что такое синхронизация в осциллографе
Электроника для всех
Блог о электронике
Использование осциллографа
Страшный прибор, да? Куча ручек, каких то кнопочек, да еще экран и нифига не понятно что тут да зачем. Ничего, сейчас исправим. Сейчас я тебе расскажу как пользоваться осциллографом.
Как всегда, поясню на отвлеченном примере.
Представь, что ты стоишь перед железной дорогой, а мимо тебя с бешеной скоростью мчится бесконечный поезд состоящий из совершенно одинаковых вагонов. Если просто на них стоять и смотреть, то ничего кроме размытой фигни ты не увидишь.
А теперь ставим перед тобой стенку с окошком. И начинаем открывать окошко только тогда, когда очередной вагон будет в том же положении, что и предыдущий. Так как у нас вагоны все одинаковые, то тебе совершенно необязательно видеть один и тот же вагон. В результате картинки разных, но идентичных вагонов будут выскакивать перед твоими глазами в одном и том же положении, а значит картинка как бы остановится. Главное это синхронизировать открытие окошка со скоростью поезда, чтобы при открытии положение вагона не менялось. Если скорость не совпадет, то вагоны будут «двигаться» либо вперед, либо назад со скоростью, зависящую от степени рассинхронизации.
На этом же принципе построен стробоскоп — девайс, позволяющий разглядывать быстро движущиеся или вращающиеся хреновины. Там тоже шторка быстро-быстро открывается и закрывается.
Принцип работы
Дальше все просто, если начало появления периода пилы (луч в крайне левом положении) и начало периода сигнала совпадают, то за один проход развертки нарисуется один или несколько периодов измеряемого сигнала и картинка как бы остановится. Меняя скорость развертки можно добиться того, что на экране вообще останется только один период — то есть за один период пилы пройдет один период измеряемого сигнала. 
Развертка осциллографа во времени
В топку теорию, переходим к практике.
Показывать буду на примере своего осциллографа, спертого когда то давно с оборонного предприятия КБ «Ротор» :). Обычный осцил, не шибко навороченный, но надежный и простой как кувалда.
Мой верный осциллограф
Итак:
Яркость, фокус и освещение шкалы думаю не требуют пояснений. Это настройки интерфейса.
Усилитель У и стрелочки вверх вниз. Эта ручка позволяет гонять изображение сигнала вверх или вниз. Добавляя ему дополнительное смещение. Зачем? Да иногда не хватает размера экрана, чтобы вместить весь сигнал. Приходится его загонять вниз, принимая за ноль не середину, а нижнюю границу.
Ниже идет тумблер переключающий ввод с прямого, на емкостный. Этот тумблер в том или ином виде есть на всех без исключения осциллографах.
Две здоровенные крутилки Усиление и Длительность
Длительность определяет частоту развертки. Чем короче интервал, чем больше частота, тем более высокочастотный сигнал ты сможешь разглядеть. Тут клеточки проградуированы уже в милли и микросекундах. Так что по ширине сигнала ты можешь посчитать сколько он клеток, а умножив его на масштаб по оси Х получишь длительность сигнала в секундах. Также можно посчитать длительность одного периода, а зная длительность легко найти частоту сигнала f=1/t
Верхняя пипка на крутилках позволяет менять масштаб плавно. Обычно у меня она стоит на щелчке, чтобы я всегда четко знал какой у меня масштаб.
Также там есть вход Х на который можно подать свой сигнал, вместо пилы развертки. Таким образом осциллограф может послужить телевизором или монитором, если собрать схему которая будет формировать изображение.
Крутилка с надписью Развертка и стрелочками влево и вправо позволяет гонять график по экрану влево и вправо. Удобно иногда бывает, чтобы подогнать нужный участок под деления сетки.
Как только появилась полоса, то выстави крутилками смещения её на ноль. Если у тебя аналоговый осцил, особенно если древний, то дай ему прогреться. У моего после включения ноль плавает еще минут пятнадцать.
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
84 thoughts on “Использование осциллографа”
Вот думаю компьютерный осцил в буке заюзать,не подскжете програмку поудобнее и несложную приставку на вход?
Мини-лекции. Осциллографы. Ждущий режим
Прежде чем раскрывать тему нужно понять, что такое синхронизация и причём здесь ждущий? И кого или чего он ждёт? Многие читатели, имеющие современные телевизоры знают о существовании ждущего режима. Менее о том, что и у компьютера так же есть такой режим. Это когда аппарат находится в сонном состоянии, вроде бы включен и даже огонёк светит красным. А, только от аппарата никаких признаков жизни, пока? Пока не получит коленкой?! И тут всё засветилось, засверкало. А у нас, что? Не торопитесь. Синхронный, с греческого synchronos. Syn «вместе» + chronos «время» — одновременный, совпадающий во времени.
Синхронизация же устройство, система заставляющая работать генераторы развёртки одновременно (синхронно) с исследуемым сигналом. Так ещё частота генератора должна совпадать с частотой сигнала. Либо частоты одинаковые либо кратные. Но частота генератора должна быть не выше чем у сигнала. Весь процесс синхронизации рассказывать нецелесообразно. Во первых для простого обывателя сложно и вдобавок в разных случаях процессы могут отличаются друг от друга?! Главное для Вас понять, что исследуемый сигнал всё время подгоняет частоту генератора развёрток под себя. В противном случае мы не сможем наблюдать неподвижное изображение в телевизоре, а в осциллографе отображение сигнала. А так как генераторы штучки ещё те, упёртые и не предсказуемые, отсюда и проблемы! Наиболее положительный результат мы получаем когда частоты находятся близко друг к другу. Вот все эти мытарства Вы и видите на рис1,2.
На рис1 жёлтым цветом сигнал для исследования, классическая синусоида. Внизу (зелёным цветом) график напряжения развёртки. Причём длительность равна длительности 1,5 периода сигнала. Как результат при первом периоде развёртки мы увидим одну картинку, а ужи при последующем совсем другую! Но так-как процесс идёт на большой скорости, а глаз инерционная система, то? То мы будем одновременно видеть обе картинке как бы наложенные одна на другую рис1а (пурпурного цвета). Если же периоды сигнала и развёртки совпадают получим картинку рис2а. А при длительности развёртки в два раза больше чем сигнала, картинку рис2b. Если же длительность находится в каком-то промежуточном варианте картинка будет хаотически меняться в горизонтальном направлении.
В телевидении с этим проще, частота генератора развёртки и частота следования синхроимпульсов замешанных в общий сигнал равны и человек в их дрязги не вмешивается. С осциллографом всё не так хорошо, отсюда и обилие ручек, тумблеров связанных с этой самой синхронизацией рис3. Это та часть осциллографа «С1-68», отвечающая именно за синхронизацию! И каждый раз всё это нужно щёлкать, крутить-вертеть!
Ну хорошо, с обычными периодическими сигналами мы вроде бы справились. А как быть с пусть даже периодической последовательностью импульсов? Особенно если у последовательности большая скважность? Зелёная формула рис6 показывает зависимость этой самой скважности Qc от Тп — периода следования импульсов, а tи — длительности импульса. Так в радиолокации Qc = 1000! То есть появляется проблема и, что ещё интереснее если это одиночный и шибко не предсказуемый? А, если ещё последовательность не периодична? Тут вообще туши свет, напрасные хлопоты! Для этого и был придуман ДЕЖУРНЫЙ РЕЖИМ. В этом случае генератор развёртки находится в пограничном состоянии. Он не работает, но всегда наготове! И как только, так сразу. В смысле как только приходит на обследование импульс и даёт толчок коленкой, генератор запускается и по истечении длительности пилообразного импульса замирает до следующего толчка! На рис4 графически и показан этот процесс. Рис4а импульс пришёл, но генератор запустится не сразу, а при достижение определённой величины импульса, нужной высоты. И только тогда генератор опомнится и начинает строить пилообразное напряжение рис4b. Всё бы ничего, да вот только мы часть (передний фронт) нашего импульса не увидим? Он остаётся за кадром! Вот для этого случая существует линия задержки. Она задерживает на некоторое время наш импульс и только потом он подаётся на горизонтальные пластины ЭЛТ рис4с.
На рис6 Вы и видите блок-схему этого самого дежурного режима. Где:
ВУ — входное устройство;
ЛЗ — линия задержки;
УСy — усилитель канала Y;
ГЖР — тот самый генератор ждущей развёртки. Который одним глазом спит, а вторым всё видит;
УСх — усилитель канала X.
Слева показан исследуемый импульс который попадает на линию задержки и параллельно на запуск ГЖР. Справа в верху тот же импульс с опозданием на время задержки ЛЗ. Красная стрелочка показывает Вам, что следуя по штриховым линиям мы можем убедиться, что весь импульс попадает прямо в центр рабочего хода ГЖР. Всё! Дело сделано! Какие мы молодцы?!
Кстати, на рис5 показана принципиальная схема нашей ЛЗ, построенной на элементах L и C. Неудобства связанные с этим ДЕЖУРНЫМ РЕЖИМОМ в том, что приходится как бы на ощупь искать эту пограничную область!
Вот как выглядит часть инструкции по работе с осциллографом «С1-68», именно в дежурном режиме:«Вращая ручку „СТАБ“ вправо до появления изображения на экране ЭЛТ. Вращая эту же ручку в обратную сторону, установите её в положение, при котором развёртка срывается. Это положение соответствует ждущему режиму работы.» А мы губы раскатали, щёлк тумблером и мы в дежурном режиме! ЩАС, размечтались?! Возможно и существуют какие-то автоматизированные системы. Но не для нас.
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.