12-2200, Осцилографи

Для визначення, дослідження і запису амплітудних і часових характеристик струму застосовуються осцилографи. Це потрібно для відстеження змін (зрушення фаз) і спотворень електричного сигналу. Крім того, вони можуть виміряти напругу, силу струму, частоту, кут зсуву фаз. Головним чином, такі прилади використовуються для перевірки генераторів і перевірки якості телевізійних сигналів. Форма і амплітуда в осцилографах відображаються на великому екрані або виводяться на монітор комп'ютера або екран смартфона. По горизонтальній осі відображається час сигналу. По вертикальній — напруга.

Різновиди осцилографів

Існує велика різноманітність осцилографів. Залежно від конструкції, їх можна розділити на наступні види — аналогові, цифрові (настільні та портативні), осцилографи-мультиметри, автомобільні, віртуальні USB-осцилографи. Також вони відрізняються характеристиками: кількістю каналів, пропускною здатністю, частотою дискретизації, режимом розгортки, об'ємом пам'яті (для цифрових приладів).

Аналогові прилади складаються з електронно-променевої трубки (ЕПТ), яка складається з катода, системи фокусування променя, пластин вертикального і горизонтального відхилень променя і екрану. На пластини горизонтального відхилення подається напруга розгортки пилкоподібної форми, яка відхиляється в залежності від негативної чи позитивної напруги. При подачі досліджуваної напруги на вертикальні пластини промінь почне відхилятися вгору — при позитивній напрузі, вниз — при негативній. Вертикальні і горизонтальні коливання сигналу називають осцилограмою.

Прилади такого типу дозволяють спостерігати форму електричного сигналу з найменшими спотвореннями. Вони мають просте управління і здатні проводити грубі вимірювання електричних характеристик. Недоліки — велика похибка через екран (10-15%), мерехтіння, відсутність можливості спостереження за сигналами до запуску дослідження, обмежена смуга пропускання.

Цифрові прилади відрізняються перетворенням аналогового сигналу в цифровий, з подальшим збереженням. Вони оснащуються аналогово-цифровим перетворювачем, підсилювачем, дільником, блоком управління, пам'яттю та рідкокристалічним дисплеєм. На відміну від аналогового, на цифровому осцилографі можна побачити передісторію сигналу до появи імпульсу запуску. Крім того, цифрові осцилографи можуть записувати осцилограми та їх можна підключити до комп'ютера за допомогою інтерфейсу USB. Просунуті моделі можуть мати різнокольоровий дисплей.

Існує декілька форм цифрових осцилографів: настільні (великі прилади, що встановлюються на стіл, оснащені великим TFT-дисплеєм, працюють від побутової електричної мережі) і портативні (ручні осцилографи у вигляді тестера або плеєра, можуть працювати автономно (від акумулятора), додатково можуть мати властивості мультиметра). Портативні можуть бути як без, так і з вбудованим генератором.

Осцилографи-мультиметри є портативним різновидом цифрових осцилографів. Вони виконані у вигляді ручного приладу, відповідно, більш легкі, ніж настільні. При цьому мають різнокольоровий дисплей, а також поєднують в собі функції мультиметра — можуть вимірювати постійну і змінну напругу, постійний і змінний струм, опір, ємність, а також перевіряти діоди і виконувати звукове продзвонювання ланцюга. Крім того, даний вид приладів можна підключити до комп'ютера за допомогою USB кабелю.

Автомобільний підвид осцилографів призначений для дослідження форми сигналу електричного струму бортової автомобільної мережі — системи запалювання, генератора, подачі палива, управління газорозподілом. Від звичайних осцилографів відрізняються невеликою пропускною здатністю і високою розрядністю вхідних амплітуд (не менше 12 біт). А ще автомобільні осцилографи не мають екрану (віртуальні).

Віртуальні, або USB-осцилографи, є найбільш компактними пристроями. Однак через це вони не мають блоку управління і дисплея — спостереження, запис і керування здійснюється із зовнішнього пристрою (комп'ютер або смартфон) за допомогою спеціального програмного забезпечення.

Характеристики осцилографів

Осцилографи відрізняються кількістю каналів, які можуть одночасно відображатися на екрані. Це дозволяє порівняти форму і амплітуду декількох різних джерел сигналу. Найбільш поширені одноканальні і двоканальні. При цьому існують прилади, розраховані на 4, 6 і навіть 16 каналів.

Смуга пропускання позначає найвище значення частоти, в межах якого виміряна амплітуда сигналу в формі синусоїди буде на 3 дБ нижче, ніж реальна. Через це смуга пропускання повинна бути в 3-5 разів більше, ніж значення досліджуваних частот. Для простих досліджень потрібно мінімум 25 МГц, а для більш складних — не менш 100-200 МГц.

Від частоти дискретизації залежить число вибірок в секунду (швидкість оцифровування вхідного сигналу). Відповідно, якість зображення на екрані. Чим більше точок, тим більш докладно і точно відображається форма сигналу. Цей параметр може становити 100 Мвиб/с, 200 Мвиб/с, 1 Гвиб/с.

Також осцилографи розрізняються кількістю режимів розгортки. Переважно, це автоматичний і очікуючий. Але деякі моделі забезпечені режимом одноразового запуску.

Обсяг пам'яті або глибина пам'яті — одна з важливих характеристик осцилографів, що дозволяє зберігати осцилограми. При максимальній частоті дискретизації можна записати невелику кількість осцилограм. При меншій частоті — більшу кількість осцилограм.

Крім перерахованих вище існують і інші характеристики, які варто враховувати при покупці осцилографа — роздільна здатність екрана, наявність логічного аналізатора.