Что такое осциллограф

Осциллограф. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Осциллограф представляет прибор, используемый для исследования временных и амплитудных параметров электрического сигнала, который подается на его вход, или непосредственно на экране, или записываемого на фотоленте. На сегодняшний день это один из самых распространенных типов контрольно-измерительных приборов, который наряду с мультиметрами позволяет производить производственные и научные исследования.

На сегодняшний день промышленность не стоит на месте. Создаются современные приборы, которые позволяют значительно сокращать время исследований и разработок. Они обладают значительным набором измерительных приложений, емкостным сенсорным дисплеем, глубокой памятью и высочайшей скоростью обновления сигналов на экране.

Виды

Всего имеется несколько типов приборов, которые различаются по характеристикам:
  • Аналоговые.
  • Аналогово-цифровые.
  • Цифровые запоминающие.
  • Устройства смешанных сигналов.
  • Виртуальные устройства.
По количеству лучей осциллограф может быть:
  • Однолучевой.
  • Двулучевой и так далее.

Число лучей может быть 16 и более (n-лучевой прибор имеет n сигнальных входов, в том числе может отображать на экране одновременно n графиков входных сигналов).

Приборы также классифицируются по принципу действия:
  • Электронный: аналоговый и цифровой.
  • Электромеханический: электродинамический, выпрямительный, электростатический, термоэлектрический, электромагнитный, магнитоэлектрический.
По развертке их можно поделить:
  • Специальный.
  • Запоминающий.
  • Стробоскопический.
  • Скоростной.
  • Универсальный.

Имеются также приборы, которые совместимы с иными измерительными устройствами. Это может быть не только автономное устройство, но и приставка, к примеру, компьютер, карта расширения или вовсе подключение к внешнему порту.

Устройство

Конструкция аналоговых устройств базируется на применении систем аналоговой горизонтальной развертки и электронно-лучевых трубок. Одним из главных блоков данных приборов являются генераторы линейно меняющегося напряжения пилообразной формы.

Аналоговый осциллограф имеет:

1) Делитель.
2) Лучевую трубку.
3) Блок питания.
4) Синхронизацию и отклонение.
5) Вертикальный усилитель.

  • Отклонение луча на экране определяется напряжение пластин. Трубки выделяются большим диапазоном частоты. Горизонтальная развертка функционирует от напряжения горизонтальных пластин по линейной зависимости. Верхняя граница частоты определяется усилителем и емкостью пластин. Нижний предел соответствует 10 герцам.
  • Для визуализации характеристик и формы в аналогово-цифровых приборах исследуемого сигнала используются системы аналоговой горизонтальной развертки, электронно-лучевые трубки, в том числе генераторы линейно изменяющегося напряжения. К тому же в конструкции приборов имеются встроенные запоминающие модули, которые используются для хранения изображения.
  • Запоминающие цифровые приборы применяют высокоскоростную оцифровку аналоговых сигналов, обеспечивают их хранение и выводят на жидкокристаллический индикатор, который применяется вместо электронно-лучевой трубки. Цифровой осциллографимеет преобразователь аналогового сигнала, усилитель, делитель, блок управления, память и блок выведения на ЖК панель.
  • Устройства смешанных сигналов быстро оцифровывают аналоговые сигналы, в том числе имеют функцию ввода цифровых последовательностей. Вся необходимая информация сохраняется в запоминающий модуль и выводится на жидкокристаллический монитор при необходимости.

Принцип действия

Аналоговые устройства для создания изображения на экране применяют электронно-лучевую трубку. В ней напряжение, которое подается на оси X и Y, заставляет точку передвигаться по экрану. На горизонтали можно наблюдать зависимость от времени, тогда как по вертикали идет отображение пропорциональное входному сигналу. В целом же сигнал усиливается и направляется на электроды, которые отклоняют по оси Y электронно-лучевой трубки с применением аналоговой технологии.

Цифровой осциллограф работает несколько по-другому:
  • Выполняется модификация входящего аналогового сигнала в цифровую форму.
  • Затем происходит его сохранение. Скорость сохранения зависит от управляющего устройства. Верхняя граница определяется скоростью преобразователя, при этом у нижней границы нет ограничений.
  • Преобразование сигнала в цифровой код позволяет повысить устойчивость отображения, сделать масштаб и растяжку проще, сохранить данные в память.
  • Использование дисплея вместо электронной трубки дает возможность отображать любые данные, в том числе выполнять управление прибором. У дорогостоящих приборов установлены цветные экраны, благодаря чему они дают возможность выделять цветом различные места, различать курсоры и сигналы иных каналов.
  • Синхронизацию можно наблюдать прямо перед включением развертки. Используемые процессоры обработки сигнала позволяют обрабатывать сигнал при помощи анализа преобразованием Фурье.
  • Информация в цифровом виде дает возможность записать экран с итогами измерения в память, в том числе распечатать на принтере. Большинство приборов имеют накопители, чтобы можно было записать изображения в архив и в дальнейшем произвести их обработку.

Применение

Осциллограф представляет измерительный прибор, при помощи него можно.

  • Определить значения напряжения сигнала (амплитуду) и временные параметры.
  • Измерив временные характеристики сигнала, удастся определить его частоту.
  • Наблюдать сдвиг фаз, происходящий при прохождении разных участков цепи.
  • Выяснить переменную (AC) и постоянную (DC), которые составляют сигнал.
  • Наблюдать искажение сигнала, который вносит определенный участок цепи.
  • Выяснить соотношение сигнал/шум, определить стационарность шума или его изменение по времени.
  • Понять процессы, которые происходят в электрической цепи.
  • Выяснить частоту колебаний и так далее.

Эти устройства преимущественно применяются в электронике и радиотехнике. Особенно важным элементом прибор используется в электромеханических сферах производства. Данное устройство выступает в качестве фиксирующего прибора, который наглядно отображает все колебания электрического тока, происходящие в определенном электрическом механизме. С помощью прибора можно найти помехи, а также искажения прохождения электрического импульса в самых разных узлах схемы.

Применение в диагностике и ремонте автомобилей

Применяются эти приборы и в других областях. Так они часто используются для определения неисправностей в системе исполнительных механизмов и иной диагностике. При помощи них даже можно диагностировать механические неисправности двигателя.

К примеру, осциллограф способен:
  • Выявить неисправный катализатор.
  • Определить соответствие установки задающего шкива коленвала по отношению к датчику положения коленчатого вала.
  • Выявить сильный подсос воздуха.
  • Наблюдать сигналы с датчиков системы, отслеживать их изменение.
  • Считывать коды неисправностей, сохраненные системой.
  • Указать идентификационные данные системы, ЭБУ.
  • Выполнить проверку работу исполнительных механизмов и так далее.

Естественно, что такой прибор должен иметь логический анализатор, специальное программное обеспечение и уметь выполнять дешифровку протоколов.

Как выбрать осциллограф

На рынке представлено множество самых разных моделей. Поэтому перед покупкой следует определиться:

  • Следует узнать, где будет применяться прибор?
  • Какова амплитуда измеряемых сигналов?
  • Сигналы в скольких точках схемы будет нужно измерять одновременно?
  • Необходимость измерения одиночных и периодических сигналов?
  • Необходимость сигналов в частотной области, функции быстрого преобразования Фурье и так далее?
При выборе следует обратить внимание на следующие параметры:
  • Количество каналов. Они будут влиять на число отображаемых независимых сигналов на дисплее. Их одновременное наличие позволит наблюдать за несколькими графиками, проводить их сравнение и анализировать. Для работы с простой техникой хватит 2-4 каналов. Наиболее продвинутыми являются приборы с функцией логического анализатора и 16 каналами.
  • Частота дискретизации будет влиять на число выборок сигнала в секунду, то есть на качество разрешения изображения на экране. Большее количество точек сигнала позволит построить более точное изображение. Данный параметр важен при измерении переходных и однократных процессов.
  • Тип питания. При работе с прибором на выезде или вдали от сети лучше покупать модель с аккумулятором. В остальных случаях лучше покупать измерительные приборы, работающие от сети.
  • Полоса пропускания. Следует учесть, что полоса пропускания должна в 3-5 раз быть выше значения частот исследуемых сигналов. Для простых усилителей звуковой частоты и цифровых схем достаточно параметра в 25 МГц. Для профессиональных исследований и радиочастотных схем будет нужно устройство с полосой пропускания порядка 100-200 МГц.
Почему не стоит использовать советские приборы

Сегодня вполне можно купить устройства, выпущенные 25-30 лет назад. Однако такой осциллограф лучше не использовать, ведь:

  • Для калибровки необходимо использовать подстроечники, которых полно и сверху и сбоку. Обеспечить точную настройку будет затруднительно.
  • Высохшие электролиты.
  • Вес.
  • Габариты и так далее.

Значения слова осциллоскоп. Что такое осциллоскоп?

Осциллоскоп

Осциллоскоп (от лат. oscillo — качаюсь и греч. skopéō — смотрю, наблюдаю), то же, что осциллограф; название «О.» употребляют редко, преимущественно в тех случаях…

БСЭ. — 1969—1978

ОСЦИЛЛОСКОП (oscilloscope) — электронно-лучевая трубка, применяющаяся для отображения возникающих в различных участках тела электрических волн. Осциллоскопы используются для длительной регистрации, например…

vocabulary.ru

Осциллоскоп (осцилло- + греч. skopeo рассматривать, наблюдать) прибор для визуального наблюдения электрического колебательного процесса, обычно на экране электронно-лучевой трубки; в медицине применяется для изучения биоэлектрических процессов.

Большой медицинский словарь. — 2000

ОСЦИЛЛОСКОП Электронный прибор для регистрации и выражения в визуальном виде формы волны изменений электрического тока, напряжения или любого другого измерения, которое может быть представлено как электрическое изменение.

Оксфордский словарь по психологии. — 2002

Русский язык

Осцилл/о/ско́п/.

Морфемно-орфографический словарь. — 2002

  • Слова из слова «осциллоскоп»
  • Слова на букву «о»
  • Слова, начинающиеся на «ос»
  • Слова c буквой «п» на конце
  • Слова c «оп» на конце
  • Слова, начинающиеся на «осц»
  • Слова, начинающиеся на «осци»
  • Слова, оканчивающиеся на «коп»
  • Слова, заканчивающиеся на «скоп»

Физический эксперимент в школе

Совершенствование школьного физического эксперимента — предмет творчества широкого круга учителей физики. Многие приборы, выпускаемые для школ промышленностью, были предложены учителямичпрактиками. Однако основным. способом внедрения в школьную практику предлагаемых учителями конструкций является их изготовление в условиях школы.
Во многих случаях учителя — изобретатели и рационализаторы предлагают новые опыты с уже известными приборами или дополнительные приспособления к существующему оборудованию, которые расширяют возможности школьного физического эксперимента, делают его более выразительным, повышают его учебный эффект.
С целью распространения опыта в области совершенствования школьного физического эксперимента издательство «Просвещение» периодически выпускает сборники «Физический эксперимент в школе», в которых публикуются статьи учителей и методистов.
Структура настоящего, пятого, выпуска сборника отличается от предыдущих тем, что в нем выделен самостоятельный раздел, посвященный лабораторному эксперименту.
Составитель сборника выражает искреннюю признательность С. А. Хорошавину, внесшему ряд ценных предложений по улучшению рукописи, а также благодарит Б. С. 3ворыкина, И. М. Румянцева, В. А. БуроваиС. Н. Красникова, замечания которых по отдельным статьям помогли в работе над сборником.
Замечания и предложения по данному сборнику просим направлять в редакцию физики издательства «Просвещение» по адресу: 129846, Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, д. 41.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
ОБЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО КАБИНЕТА
Г. С. Фестинатов, М. И. Гринбаум (Москва)
ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКАЯ ПРИСТАВКА
Для повышения наглядности демонстраций, проводимых с применением осциллографа, целесообразно применять приставку, позволяющую получить значительно большее поле изображения и соответственно большие масштабы осциллограмм.
Предлагаемая ниже приставка к осциллографу может быть выполнена в двух вариантах, каждый из которых обладает своими достоинствами.
Схема приставки, изготовляемой по первому варианту, приведена на рисунке 1.
Приставка состоит из электронно-лучевой трубки 31J1033B с диаметром экрана 315 мм, блока питания и потенциометров управления яркостью и фокусировкой луча.
Отклоняющие напряжения и напряжение гашения обратного хода луча подаются с помощью проводников с соответствующих точек «ведущего» осциллографа. Эти напряжения обычно выведены на специальный щиток, закрепленный на задней стенке осциллографа.
Основным достоинством приводимой схемы является ее простота. В схеме используется сравнительно простой трансформатор, который совместно с однополупериодной схемой умножения напряжения обеспечивает нормальное питание электронно-лучевой трубки.
Недостатком схемы является то, что переменные резисторы, регулирующие яркость и фокусировку, находятся под сравнительно высоким потенциалом относительно шасси. Для предотвращения пробоя и обеспечения безопасности работы с прибором необходимо крепить эти резисторы не непосредственно на шасси, а установить их на небольших панельках из изолирующего материала, например органического стекла. Панельки же в свою очередь крепятся на шасси. Оси переменных резисторов удлиняются с помощью стержней со втулками, выполняемыми также из пластмассы. Номиналы и параметры всех деталей приведены на схеме.
Конденсаторы блока умножения напряжения должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не менее 1500 в.
Полупроводниковые диоды можно взять типа Д218. Если таких диодов нет, то каждый из них можно заменить пятью последовательно соединенными диодами типа Д7Ж. Для равномерного распределения напряжения между последовательно соединенными диодами Д7Ж целесообразно каждый из них зашун-тировать резистором на 75 ком с мощностью рассеяния порядка 0,25 — 0,5 вт.
Схема приставки, собираемая по второму варианту (рйс. 2), несколько сложнее, но эта приставка позволяет получить на экране электронно-лучевой трубки 31J1033B большие размеры осциллограмм.
Если в качестве «ведущего» осциллографа используют осциллограф С1-1 или школьный осциллограф, то получают чувствительность 5 mmJmo, что значительно расширяет возможности демонстрационного эксперимента.
Как видно из схемы, для приставки собираются два парафаз-ных усилителя и усилитель импульсов гашения обратного хода луча. Каждый парафазный усилитель представляет собой двухламповую схему, собранную на лучевых тетродах 6П7С. Управляющая сетка одной из двух ламп через резистор малого сопротивления соединяется с общим минусовым проводом, в качестве которого используется корпус. На управляющую сетку второй лампы парафазного усилителя с потенциометра, регулирующего амплитуду, подается сигнал с одной из пластин «ведущего» осциллографа. Как видно из схемы, катоды обеих ламп усилителя имеют общий резистор, обеспечивающий связь по переменной составляющей между лампами.
Проследим за работой схемы. Допустим, что на управляющую сетку лампы подается нарастающее напряжение. Это приводит к увеличению тока через лампу, и потому напряжение на ее аноде уменьшается. Этим же током создается возрастающее падение напряжения на резисторе в катодной цепи, и поэтому ток через вторую лампу схемы уменьшается. В результате напряжение на аноде этой лампы возрастает. Таким образом на анодах ламп парафазного усилителя получаются одинаковые, но противофазные напряжения, которые поступают на соответствующие отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. Равенство отклоняющих напряжений достигается выбором величины сопротивления резистора катодной связи.
Рис. 3 7
0ба парафазных усилителя для отклонения луча по осям «X» и «У» собираются по одинаковым схемам.
Усилитель импульсов гашения обратного хода луча собран по обычной схеме и имеет небольшой коэффициент усиления (порядка 3).
В приставке предусмотрено перемещение луча вверх и вниз, вправо и влево, что необходимо для центровки изображения и для исследования какой-либо части осциллограммы.
Блок питания для второго варианта приставки несколько сложнее, чем для первого, так как необходимо еще постоянное напряжение порядка 500 — 550 в для питания анодных и экранных цепей парафазных усилителей. Его схема приведена на рисунке 3. Поскольку промышленностью не выпускаются электролитические конденсаторы с рабочими напряжениями, пригодными для использования в фильтре этого выпрямителя, то необходимо в каждой ячейке фильтра применять по два соединенных последовательно электролитических конденсатора. При монтаже выпрямителя нужно верхние. (по схеме) конденсаторы фильтра устанавливать на изолирующих панелях или для изоляции корпуса этого конденсатора от шасси ставить специальные шайбы.
В фильтре можно применить дроссель от телевизора «Рубин», используя одну из его обмоток. Могут быть использованы также дроссели от телевизора «Старт» и ему подобных.
В первом варианте приставки можно в качестве силового трансформатора использовать готовый силовой трансформатор от приемника «Урал» старых выпусков. У этого трансформатора повышающая обмотка имеет вывод от средней точки, который следует заизолировать. Вся обмотка используется в схеме умножения напряжения.
Трансформатор можно изготовить и самостоятельно. Сердечник набирают из железа Ш26; толщина набора 47 мм. Сетевая обмотка на 22(Ув содержит 860 витков провода ПЭВ-0,41.
Повышающая обмотка (612 в) содержит 2700 витков провода ПЭВ-0,1. Обмотка накала на 6,3 в состоит из 28 витков провода ПЭВ-0,76. Обмотка накала электронно-лучевой трубки изолируется от остальных обмоток двумя слоями лакоткани.
Если же предполагается изготовление приставки к осциллографу по второму варианту, то потребуется более мощный силовой трансформатор. Его наматывают на железе Ш32 при толщине пакета 42 мм.
Сетевая обмотка на 220 в должна содержать 866 витков провода ПЭВ-0,56; повышающая обмотка для питания электроннолучевой трубки изолируется от остальных обмоток двумя слоями лакоткани.
Габаритные чертежи шасси прибора, лицевой панели и кольца обрамления трубки приведены на рисунках 4 — 6. Общий вид прибора показан на рисунке 7. Для соединения с «ведущим» осциллографом на задней стенке шасси устанавливается щиток с винтовыми зажимами (клеммами).
В зависимости от того, какой вариант приставки собирается, устанавливают ту или иную систему зажимов. На щитке для приставки первого варианта устанавливают шесть зажимов (четыре зажима входа отклоняющих пластин, импульс гашения обратного хода луча и корпус), а для приставки второго варианта — четыре зажима (вход «X», вход «У», гашение обратного хода луча и корпус).
На том же щитке целесообразно установить выключатель сети и колодку предохранителя.
Подготовку к демонстрации с применением осциллографиче-ской приставки проводят в такой последовательности.
Располагают приставку экраном к классу (экран «ведущего» осциллографа должен быть виден учителю).
Выполняют все соединения между щитками приставки и «ведущего» осциллографа, следя за тем, чтобы надежно были соединены корпуса приборов.
Включают «ведущий» осциллограф и подают на него исследуемый сигнал. Манипулируя регулировками частоты, амплитуды синхронизации и усиления по обоим каналам, добиваются устойчивой осциллограммы.
После этого включают питание приставки и регулировкой яркости, фокусировки, центровки и усиления получают желаемую картину осциллограммы.
Включать питание приставки до подачи на ее вход отклоняющего напряжения не следует, так как если луч хорошо сфокусирован и яркость велика, то может быть разрушен люминофор экрана и электронно-лучевая трубка выйдет из строя.
А. Н. Богатырев (Москва)

Эксперименты с индуктивностью

Если же импульсы берутся от отдельного генератора, нужно будет просто подавать их на исследуемую цепь от него. При этом не забыть общий минус питания генератора соединить с клеммой «корпус» осциллографа.

И так, если мы соединим куском провода гнезда «У» и «Выход калибратора», включим калибратор на генерацию импульсов размахом 5V. При этом ручкой «V/дел» выставим «1», а ручкой «время/дел» выставим «0,2mS», вход переключим на переменное напряжение «~», на экране осциллографа будет видно примерно то, что показано на рисунке 1.

Рис. 1. Диаграмма на экране осциллографа.

То есть, прямоугольные импульсы. Для экспериментов с индуктивностью нужен переменный резистор сопротивлением 100 кОм (такой же, как в экспериментах с RC-цепью) и какая-нибудь катушка индуктивности. В качестве неё можно взять обмотку электромагнитного реле.

В этих конкретных экспериментах в качестве индуктивности была обмотка электромагнитного реле WJ-118-1C с обмоткой на 14V. Можно использовать и другое реле небольшой мощности, с обмоткой на 12-20V. Либо в качестве индуктивности использовать обмотку небольшого трансформатора или низкочастного дросселя.

Схема эксперимента

Соберем схему, такую как показано на рисунке 2. В ней импульсы от генератора (калибратора осциллографа) поступают на вход «У» (вход вертикального отклонения) осциллографа через индуктивность L1, а параллельно входу «У» включен переменный резистор R1. Он будет регулировать ток через индуктивность, который проходит от выхода калибратора (генератора импульсов) на корпус осциллографа.

Рис. 2. Схема эксперимента с осциллографом и индуктивностью.

Рис. З. Диаграмма.

Сначала резистор R1 нужно установить в положение максимального сопротивления. При этом, импульсы на экране осциллографа будут иметь вид как на рис.З. Обратите внимание на наличие выбросов (узких вертикальных полосок) на фронтах импульсов. За счет этих выбросов общая амплитуда импульса немного увеличится. Этот выброс является следствием ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке индуктивности.

Если начать поворачивать рукоятку переменного резистора R1, его сопротивление будет уменьшаться, и при этом, амплитуда импульсов будет уменьшаться. При этом быстрее всего будет уменьшаться амплитуда выбросов, а не сами импульсы. Пока выбросы совсем не исчезают. Фронты будут сглаживаются, скругляться и сначала приобретают вид, как на рисунке 4. При этом амплитуда существенно снижается.

Рис. 4. Новый вид диаграммы эксперимента.

Происходит это из-за того, что реактивное сопротивление индуктивности и активное сопротивление резистора образуют делитель напряжения, поступающего на вход осциллографа. И, кроме того индуктивность, в следствие ЭДС самоиндукции, вносит задержку в протекание тока через нее. Эта задержка и создает сглаживание фронтов.

Продолжая уменьшать сопротивление R1, выкручиваем ручку переменного резистора еще сильнее, — амплитуда импульсов сильно снижается, и они уже приобретают вид, показанный на рис. 5.

Рис. 5. Измененная диаграмма на экране осциллографа.

Но, при дальнейшем повороте R1, амплитуда начинает снижаться, и в какой-то момент приобретает вид, показанный на рисунке 6.

Рис. 6. Искажение при повороте резистора R1.

В самом крайнем положении, когда сопротивление R1 равно нулю, импульсы пропадают (это и не удивительно, ведь R1, в состоянии нулевого сопротивления, фактически замкнул вход осциллографа).

This entry was posted in Ремонт. Bookmark the <a href="https://kabel-house.ru/remont/chto-takoe-ostsillograf/" title="Permalink to Что такое осциллограф" rel="bookmark">permalink</a>.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *