Як вибрати осцилограф: критерії вибору

Що таке осцилограф?

Осцилограф – це лабораторний прилад, який зазвичай використовується для відображення та аналізу форми електронних сигналів. По суті, пристрій малює графік миттєвої напруги сигналу як функцію часу.

Типовий осцилограф може відображати форми сигналів змінного (AC) або пульсуючого постійного (DC) струму з частотою від приблизно 1 герца (Гц) до кількох мегагерц (МГц). Осцилографи високого класу можуть відображати сигнали з частотою до кількох сотень гігагерц (ГГц). Дисплей розбивається на так звані горизонтальні поділки (hor div) і вертикальні поділки (vert div). Час відображається зліва направо на горизонтальній шкалі. Миттєва напруга відображається на вертикальній шкалі, при цьому додатні значення йдуть вгору, а від’ємні – вниз.

Сучасні осцилографи в електронному вигляді відтворюють роботу електронно-променевої трубки ЕПТ, використовуючи рідкокристалічний дисплей, подібний до тих, що є в ноутбуках. Найскладніші осцилографи використовують комп’ютери для обробки та відображення сигналів. Ці комп’ютери можуть використовувати будь-який тип дисплея, включаючи CRT, LCD і газоплазмовий.

У будь-якому осцилографі горизонтальна розгортка вимірюється в секундах на поділку (s/div), мілісекундах на поділку (ms/div), мікросекундах на поділку (s/div) або наносекундах на поділку (ns/div). Вертикальне відхилення вимірюється у вольтах на поділку (V/div), мілівольтах на поділку (mV/div) або мікровольтах на поділку (mkV/div). Практично всі осцилографи мають регульовані параметри горизонтальної розгортки та вертикального відхилення.

Сьогодні типові осцилографи високого класу є цифровими пристроями. Вони підключаються до персональних комп’ютерів і використовують їхні дисплеї. Хоча ці прилади більше не використовують скануючі електронні промені для генерування зображень хвиль у спосіб старого катодно-променевого об’єкта, основний принцип залишається тим самим. Програмне забезпечення контролює швидкість розгортки, вертикальне відхилення та безліч інших функцій, які можуть включати:

• Зберігання сигналів для подальшої перевірки та порівняння.
• Відображення кількох сигналів одночасно.
• Спектральний аналіз.
• Портативність.
• Варіант живлення від акумулятора.
• Зручність використання з усіма популярними операційними платформами.
• Збільшення та зменшення сигналу.
• Багатоколірні дисплеї.

Основні характеристики осцилографа

Незалежно від того, чи є осцилограф новим, вживаним чи відремонтованим, його характеристики безпосередньо визначають, які вимірювання він може забезпечити та наскільки вони будуть точні. У цій статті ми розглянемо шість основних і важливих характеристик, щоб ви знали, на які аспекти слід звернути увагу.

1. Пропускна здатність. Смуга пропускання осцилографа, яка позначається в одиницях вимірювання Герц, обмежує частотний діапазон, у якому він може працювати з прийнятною точністю. Сигнали повинні потрапляти в його діапазон, щоб пристрій відтворював точне зображення. Сигнал, що перевищує смугу пропускання приладу, втратить занадто багато деталей, щоб забезпечити корисні вимірювання, оскільки амплітуда, фронти та деталі форми сигналу можуть бути спотворені. Масштабування вхідного сигналу через аттенюатор ефективно розширює його смугу пропускання.
2. Канали вимірювання. Це може здатися очевидним, але кількість і типи незалежних входів, доступних на приладі, дійсно важливі для вимірювань, які він може виконувати. Осцилограф може мати від двох до двадцяти каналів, тому спочатку визначте, скільки вам знадобиться, щоб знайти найбільш економічно ефективне рішення для вашого проекту. Також подумайте, чи буде достатньо лише аналогових каналів, чи вам знадобляться як аналогові, так і цифрові канали для комплексної обробки даних. Для останнього випадку ідеальним рішенням є осцилографи змішаних сигналів (MSO).
3. Частота вибірки. Роздільна здатність сигналу, який відображає ваш осцилограф, визначається його частотою дискретизації, вираженою в вибірках за секунду. По суті, це означає, скільки зразків, знімків або зображень може отримати прилад за один проміжок часу. Як загальна вказівка, частота дискретизації має перевищувати 250 % смуги пропускання осциллографа, в ідеалі навіть 300 % або більше, щоб забезпечити плавний і ефективний процес дискретизації. Порівнюючи специфікації осцилографів, зверніть увагу, що вказана частота дискретизації зазвичай є максимальною ємністю, яка може бути недоступною при використанні всіх каналів, а лише при обмеженні одним або двома входами. Використання кількох каналів одночасно може вплинути на частоту дискретизації та значно сповільнити її. Осцилографи дійсно використовують інтерполяцію між точками даних, тому більша кількість вибірок значно підвищує точність і чітливість, забезпечуючи набагато більш надійну основу для пошуку несправностей, налагодження та прийняття рішень.
4. Швидкість оновлення. Оскільки осцилограф отримує зразки, обробляє їх і оновлює форму сигналу на дисплеї, залишається невеликий проміжок, перш ніж він зможе взятися за наступну точку даних. Частота оновлення вказує, наскільки швидко область може обробляти пакети даних і, отже, наскільки довгим або коротким є цей проміжок. Нижча частота оновлення означає більший час затримки, протягом якого сигнал залишається непоміченим і можуть бути пропущені збої, помилки та інші рідкісні події. Завдяки вищій швидкості оновлення вхідний сигнал можна відстежувати з мінімальними перервами, що зменшує ймовірність пропуску таких подій. Як і у випадку частоти дискретизації, у специфікаціях зазвичай вказується максимальна частота оновлення осцилографа. Це може бути досягнуто лише в певних режимах отримання даних, що, у свою чергу, може обмежити продуктивність приладу в інших областях. Переконайтеся, що ви маєте чітке уявлення про фактичну продуктивність приладів під час відображення з максимальною частотою оновлення, щоб вирішити, чи достатньо її для запланованих вимірювань.
5. Глибина пам'яті. У цифровому осцилографі після того, як аналоговий вхід подається в АЦП і оцифровується, отримані дані зберігаються у вбудованій пам’яті. Скільки точок даних пам'ять може вмістити одночасно, називається глибиною пам'яті. Більша глибина пам'яті в основному означає, що ви можете захоплювати більш довгі ділянки сигналу без необхідності перезаписувати раніше зібрані дані. Тому глибина пам'яті також впливає на частоту дискретизації осцилографа. Частота дискретизації не залишається постійною, але сповільнюється, коли пам'ять заповнюється. Чим глибше доступна пам'ять, тим довше пристрій може підтримувати повну швидкість під час семплювання. Тобто, якщо ваші проекти вимагають одночасного перегляду більш довгих ділянок сигналу, і вам потрібна висока роздільна здатність відображуваної форми сигналу, більша глибина пам’яті вам дуже допоможе. Проте більша глибина пам’яті має не лише переваги. Глибока пам’ять також може уповільнити швидкість оновлення, оскільки вимагає більше ЦП, фактично призводячи до більшого часу затримки між записами. Щоб знайти правильний баланс для свого проекту, зважте швидкість реагування приладу на тривалість часу, який ви хочете спостерігати.
6. Підключення. Нарешті, не слід недооцінювати функції підключення осцилографів, оскільки вони можуть заощадити або витратити! – у вас багато часу, працюючи з ним. Варто спочатку продумати ваші процеси, щоб вирішити, у яких випадках і який тип підключення вам потрібен, щоб осцилограф бездоганно вписувався у вашу повсякденну роботу. Вам потрібні додаткові опції для тривалого зберігання даних, наприклад зовнішній жорсткий диск? Вам потрібно буде ділитися даними з колегами? Вони працюють у тому самому місці, що й ви, чи ви перебуваєте в різних місцях? Бажаєте підключити до осцилографа зовнішні монітори чи інші елементи для більшої зручності? Чи потрібно буде вбудовувати його в існуючі системи? Якщо ви вже маєте на увазі модель осцилографа – чи має вона основні функції підключення, які вам знадобляться, наприклад роз’єми USB або LAN? Ефективна передача даних так само важлива, як і точні вимірювання, щоб ваші проекти отримували від них довгострокову користь.

Ці шість аспектів були лише коротким оглядом деяких основних характеристик продуктивності, важливих для кожного осцилографа. Список різних моделей на ринку, деякі з яких мають дуже спеціалізовані функції, довгий і стає все довшим. Якщо у вас виникли прблеми з вибором відповідної моделі осцилографа зверніться до менеджерів інтернет-маркета https://simvolt.ua/ за консультацією.

Як вибрати осцилограф?

Осцилографи є одним із найпоширеніших частин обладнання, що використовується для електричних та електронних застосувань, поступаючись тільки цифровим мультиметрам. При розумному виборі осцилограф може бути надзвичайно надійним приладом для тестування та вимірювань, аналізу та усунення несправностей. Існують різні типи осцилографів, кожен з яких відповідає певним вимогам та має свої переваги:

Аналогові осцилографи мають кращий динамічний діапазон, тоді як цифрові осцилографи мають кращі межі частоти дискретизації та пропускну здатність. Цифрові накопичувальні осцилографи можуть зберігати тимчасові дані для подальшого аналізу. Цифрові люмінофорні осцилографи виконують захоплення та аналіз сигналу за коротший час за допомогою рішення АЦП з паралельною обробкою. Осцилографи змішаної області поєднують в одному пристрої функції цифрових осцилографів, аналізаторів РЧ-спектру та логічних аналізаторів.

Цифрові осцилографи з вибіркою можуть фіксувати сигнали швидше, ніж інші осцилографи із смугою пропускання понад 80 ГГц. Портативні осцилографи чудово підходять для польових застосувань, тоді як комп’ютерні осцилографи під’єднуються до комп’ютера через USB і є кращими для сценаріїв довгострокового тестування.

Залежно від вашої програми вам потрібно вибрати діапазон із різними параметрами, які вам підходять: пропускна здатність, можливості зберігання, частота дискретизації, портативність, максимальна глибина пам’яті, швидкість оновлення сигналу, роздільна здатність тощо. Вам потрібне правильне поєднання, щоб отримати найкращу можливу продуктивність осцилографа.

Важливі моменти, які слід враховувати перед вибором осцилографа

1. Застосування осцилографа та види вимірювань. При виборі необхідної моделі осцилографа вам небхідно відповісти на деякі питання: Чи підходить осцилограф для польових застосувань? Чи просто ним користуватися? Чи потрібні вам численні додаткові функції для ваших додатків, таких як осцилограф, аналізатор радіочастотного спектру та логічний аналізатор? Чи призначений осцилограф для тестування високої чи низької смуги пропускання? Бажаєте зберігати дані для подальшого використання?
2. Ваш бюджет. Залежно від того, скільки ви бажаєте витратити на осцилограф, і чи потрібен він вам для довгострокового чи короткострокового використання, ви можете придбати,або орендувати осцилографи.
3. Купівля вживаних осцилографів. Вживані осцилографи доступні за ціною та можуть бути на 50 % дешевшими порівняно з новими. Обладнання, яке було знято з виробництва виробниками, також можна знайти в багатьох пунктах оренди випробувального обладнання для оренди або продажу. Купуючи вживане обладнання, пам’ятайте про його умови та очікуваний термін служби, пропоновані функції та сумісність власного програмного забезпечення пристрою з вашою поточною операційною системою.

Фактори, які допоможуть вам вибрати правильний осцилограф

Щоб вам було легше, ми перерахували деякі фактори, які слід враховувати перед покупкою осцилографа.

• Пропускна здатність. Виберіть осцилограф із достатньою пропускною здатністю для точного захоплення найвищої частоти ваших сигналів. Запам’ятайте «правило п’яти разів» – виберіть осцилограф, який разом із щупами забезпечує принаймні 5-кратну максимальну смугу пропускання сигналу для кращих вимірювань із меншою кількістю помилок.
• Час наростання. Час наростання має важливе значення для аналізу прямокутних імпульсів і хвиль. Час наростання осцилографа говорить про точність його вимірювання. Чим швидший час наростання, тим точніші вимірювання часу. Виберіть осцилограф, час наростання якого < ⅕ разів перевищує найшвидший час наростання вашого сигналу.
• Зондування. Виберіть осцилограф із кількома спеціальними щупами відповідно до ваших вимог. Осцилограф може виконувати чудові вимірювання, лише якщо щуп подає йому правильні вхідні дані. Новий осцилограф зазвичай поставляється в стандартній комплектації з набором пасивних щупів з високим опором. Для вимірювання вищої частоти слід використовувати активні зонди. Для осцилографа середнього діапазону вибирайте щупи з ємнісним навантаженням < 10 пФ.
• Частота вибірки. Частота дискретизації осцилографа визначає, наскільки добре можуть бути захоплені деталі сигналу. Чим вища частота дискретизації, тим краща роздільна здатність і тим швидше ви використовуєте пам’ять. Використовуйте частоту дискретизації щонайменше в 5 разів більшу за найвищу частотну складову вашої схеми.
• Запуск. Виберіть осцилограф, який пропонує розширені функції запуску для аналізу навіть найскладніших сигналів. Кращі параметри запуску можуть допомогти вам виявити складні аномалії.
• Глибина пам'яті. Виберіть осцилограф із достатньою пам’яттю для отримання кращої роздільної здатності для складних сигналів.
• Кількість каналів. Виберіть осцилограф із достатньою кількістю каналів збору даних, щоб ви могли з легкістю виконувати важливі корельовані за часом вимірювання для кількох форм сигналу.
• Простота експлуатації. Рекомендується осцилограф із інтуїтивно зрозумілим і зручним інтерфейсом користувача та дисплеєм для спрощення операцій. Крім того, виберіть осцилограф, який можна легко підключити до інших пристроїв для розширених функцій і простішого документування результатів.

Перш ніж вибрати осцилограф, ви повинні знати про свої конкретні потреби в тестуванні та вимірюванні. Виберіть осцилограф із швидшим часом наростання, вищою швидкістю оновлення форми сигналу, більшою глибиною пам’яті збору даних, достатньою кількістю каналів, декількома параметрами зондування та відповідною смугою пропускання. Також шукайте розширену підтримку програм для усунення несправностей і відповідності стандартам.

Сфера застосування осцилографів

Осцилографи використовуються для багатьох застосувань і в різних галузях промисловості. Прикладами професіоналів, які використовують осцилографи, є автомобільні механіки, медичні дослідники, техніки з ремонту телевізорів і фізики. Осцилографи є абсолютно невід'ємним пристроєм для тих, хто проектує, тестує або ремонтує електронне обладнання.

Цифрові запам’ятовуючі осцилографи в основному замінили свої аналогові аналоги і зараз є найпоширенішим типом осцилографів завдяки покращеним функціям відображення, вимірювання, зберігання та запуску, а також своїм вражаючим характеристикам. Цифрові запам’ятовуючі осцилографи випускаються як кишенькові, портативні, так і громіздкіші та потужніші настільні.

Застосування осцилографа залежить від промисловості. Основними галузями промисловості, які використовують, є ремонт автомобілів, інженерія, наука, медицина, моніторинг, відстеження сигналів, телекомунікації та багато інших.

Давайте розглянемо деякі поширені програми застосування осцилографів:

• Ремонт автомобіля. Осцилограф корисний для транспортного засобу, оскільки він може перевірити паливні форсунки або перевірити автомобіль без стану запуску. Осцилографи дають швидку діагностику та забезпечують правильний ремонт автомобіля.
• Ремонт та діагностика техніки. Найпоширенішими інженерами-професіоналами є інженери-електрики та електроники, які залежать від високопотужних приладів, багатофункціональних пристроїв або цифрових осцилографів, які зберігають дані. Осцилографи використовуються звукорежисерами для діагностики частотної характеристики звукового обладнання.
• Наукові дослідження. Вчені та фізики використовують осцилограф для різноманітних застосувань. Це може бути корисним для вчених-ядерників, фізиків, які використовують осцилограф для вивчення впливу різних навколишніх змін незалежно від сигналів телебачення та мобільного телефону.
• Медицина. Осцилографи часто використовуються медичними працівниками для спостереження за пацієнтом. Термін «рівна лінія» – це плоска лінія створюється за допомогою осцилографа, який використовується для моніторингу серцебиття пацієнта. По-друге, медики використовують цю технологію для перевірки мозкових хвиль у діагностичних процедурах. Вони також використовуються лаборантами та медичними техніками.
• Трасування сигналів. Цифровий осцилограф допомагає технікам ідентифікувати сигнали, щоб перевірити конкретний несправний компонент. Осцилограф може ідентифікувати несподівані сигнали та аналізувати незначні відмінності в роботі компонентів. Відстеження сигналу є одним із найбільш недооцінених застосувань осцилографа.
• Телекомунікації. Більшості електронних техніків потрібні осцилографи як частина їхнього обладнання для налагодження багатьох електронних пристроїв, таких як комп’ютери, телевізори, кондиціонери та навіть телефони. У цій ситуації осцилограф використовується для обслуговування або ремонту.