Galbūt teko girdėti terminą oscilografas? Ar norite daugiau sužinoti apie tai, kas tai yra ir kam šis įrenginys naudojamas bei kokie jo ypatumai? Oscilografas - tai prietaisas, kuris rodo elektros grandinės srovę, įtampą, dažnį ir fazės pažangą. Jis yra elektroninis prietaisas, kuris grafiškai vaizduoja kintančią elektros signalo įtampą. Prietaisas rodo elektrinio signalo laiko ir intensyvumo santykį, o visos vertės vaizduojamos naudojant paprastą dvimatį grafiką. Paprastai ekrane matysite dvimatį vieno ar daugiau signalų grafiką, išreikštą kaip laiko funkciją. Šis prietaisas yra labai svarbus įvairiose srityse, ypač testuojant ir prižiūrint elektros sistemas bei komponentus.
Oscilografas yra vienas labiausiai visapusiškų iš kada nors išrastų prietaisų. Jau trečiajame dešimtmetyje jis buvo nepamainomu techniko "stetoskopu", leidusiu matyti grafinius srovės ir įtampos kitimo realiu laiku vaizdus. Bet oscilografo istorija siekia gerokai toliau, net iki 1897 m., kai vokiečių fizikas Karlas Ferdinandas Braunas sukūrė pirmąjį katodinių spindulių vamzdelį (tada vadintą Brauno vamzdeliu). Šis prietaisas, sukurdamas greitai besikeičiančių elektrinių signalų vaizdus, padėjo Guglielmo Marconi kuriant bevielį telegrafą. 1909 m. Karlas Braunas kartu su G. Marconi gavo Nobelio premiją už indėlį į bevielės telegrafijos plėtrą.
Kam skirtas osciloskopas?
Osciloskopas yra matavimo aparatūra, kuri leidžia vizualizuoti laiką kintančius elektrinius signalus. Pagrindinė jo užduotis - pavaizduoti signalus grafikų pavidalu ekrane, kur horizontalioji ašis rodo laiką, o vertikalioji ašis - įtampą. Osciloskopą naudoja elektronikos technikai ir radijo mėgėjai, norėdami išmatuoti elektrinio signalo amplitudę, analizuoti fazės poslinkį, pamatyti elektrinio signalo iškraipymus ir pagal gautus rezultatus apskaičiuoti srovės dažnį.
Nors oscilografas rodo analizuojamo signalo charakteristikas, jis dažniau naudojamas elektros grandinėje vykstantiems procesams nustatyti. Naudodami osciloskopą technikai gali gauti šią informaciją:
- Periodinio signalo bangos formą;
- Teigiamo ir neigiamo poliškumo vertes;
- Signalo kitimo per tam tikrą laiką diapazoną;
- Teigiamo ir neigiamo pusperiodžio trukmę.
Daugumą šių duomenų galima gauti naudojant voltmetrą. Tačiau tokiu atveju matavimus reikėtų atlikti kelių sekundžių dažnumu, o skaičiavimų klaidų procentinė dalis būtų didelė. Darbas su osciloskopu sutaupo daug laiko reikiamiems duomenims gauti. Oscilografai dažnai naudojami veikiančiai įrangai stebėti. Jie padeda diagnozuoti elektrinių, mechaninių ir pneumatinių sistemų problemas, fiksuodami ir rodydami įtampos ar srovės stiprio anomalijas. Dar viena sritis - elektros energijos gamybos ir paskirstymas. Čia oscilografai reikalingi analizuojant elektros energijos kokybę ir užtikrinant nuoseklų tiekimą. Oscilografai dažnai naudojami elektros variklių testavimui, matuojant tokius parametrus kaip sukimo momentas ir greitis. Inžinieriai šią matavimo įrangą naudoja naujai elektros įrangai ir sistemoms bei komponentams po litavimo išbandyti.
Osciloskopas prieš multimetrą
Multimetras leidžia atlikti pagrindinius įtampos, srovės ar varžos matavimus, tačiau osciloskopas suteikia daug pažangesnių analizės galimybių. Multimetras, skirtingai nuo osciloskopo, yra universalesnis įrankis, kurio tikslumas analizuojant dinaminius signalus yra ribotas. Juo galima atlikti tokias funkcijas kaip nuolatinės ir kintamosios srovės įtampos matavimas, srovę ir varžą, o pažangesniuose modeliuose - ir temperatūrą, talpą arba dažnį. Tačiau multimetras matuoja tik momentines arba vidutines vertes, todėl jis netinka dinaminiams signalams analizuoti, pavyzdžiui, triukšmo ar svyravimų per tam tikrą laiką. Osciloskopas leidžia vizualizuoti ir analizuoti šiuos sudėtingesnius signalus realiu laiku.
Osciloskopo veikimas ir konstrukcija
Osciloskopas matuoja katodinių spindulių vamzdeliu. Tai lempa, kuri sufokusuoja analizuojamą srovę į spindulį. Jis pasiekia prietaiso ekraną ir atsilenkia dviem statmenomis kryptimis: vertikali kryptis rodo analizuojamą įtampą, o horizontali - praėjusį laiką. Dvi poros elektronų pluošto vamzdelių plokštelių nukreipia pluoštą. Vertikaliai išdėstyti įtaisai visada įjungti, tai padeda paskirstyti skirtingas polių vertes. Teigiama trauka nukreipia į dešinę, o neigiama - į kairę. Taip prietaiso ekrane linija juda iš kairės į dešinę pastoviu greičiu.
Horizontalias plokšteles taip pat veikia elektros srovė, kuri nukreipia demonstracinį šviesos įtampos indikatorių. Teigiamas krūvis yra aukštyn, o neigiamas - žemyn. Taip prietaiso ekrane rodomas linijinis dvimatis grafikas, vadinamas oscilograma. Atstumas, kurį spindulys nueina nuo kairiojo iki dešiniojo ekrano krašto, vadinamas švytuokle. Horizontali linija nurodo matavimo laiką. Be standartinio linijinio dvimačio grafiko, taip pat yra apskritiminių ir spiralinių švytuoklių. Tačiau jomis nėra taip patogu naudotis kaip klasikinėmis osciloskopo bangų formomis.
Būdingiausias komponentas yra ekranas, kuriame rodomas signalas. Senesniuose osciloskopuose buvo naudojami osciloskopo vamzdžiai su katodinių spindulių vamzdeliu, tačiau šiuolaikiniuose elektroniniuose komponentuose ekranas pagrįstas LCD arba OLED technologija. Antroji pagrindinė sudedamoji dalis yra įvesties grandinė, kuri gauna signalą iš zondo. Ši grandinė leidžia reguliuoti stiprinimą ir dalyti įtampą, kad signalas būtų teisingai rodomas ekrane. Kiekviename oscilografe taip pat yra triggerio grandinė, atsakinga už rodomo signalo vaizdo sinchronizavimą. Be trigerio grandinės, grafikas būtų nestabilus, o tai labai apsunkintų analizę.
Oscilografų klasifikacija ir tipai
Yra du pagrindiniai oscilografų tipai: analoginiai ir skaitmeniniai. Analoginis yra vidutinių signalų matavimo aparatas. Skaitmeniniai prietaisai konvertuoja matavimo vertę į "skaitmeninį" formatą, kuriuo toliau perduodama informacija. Pagal veikimo principą skirstomi šie tipai: universalūs modeliai ir speciali įranga. Populiariausi yra universalūs prietaisai. Šie oscilografai naudojami įvairių tipų signalams analizuoti: harmoniniams, pavieniams impulsams, impulsiniams paketams.
Universalūs oscilografai skirti įvairiems elektros prietaisams. Jais galima matuoti kelių nanosekundžių trukmės signalus. Matavimo paklaida yra 6-8 %. Universalūs oscilografai skirstomi į du pagrindinius tipus:
- Monoblokas - turi bendrą matavimų specializaciją.
- Su keičiamais blokais - galima pritaikyti prie konkrečios situacijos ir prietaiso tipo.
Specialūs įrenginiai yra skirti tam tikro tipo elektros įrangai. Taigi yra oscilografų, skirtų radijo, televizijos transliacijoms ar skaitmeninėms technologijoms. Universalūs ir specialūs prietaisai skirstomi į:
- Greitaeigis - naudojamas greitai veikiančiuose prietaisuose.
- Saugykla - prietaisai, kuriuose saugomi ir atkuriami anksčiau atlikti rodmenys.
Analoginiai ir skaitmeniniai osciloskopai: pagrindiniai skirtumai
Daugeliui elektronikų yra bent kurį laiką naudoję analoginius oscilografus, todėl jie įsivaizduoja, kaip jie atrodo ir kur naudojami. Jei iki šiol esate prisirišęs prie analoginio oscilografo, jūsų pasirinkimo galimybės yra labai ribotos. Analoginių oscilografų, kaip kadaise dinozaurų, laikas jau praėjo. Kainos ir kokybės faktoriai lems tai, kad jie bus pakeisti skaitmeniniais atmintiniais oscilografais. Gal ir atrodys, kad panaudoto analoginio oscilografo pirkimas yra ekonomiškai teisingas žingsnis, bet tai padarius ir susidūrus su atsarginių dalių paieška bei palyginti aukšta remonto kaina, imi suprasti, kad ekonominiai tokio žingsnio privalumai yra geriau negu abejotini.
Modernūs skaitmeniniai oscilografai leidžia per kompiuterį prisijungti ir visiškai integruotis į ATE (Automated Test Equipment - automatizuotas matavimo įrenginys) sistemas. Yra ir nemažai kitų kriterijų, kurie svarbūs renkantis prietaisą tarp analoginio ir skaitmeninio prietaiso.
Grubiai paėmus, skaitmeninius atmintinius oscilografus galima suskirstyti į tris kategorijas:
- Tradiciniai staliniai: paprastai pasižymi geriausiais parametrais, o nuo to priklauso ir jų kaina.
- Nešiojamieji: reikalingi judrų darbą dirbantiems technikams, bet vaizdas jų displėjuose prastesnis (ypač šviečiant saulei), o akumuliatorių darbo laikas neilgas.
- Kompiuteriniai prietaisai: vis populiaresni darosi kompiuteriniai oscilografai, nes jie, palyginus su staliniais, leidžia sutaupyti daug pinigų. Tokio taupymo priežastis yra labai paprasta: galima veltui panaudoti turimą masinės gamybos oscilografą su dideliu spalviniu ekranu, sparčiu procesoriumi, diskiniu kaupikliu ir klaviatūra.
Kompiuteriniai oscilografai yra dviejų rūšių: išoriniai ir vidiniai. Vidinis kompiuterinis oscilografas paprastai yra PCI formato įstatoma korta. Teoriškai tokia alternatyva turėtų būti pati pigiausia, bet taip būna ne visuomet. Didžiausias kortos kompiuteryje trūkumas yra triukšmas - kompiuterio viduje elektrinė aplinka gali būti gana triukšminga, dėl to tam tikros kortos nuo to labai kenčia. Išoriniai kompiuteriniai oscilografai atrodo kaip nedidelės dėžutės, kurios jungiasi prie kompiuterio per USB arba lygiagretųjį portą. Šiuo atveju visa analoginė elektronika yra kompiuterio išorėje, todėl triukšmas nebekelia jokių problemų.
Pagrindiniai parametrai renkantis osciloskopą
Rinkdamiesi osciloskopą, turėtumėte atkreipti dėmesį į keletą pagrindinių parametrų, kurie lemia jo galimybes. Kiekvienas prietaisas turi keletą šių techninių savybių:
- Galimos paklaidos matuojant įtampą koeficientas (daugumos prietaisų ši vertė neviršija 3 %).
- Prietaiso švytuoklės linijos vertė - kuo didesnė ši charakteristika, tuo ilgesnis stebėjimo laikas.
- Sinchronizacijos charakteristikos, apimančios: dažnių diapazoną, didžiausius lygius ir sistemos nestabilumą.
- Vertikalaus signalo nuokrypio parametrai su įrangos įėjimo talpa.
- Pereinamojo atsako vertės, rodančios kilimo laiką ir viršijimą.
Be pirmiau išvardytų pagrindinių verčių, oscilografai turi papildomus parametrus - amplitudės ir dažnio charakteristiką, rodančią amplitudės priklausomybę nuo signalo dažnio. Skaitmeniniai oscilografai taip pat turi vidinės atminties vertę. Šis parametras nurodo, kiek informacijos prietaisas gali įrašyti. Taip pat iš praktinės pusės, svarbi ir kaina bei pačio įrenginio matmenys, jeigu su juo reikia judėti arba jam išskiriama konkreti vieta. Labai patogu, jei prekės puslapyje yra išsami techninė informacija.
Dažnių juostos plotis
Pirmiausia reikia atkreipti dėmesį į dažnių juostos plotį. Ši specifikacija nustato dažnių diapazoną, kuriame oscilografas gali tiksliai dirbti. Jis yra apibrėžiamas kaip didžiausias signalo dažnis, kuris gali praeiti įvesties stiprintuvus. Verta pastebėti, jog daugelis oscilografų gamintojų juostos plotį apibūdina dažniu, ties kuriuo sinusinio signalo amplitudė nuslopsta 71 procentu (ilgas -3 dB). Verta atsiminti, kad įvesties signalai nėra sinusiniai ir juose yra aukštesniųjų dažnių harmonikų. Todėl 20 MHz dažnio meandro formos signalą stebėdami 20 MHz juostos plotį turinčio oscilografo ekrane matysime nuslopintą ir iškraipytą bangą. Visada reikia pirkti oscilografą, kurio juostos plotis yra penkis kartus didesnis už didžiausią signalo dažnį, kurį pageidaujama išmatuoti. Oscilografų gamintojai siekia, kad jų konstrukcija garantuotų tam tikro tipo atsaką į dažnius. Tas atsakas vadinamas MFED (Maximally Flat Envelope Delay - maksimaliai plokščios gaubtinės delsa). Šios rūšies dažninis atsakas garantuoja pavienio impulso atkartojimą su mažiausiais išmetimais bei skambesiais.
Atrankos dažnis ir atminties talpa
Vien juostos pločio dar nepakanka, jeigu norite būti tikri, kad skaitmeninis atmintinis oscilografas pagaus aukštadažnį signalą. Skaitmeninių oscilografų atveju ne mažiau svarbūs tampa atrankos (strobavimo) dažnis bei atminties gelmė. Atrankos dažnis yra dažnis, kuriuo oscilografas imituoja įvesties signalą. Skaitmeniniuose atmintiniuose oscilografuose atrankos dažnis paprastai yra keli milijonai bandinių per sekundę (MSa/s - megasample per second) arba keli milijardai per sekundę (GSa/s - gigasample per second). Pagal Nyquist kriterijų, strobavimo dažnis privalo būti bent du kartus didesnis už didžiausią signalo spektro dažnį.
Daugelis oscilografų apibūdinami dviem skirtingais atrankos dažniais (lygmenimis), priklausančiais nuo to, kaip yra matuojamas signalas: realiu laiku ar ekvivalentinių laikų strobavimo būdu (ETS - Equivalent Time Sampling), kartais dar vadinamu pakartotiniu strobavimu. Pavyzdžiui, firmos Pico Technologies 12 bitų oscilografas ADC-212/100 realiu laiku atrenka duomenis 100 MSa/s sparta, o atsikartojančių signalų atveju - 5 GSa/s sparta. Nedidelis perspėjimas: oscilografų gamintojai linkę pabrėžti savo prietaisų tas charakteristikas, kurios atrodo gražiausiai, todėl verta atidžiau pažiūrėti, ar pateikiamosios strobavimo specifikacijos galioja visiems signalams ar tiktai tam tikriems pasikartojantiems signalams. Kai kurių oscilografų strobavimo dažnis priklauso nuo to, kiek yra naudojama kanalų.
Tikriausiai atminties talpa yra prasčiausiai suprantamas skaitmeninių atmintinių oscilografų parametras: labai gaila, bet jis yra vienas iš pačių svarbiausių. Strobavimo dažnio ir atmintinės talpos santykis yra labai svarbus; didelio strobavimo dažnio oscilografas, bet mažos atmintinės gali išnaudoti savo dažnines savybes tiktai pačioje aukščiausioje iš turimų laiko bazių. Norėdami geriau suprasti juostos pločio, strobavimo dažnio ir atminties talpos santykį, panagrinėkime vieną realaus gyvenimo pavyzdį. Įsivaizduokime, kad reikia užregistruoti USB duomenų paketą, kurio ilgis yra 1 ms, o jame yra 12 Mb/s sparta sekantys impulsai. Tokiu atveju didesnė atminties talpa leidžia fiksuoti ilgesnius signalus su dideliu detalių tikslumu.
Tikslumas ir paleidimo sistema
Skaitmeninėje elektronikoje 1 proc. dydžio signalo pokytis paprastai nesudaro jokių problemų, nors garso elektronikoje 0,1 proc. dydžio iškraipymai ar triukšmas jau gali būti tikra katastrofa. Daugelis modernių skaitmeninių atmintinių oscilografų yra optimizuoti spartiems skaitmeniniams signalams, todėl jų skyra yra vos 8 bitų (8 bitų A/D keitikliai), taigi, geriausiu atveju jie leidžia užregistruoti tik 0,4 proc. 8 bitų atveju įtampos intervalas dalinamas į 256 vertikalias pakopas (2⁸=256). Diapazonas ±1 V atitinka 8 mV kiekvienoje pakopoje. Paprastai į skaitmeninio atmintinio oscilografo tikslumą kreipiama gana mažai dėmesio. Matuoti galima kelių procentų tikslumu (daugumos 8 bitų oscilografų nuostoviosios srovės tikslumas yra 5 proc.), o tikslesniems matavimams reikia naudoti multimetrą. Jeigu oscilografo tikslumas bus didesnis (1 proc. nuostoviosios srovės atveju), tai kainuos papildomai.
Oscilografo paleidimo sistema sinchronizuoja horizontalųjį skleidimą su tam tikru signalo tašku, o tai yra labai svarbu atkuriant signalo formą. Valdant paleidimo lygį galima stabilizuoti pasikartojantį signalą. Priklausomai nuo to, kokius signalus reikės matuoti, verta palyginti įvairių gamintojų siūlomas alternatyvias paleidimo sistemas. Visų skaitmeninių oscilografų yra panašios pagrindinės paleidimo funkcijos (šaltinis, lygis, pirmyn ir atgal), bet skiriasi juose esančiomis sudėtingumo funkcijomis, kurios daugiausia priklauso nuo matuojamųjų signalų. Tam tikrų specifinių pritaikymų atveju (pavyzdžiui, tikrinant diskų komponentus) naudojami įvairūs paleidikliai būna instaliuoti atnaujinant oscilografo programas arba kaip atskiros programos.
Įtampos diapazonas ir zondai
Tipiškame oscilografe matavimo diapazoną galima keisti nuo ±50 mV iki ±50 V. Didesnės įtampos matuojamos naudojant įvesties zondu, slopinančiu signalus 10:1 arba 100:1 kartų, todėl svarbu iškart patikrinti, ar oscilografas yra tinkamas tiriamam įtampų diapazonui. Jeigu dažniausiai jums tenka matuoti nedidelės amplitudės signalus (mažesnius negu 50 mV), verta pagalvoti apie 12 ar 16 bitų oscilografo pirkimą. Taip pat reikia patikrinti, ar papildomi zondai atitinka oscilografo juostos plotį. Kai signalo dažnis yra labai didelis (daugiau kaip 200 MHz), pasyvieji zondai sukelia tam tikrų problemų, susijusių su kabelio, jungiančio juos prie oscilografo, parazitine talpa. To galima išvengti įsigijus aktyvųjį FET zondą, kuriame yra įmontuotas buferinis stiprintuvas.
Osciloskopo zondai: ką reikia žinoti
Kaip atliekami matavimai osciloskopu
Prieš pradedant bet kokius matavimus, oscilografas turi būti prijungtas prie elektros grandinės. Zondas prijungiamas prie bet kurio iš laisvų kanalų (jei įrenginyje yra daugiau nei 1 kanalas) arba į impulsų generatorių, jei osciloskopas turi tokį generatorių. Prijungus įrenginį, jo ekrane pasirodys įvairūs signalo vaizdai. Jei prietaiso gaunamas signalas yra staigus, problema susijusi su zondo prijungimu. Kai kurie jų turi miniatiūrinius varžtus, kuriuos reikia priveržti. Prieš atliekant matavimus, labai svarbu kompensuoti osciloskopo zondą. Šis procesas apima zondo ir osciloskopo įvesties suderinimą, kuris pašalina signalo iškraipymus.
Osciloskopo ekranas padalytas į mažus kvadratėlius, kurie vadinami padalomis. Priklausomai nuo prietaiso, kiekvienas kvadratėlis bus lygus tam tikrai vertei. Populiariausias žymėjimas yra toks: vienas skyrius lygus 5 vienetams. Be to, kai kuriuose prietaisuose yra rankenėlė, kuria galima reguliuoti grafiko skalę, kad naudotojams būtų patogiau ir tiksliau atlikti matavimus. Be to, skaitmeniniai oscilografai turi automatinę padėties nustatymo funkciją, kuri padeda išspręsti klaidžiojančio signalo problemą. Pagrindiniai osciloskopo jungikliai leidžia valdyti signalo rodymą ir interpretuoti signalą. Vertikalaus nuokrypio jungiklis (VERTICAL) naudojamas signalo stiprinimui reguliuoti ir leidžia reguliuoti Y-ašies skalę. Horizontaliojo nuokrypio jungiklis (HORIZONTALUS), kita vertus, skirtas laiko bazei reguliuoti, kuris leidžia ištempti arba suspausti signalą išilgai X ašies.
Atliekant matavimus osciloskopu, labai svarbu teisingai nuskaityti vertes. Osciloskopo ekrane, signalas vaizduojamas kaip grafikas, kur X ašis rodo laiką, o Y ašis - įtampą. Vertikalioji (Y) ašis, skalė paprastai nurodoma voltais per padalą (V/div). Jei nustatyta skalė yra 1 V/div, tai reiškia, kad kiekvienas Y ašies padalijimas atitinka 1 voltą. Panašiai, horizontaliajai (X) ašiai, skalės išreiškiamos laiko vieneto padalos vienetais (s/div, ms/div, µs/div). Pavyzdžiui, kai skalės nustatymas yra 2 ms/div, kiekvienas X ašies padalijimas atitinka 2 milisekundes. Šiuo pagrindu, galite apskaičiuoti įvairius parametrus.
Daugelis šiuolaikinių oscilografų turi automatinio matavimo funkciją, kuri labai palengvina signalo parametrų analizę. Automatiniai matavimai gali apimti amplitudės, didžiausios vertės, kilimo laiko, impulso trukmės, dažnio ir daugelio kitų parametrų nustatymą. Interpretuojant rezultatus taip pat reikia atsižvelgti į papildomus aspektus, pavyzdžiui, signalo formą ar galimus iškraipymus. Kai kurie matavimai, pavyzdžiui, kilimo laikas, atliekami tarp 10 % ir 90 % visos bangos, o dažnio skaičiavimui negali būti naudojami nebaigti ciklai užfiksavimo pradžioje ar pabaigoje. Iki 100 indikatorių gali būti rodomi ekrane vienu metu, tačiau tik vienas matavimas gali būti nurodytas tuo pačiu metu. Jis bus rodomas visuose vaizdo portuose, kuriuose yra naudojamas signalas. Matavimo indikatoriai įjungiami pagal numatytuosius nustatymus. Jei įjungiamas antras suderinamas matavimas, indikatoriai persijungs į naujausią matavimą. Šiuo metu nurodytas matavimas bus paryškintas langeliu aplink matavimo ženklelį. Norėdami pakeisti nurodytą matavimą, spustelėkite norimo matavimo ženklelį. Visi matavimo indikatoriai yra prieinami analoginiams kanalams ir skaitmeninių kanalų grupėms. Dauguma matavimo indikatorių taip pat prieinami atskiriems skaitmeniniams kanalams.
Srovės matavimas
Matuojant srovę skaitmeniniu osciloskopu, reikia žinoti, kokio srovės tipo reikėtų laikytis. Oscilografai veikia dviem režimais:
- Direct Current (DC) - nuolatinė srovė.
- Kintamoji srovė (AC) - kintamoji srovė.
Nuolatinė srovė matuojama, kai įjungtas nuolatinės srovės režimas. Prietaiso zondai turi būti prijungti prie maitinimo šaltinio tiesiai prie polių. Juodas krokodilas jungiamas prie minuso, o raudonas - prie pliuso. Ekrane pasirodys tiesi linija. Vertikaliosios ašies vertė atitiks nuolatinės įtampos parametrą. Srovę galima apskaičiuoti pagal Omo dėsnį (įtampa dalijama iš varžos). Kintamoji srovė yra sinusoidė, nes įtampa taip pat yra kintama. Todėl jo vertę galima išmatuoti tik per tam tikrą laikotarpį. Jis taip pat apskaičiuojamas pagal Omo dėsnį.
Įtampos matavimas
Norint išmatuoti signalo įtampą, reikia vertikaliosios koordinačių ašies tiesinio dvimačio grafiko. Todėl visas dėmesys bus skiriamas oscilogramos aukščiui. Prieš pradėdami stebėti, turėtumėte patogiau pritaikyti ekraną matavimui. Tada nustatykite prietaiso nuolatinės srovės režimą. Prijunkite zondus prie grandinės ir stebėkite rezultatus. Prietaiso ekrane pasirodys tiesė, kurios vertė atitinka elektros signalo įtampą.
Dažnio matavimas
Prieš suprasdami, kaip išmatuoti elektrinio signalo dažnį, turėtumėte žinoti, kas yra periodas, nes šios dvi sąvokos tarpusavyje susijusios. Vienas periodas yra mažiausias laiko tarpas, po kurio amplitudė pradeda kartotis. Periodą osciloskope lengviau matyti naudojant horizontalią laiko koordinačių ašį. Tereikia pastebėti, po kokio laiko tarpo linijinis grafikas pradeda kartoti savo modelį. Laikotarpio pradžią geriau laikyti sąlyčio su horizontaliąja ašimi tašku, o pabaigą - tos pačios koordinatės pakartojimu. Kad būtų lengviau išmatuoti signalo periodą, sumažinamas švytuoklės greitis. Šiuo atveju matavimo paklaida nėra tokia didelė.
Dažnis - tai analizuojamam laikotarpiui atvirkščiai proporcinga reikšmė. Tai reiškia, kad norėdami išmatuoti reikšmę, vieną sekundę laiko turite padalyti iš per tą intervalą įvykusių periodų skaičiaus. Gautas dažnis matuojamas hercais, Rusijoje taikomas 50 Hz standartas.
Fazinio poslinkio matavimas
Fazės poslinkis - tai dviejų svyruojančių procesų santykinė padėtis laike. Jis matuojamas signalo periodo dalimis, todėl, nepriklausomai nuo periodo ir dažnio pobūdžio, tie patys fazės poslinkiai turi bendrą vertę. Prieš matuojant pirmiausia reikia išsiaiškinti, kuris signalas atsilieka nuo kito, ir tada nustatyti parametro ženklo vertę. Jei srovė yra priekyje, kampo poslinkio parametras yra neigiamas. Jei įtampa yra priekyje, vertės ženklas yra teigiamas.
Fazės poslinkio laipsnis apskaičiuojamas taip:
- 360 laipsnių padauginkite iš tinklelio langelių, esančių tarp laikotarpių pradžios, skaičiaus.
- Gautą rezultatą padalykite iš padalijimų, kuriuos užima vienas signalo periodas, skaičiaus.
- Pasirinkite neigiamą arba teigiamą ženklą.
Matuoti fazės poslinkį analoginiu osciloskopu nepatogu, nes rodomi grafikai yra tos pačios spalvos ir skalės. Tokiam stebėjimui naudojamas skaitmeninis prietaisas arba dviejų kanalų prietaisai, kad skirtingos amplitudės būtų atskirame kanale.
Praktinis osciloskopo panaudojimas ir pradedančiųjų klaidos
Osciloskopas naudojamas daugelyje sričių. Elektronikoje jis leidžia analizuoti signalų bangų formas analoginėse ir skaitmeninėse grandinėse, pavyzdžiui, stiprintuvuose, generatoriuose ar loginėse grandinėse. Elektrotechnikoje jis naudojamas elektros tinklams tikrinti ir elektros energijos kokybei analizuoti.
Automobilių elektronika kasmet tampa vis kompleksiškesnė: daugybė valdiklių, jutiklių ir pavarų sistemų reikalauja tikslios diagnostikos, kurios neįmanoma atlikti tradiciniais skaitytuvais. Būtent čia osciloskopai ir oscilografai tampa nepamainomi įrankiai autoservisams, leidžiantys matyti ne tik klaidos kodus, bet ir realius signalus, jų formą, laiko priklausomybes bei tarpusavio ryšius. Autoservisuose dažnai pasirenkami komplektai su visais pagrindiniais zondais ir adapteriais, kuriuos galima naudoti tiesiog iš pakuotės be papildomų investicijų. Osciloskopai ir oscilografai nėra prabangos įrankis - tai profesionalios diagnostikos pagrindas. Autoservisams, siekiantiems aukštos kokybės paslaugų, mažesnių gedimų nustatymo laikų ir didesnio klientų pasitenkinimo, šis įrankis tampa būtinybe. Tokios užduotys apima:
- Sensorinių signalų analizė.
- Uždegimo sistemos tikrinimas.
- Injektorių signalai.
- CAN / LIN magistralės analizė.
- Kompleksinių sistemų analizė (šiuolaikinės automobilių sistemos - nuo variklio valdymo iki ABS, ESP ir komforto modulių - visos naudoja sudėtingus signalus).
Patarimai ir dažnos klaidos
Šiandieniniai osciloskopai siūlo daugybę funkcijų, kurios išplečia matavimo galimybes. Tikrasis-laiko veikimas apima dabartinio signalo atvaizdavimą, todėl juos galima stebėti nedelsiant. Kitos naudingos funkcijos - galimybė atlikti automatinius matavimus, pavyzdžiui, amplitudės matavimą, dažnį arba signalo kilimo laiką.
Prijunkite osciloskopo zondą prie generatoriaus išėjimo, nustatykite signalo dažnį maždaug 1 kHz, o amplitudę - 2 V. Įsitikinkite, kad oscilografo laiko skalė leistų aiškiai matyti du ar tris bangos formos ciklus. Stebėkite bangos formą, keiskite dažnį ir amplitudę ir stebėkite, kaip šie pokyčiai veikia rodomą grafiką. Sukurkite stačiakampį signalą, kurio dažnis yra 500 Hz, o amplitudė - 3 V. Išnagrinėkite signalo kilimo ir kritimo laiką. Naudokite osciloskope esančią matavimo funkciją, kad tiksliai nustatytumėte šias vertes. Patikrinkite, kaip skirtingi osciloskopo nustatymai (pvz., dažnio charakteristikos) turi įtakos matavimo tikslumui.
Prijunkite osciloskopo zondą prie matuojamos grandinės įžeminimo taško arba palikite jį neprijungtą. Stebėkite bangos formą osciloskopo ekrane. Tai turėtų būti horizontali tiesi atkarpa (be signalo). Jei pastebėjote trukdžių ar triukšmo, pabandykite pakeisti įvesties jautrumą (Y skalė) ir laiko bazę (X skalė), kad geriau juos išanalizuotumėte. Pradedantieji dažnai daro klaidų, pavyzdžiui, netinkamą zondo kompensavimą, neteisingas skalės nustatymas arba neatsižvelgimas į dažninę charakteristiką.
Kaip pasirinkti tinkamą osciloskopą?
Daugeliui technikų nelengva išsirinkti naują oscilografą - tenka rinktis iš šimtų įvairių modelių, besiskiriančių savo kaina ir specifikacijomis. Besirenkančiam naują oscilografą pirmiausia patariama nežiūrėti į reklamas arba specifikacijas, o vietoj to pašvęsti kažkiek laiko pagalvoti apie tai, kam ir kur tas oscilografas bus naudojamas. Renkantis instrumentą reikia atidžiai išnagrinėti klasifikacijas ir tipus, kad galėtumėte išsirinkti geriausiai jūsų poreikius atitinkantį instrumentą. Telieka tik nutarti, kokį oscilografą verta pirkti.
Renkantis osciloskopą atkreipkite dėmesį į šiuos dalykus:
- Išbandykite jį prieš pirkdami ir nebijodami palyginkite kelių skirtingų įvairių gamintojų prietaisų.
- Perkant oscilografą pasiteiraukite, koks yra siūlomas jo įrangos atnaujinimas ir ar tai įeina į kainą.
- Kompiuterinio oscilografo atveju reikia išsiaiškinti, ar į komplektą įeina programos ir ar už jų atnaujinimą neteks mokėti papildomai.
- Patikrinkite garantijos galiojimo laiką.
- Galiausiai paieškokite internete nepriklausomos informacijos apie įvairius oscilografus.
Esminiai, svarbūs dalykai yra juostos plotis, strobavimo (realiu laiku ir/arba pasikartojimo režimu) sparta ir atmintinės talpa.
tags: #naudotis #oscilografu #pico