Как выбрать осциллограф: критерии выбора

Что такое осциллограф?

Осциллограф – электронный тестовый прибор. Он графически указывает изменения напряжения сигнала, как правило, как двумерный график одного или нескольких сигналов как функции времени. Таким образом, осциллограф показывает сигналы на определенном дисплее. Звуковые или вибрационные сигналы – тоже можно вывести из осциллографа, однако это делается путем превращения его в сигналы напряжения.

Другими словами, осциллографы показывают изменение электрического сигнала с течением времени, причем время и напряжение представляют оси X и Y соответственно. Полученная форма волны похожа на рябь, которую можно увидеть на поверхности пруда, когда туда бросить камень. Эта форма отображаемой волны используется для выводов относительно таких свойств, как амплитуда, частота, время нарастания, временной интервал, искривление и т.д. На самом деле осциллографы получили свое название из-за того, что они используются для отслеживания/просмотра колебаний, то есть изменений.

Осциллографы должны быть настроены так, чтобы повторяющиеся сигналы отображались на экране как сплошная форма. Запоминающий осциллограф может фиксировать отдельное событие и отображать его непрерывно, поэтому пользователь может отслеживать события, обычно происходящие в течение слишком короткого времени, чтобы увидеть их непосредственно.

Важно отметить разницу между осциллографом и мультиметром, особенно цифровой разновидностью. Цифровой мультиметр помогает с точными измерениями дискретных сигналов, благодаря чему можно считывать напряжение, ток или сопротивление сигнала. С другой стороны, осциллограф изображает формы сигнала, чтобы показать силу сигнала, форму волны и значение сигнала.

Осциллографы в основном измеряют волны напряжения. Таким образом, на дисплее осциллографа напряжение отображается на оси Y (вертикальная ось), а время – на оси X (горизонтальная ось). Интенсивность или яркость дисплея иногда называют осью Z. Простой осциллограф обычно имеет три системы – вертикальную систему, горизонтальную систему и систему запуска. Каждая система играет определенную роль, когда речь заходит о том, чтобы осциллограф мог точно реконструировать сигнал.

Дисплей, ранее ЭЛТ (электронно-лучевая трубка), а сегодня LCD (жидкокристаллический дисплей) имеет горизонтальную и вертикальную опорные линии, которые называются координатной сеткой. Вертикальная часть с ручкой выбора вольт на деление (вольт/дел.), селекторным переключателем переменного/постоянного тока/заземления и вертикальным (первичным) входом для прибора контролирует амплитуду отображаемого сигнала. Секция также имеет ручку вертикального положения луча.

Горизонтальная часть между тем имеет ручку положения горизонтального луча, горизонтальный вход для построения сигналов двойной оси XY и переключатель секунд на деление (сек/дел.), который является основным элементом управления. Таким образом горизонтальная часть контролирует временную базу (развертку) осциллографа.

Многие осциллографы сегодня также оснащены щупами. Зонд осциллографа – это, по сути, устройство, обеспечивающее физическое и электрическое соединение между тестовой точкой или источником сигнала и входом осциллографа. В зависимости от потребностей измерения подключение может быть выполнено с помощью активного дифференциального зонда. Такой щуп оснащен резистором, в десять раз превышающим входное сопротивление осциллографа, а некоторые модели имеют переключатель, которые позволяет пользователю обойти резистор, когда это необходимо. Сегодня существует два основных типа щупов тока для осциллографов: щупы переменного тока и щупы переменного/постоянного тока.

Основные характеристики осциллографа

Независимо от того, является ли осциллограф новым, бывшим в употреблении или отремонтированным, его характеристики непосредственно определяют, какие измерения он может обеспечить и насколько они будут точны. В этой статье мы рассмотрим шесть основных и важных характеристик, чтобы вы знали, на какие аспекты следует обратить внимание.

1. Пропускная способность. Полоса пропускания осциллографа, обозначаемая в единицах измерения Герц, ограничивает частотный диапазон, в котором он может работать с приемлемой точностью. Сигналы должны попадать в его диапазон, чтобы устройство воспроизводило точное изображение. Сигнал, превышающий полосу пропускания прибора, потеряет слишком много деталей, чтобы обеспечить полезные измерения, поскольку амплитуда, фронты и детали формы сигнала могут быть искажены. Масштабирование входного сигнала через аттенюатор эффективно расширяет его полосу пропускания.
2. Каналы измерения. Это может показаться очевидным, но количество и типы независимых входов, доступных на приборе, действительно важны для измерений, которые он может производить. Осциллограф может иметь от двух до двадцати каналов, поэтому сначала определите, сколько вам понадобится, чтобы найти наиболее экономически эффективное решение для вашего проекта. Также подумайте, будет ли достаточно аналоговых каналов, или вам понадобятся как аналоговые, так и цифровые каналы для комплексной обработки данных. Для последнего случая идеальным решением является осциллограф смешанных сигналов (MSO).
3. Частота выборки. Разрешение сигнала, отображающего ваш осциллограф, определяется его частотой дискретизации, выраженной в выборках в секунду. По сути это означает, сколько образцов, снимков или изображений может получить прибор за один промежуток времени. Как общее указание, частота дискретизации должна превышать 250 % полосы пропускания осциллографа, в идеале даже 300 % или более, чтобы обеспечить плавный и эффективный процесс дискретизации. Сравнивая спецификации осциллографов, обратите внимание, что указанная частота дискретизации обычно является максимальной емкостью, которая может быть недоступна при использовании всех каналов, а только при ограничении одним или двумя входами. Использование нескольких каналов может одновременно повлиять на частоту дискретизации и значительно замедлить ее. Осциллографы действительно используют интерполяцию между точками данных, поэтому большее количество выборок значительно повышает точность и чёткость, обеспечивая гораздо более надежную основу для поиска неисправностей, отладки и принятия решений.
4. Скорость обновления. Поскольку осциллограф получает образцы, обрабатывает их и обновляет форму сигнала на дисплее, остается небольшой промежуток, прежде чем он сможет заняться следующей точкой данных. Частота обновлен не указывает, насколько быстро область может обрабатывать пакеты данных и, следовательно, насколько длинным или коротким является этот промежуток. Более низкая частота обновления означает большее время задержки, в течение которого сигнал остается незамеченным и могут быть пропущены сбои, ошибки и другие редкие события. Благодаря более высокой скорости обновления входной сигнал можно отслеживать с минимальными перерывами, что уменьшает вероятность пропуска таких событий. Как и в случае частоты дискретизации, в спецификациях обычно указывается максимальная частота обновления осциллографа. Это может быть достигнуто только в определенных режимах получения данных, что в свою очередь может ограничить производительность прибора в других областях. Убедитесь, что вы имеете четкое представление о фактической производительности приборов при отображении с максимальной частотой обновления, чтобы решить, достаточно ли ее для запланированных измерений.
5. Глубина памяти. В цифровом осциллографе после того, как аналоговый вход подается в АЦП и оцифровывается, полученные данные хранятся во встроенной памяти. Сколько точек данных память может вместить одновременно, называется глубиной памяти. Большая глубина памяти обычно означает, что вы можете захватывать более длинные участки сигнала без необходимости перезаписывать ранее собранные данные. Поэтому глубина памяти также оказывает влияние на частоту дискретизации осциллографа. Частота дискретизации остается постоянной, но замедляется, когда память заполняется. Чем глубже доступна память, тем длиннее устройство может поддерживать полную скорость вовремя сэмплирования. То есть, если ваши проекты требуют одновременного просмотра более длинных участков сигнала, и вам нужно высокое разрешение отображаемой формы сигнала, большая глубина памяти вам очень поможет. Однако большая глубина памяти имеет не только преимущества. Глубокая память также может замедлить скорость обновления, поскольку требует большего ЦП, фактически приводя к большему времени задержки между записями. Чтобы найти правильный баланс для вашего проекта, учтите скорость реагирования прибора на длительность времени, которое вы хотите наблюдать.
6. Подключение. Наконец, не следует недооценивать функцию подключения осциллографов, поскольку они могут сэкономить или потратить! – у вас много времени, работая с ним. Следует сначала продумать ваши процессы, чтобы решить, в каких случаях и какой тип подключения вам нужен, чтобы осциллограф безупречно вписывался в вашу повседневную работу. Вам нужны дополнительные настройки для длительного хранения данных, например, внешний жесткий диск? Вам нужно будет делиться данными с коллегами? Они работают в том же месте, что и вы, или вы находитесь в разных местах? Хотите подключить к осциллографу внешние мониторы или другие элементы для большего удобства? Нужно ли будет встраивать его в существующие системы? Если вы уже имеете в виду модель осциллографа – имеет ли она основные функции, которые вам понадобятся, например, разъемы USB или LAN? Эффективная передача данных столь же важна, как и точные измерения, чтобы ваши проекты получали от них долгосрочную пользу.

Эти шесть аспектов были лишь кратким обзором некоторых основных характеристик производительности, важных для каждого осциллографа. Список различных моделей на рынке, некоторые из которых имеют очень специализированные функции, длинный и становится все длиннее. Если у вас возникли проблемы с выбором соответствующей модели осциллографии, обратитесь к менеджерам интернет-маркета https://simvolt.ua/ за консультацией.

Как выбрать осциллограф?

Осциллограф является одной из самых распространенных частей оборудования, используемого для электрических и электронных применений, уступая только цифровым мультиметрам. При разумном выборе осциллограф может быть чрезвычайно надежным прибором для тестирования и измерения, анализа и устранения неисправностей. Существуют разные типы осциллографов, каждый из которых отвечает определенным требованиям и имеет свои преимущества:

Аналоговые осциллографы имеют лучший динамический диапазон, тогда как цифровые осциллографы имеют лучшие пределы частоты дискретизации и пропускную способность. Цифровые накопительные осциллографы могут хранить временные данные для дальнейшего анализа. Цифровые люминофорные осциллографы выполняют захват и анализ сигнала за более короткое время посредством решения АЦП с параллельной обработкой. Осциллографы смешанной области объединяют в одном устройстве функции цифровых осциллографов, анализаторов РЧ-спектра и логических анализаторов.

Цифровые осциллографы с выборкой могут фиксировать сигналы быстрее других осциллографов с полосой пропускания свыше 80 ГГц. Портативные осциллографы прекрасно подходят для полевых применений, тогда как компьютерные осциллографы подключаются к компьютеру через USB и являются лучшими для сценариев долгосрочного тестирования.

В зависимости от программы вам нужно выбрать диапазон с различными параметрами, которые вам подходят: пропускная способность, возможности хранения, частота дискретизации, портативность, максимальная глубина памяти, скорость обновления сигнала, разрешение и т.д. Вам нужно правильное сочетание, чтобы получить наилучшую возможную производительность осциллографа.

Важные моменты, которые следует учитывать перед выбором осциллографа

1. Применение осциллографа и виды измерений. При выборе необходимой модели осциллографа вам необходимо ответить на некоторые вопросы: Подходит ли осциллограф для полевых применений? Или просто им пользоваться? Нужны ли вам многочисленные дополнительные функции для приложений, таких как осциллограф, анализатор радиочастотного спектра и логический анализатор? Предназначен ли осциллограф для тестирования высокой или низкой полосы пропускания? Хотите хранить данные для дальнейшего использования?
2. Ваш бюджет. В зависимости от того, сколько вы хотите потратить на осциллограф, и нужен ли он вам для долгосрочного или краткосрочного использования, вы можете приобрести или арендовать осциллографы.
3. Покупка б/у осциллографов. Подержанные осциллографы доступны по цене и могут быть на 50 % дешевле по сравнению с новыми. Оборудование, снятое с производства производителями, также можно найти во многих пунктах аренды испытательного оборудования для аренды или продажи. При покупке б/у оборудования помните о его условиях и ожидаемом сроке службы, предлагаемых функциях и совместимости собственного программного обеспечения устройства с вашей текущей операционной системой.

Факторы, которые помогут вам выбрать правильный осциллограф

Чтобы вам было легче, мы перечислили некоторые факторы, которые следует учитывать перед покупкой осциллографа.

• Пропускная способность. Выберите осциллограф с достаточной пропускной способностью для точного захвата высокой частоты ваших сигналов. Запомните «правило пяти раз» – выберите осциллограф, который вместе со щупами обеспечивает минимум 5-кратную максимальную полосу пропускания сигнала для лучших измерений с меньшим количеством ошибок.

• Время нарастания. Время нарастания имеет немаловажное значение для анализа прямоугольных импульсов и волн. Время нарастания осциллографа говорит о точности его измерения. Чем быстрее время нарастания, тем точнее измерение времени. Выберите осциллограф, время нарастания которого < ⅕ раз превышает самое быстрое время нарастания вашего сигнала.
• Зондирование. Выберите осциллограф с несколькими специальными щупами в соответствии с вашими требованиями. Осциллограф может выполнять превосходные измерения, только если щуп подает ему правильные входные данные. Новый осциллограф обычно поставляется в стандартной комплектации с набором пассивных щупов с высоким сопротивлением. Для измерения более высокой частоты следует использовать активные зонды. Для осциллографа среднего диапазона выбирайте щупы с емкостной нагрузкой < 10 пФ.
• Частота выборки. Частота дискретизации осциллографа определяет, насколько хорошо могут быть захвачены детали сигнала. Чем выше частота дискретизации, тем лучше разрешение и тем быстрее вы используете память. Используйте частоту дискретизации по меньшей мере в 5 раз больше самой высокой частотной составляющей вашей схемы.
• Запуск. Выберите осциллограф, который предлагает расширенные функции запуска для анализа даже самых сложных сигналов. Лучшие параметры запуска могут помочь вам обнаружить сложные аномалии.
• Глубина памяти. Выберите осциллограф с достаточной памятью для получения лучшего разрешения для сложных сигналов.
• Количество каналов. Выберите осциллограф с достаточным количеством каналов сбора данных, чтобы вы могли с легкостью выполнять важные коррелированные по времени измерения для нескольких форм сигнала.
• Простота эксплуатации. Рекомендуется осциллограф с интуитивно понятным и удобным пользовательским интерфейсом, и дисплеем для упрощения операций. Кроме того, выберите осциллограф, который можно легко подключить к другим устройствам для расширенных функций и более простой документации результатов.

Прежде чем выбрать осциллограф, вы должны знать о своих конкретных потребностях в тестировании и измерении. Выберите осциллограф с более быстрым временем нарастания, более высокой скоростью обновления формы сигнала, большей глубиной памяти сбора данных, достаточным количеством каналов, несколькими параметрами зондирования и соответствующей полосой пропускания. Также ищите расширенную поддержку программ для устранения неисправностей и соответствия стандартам.

Сфера применения осциллографов

Осциллографы используются для многих применений и в различных отраслях промышленности. Примерами специалистов, использующих осциллографы, являются автомобильные механики, медицинские исследователи, техники по ремонту телевизоров и физики. Осциллограф является абсолютно неотъемлемым устройством для тех, кто проектирует, тестирует или ремонтирует электронное оборудование.

Цифровые запоминающие осциллографы в основном заменили свои аналоговые аналоги и являются наиболее распространенным типом осциллографов благодаря улучшенным функциям отображения, измерения, хранения и запуска, а также своим впечатляющим характеристикам. Цифровые запоминающие осциллографы выпускаются как карманные, портативные, так и более громоздкие, и более мощные настольные.

Применение осциллографа зависит от промышленности. Основными отраслями промышленности, которые используют являются ремонт автомобилей, инженерия, наука, медицина, мониторинг, отслеживание сигналов, телекоммуникации и многие другие.

Давайте рассмотрим некоторые распространенные программы применения осциллографов:

• Ремонт автомобиля. Осциллограф полезен для транспортного средства, поскольку он может проверить топливные форсунки или проверить автомобиль без состояния запуска. Осциллографы дают быструю диагностику и обеспечивают правильный ремонт автомобиля.
• Ремонт и диагностика техники. Наиболее распространенными инженерами-профессионалами являются инженеры-электрики и электроники, зависящие от высокомощных приборов, многофункциональных устройств или цифровых осциллографов, хранящих данные. Осциллографы используются звукорежиссерами для диагностики частотной характеристики звукового оборудования.
• Научные исследования. Ученые и физики используют осциллограф для различных применений. Это может быть полезно для ученых-ядерщиков, физиков, использующих осциллограф для изучения влияния различных окружающих изменений независимо от сигналов телевидения и мобильного телефона.
• Медицина. Осциллографы часто используются медицинскими работниками для наблюдения за пациентом. Термин «ровная линия» – это плоская линия, создаваемая с помощью осциллографа, который используется для мониторинга сердцебиения пациента. Во-вторых, медики используют эту технологию для проверки мозговых волн в диагностических процедурах. Они также используются лаборантами и медицинскими техниками.
• Трассировка сигналов. Цифровой осциллограф помогает техникам идентифицировать сигналы, чтобы проверить конкретный неисправный компонент. Осцилограф может идентифицировать неожиданные сигналы и анализировать незначительные отличия в работе компонентов. Отслеживание сигнала является одним из наиболее недооцененных применений осциллографа.
• Телекоммуникации. Большинству электронных техников нужны осциллографы как часть их оборудования для настройки многих электронных устройств, таких как компьютеры, телевизоры, кондиционеры и даже телефоны. В этой ситуации осциллограф используется для обслуживания или ремонта.