Зачем нужен осциллограф

DS-1250

Часто, произнося это слово в присутствии человека, не связанного с радиоэлектроникой, мне начинало казаться, что я произнес какое-то очень завораживающее слово. В глазах собеседника сразу появлялось удивление и заинтересованность, и он начинал смотреть на меня как на какого-то мага или волшебника. Так что же это за прибор, который делает человека, занимающегося электроникой, фактически Гарри Поттером?

Основное предназначение осциллографа — изобразить форму измеряемого электрического сигнала (его напряжения), и он становится относительно простым в использовании прибором уже после первого с ним знакомства (хотя куча всяких ручек и кнопочек на нем может вогнать в ступор кого угодно). Фактически, осциллограф рисует нам двухмерный график зависимости напряжения от времени, где по горизонтальной оси X мы наблюдаем время, по вертикальной Y — напряжение. Или как еще говорят, осциллограф делает временную развертку сигнала. Интенсивность (или яркость) сигнала на дисплее можно представить в виде третьей оси Z.

Оси осциллографа

Оси осциллографа

Итак, осциллограф — это измерительный прибор, который позволяет:

  • Определить временные параметры и значения напряжения сигнала (его амплитуду)
  • Замерив временные характеристики сигнала, можно вычислить его частоту
  • Наблюдать сдвиг фаз, который происходит при прохождении различных участков цепи
  • Наблюдать искажение сигнала, вносимые каким-то участком цепи
  • Можно выяснить постоянную (DC) и переменную (AC) составляющие сигнала
  • Можно выяснить соотношение сигнал/шум и является ли шум стационарным, или же он изменяется во времени

Еще раз повторюсь, что хотя мы и можем измерять некоторые из параметров исследуемого сигнала, его напряжение (амплитуду), частоту, сдвиг фаз, но именно форма сигнала зачастую позволяет понять процессы, происходящие в электрической цепи.

Рассмотрим пример осциллограммы электрического сигнала — это то, что показывает осциллограф.  Картинка идеализирована, работая с реальными приборами таких идеально ровных линий увидеть не получится (из-за чего это происходит я расскажу несколько позже).

Осциллограмма

Осциллограмма

В нашем случае мы наблюдаем периодический сигнал, у которого отсутствует постоянная составляющая (равна нулю), и мы имеем переменную составляющую в форме прямоугольных импульсов. Действующее (эффективное) значение напряжения (Vrms, среднеквадратичное значение) в данном частном случае совпало с амплитудой сигнала, хотя в общем случае, это не так (действующее значение будет меньше амплитудного). К слову, вольтметры измеряют именно действующее значение напряжения (простенький цифровой вольтметр показывает вообще некоторое средневыпрямленное значение, такое, что при измерении синусоидального сигнала оно равно действующему значению). Хотя есть вольтметры, измеряющие именно амплитудные (пиковые) значения сигналов, вне зависимости от формы сигнала (в них используются пиковые детекторы). К теме работы вольтметров, я обязательно еще вернусь в своих публикациях.

Глядя на полученную осциллограму, можно заметить, что мы имеем:

  • периодический сигнал прямоугольной формы
  • он принимает значения как положительной, так и отрицательной полярности (вольтметр просто показал бы какое-то число)
  • сигнал изменяется в пределах от -6В до +6В (чувствительность по вертикали 2В/деление)
  • длительность отрицательного полупериода равна длительности положительного полупериода

Не так уж и мало информации мы получили, глядя на экран осциллографа!

При помощи многоканального осциллографа можно одновременно наблюдать сигналы в различных точках схемы и смотреть, как они между собой соотносятся. Например, на входе и выходе усилителя. Мы можем посмотреть сигнал на входе и сигнал на выходе, выяснить какие искажения в форму сигнала вносит наш усилитель, как изменилась его амплитуда, какова временная задержа (сдвиг фаз). Как правило, увеличение количества входов осциллографа значительно сказывается на его стоимости. На практике, при разработке, отладке, настройке или ремонте цифровых и аналоговых устройств оптимальным, я считаю, наличие в своем арсенале двухканального осциллографа.

В ближайшее время я планирую рассказать о том, как выбрать подходящий для ваших задач осциллограф, на какие характеристики следует обращать внимание, как устроены различные типы осциллографов и покажу, как с этим чудо-прибором работать. Следите за новостями!

 

Как вы оцениваете эту публикацию? 1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (42 голосов, средняя оценка: 4.74 из 5)
Loading ... Loading ...

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

4 комментария к записи “Зачем нужен осциллограф”

  1. Сергей пишет:

    Здравствуйте, возникла такая необходимость. на одном приборе мы замерили осциллографом сигнал, получили его форму. Как можно и можно ли подать на вход Ардуино такой сигнал? как сгенерировать его и какими инструментами подать на вход ардуино, чтобы на выходе при попадании именно этого сигнала, выполнялось какое то действие.

    Спасибо за помощь.

    • Сергей, здравствуйте. Не могу однозначно ответить на ваш вопрос.

      Какую форму имеет изучаемый сигнал (прямоугольный, треугольный, синусоида, более сложная форма)? Какую амплитуду имеет сигнал? Подробнее в статье. Какова ширина спектра этого сигнала? На вход Ардуино можно подавать сигналы с амплитудой, не превышающей напряжение питания микроконтроллера. Если амплитуда сигнала превышает напряжение питания, как вариант, подавать его через делитель напряжения. Если сигнал имеет амплитуду и спектр, находящиеся в допустимом диапазоне, то его можно «оцифровать» при помощи Arduino, используя аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера. Подробнее в статье.

      Сгенерировать сигнал любой формы можно, используя прибор под названием функциональный генератор (генератор функций). Также для генерации сигналов произвольной формы можно использовать микроконтроллер. Для этого нужно представление сигнала в оцифрованном виде (набор точек). Микроконтроллер имеет выходы широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM). Берем первое значение сигнала, при момощи ШИМ формируем требуемое значение, подаем его на выход с RC-фильтром. Затем берем вторую точку, опять формируем значение при помощи ШИМ, сглаживаем. Берем третью точку данных,... Как альтернатива, для генерации сигнала можно использовать параллельный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В любом случае, нужно учитывать частотный диапазон формируемых сигналов (у микроконтроллера существуют частотные ограничения по входам и выходам).

      Возможно, ваш сигнал — цифровой (выглядит как набор прямоугольных импульсов). Тогда задача по его распознанию значительно проще.

      Нужно учесть, что практически всегда присутствуют шумы и вы практически никогда не увидите двух абсолютно одинаковых аналоговых сигналов.

      • Анатолий пишет:

        Андрей. Можно ли использовать осциллограф как терморегулятор? Извините если это глупый вопрос. Очень нужен Ваш совет.

        • Как терморегулятор — вряд ли. Любой регулятор подразумевает, что есть измеритель какой-то величины и исполняющее устройство, которое эту величину может изменять. Осциллограф — это измерительный прибор, измеряющий электрические параметры токов и напряжений и изображающий их форму. Чтобы измерить температуру, используя прибор, предназначенный для работы с электрическими величинами необходим какой-то преобразователь температуры в напряжение (датчик температуры). Используя осциллограф можно посмотреть форму напряжения на выходе термодатчика, которое будет зависеть от температуры. Однако совершить какие-то действия при помощи осциллографа для того, чтобы эту температуру изменить — нельзя. В качестве терморегулятора можно использовать ПИД-контроллер. Подробнее про ПИД-регулирование можно посмотреть мои слайды.

Оставить комментарий