обучение работы с осциллографом
Обучение работы с осциллографом
Осциллограф для начинающих. Часть 1
Если вы в своей практике используете мультиметр, то какое-то время тратили на изучение его возможностей. Потратьте немного времени и на осциллограф. Органов управления немногим больше. Главное понять, «что к чему». Кое-что попробую показать, остальное поймете самостоятельно. Также попробую объяснить понятия «основные режимы, характеристики и используемые термины» и как это выглядит на осциллограммах.
Управляет генератором развертки и запускает его с одной и той же точки. Поэтому мы имеем устойчивое изображение. При этом может выполняться одно из условий:
— запуск генератора развертки по уровню сигнала. При достижении сигнала на входе определенного уровня происходит запуск развертки;
— запуск по времени нарастания амплитуды в переднем фронте импульса, или по времени изменения амплитуды заднего фронта;
— запуск «на сбой» в импульсной последовательности. Когда устанавливается длительность импульса (нормального). Развертка в этом случае всегда будет запускаться с того места, где длительность импульса будет меньше или больше установленной; на экране вы будете видеть именно этот временной отрезок, где происходит сбой.
— Захват импульса при уменьшении амплитуды (и т.д.)
Это не все возможные варианты режимов работы триггера, некоторые модели осциллографов имеют их больше – все зависит от предназначения осциллографа и решаемых задач.
Осциллограф имеет органы управления, позволяющие не только посмотреть, но и рассмотреть сигнал. Об этом ниже.
| Практическое применение Применять будем осциллограф на фото справа. На фото прибор, его экран. Подключен ёмкостной датчик. Автомобиль «Subaru Forester». Рассматриваем систему зажигания. |  |
| Фото №2 |  |
Фото №3
Питание включено, датчик подключен, мотор работает. Сигнала нет. В чем причина?
Фото №4
Нет, сигнал есть. Смотрите, чем отличается фото № 3 от № 4. Вверху смотрите, пункт выделен, а внизу его значение. Время развертки 10ms осталось неизменным. Что изменилось?
Фото№5
Фото №6
* здесь не только развертку изменил, а и увеличил (фото 2-пункт 3). И уже есть возможность посмотреть участок, где ключ сработал и чуть дальше. В принципе, можно «прокрутить» сигнал до его окончания.
Фото №7
Вот так. Начало на фото №6, а конец вот:
Фото 8
Можно еще вывести курсоры (если надо посмотреть длительность горения искры или время насыщения).
Фото №9
Фото №10
* курсоры стоят от момента включения ключа, до момента возникновения искры.
Фото №11
* длительность горения искры.
Показано всего процентов 20 от возможностей прибора, только на одной опции и в одном пункте меню (осциллоскоп)
Не считаю, что работаю плохим прибором и считаю, что плохими приборами работать недопустимо. Данный прибор использую постоянно при входной диагностике. Он позволяет наблюдать и проводить измерения с достаточной степенью достоверности всех сигналов системы управления автомобиля.
Когда необходимо проводить анализ, когда машина «зависает», осциллоскоп и мотор- тестер данного прибора мною не используется. Хотя такая возможность в прибор заложена. Неудобно «прокручивать» сигнал, просматривая детали, растянув его разверткой и усилив, не видя полной фазы или цикла. Тем более, когда используется не один канал. Слишком много манипуляций, при выполнении переходов, что отвлекает от рассмотрения сигнала. Но это все, что я могу сказать о недостатках. Утверждение же о маленьких экранах и пр. считаю необоснованным и ведущим в заблуждение.
МАРКИН Александр Васильевич
Таврово мкр 2, пер. Парковый 29Б (4722) 300-709
© 1999 – 2010 Легион-Автодата
Практические упражнения по работе с осциллографом (RC-цепи)
В прошлой статье «Что такое осциллограф и как им пользоваться» мы познакомились с основами работы этого замечательного прибора. Чтобы освоить работу с осциллографом, нужны практические упражнения. В статье рассмотрены простые эксперименты с источником питания на основе тарнсформатора, с мостовым выпрямителем, а также с RC-цепями. Материал будет полезен тем кто желает познакомиться с измерительным прибором-осциллографом.
Источник питания и мостовой выпрямитель
Предварительно ручку осциллографа «Время/дел.» установим на «10», и ручку «V/дел.» так же на «10», а переключатель входа установим в положение «импульсный режим». Теперь подадим на первичную обмотку переменное напряжение 220V (от электросети, соблюдая все необходимые правила электробезопасности).
Рис. 1. Схема для эксперимента и изображение на экране осциллографа.
Подключим к вторичной обмотке трансформатора мостовой выпрямитель из четырех диодов (рис. 2). К выходу выпрямителя подключим осциллограф.
А чтобы его сделать постоянным нужно пульсации сгладить с помощью накопительного конденсатора.
На рисунке 3 показана схема с накопительным конденсатором С1 и резистором R1, который служит нагрузкой. Посмотрим, что нам теперь покажут приборы. Мультиметр покажет что-то около 16,5V, а на экране осциллографа будет видна искривленная линия, приподнятая вверх по шкале У на некоторую величину (рисунок 3, левая осциллограмма).
Рис. 2. Подключим и исследуем мостовой выпрямитель из четырех диодов.
» и повернуть ручку «V/дел.» в сторону уменьшения, пока пульсации не будут видны отчетливо. В данном случае, установили 0,5V/дел. (рис.3, осциллограмма справа). Видно, что размах пульсаций равен 1V.
Таким образом, на выходе нашего выпрямителя есть постоянное напряжение с пульсациями 1V. Величина этих пульсаций зависит от емкости сглаживающего конденсатора и от нагрузки. Если нагрузка увеличится (уменьшится сопротивление R1) пульсации возрастут.
Рис. 3. Сглаживающий конденсатор в выпрямителе.
Это можно проверить, заменив R1 переменным. А с увеличением емкости пульсации уменьшаются. Вот, если в этом же примере (при том же сопротивлении R1) вы параллельно С1 подключите еще один конденсатор емкостью 220мкФ, пульсации уменьшатся до 0,ЗV, а при емкости конденсатора 1000 мкФ уровень пульсаций будет менее 0,1V.
Но это при сопротивлении нагрузки 1 кОм, то есть при токе нагрузки 16 миллиампер. С увеличением тока нагрузки пульсации будут увеличиваться. Именно по этому в выпрямителях, рассчитанных на большие нагрузки, используют сглаживающие конденсаторы очень большой емкости.
Выше, с помощью осциллографа была рассмотрена работа мостового выпрямителя. Но источник питания, часто кроме трансформатора и выпрямителя содержит стабилизатор напряжения.
Рис. 4. Исследуем параметрический стабилизатор.
А теперь, подключим такой же стабилизатор на выходе выпрямительного моста (рис. 5). Импульсы пульсирующего напряжения стабилитрон так же, обрезал на уровне своего напряжения стабилизации. Причем, стабилитрону безразлично какой амплитуды эти импульсы или полуволны, 17V или, например, 27V, он их ограничит СТАБИЛЬНО на уровне 10V.
Рис. 5. Исследуем параметрический стабилизатор на выходе моста.
На рисунке 6 показана схема источника питания с параметрическим стабилизатором на выходе. Мультиметр и осциллограф покажут постоянное напряжение 10V, а пульсации будут значительно меньше чем без стабилизатора.
Рис. 6. Схема источника питания с параметрическим стабилизатором на выходе.
Исследуем RC-цепи с помощью осциллографа
Еще одним практическим упражнением работы с осциллографом может быть исследование RC-цепи с помощью осциллографа. Для этого нам потребуется генератор прямоугольных импульсов. Во многих осциллографах, в частности, и С1-65, есть калибратор. Это генератор постоянного напряжения или прямоугольных импульсов частотой 1 кГц.
Калибратор предназначен для калибровки, но его можно с успехом использовать как лабораторный генератор прямоугольных импульсов при налаживании и ремонте аппаратуры.
Но, есть осциллографы и без калибраторов, если ваш именно такой, то нужно будет взять лабораторный функциональный генератор или самому сделать простой генератор прямоугольных импульсов частотой около 1 кГц, по схеме, показанной на рисунке 1. Это простейший мультивибратор на цифровой микросхеме. Но для наших опытов он подходит.
Далее, мы будем рассматривать работу с калибратором осциллографа в качестве источника импульсов. Если же импульсы берутся от отдельного генератора (например, как на рис.1), нужно будет просто подавать их на исследуемую RC-цепь от него. При этом не забыть общий минус питания генератора соединить с клеммой «корпус» осциллографа.
Рис. 1. Схема простого генератора импульсов.
И так, если мы соединим куском провода гнезда «У» и «Выход калибратора», включим калибратор на генерацию импульсов размахом 5V. При этом ручкой «V/дел» выставим «1», а ручкой «время/дел» выставим «0,2mS», вход переключим на переменное напряжение «
», на экране осциллографа будет видно примерно то, что показано на рисунке 2. То есть, прямоугольные импульсы.
Рис. 2. Импульсы на экране осциллограф.
Для экспериментов с RC-цепью потребуется конденсатор емкостью 0,01 мкФ (часто обозначается как «10п» или «103») и переменный резистор сопротивлением 100 кОм.
Сначала подключаем дифференцирующую цепь, состоящую из резистора R1 и конденсатора С1 (рис. 3). Теперь импульсы
Рис. З. Подключаем дифференцирующую цепь.
от калибратора на вход «У» осциллографа поступают через цепь R1C1. Резистор R1 установить в положение максимального сопротивления. При этом, импульсы на экране осциллографа станут как на рис.4. Их амплитуда немного увеличится, но появится наклон в сторону к спаду.
Рис. 4. Импульсы на экране осциллографа.
Если начать поворачивать рукоятку переменного резистора R1, его сопротивление будет уменьшаться, и при этом, амплитуда импульсов будет увеличиваться, но и наклон в сторону к спаду тоже возрастает. На рисунке 5 уже совсем не похоже на прямоугольные импульсы. Однако амплитуда пиков сильно выросла. При дальнейшем повороте R1, амплитуда пиков будет продолжать расти, а наклоны приобретут параболический вид.
Рис. 5. Это уже не похоже на прямоугольные импульсы.
Но, при дальнейшем повороте R1, амплитуда начинает снижаться, и в самом крайнем положении, когда сопротивление R1 равно нулю, импульсы пропадают (это и не удивительно, ведь R1, в состоянии нулевого сопротивления, фактически замкнул вход осциллографа).
Вывод такой, что в результате дифференцирования прямоугольного импульса, он превращается в остроконечный импульс увеличенной амплитуды. Причем, чем больше R1, тем более импульс похож на прямоугольный.
Поэтому, амплитуда напряжения на резисторе R1 в пиках увеличивается тем больше, чем быстрее заряжается конденсатор. Но при этом пики тем уже, чем меньше R1. Теперь поменяем детали местами, чтобы получилась схема, показанная на рисунке 6. RC-цепочка стала интегрирующей.
Рис. 6. Новая схема для эксперимента.
Если переменный резистор R1 находится в положении минимального сопротивления, на экране осциллографа будет как на рис. 7. Почти такие же прямоугольные импульсы, только фронты и спады слегка сглажены.
Рис. 7. Изображение на экране осциллографа для эксперимента.
А значит, тем круче фронты и спады импульсов на С1. Вот эти закругления, видимые на осциллограмме на рис. 7 и есть то самое время, в течение которого происходит зарядка и разрядка конденсатора.
И чем быстрее конденсатор заряжается, тем меньше эти участки. Быстрота же зарядки конденсатора зависит от сопротивления резистора R1, через который на него поступают импульсы.
При дальнейшем увеличении сопротивления R1 время, необходимое на зарядку конденсатора до максимального напряжения увеличивается на столько, что уже становится больше длительности полу-периода импульса. Конденсатор просто не успевает зарядиться до максимальной величины, как начинается его разрядка.
Рис. 8. Фронты и спады еще более сглажены.
Поэтому амплитуда импульса уменьшается на столько, на сколько конденсатор не успевает зарядиться. В конечном итоге форма импульсов все более и более становится похожа на треугольную.
Как пользоваться осциллографом
Как определяется сдвиг фаз
А теперь о том, как пользоваться осциллографом С1-112А для измерения сдвига фаз. Но для начала – определение. Сдвиг фаз – это характеристика, показывающая, как располагаются относительно друг друга два процесса (колебательных) в течение некоторого времени. Причем измерение происходит не в секундах, а в частях периода. Другими словами, единица измерения – это единицы угла. Если сигналы будут одинаково располагаться взаимно, то у них сдвиг фаз будет также одинаков. Причем это не зависит от частоты и периода – реальный масштаб графиков на горизонтальной (временной) оси может быть любым.
Максимальная точность измерения будет в том случае, если растянуть график на всю длину экрана. В аналоговых осциллографах график сигнала для каждого канала будет иметь одну яркость и цвет. Чтобы отличить эти графики друг от друга, необходимо сделать для каждого свою амплитуду
И напряжение, которое подается на первый канал, важно делать максимально большим. При этом получится намного лучше удерживать синхронизацией изображение на экране
Вот как пользоваться осциллографом С1-112А. Другие приборы отличаются в эксплуатации незначительно.
Классификация
По виду используемой схемотехники (электронных компонентов) различают цифровые и аналоговые измерительные приборы. Простые модели показывают только динамическую картинку. Современные – оснащены функцией запоминания для обеспечения лучших условий при изучении сложных процессов. Некоторые электронные осциллографы способны выводить на экран до 14 и более сигналов одновременно. Для исследования оптических сигналов производители выпускают стробоскопические высокоскоростные модификации.
Отдельно следует отметить специализированные приставки, которые подключаются через стандартный порт или коммуникационную плату к ноутбуку (стационарному компьютеру). Такое комбинированное оборудование можно перенастроить с применением специализированного программного обеспечения.
Плагин vst обеспечивает удобство обработки волновых процессов в звуковом диапазоне
Работа с измерителем
Перед тем как воспользоваться осциллографом, выполняется калибровка. Для этого измерительные щупы подключаются к входу усилителя (отклонение луча в вертикальной плоскости) и общему выводу, обозначаемому как земля. В случае если используется ЭЛТ, после включения необходимо подождать некоторое время для прогрева экрана. Затем понадобится пройти следующие этапы:
Таким образом, использование осциллографа, позволяет осуществлять операции по настройке и ремонту сложных приборов, которые с помощью тестера выполнить невозможно. Работа на современном устройстве не намного сложнее измерений, проводимых мультиметром.
2Использование прибора
Стоит также отметить, что виды приборов тоже бывают разными и нужно уделить внимание именно многоканальным осциллографам. Специалисты утверждают, что такие приборы дают возможность наблюдать за сигналами, которые находятся в самых разных участках схемы, причем, делать это можно в одно время, что является очень удобной функцией для опытных пользователей
На примере разберем, как важно, чтобы пример имел выше описанную возможность:
На примере разберем, как важно, чтобы пример имел выше описанную возможность:
Стоимость такого прибора не фиксированная и зависит она от многих факторов:
Многих интересует, что собой представляет развертка в рассматриваемом приборе. На самом деле, все очень просто – это линия, которая показывается на экране осциллографа в том случае, если сигнал, который исследуется, отсутствует. В данном случае действует единственное напряжение самой развертки.
На сегодняшний день существует несколько видов разверток, основными из которых являются круговая и линейная.
Сразу возникает вопрос – где применяется непрерывная развертка. Ответ очень простой – при исследовании сигналов периодического типа
Помимо всего прочего, она также понадобится для импульсных сигналов, скважность которых совсем небольшая
Если обобщить всю полученную информацию и упростить его на порядок, то получится, что при помощи осциллографа можно измерить:
Приобретают такой прибор пользователи для того чтобы наблюдать саму форму сигнала, можно назвать это самым главным его предназначением.
К сигнальным свойствам, которые можно увидеть благодаря осциллографу относятся:
Рассматриваемый прибор можно приобрести без особых трудностей в специализированных магазинах или же по интернету. Если вы не очень разбираетесь в таких приборах, тогда для вас будет оптимальным вариантом – посетить лично специализированный магазин, где специалисты, консультанты ответят на все интересующие вас вопросы, все вам подробно расскажут и покажут.
Осциллограф – полезный прибор, тем более для тех, кто разбирается в электронике, но сказать о том, что стоимость его невысокая – нельзя. Так что, для приобретения такого прибора необходимо будет раскошелиться.
Принцип функционирования
Общий принцип работы прибора прост. Он регистрирует любое изменение напряжения испытуемого сигнала и выводит его на дисплей. Со времён самописца, придуманного Андре Блондалем, где индуктивная катушка управляла колебаниями маятника, идея претерпела изменения. После изобретения электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) прибор стал полноценным измерителем. Органы управления находятся на передней панели.
Поданный на вход сигнал может иметь разную амплитуду. Расположенный на передней панели регулятор «В/дел», позволяет растягивать или уменьшать получаемую картинку по оси Y. Ручка «длительность» изменяет скорость движения луча по дисплею. Это частота развёртки.
К сведению. Луч постоянно перемещается слева на право, вертикальное отклонение ему задаёт импульс, приходящий на вход. В результате на дисплее получается синусоида или иные колебания.
С помощью частоты развёртки добиваются остановки картинки. Когда она близка или совпадает с частотой сигнала, то картинка замирает и становится статичной. Вот главный принцип работы прибора.
Области применения
Осциллограф предназначен для изучения динамических процессов. Чтобы пользоваться прибором правильно, следует не превышать конструкционные возможности. Ниже представлены примеры решения практических задач.
Наблюдение фигур Лиссажу
При одновременной подаче на входы осциллографа сигналов с приблизительно равными частотами на экране будут видны характерные изображения. Этот метод используют для настройки генератора по эталонному образцу.
Фигура Лиссажу на ЭЛТ аналогового прибора
Курсорные измерения
Для повышения точности измерений на экран выводят вспомогательные координатные полосы (курсоры). При хорошей оснащенности осциллограф индицирует отдельные показатели в цифровом виде.
Математические функции
Некоторые модели современных осциллографов (блоки для подключения к компьютеру) способны обрабатывать сигналы по сложному алгоритму. Необходимый вариант описывают соответствующей математической функцией: сложение, вычитание или др.
Захват строки телевизионного сигнала
В соответствии с названием такой режим предназначен для изучения телевизионного сигнала. Главная особенность – специальная синхронизация, позволяющая выводить на экран необходимое количество строк.
Устройство осциллографа
Основной элемент прибора — экран, разделённый на клетки. На него выводится визуализация электрического колебания. Масштаб клеток задаётся регулировками на корпусе осциллографа. Вертикальные клетки показывают напряжение подаваемого сигнала, а горизонтальные замеряют время. Градация клеток как по напряжению, так и по времени выставляется регуляторами на корпусе. Зная время одного импульса сигнала несложно рассчитать его частоту.
Усилитель сигнала
Прибор оснащён регулятором усиления электрического сигнала. По сути, функция изменяет масштабирование синусоиды на экране. Например, по вертикали экран размечен на 10 клеток, и предел усиления установлен на 1 вольт на клетку. В этом случае импульс напряжением в двадцать вольт будет не виден на экране. Нужно установить параметр усиления на большее количество вольт, отображаемое в одной клетке. Точно так же при низком напряжении увеличением усиления добиваются отчётливой визуализации осциллограммы.
Развёртка и её регулировка
Принцип настройки осциллографа по параметру развёртки идентичен настройке усиления, только производится она по горизонтальной оси. Клетки соответствуют миллисекундам. Изменяя их количество, соответствующее одной клетке, получаем нужное отображение синусоиды в необходимом масштабе. При необходимости изучить малый отрезок сигнала, значение развёртки уменьшают. Для изучения частотности и типа электронного импульса, оценки цикличности и других характеристик значение увеличивают.
Блок синхронизации
Синусоида графика прорисовывается на экране слева направо, до его окончания. Далее, прорисовка повторяется. Скорость построения графика высока и приводит к «бегущей» прорисовке или вообще к непонятной кривой. Это происходит по причине наслоения нового изображения на старый график с однозначным смещением. Регулировкой синхронизации осуществляется включение развёртки при достижении входным сигналом установленных значений.
Например, установив значение синхронизации в ноль вольт, при обработке синусоиды сигнала отображение начнётся после достижения напряжения на входе заданного показателя, а завершится в конце экрана. Потом визуализация начнётся с очередного нулевого показателя, и цикл будет повторяться. В результате становится видна стабильная картина, и все скачки сигнала становятся наглядно видны. Простейший блок синхронизации оснащён двумя настройками:
В сложных моделях осциллографов существуют ещё ряд настроек синхронизации для более специфических измерений.
Блок питания
Служит для подачи необходимого напряжения на электронные схемы самого осциллографа от сети 220 вольт.
Прибор может быть оснащён одним или несколькими сигнальными входами. Это зависит от модели. Несколько выходов необходимы для замера анализа и сравнения сразу нескольких электрических сигналов. Простейший осциллограф оснащён лишь одним сигнальным выходом и щупом заземления. Если к входу прибора ничего не подключено, то на экране посередине моделируется горизонтальная линия, называемая нулевой прямой. Если, к примеру, подключить сигнальный щуп к плюсу батарейки, а заземление к минусу, прямая линия подскочит вверх на количество клеток, соответствующее напряжению по шкале градации, выставленной на корпусе прибора. Поменяв щупы местами, линия опустится на то же количество клеток.
Разновидности приборов
Прежде чем окончательно выбрать осциллограф, необходимо знать, на какие виды он делится. По принципу отражения сигналов осциллограф делится на цифровой и аналоговый.
Цифровой
С его помощью проводится статическая и математическая обработка данных, которые получаются в результате снятия показаний. Также, если выбрать цифровой осциллограф, есть возможность обнаруживать импульсные помехи и сохранять в памяти прибора до 10 000 осциллограмм. Полученные результаты отображаются на ЖК-дисплее.
Выбор настроек осуществляется автоматически, так как прибор обладает функциями калибровки и диагностики. Погрешности у изделия минимальные, благодаря чему данные получаются высокого качества. Такой осциллограф незаменим при необходимости получить точную диагностику оборудования или автомобиля.
Аналоговый
Это самая простая конструкция. В ее состав входит электронно-лучевая трубка, которая реагирует на электростатические отклонения. Показания снимаются в настоящем времени, благодаря чему при обработке процессором сигнала, искажения невозможны.
Выбрать аналоговый осциллограф – означает получить надежность и безотказность в работе, так как изображение на дисплее от проходящих показателей не отстает. Также они отличаются невысокой ценой и хорошей ремонтопригодностью. Но прежде чем подобрать такой вариант, следует помнить и о его недостатках: при поучении сигналов высокой частоты, экран может моргать, незначительные возможности по обработке сигнала и относительно диапазона измерений. Такое устройство широко применяется в сервисных мастерских радио- и телеаппаратуры. Из-за этого он еще получил название сервисный осциллограф.
Также рекомендуем просмотреть видео, в которых предоставлены советы экспертов по выбору осциллографа, а также независимый рейтинг из 10 лучших моделей:
Это и все, что мы хотели рассказать вам о том, как выбрать осциллограф для дома и работы. Надеемся, предоставленные нами советы были для вас полезными!
Рекомендуем также прочитать:
Что такое осциллограф
Это такой прибор, который позволяет «увидеть» напряжение, а если точнее, то его форму в течение определенного промежутка времени. С его помощью можно измерить немало параметров – напряжение, частоту, силу тока, углы сдвигов фаз. Но чем хорош особенно этот прибор, так это тем, что он позволяет визуально оценить форму сигнала. Ведь в большинстве случаев именно она говорит о том, что конкретно происходит в цепи, в которой проводится измерение.
В некоторых случаях, например, напряжение может содержать не только постоянную, но и переменную составляющую. И форма второй может быть далека от идеальной синусоиды. Такой сигнал вольтметры, например, воспринимают с большими погрешностями. Стрелочные приборы будут выдавать одно значение, цифровые — намного меньшее, а вольтметры постоянного тока в — несколько раз больше. Самое точное измерение получается провести именно при помощи описываемого в статье прибора. И не имеет значения, применяется ли осциллограф Н3013 (как пользоваться, рассмотрено ниже) либо иной модели. Измерения происходят одинаково.
Как подключить импортный осциллограф
Нужно внимательно ознакомиться с руководством пользователя, подготовить рабочее место для прибора, качественно его заземлить.
Включить прибор, дать ему прогреться, выставить необходимые режимы и произвести замеры. Снять показания, замеры повторить несколько раз
Далее нужно определить точки для снятия сигнала, нулевую магистраль, посредством щупа произвести их коммутацию с аттенюатором (при неизвестных уровнях сигнала выставить максимальную амплитуду). Включить прибор, дать ему прогреться, выставить необходимые режимы и произвести замеры. Снять показания, замеры повторить несколько раз.