Основные характеристики цифровых осциллографов

Осциллографы используются для исследования электрического сигнала. Прибор "наблюдает" за протеканием тока, отображая его амплитуду и временные параметры на дисплее для наглядности. Стационарные версии способны сразу распечатывать графику на фотоленте. Мобильные умеют передавать данные на ПК. Рассмотрим более детально основные технические и рабочие характеристики цифровых осциллографов, чтобы понять их превосходство над аналоговыми версиями. Еще сравним диапазон характеристики разных приборов, что облегчит выбор модели для конкретной деятельности. Все написано максимально просто, чтобы новичку было понятно.

Максимальное входное напряжение

От этой характеристики зависит, с какими цепями сможет работать осциллограф. Есть модели до 300-500 В, которые подойдут для ремонта микросхем телевизоров, планшетов и другой бытовой техники. Они относятся ко II категории. Чтобы производить развертку сигнала и оценивать параметры тока высоковольтного оборудования, выбирают осциллографы с характеристикой 1000 В. Это приборы III категории и стоят они дороже.

Пример осциллографа III категории

(Пример осциллографа III категории с рабочим напряжением сигналов до 1000 В)

Количество каналов и лучей

Большинство осциллографов однолучевые и одноканальные, т. е. способны отображать только одну синусоиду с заданными временными интервалами и частотой. Двухканальные версии более профессиональные, поскольку задействуют коммутатор, выдающий большую или меньшую частоту, чем основной процесс. На графике это отображается двумя лучами. Это дает более четкое понятие о характеристиках сигнала, но такие версии тоже стоят дороже.

Погрешность

Под понятием погрешности подразумевается две величины: погрешность коэффициента отклонения и погрешность коэффициента развертки. Естественно, чем меньше погрешность, тем более точные данные получает пользователь. У аналоговых осциллографов первая характеристика бывает около 8%, а вторая — 3-15%.

Цифровые осциллографы здесь выступают абсолютными лидерами, поскольку имеют в первом случае погрешность 2%. Это стандартная величина, прописанная в характеристиках, но на практике она еще меньше и составляет 0.5% при использовании источников опорного смещения. В случае коэффициента развертки погрешность цифровых версий составляет 0.01%, что обеспечивает указание частоты с максимальной точностью.

Полоса пропускания

Под этой характеристикой подразумевается диапазон частот, в рамках которых сигнал слабеет не более чем на 3 дБ относительно опорной частоты. Чем больше диапазон, тем шире возможности прибора. Среди специалистов действует правило, что полоса пропускания должна быть больше частоты исследуемого значения в три раза (соотношение 3:1). Это минимальные приемлемые условия для точных замеров. При соотношении 10:1 результат максимально правильный. Оптимальной характеристикой в описании к товару является показатель в 10 МГц.

В случае цифровых вариантов существует различие в типе сигнала. Если он многократный (повторяющийся), то осциллограф инициирует регулярное считывание и частота дискретизации здесь не важна. Но когда сигнал однократный (единичный), то аппарату требуется захватить импульс с первого раза, обработать его, оцифровать и выдать результат. Здесь вступает в процесс еще одна характеристика — частота дискретизации.

Частота дискретизации

Под этим понятием подразумевается скорость, с которой прибор способен обработать поступивший входной сигнал. Для однотактных импульсов увеличенная скорость обеспечивает более высокую детализацию (разрешение). Характеристика в паспорте прибора общая и относится к одному каналу. При включении двух каналов параметры падают, что может привести к искажению данных. Оптимальной скоростью оцифровки считается показатель 50 MS/s в режиме реального времени.

Стоит отметить, что некоторые модели задействуют максимальную дискретизацию только при быстрой скорости развертки. Когда темпы развертки снижаются пользователем, автоматически понижается и дискретизация. Если для вас важно всегда работать на максимуме возможностей аппарат по оцифровке сигнала, нужно уточнять в характеристиках, способен ли прибор удерживать заданный параметр постоянно.

Размер экрана

Поскольку осциллограф визуализирует сигнал в виде синусоиды, то от размеров экрана зависит удобство работы с графикой. Чем крупнее дисплей, тем с большего расстояния можно точно прочитать значения и не присматриваться. Оптимальным параметром выступает 3.5 дюйма с разрешением 320х240 пикселей. С такой характеристикой ЖК-монитора будет все детально видно, а сам аппарат не займет много места и его получится транспортировать даже в кармане рабочей куртки.

Прогресс не стоит на месте и сейчас доступны цифровые осциллографы с цветным дисплеем TFT, делающие картинку еще более легкой для восприятия. В них уже заложена подсветка, поэтому снимать показания удобно даже в плохо освещенном месте. Достойным и качественным вариантом такого осциллографа является модель DT9989, совмещающая в себе мультиметр.

модель DT9989

Коэффициент затухания

Важная характеристика для измерения конденсаторов. Затухающие колебания в конденсаторах квазистационарные, т. е. ток меняется медленно. Разрядка конденсатора равна скорости уменьшения заряда. Коэффициент затухания позволяет более точно рассчитать значения. Оптимальная характеристика для высококлассного цифрового осциллографа — 1Х.

Разрешение

Под этим понятием подразумевается вертикальное разрешение. Чем оно выше, тем детальнее можно наблюдать за сигналом, делая развертку более крупной, где каждая клеточка имеет наименьшее значение. Хорошей характеристикой выступает разрешение 8 бит. С таким параметром входной сигнал делится на 2 в 8-й степени (на 256). Для примера, если на входе сигнал имеет напряжение 10 В, то детализировать картинку можно до 0.4 В по каждой клеточке. Так вы сможете наблюдать в деталях за меняющимся сигналом, замечая любые отклонения.

детальная синусоида

С вертикальным разрешением тесно связана вертикальная чувствительность. Она сказывается на вертикальном отклонении при масштабировании. Хорошей характеристикой считается регулировка от 50 mV до 100V на одно деление экрана. Благодаря этому получится увидеть детально синусоиду при работе на максимальном приближении.

Длина записи и память прибора

Две связанные величины, прописываемые иногда в характеристиках на английском языке как Record Length и Memory Depth. Чем медленнее скорость развертки, тем больше заполняется память аппарата. Если последней не хватает, прибор будет автоматически снижать частоту оцифровки, чтобы защитить хранилище от переполнения.

Для качественной работы важно наличие памяти именно выборок (от 1 Мегасемпов). Просто увеличенное ОЗУ процессора не спасет ситуацию, поскольку при оцифровке задействуется другой тип быстрой памяти. Для примера: при полосе пропускания 50 МГц и установке 10 выборок на период, частота выборок составит 500 мегавыборок за одну секунду. Запустив сигнал с периодом в 20 мс, аппарат произведет 10 млн выборок. В таком случае ему придется запомнить 1 байт на выборку. Для визуализации процесса за указанный период понадобится размер памяти 10 МБ. Если ее не хватит, тестер автоматически снизит частоту.

Режим сегментированной памяти

Если требуются длительные процессы измерений, некоторые цифровые осциллографы поддерживают режим сегментированной памяти. Благодаря ему работа может вестись непрерывно хоть неделю, но фиксироваться будет не весь сигнал, а только его нужные фрагменты (сегменты, выбранные пользователем в меню). Это позволяет записать данные с высокой частотой дискретизации и не переполнить память ненужными деталями. Просмотр записанных фрагментов всех разом поможет заметить отклонения на большом временном отрезке.

Временная погрешность

На шкале, внутри которой нарисована синусоида сигнала, вертикальные линии обозначают напряжение, а горизонтальные — временной интервал. Временная погрешность сказывается на общей точности прибора. Для больших интервалов это не важно, а вот на коротких периодах характеристика играет ключевую роль. Небольшой погрешностью этого типа обладает осциллограф DT9989, у которого на 24 часа отклонение достигает не более 5 секунд.

Время нарастания

Характеристика означает, как быстро осциллограф начнет оцифровывать сигнал после входа сигнала. Чем это время короче, тем лучше, поскольку меньше "потеряется" данных у первого сигнала. У приводимой нами ранее модели DT9989 эта характеристика составляет всего 17.5 ns.

Входное сопротивление и емкость

Рабочая характеристика прибора, влияющая на "чистоту" входящего сигнала. Если входное сопротивление 1 МОм и выше, а входная емкость до 40 pF, то измеряемый сигнал поставляется без искажений, что важно для последующей обработки. Еще лучше, когда входная емкость 15 pF, что делает кривую максимально чистой.

Эквивалентный режим

Полезная характеристика для получения более точных данных с искусственным повышением дискретизации. Суть в следующем:

  1. Подается одинаковый периодический сигнал.
  2. Делается первая запись.
  3. Подается тот же сигнал во второй раз, но с небольшим смещением.
  4. Выполняется вторая запись.
  5. После множественных циклов записи накладываются друг на друга.

Благодаря этому достигается высокая частота оцифровки — возможно даже до 50 ГГц, хотя физически использовалась характеристика 500 МГц. Удобно, но функция подойдет только для повторяющихся, а не однократных сигналов.

Способы связи с ПК

Поскольку цифровые осциллографы довольно компактны, для большей визуализации процессов и последующей обработки данных в некоторых из них предусмотрены способы связи с компьютерами. Если коммуникация осуществляется через кабель, то на корпусе прибора имеется разъем. Для передачи данных потребуется вставить USB кабель в гнездо ПК или ноутбука. Проверяемая микросхема должна быть рядом. Разъемы для физической связи постепенно разбалтываются при частом использовании и нуждаются в ремонте.

Более современные осциллографы оснащаются беспроводной связью Bluetooth, позволяющей передавать данные на ПК с расстояния до 10 м. Это не требует переноса проверяемого оборудования к компьютеру, поскольку действия происходят удаленно. Особенно удобно для крупных агрегатов, чтобы сэкономить силы и время — замерить выходящие сигналы оборудования можно на месте.

В самых "продвинутых" версиях можно взаимодействовать со смартфонами. Для этого осциллограф связывается по Bluetooth с телефоном, на котором установлено приложение. Тестер передает информацию, а все расчеты выполняются в "облаке" — на телефон приходят уже готовые данные. Это упрощает сбор, анализ и хранение информации, но смартфон должен быть подключен к Wi-Fi или в нем должен быть активным мобильный высокоскоростной интернет.

Время автономности

Еще одной технической характеристикой осциллографов является время автономности, зависящее от типа батареи и ее емкости. Оптимально, чтобы это был Ион-литиевый аккумулятор. Тогда владелец сможет заряжать его в любое время и не тратиться дополнительно на батарейки. Емкость АКБ от 1500 мАч позволит забыть о необходимости в подзарядке на месяцы. Вы никогда не столкнетесь с ситуацией, когда нужно быстро оценить сигнал с микросхемы, а тестер не включается. У осциллографа DT9989 емкость аккумулятора с напряжением 8.4 В еще больше и составляет 2300 мАч.

Цифровые осциллографы имеют множество рабочих параметров, характеристики которых однозначно превосходят аналоговые версии. Среди их преимуществ: быстродействие, автоматические расчеты, высокая точность и компактность. Если прибор имеет способы передачи данных на ПК, то это выведет обслуживание и ремонт оборудования на новый уровень.