или выводятся на монитор компьютера или экран смартфона. По горизонтальной оси отображается время сигнала. По вертикальной — напряжение.

Разновидности осциллографов

Существует большое разнообразие осциллографов. В зависимости от конструкции, их можно разделить на следующие виды — аналоговые, цифровые (настольные и портативные), осциллографы-мультиметры, автомобильные, виртуальные USB-осциллографы. Также они отличаются характеристиками: количеством каналов, полосой пропускания, частотой дискретизации, режимом развёртки, объёмом памяти (для цифровых приборов).

Аналоговые приборы состоят из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), которая состоит из катода, системы фокусировки луча, пластин вертикального и горизонтального отклонений луча и экрана. На пластины горизонтального отклонения подаётся напряжение развёртки пилообразной формы, которое отклоняется в зависимости от отрицательного или положительного напряжения. При подаче исследуемого напряжения на вертикальные пластины луч начнёт отклоняться вверх — при положительном напряжении, вниз — при отрицательном. Вертикальные и горизонтальные колебания сигнала называют осциллограммой.

Приборы такого типа позволяют наблюдать форму электрического сигнала с наименьшими искажениями. Они имеют простое управление и способны проводить грубые измерения электрических характеристик. Недостатки — большая погрешность из-за экрана (10-15%), мерцание, отсутствие возможности наблюдения за сигналов до запуска исследования, ограниченная полоса пропускания.

Цифровые приборы отличаются преобразованием аналогового сигнала в цифровое, с последующим сохранением. Они оснащаются аналогово-цифровым преобразователем, усилителем, делителем, блоком управления, памятью и жидкокристаллическим дисплеем. В отличие от аналогового, на цифровом осциллографе можно увидеть предысторию сигнала до появления импульса запуска. Кроме того, цифровые осциллографы могут записывать осциллограммы и их можно подключить к компьютеру с помощью интерфейса USB. Продвинутые модели могут иметь разноцветный дисплей.

Существует несколько форм цифровых осциллографов: настольные (большие приборы, устанавливаемые на стол, оснащены большим TFT-дисплеем, работают от бытовой электрической сети) и портативные (ручные осциллографы в виде тестера или плеера, могут работать автономно (от аккумулятора), дополнительно могут обладать свойствами мультиметра). Портативные могут быть как без, так и со встроенным генератором.

Осциллографы-мультиметры являются портативной разновидностью цифровых осциллографов. Они выполнены в виде ручного прибора, соответственно, более лёгкие, чем настольные. При этом имеют разноцветный дисплей, а также совмещают в себе функции мультиметра — могут измерять постоянное и переменное напряжение, постоянный и переменный ток, сопротивление, ёмкость, а также проверять диоды и выполнять звуковую прозвонку цепи. Кроме того, данный вид приборов можно подключить к компьютеру при помощи USB кабеля.

Автомобильный подвид осциллографов предназначен для исследования формы сигнала электрического тока бортовой автомобильной сети — системы зажигания, генератора, подачи топлива, управления газораспределения. От обычных осциллографов отличаются небольшой полосой пропускания и высокой разрядностью входных амплитуд (не менее 12 бит). А ещё автомобильные осциллографы не имеют экрана (виртуальные).

Виртуальные, или USB-осциллографы, являются наиболее компактными устройствами. Однако из-за этого они не имеют блока управления и дисплея — наблюдение, запись и управление осуществляется с внешнего устройства (компьютер или смартфон) при помощи специального программного обеспечения.

Характеристики осциллографов

Осциллографы отличаются количеством каналов, которые могут одновременно отображаться на экране. Это позволяет сравнить форму и амплитуду нескольких разных источников сигнала. Наиболее распространены одноканальные и двухканальные. При этом существуют приборы, рассчитанные на 4, 6 и даже 16 каналов.

Полоса пропускания обозначает наивысшее значение частоты, в пределах которого измеренная амплитуда сигнала в форме синусоиды будет на 3 дБ ниже, чем реальная. Из-за этого полоса пропускания должна быть в 3-5 раз больше, чем значения исследуемых частот. Для простых исследований нужно минимум 25 МГц, а для более сложных — не меньше 100-200 МГц.

От частоты дискретизации зависит число выборок в секунду (скорость оцифровки входного сигнала). Соответственно, качество изображения на экране. Чем больше точек, тем более подробно и точно отображается форма сигнала. Этот параметр может составлять 100 Мвыб/с, 200 Мвыб/с, 1 Гвыб/с.

Также осциллографы различаются количеством режимов развёртки. Преимущественно, это автоматический и ждущий. Но некоторые модели снабжены режимом однократного запуска.

Объём памяти или глубина памяти — одна из важных характеристик осциллографов, позволяющая сохранять осциллограммы. При максимальной частоте дискретизации можно записать небольшое количество осциллограмм. При меньшей частоте — большее количество осциллограмм.

Кроме вышеперечисленных существуют и другие характеристики, которые стоит учитывать при покупке осциллографа — разрешение экрана, наличие логического анализатора.