Цифровой осциллограф для начинающих. ч1

Топ-3 лучших USB-осциллографов

Осциллографы с USB кабелем поддерживают подключение к ПК. Это позволяет сохранять результаты измерений на жесткий диск и не опасаться утери данных.

Hantek 6022BE

Портативный осциллограф с хорошей синхронизацией можно подключать к компьютеру через разъем USB 2.0. Модель поставляется в прочном алюминиевом корпусе и не боится ударов. Устройство двухканальное, работает с Windows, Android и Linux.

Выбрать Hantek 6022BE можно от 4300 рублей Плюсы

• прочный алюминиевый корпус;
• быстрая передача данных на ПК через USB;
• качественная сборка.

Минусы

• измеряет напряжение в узком диапазоне;
• при увеличении количества выборок уменьшается буфер.

Мне нравитсяНе нравится

Intrustar ISDS205A

Двухканальный аппарат оснащен встроенным анализатором спектра сигнала. Полоса пропускания устройства составляет 16 МГц, глубина памяти равна 1 Мб. Модель обладает небольшими габаритами и малой массой, подключается по USB к ноутбуку или планшету. Корпус у прибора алюминиевый с прорезиненными торцами.

Выбрать осциллограф с USB Intrustar можно от 5800 рублей Плюсы

• два канала;
• прочная конструкция;
• есть самописец.

Минусы

• нет дисплея;
• средние рабочие характеристики.

Мне нравитсяНе нравится

Fnirsi-1013D

Цифровой осциллограф оснащен дисплеем с сенсорным управлением. Проводит автоматические измерения по 12 параметрам, полоса пропускания равна 100 МГц. Поставляется с двумя щупами, сетевым зарядным устройством и USB проводом. Обладает емким аккумулятором и долго не разряжается.

Купить Fnirsi-1013D можно от 133300 рублей Плюсы

• удобное управление;
• память на 24000 точек;
• хорошая комплектация.

Минусы

• прибор довольно тяжелый;
• высокая цена.

Мне нравитсяНе нравится

Области применения и методика измерения

Осциллографы используются во многих областях промышленности. Их применяют для диагностики блоков питания, преобразователей, при ремонте мобильных телефонов, на телевидении для настройки поступающего сигнала, при разработке электроаппаратуры и т. д

Рассматривая принципы работы осциллографа, важно изучить методики измерения. Всего их 4:

Измерение напряжения. Процедура осуществляется в режиме линейной развертки. Генератор подключается к измеряемому устройству. Обычно одна из точек подключения выступает в качестве «земли», но это правило не является обязательным. Значения напряжения измеряются от пика до пика. Как только напряжение получено, другие параметры можно определить с помощью простейших расчетов.
Измерение времени и частоты. Для этой процедуры применяется горизонтальная шкала устройства. Прибор замеряет длительность и период импульсов, а частота — обратная периоду величина.
Измерение продолжительности импульса и длительности нарастания фронта. Искаженные импульсы — одна из распространенных причин неправильной работы электрических схем. Для запуска этого алгоритма измерения необходимо точно настроить прибор

Особенно важно правильно использовать режимы удержания запуска и функцией растяжки по горизонтали (для просмотра мелких деталей коротких импульсов).
Измерение сдвига по фазе. Прибор анализирует разницу синхронизации между двумя одинаковыми сигналами

Один сигнал подается на систему вертикального отклонения устройства, а второй — на систему горизонтального отклонения устройства.

Не стоит забывать и о прочих измерительных технологиях, применяемых в современных типах оборудования. С их помощью можно настроить прибор для захвата быстротекущих процессов на производстве, тестирования электронных компонентов и т. д.

Дополнительные возможности

В современной электронике часто приходится проверять аналоговые и цифровые сигналы одновременно. Для работы с такими задачами пригодится осциллограф с встроенным логическим анализатором.

Некоторые современные приборы оснащают режимом сегментации блока памяти. Это пригодится для длительного контроля сигнала с автоматическим сравнением по образцовой форме. Регистрироваться и записываться будут только отклонения (шумы, искажения).

Для автомобильных сервисных станций выпускают специализированные осциллографы (сканеры). Кроме особых переходников, такие аппараты дополняют программным обеспечением. Это оборудование применяют для контроля функционального состояния датчиков и других электронных компонентов через бортовой компьютер.

Как работать с осциллографом

Первоначально выставляются режим работы осциллографа (автоколебательный, ждущий или одиночный). Затем выбирается режим аттенюатора или устанавливается соответствующий делитель напряжения.
Это касается аналоговых приборов. Цифровые на входе анализируют сигнал и понижает/повышает его до необходимого уровня. В них на входе стоит аналитический блок, который сам понижает или повышает входной сигнал до требуемого уровня.

Подключение осциллографа

В комплекте с осциллографом идет измерительный шнур или шнуры. Их количество зависит от числа входных каналов конкретной модели. Если канал один, то и шнур один. Может быть два, три и до шестнадцати. Подключать надо столько, сколько собираетесь использовать.

Шнуры для осциллографа трудно спутать с другими. Один конец — со щупом и ответвлением. Это «измерительная» сторона. С другой находится характерный круглый разъем. Эта часть подключается к измерительному входу.

Провод, который идет в сторону от щупа — для подключения к «земле». Он часто бывает снабжен прищепкой или «крокодилом». Его подключать обязательно, вольтаж может быть разный и заземление необходимо.

Измерительные шнуры для осциллографа

Некоторые шнуры для осциллографа имеют на рукоятке переключатель, который работает как небольшой усилитель (на фото справа).

После подключения измерительных шнуров включаем прибор в сеть. Затем, перед работой, переводим в рабочее положение тумблер/кнопку включения прибора. Можно считать что осциллограф готов к работе.

Проверка осциллографа перед работой

Перед началом работы надо проверить осциллограф. Включаем его в сеть, устанавливаем измерительный шнур. К щупу прикасаемся пальцем, на экране появляется синусоида частотой 50 Гц — наводки от бытовой электросети.

Если пальцем прикоснуться к измерительному щупу, на экране появится синусоидальной формы сигнал. Синусоида неидеальна, но если она есть и ее частота 50 Гц, это значит, что осциллограф исправен

Затем берем земляной щуп и прикасаемся им к измерительному (палец продолжаем держать на острие щупа). Сигнал пропадает (отображается прямая). Это значит, что прибор исправен.

Как измерить осциллографом напряжение: переменное, меандра, постоянное

Как уже говорили, напряжение на экране осциллографа отображается по вертикали. Весь экран разбит на квадраты. Цена деления по вертикали выставляется переключателем, который подписан «V/дел». Что и обозначает, Вольт на одно деление

Перед подачей сигнала выставляем луч точно по горизонтальной оси — это важно

Подаем сигнал и считаем, на сколько клеточек от нулевого уровня поднимается или опускается сигнал. Затем умножаем количество клеток на «цену деления», взятую с регулятора. В результате получаем напряжение сигнала. В случае с синусоидой или меандром (положительные и отрицательные прямоугольные импульсы) считается напряжение полуволны — верхней или нижней.

Измерение напряжения осциллографом

Чтобы было понятнее, разберем пример. На фото есть сигнал, полуволна которого понимается и опускается на три клеточки. Цена деления на регуляторе — 5 В. Имеем: 3 дел * 5 V/дел  = 15 V. Получается, данный сигнал имеет напряжение 15 вольт.

Если надо измерить постоянное напряжение, снова выставляем луч по горизонтали. Подаем напряжение и смотрим, на сколько клеток «подпрыгнул» или опустился луч. Дальше все точно так же: умножаем на цену деления и получаем значение постоянного напряжения.

Как осциллографом определить частоту

Частота определяется как 1/T, где Т — период сигнала. А период — это время, за которое сигнал проходит полный цикл. Для сигнала на экране это 5,7 клетки. Считаем от места пересечения с горизонтальной осью и до второй аналогичной точки.

Как определить частоту сигнала по осциллографу

Далее определяем частоту деления по переключателю развертки. Положение переключателя стоит на 50 миллисекунд. Берем количество делений и умножаем на количество клеток. Получаем 50 мс * 5,7 = 285 мс. Переводим в секунды. Для этого надо разделить на 1000. Получаем 0,285 сек. Считаем частоту: 1/0,285 = 3,5 Гц

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.

Кратко об управлении

Выглядит модель с1-49 так, как на фото:

Тумблер включения устройства, находится с правой стороны с надписью «Сеть», после перевода тумблера в положение включено должен засветиться индикатор красного света, находящийся над ним.

Рукоятка «Фокус» изменяет толщину луча — поскольку устройство не снабжено узлом компенсации температуры, и в процессе нагрева осциллографа диаметр изменяется.

Регулятор с надписью «Яркость» регулирует яркость точки на экране, можно индивидуально подстроить под рабочее окружение.

«Освещение шкалы», опять же индивидуальный подход к подсветке измерительной сетки, при ярком дневном освещении придется сделать ярче, чтобы рассмотреть сетку.

Ручка с надписью «Усиление Y», по своей сути грубая регулировка усиления вертикального размаха луча. При измерении сигналов высокого уровня, придется уменьшить уровень чувствительности, для того чтобы он вместился в экране осциллографа. При поиске слабых сигналов, нужно произвести увеличение чувствительности усилителя.

Ниже расположился тумблер с помощью которого производится подключение на вход измерительной емкости. Это сделано для отсечения постоянного тока от измерения. На усилитель попадает только переменная составляющая сигнала.

Под ним расположен измерительный входной разъем байонет, под специальный переходник. Прибор снабжается специальными щупами, для проведения измерений, экранированными проводами, с делителем напряжения. Щуп для измерений не вносит искажений в исследуемый сигнал, и воздействие на тестируемое устройство сведено к минимуму. Обычно с осциллографом поставляется несколько видов щупов, под разные виды измерений. Активный щуп — с собственным усилителем. Пассивный без каких либо дополнительных элементов, кроме цепочки согласования, для уменьшения влияния длины кабеля на входной сигнал. И щупы с делителем, в которых отдельным тумблером имеется возможность уменьшить амплитуду напряжения 1:10 ; 1:100 ; 1:1000.

Ниже байонета расположен выход со встроенного генератора прямоугольных импульсов. С его помощью можно проверить интересующее устройство, а также произвести стартовую калибровку измерителя.

Под экраном осциллографа расположились регуляторы со шкалой:

• Переключателем «Усиление» выбирается диапазон напряжений — вольт/деление. Выбирается, сколько вольт поместится в деление измерительной сетки экрана, и визуально можно определить величину напряжения, зная диапазон на переключателе.
• Второй переключатель со шкалой измеряет длительность импульса. Проще говоря, частоту измерения. Длительность сигнала на одно деление измерительной сетки.
• Регулятор « Развертка» смещает начало импульса по горизонтали. Им нужно пользоваться для смещения исследуемого сигнала по шкале, в случае, когда начало импульса получается за пределами шкалы.
• Вход «Х» позволяет применять внешние генераторы для управления горизонтальной разверткой. В том случае, когда встроенного не достаточно, или не стабилен, то есть частота плавает. В таком положении можно наблюдать фигуры Лиссажу. Сложные геометрические узоры.

Ниже расположены ручки управления синхронизацией:

• Тумблером «Внутренний — Внешний» происходит выбор, от какого источника будет синхронизироваться развертка. Одновременно с исследуемым сигналом или же от внутреннего.
• Регулятор «Уровень» изменяет чувствительность, от него зависит, по какому фронту сигнала произойдет запуск развертки, нарастающему или спадающему фронту внешнего сигнала.
• Тумблер «-/~» переключает режим одиночный или автоколебательный запуск развертки. Этот режим удобен для исследования цифровых логических устройств, где сигналы следуют не периодично, как в генераторах.
• Ручка подстройки «Стабильность» то же, что синхронизация. С помощью данного резистора производится подстройка синхронизации сигнала с разверткой. Синусоида луча перестает бежать по экрану и застывает статичной картинкой, которую теперь можно изучить детальнее.

Измерение частоты

Частота — это временная характеристика, интервалы, периоды сигнала; их измерение — прямое назначение осциллографа. Исследуемое значение всегда обратно пропорционально его периоду, который можно замерить в любой области осциллограммы. Но комфортнее и точнее это сделать в точках пересечения графика с горизонталью по центру (ось времени).

Перед исследованием полосу развертки выставляем на центральную горизонталь. Используя ручку со стрелкой в обе стороны, смещаем начало периода с самой крайней левой полосой на мониторе. В нашем случае промежуток = 6.8 дел., скор. развертки — 100 мкс/дел. Исчисления:

Выше на схожих двух рисунках те же сигналы, но при разной скорости развертки. По первому изображению исчисление частоты (точное значение — 1.459 кГц) имеет большую погрешность, по второму — меньшую, так как большую точность при измерении получают, если растянуть картинку.

На втором рисунке период чуть превышает 6.8 дел. и частота в реальности чуть ниже (1.459 КГц), чем полученная (1,47 КГц). Отклонение меньше 1 %, это допустимо и считается высокой точностью, ее обеспечит цифровой O-Scope (с линейной разверткой). В аналоговых моделях отклонение было бы выше. Характерная закономерность: с увеличением периода снижается частота (пропорция обратная), и наоборот.

Назначение осциллографа

Из прошлых пунктов уже можно выделить несколько областей, в которых применяются осциллографы. Но о том, для чего именно нужен осциллограф, ещё сказано не было.

Понятно, что они нужны для измерений и анализа форм периодических сигналов. И иногда при измерениях без осциллографов не обойтись. Амперметр и вольтметр дадут понятие только об уровне сигнала, а частометр – о частоте. Но полной картины достигнуто не будет. Тут то и помогают осциллографы.

Самая большая область применения этих устройств – исследование форм телевизионных сигналов. В них, кроме сигналов с информацией об изображении, так же есть данные о синхронизации кадровой развёртки и строчной, импульсах синхронизации цвета и прочая информация. В этом случае наблюдение за изображением на осциллографах очень облегчает процесс ремонта и регулировку трактов изображения у телевизоров. На картинке – телевизионный осциллограф.

Какой выбрать осциллограф для диагностики авто

Рассмотрим наиболее удобные и информативные приборы.

USB Autoscope Постоловского

На первом месте в рейтинге практиков стоит осциллограф Постоловского USB Autoscope IV. Имеет обширные диагностические функции.

Преимущества

• Профессиональные скрипты от Андрея Шульгина.
• Удобный интерфейс.
• Широкий диапазон измерения от 6 до 300 вольт.
• Обработка скриптов в автоматическом режиме.
• Информативный скрипт эффективности по цилиндрам CSS, показывающий работу форсунок, системы зажигания.
• Тест аккумулятора, генератора, стартера. Показывает неисправности в автоматическом режиме. Легкий процесс съема характеристик: достаточно иметь доступ к плюсовой или минусовой клеммам АКБ.
• Тест давления в цилиндре. Показывает метки системы газораспределения, правильно ли стоят фазы. Выявляет провернутый задающий диск.

Полная документация по работе с прибором. Подробно описаны скрипты, схемы подключения. Есть видео инструкция на сайте производителя. Отзывчивая поддержка.

Мотодок 3

Вторым в списке рейтинга осциллографов для диагностики автомобиля любой марки стоит Мотодок 3. Имеет схожие характеристики.

Преимущества и недостатки

Скрипт Андрея Шульгина эффективности цилиндров. Есть некоторые недостатки по синхронизации с некоторыми автомобилями, имеющими слабый сигнал с датчика коленчатого вала

Но это сглаживается удобством и быстрой работой.
Подключения на любое расстояние по кабелю RJ 45.
Качество картинки при диагностике, что не маловажно при работе.
Подробная документация на сайте производителя.

Для примера приведены только два осциллографа для диагностики авто. Существуют и другие приборы: отличаются ценой, производителем, но принцип измерения одинаков. Самое главное иметь опыт в чтении осциллограмм к каждой марке автомобиля.

Где и как купить Hantek 1008 С?

Если приобретать обычную модель в одном из российских магазинов, придется выложить более 20000 р. Осциллограф Hantek 1008C на китайском рынке будет стоить не более 5000 р. Это цена с доставкой и полной комплектацией.

Разница в стоимости очень большая. Но, покупая прибор в Китае, следует максимально внимательно отнестись к выбору продавца. Вторым важным моментом при приобретении осциллографа является курьерская доставка. Если продавец решит сэкономить на упаковке и доставке, то в целости и сохранности получить свой осциллограф вряд ли получится.

Гарантией того, что осциллограф приедет к адресату быстро и без повреждений, будет заказ модели Хантек 1008С в российских магазинах. Но в данном случае придется переплатить. Некоторые перекупщики устанавливают цену вдвое выше заводской.

При желании можно купить осциллограф у официального дистрибьютора в России. Это будет несколько дороже, но за потраченные деньги покупатель получит не только качественный и полностью рабочий товар, но и гарантию на 3 года, возможность вернуть товар на протяжении четырнадцати дней, а также полную консультацию у представителей компании.

Официальный дистрибьютор занимается и негарантийным ремонтом подобного оборудования. Но эта услуга будет платной.

Виды осциллографов

По принципу действия осциллографы бывают цифровыми и аналоговыми. Существуют смешанные аналого-цифровые приборы. Всё чаще выпускают виртуальные. Там в качестве экрана используется другой прибор – монитор компьютера, телевизора.

Работа некоторых моделей основана на электромеханическом принципе:

• электродинамический;
• электростатический;
• выпрямительный;
• электромагнитный;
• магнитоэлектрический;
• термоэлектрический.

Прибор может работать самостоятельно или являться приставкой к другому оборудованию (например, компьютеру). Во втором случае цена ниже, но сам прибор зависим от внешнего устройства.

Устройство и принцип работы

Осциллограмма

Основной элемент аналогового осциллографа – специализированная ЭЛТ (электронно-лучевая трубка), которая делает возможным визуальное представление изучаемого сигнала. Он поступает на входной делитель (определяет диапазон измеряемых значений), усиливается и синхронизируется с генератором развертки, затем попадает на оконечный усилитель и входы ЭЛТ, отображение проходит в реальном времени. Конкретная реализация зависит от производителя, но принцип действия остается неизменным.

Функциональная схема осциллографа

Цифровые приборы устроены по-другому: пользователь видит уже преобразованные в цифру данные, полученные от АЦП (аналого-цифрового преобразователя) и записанные в буферную память, поэтому имеет возможность просмотреть динамику изменения сигнала не только после запуска, но и до пускового импульса. Есть возможность сохранить информацию для последующей обработки на компьютере.

Устройство и принцип действия прибора

Объясним устройство аналогового осциллографа просто, «для чайников». Прибор состоит из следующих элементов:

• лучевая трубка;
• блок питания;
• канал вертикального / горизонтального отклонения;
• канал модуляции луча;
• устройство синхронизации и запуска развёртки.

Для управления параметрами сигнала и его отображения на экране есть регуляторы. У старых моделей экрана не было. Изображение фиксировалось на фотоленте.

Горизонтальная развёртка

Канал горизонтального подключения подключается к генератору развёртки. Он вырабатывает сигналы горизонтального отклонения лучей. Генератор Х (развёртки) работает в нескольких режимах.

• Внутренняя синхронизация. Автоколебания с выставленной вручную частотой;
• Внешняя синхронизация. От входных импульсов запускается генератор. Она включает в себя три режима: запуск от внешнего источника, по фронту импульсов или их спаду;
• Синхронизация от питания (50Гц);
• Ручной запуск. Так же называется однократным.

При исследовании стабильных сигналов удобно использовать режим внутренней синхронизации. В этих условиях изображение будет неподвижным. Чтобы увеличить стабильность можно организовать захват частоты на входе генератором развёртки.

Также этот режим называется ждущим. В нём запуск генератора происходит в тот момент, когда входной сигнал достигает определённого уровня. Или от внешнего источника. В режиме внешней синхронизации удобно исследовать не очень стабильные колебания, особенно если есть синхронизация между генератором развёртки и схемы от одного источника колебания. Прибор поддаётся регулировка, чтобы точно установить уровень, на котором генератор запускается.

Если синхронизация происходит от сети питания, то запуск развёртки будет синхронизирован с колебанием напряжения сети. Так что синхронизация от сети так же предусмотрена, чтобы наблюдать за помехами и искажениями. Ручная синхронизация подходит для исследования различных непериодических сигналов. К примеру, в логических схемах.

Вертикальная развёртка

Канал вертикального отклонения называется каналом Y, по аналогии с горизонтальной осью Y в системе координат. В нём входной исследуемый сигнал обрабатывается. Сигнал этот поступает в канал через аттенюатор. Аттенюатор – это ступенчатый регулятор уровня. Это делается для того, чтобы амплитуда параметра, который измеряют, не превышала допустимый уровень. А картинка тем временем не выходила за пределы экрана. Канал Y может передать сигнал на генератор горизонтального отклонения для его синхронизации.

Обычно канал вертикального отклонения работает в открытом режиме. Это значит, что само отклонения луча будет чётко совпадать с уровнем сигнала. Когда есть постоянная составляющая, то это мешает наблюдению за колебаниями. Происходит это из-за того, что картинка будет слишком смещена к границам экрана сверху или снизу. Так же она может вообще выходить за границы. Эту постоянную составляющую можно убрать, если включить режим закрытого входа. Или настроить аттенюатор под размеры экрана.

Про закрытый вход. Сигнал поступает через конденсатор, не создающий препятствия для переменного напряжения. Тогда оба канала обладают оконченными усилителями, формирующими нужные уровни сигналов, которые подаются на отклоняющие пластины.

Ошибки при выборе и работе с осциллографом

Понимание, как пользоваться осциллографом, приходит только с практическим опытом работы, теоретических знаний недостаточно – нужно руками произвести все настройки, коммутацию и измерения. Цифровой прибор сильно облегчает процесс, но стоимость аппаратуры очень высока.

Важно! Не стоит приобретать старый советский прибор, т.к. погрешности измерений не дадут достоверных данных, откалибровать его уже не получится

Обязательно необходимо соблюдать технику безопасности: напряжение на ЭЛТ, как на кинескопе телевизора, – убить не убьет, но покалечить может

Паспорт и руководство описывают, как работать с осциллографом, но здравый смысл никто не отменял: экспериментировать нужно осторожно