Что такое осциллограф?
Напечатать
Осциллограф: виды, принцип работы, применение
Осциллограф находит широкое применение в электронике. Он подходит для использования в лабораторных, научных, прикладных целях и представляет собой электронное устройство, которое может измерять электросигналы в цепи, а также позволяет наблюдать за ними. При помощи аппарата можно определять параметры колебаний, что нужно для оценки функционирования различной техники.
История создания осциллографа восходит к 1880 году. Именно тогда инженер Жюль Франсуа Жубер предпринял первую пробу автоматизировать определение колебательных процессов. Изначально устройства являлись аналоговыми, и только в 80-х годах прошлого века в радиоэлектронике появились цифровые осциллографы.
Конструкция и принцип работы осциллографа
Чтобы понять, как действует осциллограф, для начала определимся с его конструкцией. Устройство аппарата включает в себя такие компоненты:
- блок питания;
- электронно-лучевая трубка;
- канал лучевой модуляции;
- канал горизонтального/вертикального отклонения;
- прибор синхронизации.
Управление показателями импульса и его демонстрация на мониторе осуществляется посредством регуляторов. Аналоговые устройства не имели дисплея, а изображения отображались на фотолентах.
Как работает осциллограф
После включения аппарата происходит передача импульса на вход канала вертикального отклонения, который отличается повышенным входным сопротивлением. Аналогичная работа наблюдается у вольтметра, используемого для замеров напряжения в электросети. Но нужно учитывать, что вольтметр не способен отображать временный график колебаний замеряемых параметров. После того, как сигнал был подан на вход, его постепенно усиливают до нужного уровня. Наблюдать за ним можно на мониторе по вертикальной оси. Усиление сигнала необходимо для эффективного функционирования преобразователя либо отклоняющей системы лучевой трубки. Благодаря повышению параметров можно корректировать масштаб отражения колебаний на дисплее, меняя его от малого до большого.
Особенности устройства
Ключевая особенность цифровой модели состоит в наличии дисплея и преобразователя аналогового сигнала. Прибор оснащается встроенной памятью, которая позволяет сохранять информацию о полученных результатах. Частично данные колебаний подвергаются автоматическому анализу и демонстрируются уже обработанными. В отличие от цифрового, аналоговый аппарат не способен запоминать информацию, а отображает ее лишь в режиме реального времени.
Еще одна особенность устройства состоит в повышенной чувствительности лучевой трубки к электроимпульсам. Восприимчивость повышается со снижением часто колебаний. Число лучей в современных трубках варьируется от 1 до 16-ти. Исходя из их количества, определяется численность входов сигнала и одномоментно отображаемых графиков.
Одним из элементов конструкции прибора является развертка. Под ней понимают траекторию перемещения луча, улавливающего колебания и отображающего изображения на мониторе. Она может иметь различную форму – круглую, в виде эллипса. Регулировка показателей развертки осуществляется с учетом сигнала по горизонтальной оси.
Блок питания в аппарате функционирует с напряжением 220 В. Помимо стационарных моделей, производители предлагают мобильные устройства, которые оснащаются аккумуляторами.
Классификация
В зависимости от принципа своей работы все устройства делятся на цифровые и аналоговые. Также предлагаются комбинированные приборы. В последние годы широкое применение находят виртуальные осциллографы, в которых вместо обычного экрана применяется компьютерный дисплей.
Отдельные модели могут функционировать по электромеханическому принципу, а именно:
- электростатическому;
- термоэлектрическому;
- выпрямительному;
- электродинамическому;
- магнитоэлектрическому;
- электромагнитному.
Осциллограф может быть самостоятельным устройством или функционировать в тандеме с другой аппаратурой. В последнем случае он стоит дешевле, но является зависимым от внешних источников.
Разновидности развертки
Линейная развертка в различных рабочих режимах устройства может иметь некоторые отличия. В частности, она бывает следующих видов: Однократная – сопровождается одиночным запуском генератора и его последующей блокировкой. Обычно используется для определения неповторяющихся импульсов. Автоколебательная – сочетается с периодическим запуском генератора в случае отсутствия импульсов. Подходит для оценки регулярных периодических сигналов. Ждущая – работает с запуском генератора сразу же после импульса. Используется для определения редких сигналов.
Какие процессы измеряет осциллограф?
В зависимости от определяемых процессов осциллографы имеют следующие разновидности:
- Универсальные – применяются для любых измерений.
- Скоростные – подходят для наблюдения за процессами с повышенной скоростью.
- Специальные – оснащаются компонентами для применения в определенных целях (к примеру, телевизионные модели).
- Запоминающие – способны сохранять готовые изображения, подходят для оценки редких единичных процессов.
- Стробоскопические – обладают повышенной чувствительностью и позволяют исследовать повторяющиеся кратковременные сигналы.
Сфера применения
Осциллографы используются преимущественно в радиоэлектронной сфере. Их применение позволяет получать такие данные:
- частота колебаний с фиксацией временных параметров работы аппарата;
- временные показатели колебаний, напряжение;
- процессы в цепи;
- постоянные, переменные значения колебаний;
- искажение сигналов на отдельных участках электроцепи, смещение фаз.
Простые замеры сигналов можно выполнять при помощи мультиметра, но осциллограф считается более эффективным устройством и подходит как для прикладных, так и для исследовательских целей. Его можно использовать в настройках электроники, например – для регулирования телевизионных сигналов, а также при проведении ремонта блоков питания.
Часто осциллографы применяют в ремонте транспортных средств. Благодаря их использованию можно ознакомиться с информацией относительно работы датчиков положения, распредвалов или коленвалов. Устройства предоставляют данные о неполадках проводки или свечей, сигналах на катушке, поломках диодного моста на генераторе.
Некоторые медицинские аппараты, такие как энцефалографы или кардиографы, также работают по принципу измерения электрических сигналов.
Метод измерений
В процессе работы аппарат проводит измерение напряжения и создает график с отображением амплитуды электрических колебаний. Если используется цифровая модель, она выполняет сохранение полученных данных и впоследствии может к ним возвращаться. Отображение колебаний осуществляется в двухмерной координатной системе. Время отображается по горизонтальной оси, а напряжение – по вертикальной. При подаче напряжения на мониторе можно увидеть один или несколько амплитудных графиков. Если входящие импульсы отсутствуют, на экране отображается «нулевая» горизонтальная линия.
В зависимости от формы график колебаний может выглядеть как:
- меандр;
- синусоида, в том числе затухающая;
- пила;
- треугольник, прямоугольник;
- импульс, включая комплексный;
- перепад.
Стабильность изображения обеспечивается блоком синхронизации. Чтобы колебания отображались циклично, нужно установить стартовые значения, в отношении которых будут демонстрироваться все скачки напряжения.
Как подобрать осциллограф
Чтобы выполнить правильный выбор прибора, следует определиться с его назначением. Важно понять, насколько регулярно он будет применяться, какие импульсы будет исследовать. При покупке принимайте во внимание число точек для одновременных замеров, а также периодичность или одиночность колебаний.
Число каналов
В зависимости от числа каналов аппараты делятся на одноканальные, простые (от двух до четырех каналов) или продвинутые (до 16-ти каналов). При использовании нескольких каналов можно проводить одновременный анализ всех поступающих импульсов.
Способ питания
Если замеры будут производиться только в мастерской, лучше отдавать предпочтение стационарным моделям, которые функционируют от электросети. Они отличаются большей надежностью и обеспечивают лучшую стабильность в работе. Если измерения нужно проводить с выездом на объекты, рекомендуется выбирать осциллографы с аккумулятором, которые обеспечивают более комфортные наблюдения в любом месте.
Частота дискретизации
Данный показатель играет важную роль при исследовании переходных или одиночных процессов. Чем больше его значения, тем выше точность изображения импульса на мониторе.
Полоса пропускания
Если планируется проводить простые замеры усилителей или цифровых схем, достаточно частоты в 25 МГц. Более сложные наблюдения требуют улучшенной полосы пропускания – вплоть до 500 МГц. Следует учитывать, что частота изучаемых импульсов должна быть примерно в 3–5 раз ниже, чем величина полосы пропускания.
Настройки аппарата
Прежде чем использовать осциллограф, его необходимо откалибровать посредством прямоугольных сигналов, которые находятся на корпусе генератора. Для этого выполняют подсоединение сигнального щупа к выходу калибровки и осуществляют тщательную проверку всех параметров и опций. В настоящее время осциллографы постоянно применяются в электронной сфере. Пользователям предлагается большой выбор моделей, которые позволяют проводить эффективные наблюдения за электрическими колебаниями. Купить подходящий осциллограф можно в интернет-магазине PartsDirect. Вы можете заказать доставку или купить осциллограф в наших розничных магазинах.