Инженерный центр СЕМ ТЕСТ ИНСТРУМЕНТ 
Понимание как пользоваться осциллографом открывает уникальные возможности для анализа электрических сигналов, учитывая множество параметров: от полосы пропускания и скорости дискретизации до типа интерфейсов и функционала автоматических измерений. Для чего нужен осциллограф в повседневной практике? Прибор визуализирует изменения напряжения во времени, позволяя диагностировать неисправности, настраивать параметры схем и проводить точные измерения.
Как выбрать осциллограф, чем отличается аналоговая от цифровой модели, возможности прибора — статья от специалистов СЕМ ТЕСТ ИНСТРУМЕНТ раскроет полезную информацию об оборудовании.
Что такое цифровой осциллограф? Принцип работы
Цифровой осциллограф это электронный измерительный прибор, предназначенный для визуализации и анализа электрических сигналов. Принцип действия основан на дискретизации входного напряжения с последующим преобразованием в цифровую форму.
Данные проходят обработку в процессоре и выводятся на дисплей в виде графика. Комплектация включает: входные усилители, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и систему отображения. Кнопка сохранения данных есть практически во всех свежих версиях устройств.
Различия между цифровым и аналоговым осциллографом
Основное различие между двумя типами измерительных приборов заключается в разных подходах к обработке сигналов:
- Аналоговые используют электронно-лучевые трубки. Измеряемое напряжение управляет отклонением электронного луча, создавая свечение на фосфоресцирующем экране. Особенность систем — отображение сигналов с переменной яркостью, что позволяет визуализировать сложные модулированные процессы. Механизм развертки работает с непрерывно изменяющимися физическими величинами, но подвержен влиянию усилительных каскадов, вносящих линейные и нелинейные искажения.
- Цифровые отличаются принципиально иным подходом — они преобразуют аналоговый сигнал в дискретные двоичные значения через аналого-цифровой преобразователь. Это открывает доступ к сложным алгоритмам анализа, включая обработку по методу Фурье для частотного исследования. Цифровые модели демонстрируют полосу пропускания до 70 ГГц и выше, функционируя в режимах реального и эквивалентного времени. Оцифрованную информацию легче читать, чем графики, выведенные аналоговыми приборами.
Цифровые осциллографы работают практически бесшумно, точно регистрируют показания сохраняя их в памяти, выводят информацию в числах и графиках. Аналоговые осциллографы быстрее улавливают быстроизменяющиеся сигналы, но уступают в точности и функциональности.
Применение
Цифровые модели, совмещающие функции мультиметра, актуальны для работы в сервисных центрах и ремонтных мастерских — позволяют одновременно анализировать форму сигналов и измерять электрические параметры.
Компактные осциллографы (цифровые-планшетные) используют для диагностики автомобилей: для проверки систем зажигания, топливного впрыска и датчиков. При проектировании электронных схем приборы помогают анализировать рабочие частоты — такие схемы используются практически во всех современных девайсах. В научных исследованиях осциллограф дает более высокую точность измерений, что позволяет фиксировать малейшие изменения сигналов — таких показателей не добиться тем же мультиметром.
Осциллографы актуальны для ремонта бытовой техники, где визуализация сигналов помогает быстро локализовать неисправные элементы. В промышленной электронике их применяют для контроля преобразовательной техники и силовых систем.
Виды
Люминофорные
PDO приборы показывают сигналы разными цветами в зависимости от того, как часто они повторяются. Чем чаще появляется участок сигнала, тем ярче он отображается. Это помогает быстро находить редкие помехи и анализировать сложные цифровые сигналы — полезны при работе с процессорами и цифровыми схемами.
Стробоскопические
Предназначены для измерения очень быстрых сигналов, которые не могут уловить обычные осциллографы. Работают по принципу стробоскопа — собирают информацию по маленьким кусочкам из множества повторяющихся сигналов. Позволяют изучать высокочастотные компоненты, наносекундные импульсы в компьютерах и системах связи благодаря работе в большой полосе пропускания.
Цифровые USB осциллографы
Подключаются к компьютеру через USB-интерфейс, используя вычислительную мощность ПК для обработки сигналов. Преимущества: компактные размеры, возможность работы с специальным ПО, доступная цена. Недостатком считают зависимость от компьютера и ограниченную пропускную способность интерфейса.
Цифровые портативные осциллографы
Автономные гаджеты с аккумуляторным питанием, мобильны и независимы от стационарных источников энергии. Корпус изготовлен с защитными элементами для работы в полевых нестандартных условиях. Характеризуются ограниченным спектром возможностей, в отличие от стационарных аналогов. Подходят для сервисного обслуживания и измерений вне лаборатории.
Цифровые запоминающие
Характеризуются большой памятью для хранения данных с в высоком разрешении. В набор функций входят математические операции, статистическая обработка, сравнение сигналов с эталонными образцами. Применяются в научных исследованиях и при разработке сложных электротехнических систем.
Схема цифрового осциллографа
Чтобы узнать, как измерять осциллографом величины, следует изучить схему устройства. В его основе лучевая трубка, реагирующая на поступающие электрические сигналы. Ее восприимчивость напрямую связана с частотой этих импульсов: повышение частоты ведет к росту чувствительности. Конструкция трубки предусматривает наличие от 1 до 16 измерительных каналов (в зависимости от модели прибора). Каждый канал служит для приема сигналов, а их количество определяет, сколько независимых графиков может отображаться на индикаторе одновременно.
Отличие цифровых устройств от аналоговых — оснащенность дисплеем и встроенным преобразователем. Преобразователь переводит аналоговые сигналы в цифровой код, а также обладает собственной памятью, где сохраняются данные о сигналах в форме графических зависимостей.
Развертка, определяющая траекторию движения луча, играет роль своеобразного сканера, фиксирующего колебания для их последующей визуализации. Развертка может быть круговой или эллиптической.
Питание происходит от сети 220 В через блок питания. Есть автономные версии, оснащенные аккумуляторами.
Как настроить осциллограф?
Для калибровки на корпусе расположен генератор прямоугольных импульсов (калибровочный выход). Подключив измерительный щуп к этому выходу, на экране появится эталонный сигнал в виде зигзагообразной линии, напоминающей зубья пилы. Появление такого сигнала подтверждает исправность прибора.
Изображение на экране осциллографа разбито на координатную сетку (деления). Размер этих клеток зависит от модели: например, у некоторых устройств сторона квадрата соответствует 5 условным единицам измерения. Для управления масштабом графика используются регулировочные ручки — они растягивают или сжимают изображение сигнала по осям.
Как подключить осциллограф? Перед запуском необходимо подключить устройство к сети питания 220 В. Измерительный щуп подключается к одному из свободных входных каналов (в многоканальных моделях) или к калибровочному выходу. На дисплее отобразятся графики исследуемых или тестовых сигналов.
Если изображение на экране имеет прерывистый или нестабильный характер, в первую очередь проверьте надежность соединения щупа. Для стабильного контакта разъемы многих моделей оснащены миниатюрными фиксаторами-защелками. Дополнительно предусмотрена функция автоматического позиционирования колебаний, которая компенсирует их смещение и устраняет эффект прерывистости.
Как работать с осциллографом
Измеряем ток
Цифровые осциллографы для такой команды предлагают два режима работы:
Предназначен для анализа цепей постоянного тока. После активации режима «DC» щупы подключаются к цепи с соблюдением полярности: красный провод к положительному полюсу, а черный — к отрицательному. На экране аппарата отобразится стабильная горизонтальная линия. Ее положение относительно вертикальной оси (в вольтах) равно величине напряжения. Для перехода к силе тока (в амперах) используется закон Ома: полученное значение напряжения делится на сопротивление цепи.
На дисплее фиксируется динамический импульс в форме синусоиды — он ответственен за изменения тока во времени. Анализ силы тока также проводится по закону Ома, но требует определения мгновенного значения напряжения в конкретный момент времени, которое затем делится на известное сопротивление.
Измеряем напряжение
Для проведения точных замеров предварительно настройте дисплей — установите подходящий масштаб делений по вертикали. Убедитесь, что прибор переведен в режим постоянного тока (DC). После этого подключите измерительные щупы к соответствующим точкам цепи. На экране фиксируется горизонтальная линия, уровень которой относительно координатной сетки соответствует искомому значению напряжения.
Измеряем частоту
Период — это минимальный интервал времени, через который форма электрического колебания повторяется. Для его измерения используется горизонтальная ось осциллографа (временная развертка). Период отсчитывается между двумя одинаковыми точками сигнала, например, где он пересекает нулевую линию. Для повышения точности измерений рекомендуется уменьшить скорость развертки.
Частота показывает, сколько полных периодов сигнал совершает за одну секунду. Она обратно пропорциональна периоду и рассчитывается по формуле:
Частота (Гц) = 1 / Период (с).
Таким образом, измерив период сигнала на осциллографе, вы можете легко рассчитать его частоту.
Измеряем сдвиг фаз
Фазовый сдвиг — это временное расхождение между двумя идентичными сигналами, измеряемое в долях периода.
Порядок измерений:
- Определите, какой сигнал опережает, а какой отстает.
- Сдвиг считается отрицательным, если ток опережает напряжение, и положительным — если напряжение опережает ток.
- Для расчета выполните два действия:
- Умножьте 360° на расстояние между началами периодов (в делениях).
- Разделите результат на длину одного периода (в делениях).
Измерение значительно проще проводить на двухканальном цифровом осциллографе, где сигналы отображаются раздельно, в отличие от аналоговых моделей с совмещенным отображением.
Заключение
Осциллограф это простыми словами — видеокамера, которая показывает, как напряжение ведет себя во времени. В качестве альтернативного примера работы с током — мультиметр можно считать своеобразной линейкой, которая просто измеряет «рост» напряжения в один момент.
Современные цифровые осциллографы предоставляют разные возможности для анализа и диагностики электронных схем. Понимание принципов работы и методик измерений позволяет эффективно использовать потенциал этого прибора. Компания «СЕМ ТЕСТ ИНСТРУМЕНТ» предлагает выбор осциллографов с гарантией качества и технической поддержкой. Опытные консультанты подскажут как использовать осциллограф для конкретных задач и обеспечат обучение основам работы с оборудованием.
