Выбираем осциллограф

Для измерения параметров электрического тока учеными изобретено несколько разновидностей приборов: вольтметр измеряет напряжение, амперметр – силу тока. Можно воспользоваться мультиметром – тестером, обладающим широким функционалом и способным выдавать на экран различные, не только электрические характеристики, но и, например, температуру. Но все эти измерители отображают значение параметра на данный момент времени. А как быть, если нужно видеть характер изменения величины во времени? Можно воспользоваться вольтметром, отслеживая движение стрелки на стрелочном приборе или отображение чисел на цифровом устройстве. Но картина будет очень приблизительна, на нее будут оказывать влияние частота дискретизации, погрешность измерителя, имеющиеся программные проблемы. Для диагностики быстроизменяющихся сигналов специалисты выбирают осциллограф. Картинка (осциллограмма) на его экране позволяет оператору улавливать изменения, происходящие с сигналом за тысячные доли секунды.

Что такое осциллограф?

В 1893 году французский физик Андре Блондель, внесший большой вклад в развитие науки, придумал новое устройство – осциллограф, заменившее стробоскоп, использовавшийся ранее для отслеживания изменений сигнала во времени. Для названия прибора были использованы два слова: осцилл – качаться (латынь) и графо – писать (древнегреческий). При внимательно рассмотрении становится понятно, что простейший осциллограф это вольтметр, к которому подключен кинескоп. Входной сигнал отображается на экране в виде движущейся светящейся волнообразной кривой. По форме линии, быстроте ее изменения можно судить о форме и поведении сигнала. Линия отображается на сетке, проградуированной в секундах (по горизонтали) и Вольтах (по вертикали).

Таким образом, работающий с осциллографом специалист может не пользоваться вольтметром, частотомером, амперметром, омметром. Необходимые ему параметры можно получить, изучая сигнал и рассчитывая нужную величину по закону Ома и другими физическим формулам.

Область применения осциллографов

За прошедшие два с лишним столетия прибор претерпел множество модификаций и изменений. Современный осциллограф имеет широкий спектр использования в радиоэлектронике, научно-исследовательских и производственных лабораториях, ремонтных и сервисных мастерских. Использование специального дополнительного оборудования (преобразователей) позволяет преобразовывать в электрический сигнал волны любого рода, которые также можно изучать при помощи осциллографа. Поэтому, данное устройство сегодня можно встретить в самых различных областях науки и техники. Однако есть несколько сфер, где он используется чаще всего.

Осциллограф в электронике

Первая мысль, приходящая в голову, что такое устройство непременно будет востребовано в электронике. Глядя на экран дисплея можно не только понять, что какой-то элемент работает, но и наглядно увидеть как именно, с какой частотой, правильно ли подобран его тип, выбран режим работы и так далее. Осциллограф требуется не только для наладки оборудования, но и при разработке, проектировании нового быстродействующего оборудования.

Осциллограф в ремонте

Большинство современных бытовых приборов оснащены электронными блоками (питания, управления и так далее). И если проверить работоспособность отдельных элементов (резисторов, транзисторов, индуктивных катушек и так далее) можно с помощью мультиметров универсальных тестеров, то для диагностики микросхем, импульсных преобразователей необходим такой прибор, как осциллограф.

Ремонт автомобилей

Современный автомобиль – сложная конструкция, в которой так же есть электрическая система, электронные блоки и компоненты. Диагностика и выявление неисправностей системы зажигания, впрыска топлива, диодного моста генератора, свечей, положения распределительного и коленчатого валов, оборудованных специальными датчиками, невозможны без использования осциллографа.

Классификация осциллографов

На полках современных магазинов, страницах интернет-магазинов, предлагающих потребителям различное измерительное оборудование представлен широкий выбор различных моделей. Решить какой осциллограф лучше без специальных знаний бывает довольно затруднительно.

Первое, что должен знать пользователь, перед тем как выбрать осциллограф, это разделение всего разнообразия моделей на несколько видов, типов, классов.

По способу выведения информации их делят на две категории: с периодической и непрерывной разверткой. В первом случае прибор позволяет наблюдать поведение сигнала непосредственно на экране. Их разделяют на стробоскопические, универсальные, высокоскоростные, специализированные, с возможностью запоминания и так далее. Модели второго типа регистрируют получаемую кривую на фотоленте. По количеству лучей из подразделяют на одно-, двух-, трехлучевые. Есть даже 16-тилучевые (или с большим количеством лучей) приборы. Но чаще всего осциллографы классифицируют по принципу действия. В этом случае выделяют следующие несколько видов.

• Аналоговые
  Наибольшее распространение и по сегодняшний день имеют осциллографы аналогового типа, несмотря на то, что некоторые пользователи считают их устаревшими. Предпочтение, которое им отдают, оправдано наличием у них такого преимущества, как низкая стоимость. Кроме того, благодаря постоянному развитию технологий разработчики оснащают их новыми возможностями, расширяют их функционал.

• Цифровые
  Предлагают больше опций, чем аналоговые модели. Их высокая цена компенсируется комфортным использованием, способностью к запоминанию полученной информации в цифровом виде в соответствии с заданными требованиями (масштабированием, нанесением меток и так далее). Кроме того, оцифровка сигнала повышает устойчивость «картинки».

• Цифровые люминофорные
  Модели этого типа наиболее дорогие. Однако использование технологии цифрового люминофора расширяет сферу их использования, наделяет их рядом преимуществ не только над аналоговыми, но и над цифровыми осциллографами. Так, например, кроме простой записи результатов тестирования, люминофорные приборы позволяют имитировать изменение интенсивности линий на осциллограмме, что дает возможность пользователю отслеживать все нюансы исследуемых сигналов.

• Виртуальные
  Приборы этого класса представляют собой приставку, которая может подключаться к персональному компьютеру, ноутбуку, планшету посредством не только USB-порта, но и через другие интерфейсы (ISA, PCI). При их использовании, благодаря совместимости операционных систем виртуального осциллографа и ПК, компьютер берет на себя задачу сбора, обработки, хранения информации. Это обеспечивает более быстрый и масштабный анализ получаемых сведений. Благодаря отсутствию монитора, блока для запоминания они имеют компактные размеры и относительно невысокую стоимость, в сочетании с повышенным быстродействием.

• Портативные
  Это также подраздел цифровых устройств, которые обладают минимальными размерами благодаря использованию современных микросхем. В то же время их эксплуатационные характеристики, технические возможности практически не отличаются от обычных стационарных моделей.

Критерии выбора

Перед потребителем, покупающим осциллограф, прежде всего, встает вопрос, какой выбрать цифровой осциллограф: аналоговый или цифровой. Тем более что производители снабжают свои модели различными дополнительными опциями (генератор сигналов, функции мультиметра и так далее). Все это влияет на выбор, поскольку позволяет сделать диагностику более тщательной, надежной, достоверной, быстрой, ведь для определения всех параметров будет достаточно подключить всего один прибор.

Не только начинающему, но даже опытному инженеру иногда бывает сложно остановиться на какой-то одной модели, так как для того чтобы правильно выбрать осциллограф не достаточно просто сравнить их возможности, технические и эксплуатационные характеристики. Эффективнее всего подойти к решению задачи с учета предполагаемого использования измерительного прибора. В этом случае внимание следует уделить следующим факторам.

• Цена вопроса
  Пожалуй, самый основной вопрос, который волнует не только рядовых пользователей, но и инженеров крупных производственных предприятий, научно-исследовательских лабораторий – стоимость осциллографа. На формирование цены оказывают влияние его основные характеристики (частота дискретизации, полоса пропускания, количество каналов, объем памяти, возможность анализа, обработки получаемой информации и так далее). Оптимальное сочетание таких факторов, как цена, функционал и известность производителя помогут сделать правильный выбор.

• Полоса пропускания
  Чем она шире, тем выше стоимость устройства, поэтому в данном вопросе так важно найти баланс: не переплатить за лишние опции и получить агрегат, который будет давать ясную картину протекающих процессов. Для работы с аналоговыми сигналами полоса пропускания осциллографа должна не намного превышать их частоту. В то время как изучение цифровых (прямоугольных) сигналов требует использования аппарата с существенно более широкой полосой. В этом случае наиболее корректный результат можно получить, используя прибор с возможностями логического анализатора.

• Количество каналов
  Основная масса моделей имеет 2 или 4 канала. Понятно, что у недорогих моделей эконом класса их количество минимально. Модели среднего уровня могут иметь как два, так и четыре канала. А вот у профессиональных агрегатов их не может быть меньше четырех, в то время как верхняя граница не ограничена: 8, 16 и так далее. Подбирая устройство, обратите внимание на возможность апгрейда – расширение полосы пропускания, который предусматривают некоторые производители. Улучшение характеристики достигается покупкой специального цифрового ключа. Для этого достаточно ввести код активации, прибор никуда везти не нужно. А вот самостоятельно увеличить количество каналов вряд ли удастся. Наиболее эффективно купить 4-х канальный прибор, а затем расширить полосу пропускания.

• Обнаружение редко возникающих событий
  Постоянно присутствующие (периодические) сигналы легко воспринимает любой, даже самый простой осциллограф. Гораздо сложнее справиться с задачей, когда возникает необходимость в обнаружении редких явлений. Эта способность наиболее востребована при ремонте, конструировании нового радиоэлектронного оборудования, когда особенно важно «вовремя» заметить случайный скачок напряжения, сбой тактового сигнала и так далее. Помочь обнаружить редко возникающие, короткие события может наличие у диагностического прибора высокой скорости непрерывного захвата осциллограмм. Оптимально, если устройство способно анализировать сигнал со скоростью около 5000 раз/сек и выше. Удобным в этом случае является и опция цифрового люминофора (послесвечения). Редкие события на осциллограмме отображаются другим цветом, что позволяет оператору сразу же их выделить.

• Частотные составляющие сигнала
  Функция быстрого преобразования Фурье предназначена для отображения входного сигнала в частотной области. Ее оснащены практически все современные осциллографы, несмотря на то, что она обладает рядом недостатков: низкая чувствительность, медленное обновление «картинки» и, как следствие, невозможность одновременно с БПФ изучать сам сигнал. В то же время, если нужен только поверхностный анализ, то наличие этой опции может оказать реальную помощь. Для полноценного анализа следует приобрести анализатор спектра, либо выбирать модели со встроенной функцией анализа. В этом случае сигнал подается на отдельный вход и не замедляет работу осциллографа.

• Пробники и аксессуары
  Для того чтобы результат был максимально достоверным необходимо не только использование высокочувствительного, точного оборудования, но и наличие качественных пробников, соединительных проводов, других аксессуаров, отвечающих за точную передачу сигнала. Погрешность в измерениях начинает накапливаться постепенно, начиная с наконечника пробника. Качественные аксессуары, работающие согласованно с диагностируемым объектом и самим осциллографом не искажают (или искажают минимально) входной сигнал, что способствует повышению достоверности результата. Пробники подразделяются на несколько видов:

• активные;

• пассивные;

• высоковольтные;

• дифференциальные;

• гальванически изолированные;

• токовые.
  При этом каждый из них оптимален для определенного вида замеров:

• Память
  Очень важный параметр, от которого во многом зависит скорость проведения диагностических мероприятий, быстрота ответной реакции прибора на действия оператора. Для тестирования с высоким разрешением протяженных во времени сигналов потребуется прибор с очень большим объемом памяти, но и быстродействие его будет достаточно высоко.

Ну и, разумеется, следует учесть простоту прибора в процессе эксплуатации: насколько понятна процедура управления, настройки, как быстро можно перейти из одного режима работы в другой, сколько кнопок придется для этого нажать, повернуть переключателей или поворотных рукояток.

Для того чтобы получить истинное значение некоторого электрического параметра с помощью осциллографа, возможно придется самостоятельно выполнить рад расчетов. В то же время. Его применение позволяет не только определить присутствует ли в данной схеме сигнал, но и увидеть его форму. Разумеется, некоторые специалисты обходятся и без него, но в этом случае процедура диагностики, а также ремонта оборудования существенно усложняется, удлиняется по времени.

Возврат к списку