Как пользоваться осциллографом: для чего нужен, как с ним работать, принцип действия и устройство

Для чего предназначен осциллограф

Осциллограф используется электронщиками и радиолюбителями для измерения:

• амплитуда электрического сигнала — это соотношение между напряжением и временем;
• анализировать фазовый сдвиг;
• увидеть искажение электрического сигнала;
• рассчитать частоту тока по результатам.

Несмотря на то, что осциллограф демонстрирует характеристики анализируемого сигнала, его чаще всего используют для выявления процессов, происходящих в электрической цепи. Благодаря осциллограмме специалисты получают следующую информацию:

• форма периодического сигнала;
• значение положительной и отрицательной полярности;
• интервал изменения сигнала во времени;
• продолжительность положительного и отрицательного полупериода.

Большинство этих данных можно получить с помощью вольтметра. Однако тогда вам нужно будет проводить измерения каждые несколько секунд. В то же время высока вероятность ошибок в расчетах. Работа с осциллографом значительно экономит время, необходимое для получения необходимых данных.

Порядок проведения измерений

Настройка

У начинающих пользователей обращение с осциллографом на первых порах вызывает определенные трудности, так как это устройство имеет множество типов регуляторов и настроек. Чтобы понять функциональность измерительного прибора, его необходимо сначала перестроить, соблюдая следующие правила:

• После включения устройства в первую очередь следует убедиться, что на его экране есть горизонтальная полоса прокрутки;

Важно! Если полоса плохо видна и сильно размыта, с помощью регуляторов «Фокус» и «Яркость» доведите ее до нужной формы (она должна быть светлой, тонкой и четко различимой на темном фоне).

• При ее отсутствии необходимо сначала увеличить яркость луча, а затем попытаться найти его след на экране, поворачивая ручки перемещения влево и вправо (вверх или вниз);
• Если это не помогает, поверните ручки синхронизации («Уровень», «Стабильность»), чтобы получить стабильное изображение;
• Далее необходимо перестроить его на сетке шкалы (разместить в центре), затем прикоснуться пальцами к измерительному наконечнику кабеля и убедиться, что на нем появляются небольшие шумы.

На этом настройка устройства завершена.

Измерение

Чтобы получить желаемое изображение на экране, сначала необходимо определить примерные значения частоты и амплитуды напряжения, действующего в цепи (если это возможно). После этого выполняются следующие операции.

Сначала ручки переключателей «Амплитуда» («Усиление») и «Продолжительность» устанавливаются в положение, соответствующее ожидаемому размаху и частоте измеряемого сигнала.

Следовательно, если он имеет ожидаемую амплитуду в единицах вольт и частоту порядка одного МГц, носик ручки «Gain» помещается перед делением на 1 вольт (или немного больше).

В то же время ручка сканирования установлена ​​на отметку 1 мс, что соответствует одному мегагерцу (F = 1 / T = 1 / {1/1000000 сек} = 1 МГц).

Дополнительная информация. Заданные вручную значения амплитуды и частоты определяют «цену» разделения графической разметки, доступной на экране (по вертикали и горизонтали соответственно). Например, при амплитуде исследуемого сигнала 3 Вольта на экране он будет занимать 3 ячейки по вертикали.

Если эти значения заранее неизвестны, во время измерения может появиться «непрерывный» сигнал, форму которого невозможно определить сразу. Для устранения этой неоднозначности следует произвести несколько переключений ручкой «Развертка», после чего в определенном положении сигнал должен приобрести удобную для восприятия форму.

Это может быть синусоида, импульс или сложная, но четко выраженная кривая.

Измерение параметров сигнала

После того, как прибор настроен и откалиброван на сетке, полученное изображение можно рассматривать как нормальное графическое представление сигнала. Это означает, что его можно исследовать на предмет соответствия заданным параметрам (например, синусоидальные искажения), а также измерить приблизительные значения его амплитуды и частоты.

Измерение параметров импульсного сигнала

Возьмем, к примеру, рассмотренную ранее модальность, когда предел измерения для уровня составляет 1 Вольт, а по частоте он соответствует 1 микросекунде. В этом случае амплитуда сигнала определяется следующим образом:

• Во-первых, получившееся изображение размещается строго по центру графической сетки;
• Затем ручка «Gain» перемещается в крайнее правое положение, соответствующее точному значению выбранной шкалы (1 Вольт);
• Далее шкала измеряет количество ячеек, занятых сигнальным изображением, после чего оно умножается на цену одного деления.

Итак, если вертикальное изображение заняло 3 ячейки, то можно сказать, что амплитуда измеряемого сигнала равна трем вольтам.

Примечание! Те же манипуляции производятся с частотой измеряемого синусоидального напряжения, но только в этом случае за горизонтальную шкалу принимаются показания его развертки (1 МГц).

При измерении частоты изображение приводится к форме, удобной для восприятия, так что заданное количество полных поворотов может уместиться в одной ячейке шкалы (при повороте ручки «развертка» вправо). Например, если таких периодов три, частота сигнала составляет три мегагерца.

В заключение отметим, что с помощью двухлучевого осциллографа можно определить такой показатель, как фаза сигнала, измеренная относительно второго колебательного процесса. Для этого достаточно совместить начальные точки обоих исследуемых процессов и измерить задержку одного из них по горизонтальной шкале разметки.

Фазовый сдвиг

Применение

Осциллографы по сути похожи на вольтметры. Разница в том, что осциллограф может не только визуализировать напряжение, но и исследовать изменение его длительности.

Осциллографы широко используются в электронных механизмах для изучения их работы и изменения их параметров. А также для ремонта элементов и агрегатов в различных электроприборах.

Устройство помогает диагностировать отказы большого количества автомобильных датчиков положения распредвала и коленчатого вала. А также дефекты в работе катушек и свечей зажигания.

Принцип работы осциллографа довольно сложно понять, не зная основных конструктивных элементов этого прибора и их функций. Эта информация поможет вам научиться использовать осциллограф для диагностики проблем с помощью различных инструментов. Ведь без использования осциллографа ремонт некоторых сложных устройств невозможен.

Возможности двухканального прибора

Двухлучевой осциллограф используется, когда необходимо измерить сдвиг фаз относительно друг друга для отображаемых сигналов. На экране есть графическое изображение того же цвета, поэтому для наглядности имеет смысл разделить амплитуды.

Развертка

Перемещение луча ЭЛТ по горизонтальной оси при отсутствии исследуемого сигнала на информационных входах называется разверткой; при применении он будет перетаскиваться через промежуток времени.

Принцип работы регулятора развертки

Развертка создается с помощью генератора, работа которого зависит от выбранного режима внутренней или внешней синхронизации. Внутренний — частота устанавливается вручную или синхронизируется с сетью, внешний — генератор запускается входным импульсом, различают активацию фронта, спад или от внешнего источника. Регулятор развертки используется для увеличения / уменьшения периода отображения сигнала.

Блок управления параметрами синхронизации

Он позволяет установить значение напряжения рассматриваемого сигнала и момент (вверх / вниз), в который должен быть запущен генератор. Правильная настройка даст стабильное изображение, что важно для сбора данных.

Читайте также: самодельное устройство для проверки стабилитронов

Совет. Погрешность измерения зависит от стабильности изображения: оно должно быть качественным.

Принцип действия осциллографа

Осциллограф производит измерения с помощью электронно-лучевой трубки. Это лампа, которая фокусирует анализируемый ток в виде луча. Он попадает в экран устройства, отклоняясь в двух перпендикулярных направлениях:

• вертикальный — показывает исследуемое напряжение;
• по горизонтали — показывает прошедшее время.

Две пары пластин ЭЛТ отвечают за отклонение луча. Стоящие вертикально всегда возбуждены. Это помогает распределять противоположные полюсные ценности. Положительное влечение отклоняется вправо, отрицательное — влево. Поэтому линия на экране устройства движется слева направо с постоянной скоростью.

К горизонтальным пластинам также подается электрический ток, который отклоняет ориентировочное напряжение луча. Положительный заряд — вверх, отрицательный — вниз. Затем на дисплее прибора появляется двумерный линейный график, называемый осциллограммой.

Расстояние, пройденное лучом от левого края до правого края экрана, называется разверткой. Горизонтальная линия отвечает за время измерения. В дополнение к стандартной двухмерной линейной диаграмме также доступны круговые и спиральные сдвиги. Однако пользоваться ими не так удобно, как классическими осциллограммами.

Ошибки при выборе и работе с осциллографом

Понимание того, как пользоваться осциллографом, приходит только с практическим опытом, теоретических знаний недостаточно — нужно производить все настройки, переключения и измерения своими руками. Цифровое устройство значительно облегчает процесс, но стоимость оборудования очень высока.

Важно! Не стоит покупать старый советский прибор, потому что погрешности измерений не дадут достоверных данных, откалибровать его уже не получится.

обязательно соблюдать технику безопасности: напряжение на ЭЛТ, например, на телевизионном кинескопе, не убивает, но может парализовать. В паспорте и мануале описано, как работать с осциллографом, но здравый смысл не стерся — экспериментировать нужно внимательно.

Работа с измерителем

Калибровка выполняется перед использованием осциллографа. Для этого выводы подключаются ко входу усилителя (отклонение луча в вертикальной плоскости) и общей клемме, обозначенной как земля. Если вы используете ЭЛТ, вам нужно подождать, пока экран нагреется после включения. Затем необходимо выполнить следующие действия:

1. Ручка регулировки темпа установлена ​​на деление, соответствующее 1 мс / дел.
2. Ручка Volt / Div установлена ​​в положение 0,5V / Div.
3. Управление импульсом синхронизации перешло в режим «авто». Если эта позиция не указана, выбирается внутренняя синхронизация и устанавливается тип сигнала — переменная.
4. Поворачивая регуляторы положения луча (вверх / вниз и влево / вправо), установите режим «Авто» или просто посмотрите на луч на экране.
5. Переключатель типа сигнала установлен в положение GND).
6. Общий зонд подключается к специальному заземляющему контакту корпуса устройства. Если в осциллографе такого контакта нет, зажим щупа кладут на любую неизолированную металлическую часть корпуса.
7. Переключатель типа сигнала перемещается в нейтральное положение для соединения контакта с землей. Если такого переключателя нет, зонды замыкаются между собой.
8. Используйте ручки регулировки по вертикали и горизонтали, чтобы установить радиус по центру экрана.
9. Если устройство имеет переключатель «Тип сигнала», он устанавливается в положение измерения постоянной формы волны или зонд просто отсоединяется от земли.
10. Переключение шкалы «Вольт / деление» приводит к полноэкранному развитию сигнала, что увеличивает точность наблюдений.
11. С помощью измерительных проводов начинаются необходимые исследования путем корректировки, если необходимо, шкалы «Вольт / деление».

Поэтому использование осциллографа позволяет выполнять операции по установке и ремонту сложных приборов, которые невозможно выполнить с помощью тестера. Работать на современном приборе не намного сложнее, чем измерения мультиметром.

Анализ марок и производителей осциллографов: цена

По всему миру производством осциллографов занимается большое количество компаний, выпускающих приборы разной степени точности, сложности и стоимости. Выбирая прибор, в первую очередь следует руководствоваться его назначением и типом измерений, которые будут с ним производиться.

Осциллограф Tektronix TBS1032B — современная и компактная модель

Обзор наиболее популярных марок осциллографов с указанием их примерной стоимости в нашей стране представлен в таблице.

Модель осциллографа	Режиссер	Основные особенности	Ориентировочная стоимость, руб
TBS1032B	Tektronix	2 канала x 34 МГц	41000
4122 / 2В	AKIP	2 канала x 100 МГц	47000
190-062	Fluke	портативный 2 канала x 60 МГц	140 000
XDS3102A TS	Owon	сенсорный экран Wi-Fi, 2 канала, 100 МГц, 1 Гв / с, 12 бит	60 000
ОСУ-10А	Шанхайский МКП	аналог 1 канал 10 МГц	13000

Как подключить импортный осциллограф

необходимо внимательно прочитать руководство пользо