18. Osciloskopy

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Obsah

Základní vlastnosti, režimy, účely

Režimy osciloskopu se dělí na dva typy: y-t - zobrazení vstupního napětí (U na ose y) v závislosti na čase (t na ose x), tj. pozorování časových průběhů, měření v časové oblasti, měření parametrů signálů (obr.1); x-y - zobrazení vstupního napětí (Uy na ose y) v závislosti na druhém vstupním napětí (Ux na ose x), tj. měření VA (voltampérových) charakteristik, měření fázového posuvu (u harmonických) a poměru frekvencí dvou signálů - Lissajousovy obrazce (obr.2)

Y-t.png

Liss.obrazce.png

Osciloskopy používáme pro různé účely - měření v čase, porovnání dvou signálu, měření V-A charakteristik elektronických prvků, etc.

Rozdělení

Osciloskopy, co se tyče způsobu zpracování signálu a konstrukce, se dělí na analogové a digitální(číslicové), oba mají své výhody a nevýhody.

Analogový osciloskop je jednodušší v řízení a zachycení okamžitých změn signálu. Potíže vzniknou, když je potřeba sledovat pomalé změny, nemluvě už o jednorázových změnách. Taky nelze signál záznamovát nebo ho sledovat před spouštěcí podmínkou.

Číslicový to všechno umožňuje a ještě víc - zaznamenaný signál jde pak zpracovat, možnost mnohokanálového záznamu, automatická měření, řada dalších možnosti spouštění (záleží na osciloskopu), odečítaní pomoci kurzoru, etc. To všechno za cenu komplikovaného řízení, menší rychlosti obnovování průběhu a nebezpečí aliasingu při nesplnění vzorkovací věty.


Analogové osciloskopy

Základním prvkem je obrazovka, tvořena elektronkou, generující paprsek elektronu, který je pak vychylován vertikálně a horizontálně. Je urychlen a zaostřen sadou pomocných elektrod a dopadá na stinítko s luminoforem (nejčastěji zeleným). Na vnější straně je mřížka pro odečítaní hodnot.

Obrazovka.png


Princip

Analog.png

PZ – vstupní dělíč+předzesilovač, VZ – vertikální zesilovač (zesiluje průběh měřeného napětí, ovládá Y1 a Y2 destičky), GSP – generátor spouštěcích impulzu ( spouští časovou základnu), ČZ – časová základna (taky generuje pilu), PR – přepínač režimů y-t a x-y, HZ – horizontální zesilovač (ovládá X1 a X2 destičky), ZL – zpožďovací linka (zajišťuje synchronizací měřeného signálu s ČZ).

Spouštění časové základny

Na spuštění Č.Z. má vliv 5 prvků - úroveň, hrana sestupná/vzestupná (spolu tvoří podmínku oscilace); zdroj spuštění - vnitřní/vnější; vazba spouštění - stejnosměrná, střídavá, síťová frekvence 50Hz (také zahrnuje možnost potlačení vysokých nebo nízkých frekvencí); způsob spouštění - automatické(20Hz), auto fast(20kHz), normal - spouštění synchronizačními pulzy. (obraz se neobjeví, dokud s nesplní spouštěcí podmínka).

Zobrazení více průběhu

Jsou dvě teoretické možnosti, v praxi se mnohem častěji používá jen jedna.

Prvním způsobem je následující - přidá se další soustava elektronek i s obrazovkou. Druhý způsob je přepínaní mezí dvěma vstupy.

DVoukalnál.png

VD – vstupný dělič, PZ (A, B) – předzesilovače, KVZ – koncový vertikální zesilovač, ZL – zpožďovací linka, AM – astabilní multivibrátor (zdroj obdélníkových impulzů – 500kHz až 1MHz), ČZ – časová základná, SO – spouštěcí obvody, HZ – horizontální zesilovač.

Režimy zobrazení

Jsou čtyři možnosti:

- kanál A nebo B

Bude se zobrazovat pouze jeden ze dvou kanálu a uživatel bude je podle potřeby přepínat.

- A+B

Součet kanálu - zvýší se amplituda, fázový posun je neměnný.

- A-B

Součet dvou signálu, jsou vůči sobě opačné polarity.

- přepínaní časovou základnou(alternate) nebo pevnou frekvenci(chopped)

Alternate zobrazí každý signál po dobu celého cyklu Č.Z. (obr.1), v režimu chopped zobrazení se přepíná mezi dvěma signály pevně danou frekvenci (obr.2).

Alt.pngChopped.png

Základní charakteristiky

Počet zobrazitelných průběhu kolísá od obvyklých 2 do maximálně 8. Pracovní frekvenční pásmo začíná od 0 Hz až k horní mezní frekvencí vstupního signálu (pokles o 3 dB, neboli na 0,707-násobek měřené amplitudy) - max. fh je 1 GHz.

Doba náběhu(doběhu) vertikálního kanálu je určena časem, za který amplituda naroste z 0,1 Umax na 0,9 Umax - z desetiny maximálního napětí na 9 desetin (vzorec - t=0,35/fh).

Vstupné napěťové rozsahy (napětí na dílek) - 1mV až 5V. Vstupní impedance má obvyklou hodnotu 1 MΩ/7-50 pF (nad 200 MHz - 50 Ω).

Co se týče přesnosti vertikálního zesilovače, platí tam odchylka 3-5 %, totéž pro časovou základnu.

Číslicové osciloskopy

Měřící signál je digitalizován pomocí vzorkovače a AČ převodníku, potom je ukládán do rychlé pamětí typu FIFO (first-in-first-out), pak je zobrazen na displeji (nejčastěji LCD). Celý proces je řízen mikropočítačem.

Dig.osc..png

Způsoby vzorkování signálu

- v reálném čase (RTS - real time sampling)

Vzorkování v ekvidistančních časových intervalech (vzorkovací interval = 1/vzorkovací frekvence. Něco podobného je využito v logaritmických osách, kde např. mezi 10, 100 a 1000 je stejná vzdálenost); 4-10 vzorků na periodu nejvyšší frekvenční složky; umožňuje pre-trigger mode; umožňuje záznam přechodových jevu; při nesplnění Nyquistovy podmínky (vzorkovací frekvence = minimálně 2x vzorkované frekvence) může nastat chyba aliasing (zobrazení průběhu podstatně nižší frekvence).

- sekvenční v ekvivalentním čase (stroboskopické)

V každé periodě jen jeden vzorek posunutý o Δt; jen periodické průběhy; ekvivalentní vzorkovací frekvence (1/Δt).

Strobo.png

- náhodně v ekvivalentním čase (RRS - random repetetive sampling)

Po spuštění se vzorkuje max. vzorkovací frekvencí (několik vzorku na periodu); každá sada vzorků zpožděná o náhodnou, ale známou dobu; jen periodické průběhy.

RRS.png

Způsoby ukládání vzorku do paměti

SB - spouštěcí(zastavovací) bod.

Pre-trigger zobrazení(záporné spouštění) - zobrazené k vzorku před SB a k-l vzorku po SB.

Pre-t.png

Normální = post-trigger zobrazení - zobrazení vzorku následujícího po SB(zapsaní vzorku k po SB) - obdoba analogového osciloskopu.

Post-t.png


Druhy spouštění

- spouštění z jednoho zdroje signálu

Základní spouštěcí režim - zdroj je jeden z kanálu nebo vnější; spouštěcí úroveň + spouštěcí hrana; způsob spouštění (normální - čeká na spouštěcí podmínku [SP], po zpracování signálu čeká na další Sp; automatické - vzorkuje stále; jednorázové - čeká na SP a zobrazí pouze jeden průběh); nastavení vazby - DC, AC, LF/HF reject

Spouštění s nastavitelným zpožděním spouštěcího pulzu (hold‐off time) - volba délky/počtu podmínek hold‐off intervalu

Spouštění s využitím zvolené délky pulzu (<, =, > zvolený Dt)

Spouštění s využitím zvolené délky intervalu – dvě po sobě jdoucí náběžné nebo sestupné hrany

- spouštění z několika zdrojů

Logické spouštění množinou logických stavů (pattern) – kombinace stavů na vybraných kanálech

Spouštění logickým analyzátorem – kombinace stavů na logických kanálech u osciloskopů, které jsou vybaveny zároveň logickým analyzátorem


Přivedení signálu ke vstupu osciloskopu

Závisí jak na impedanci zdroje signálu, tak na vstupní impedanci samotného osciloskopu. Pro zvýšení poslední můžeme použit napěťovou sondu. Ty se dělí na aktivní a pasivní.

Pasivní - obsahuje koax. kabel a kompenzovaný dělič. Tímto zvyšujeme impedanci na 10-100 MΩ, na úkor signálu (10-100x zeslabení) a hlavně snižujeme vstupní kapacitu. Dělič je třeba správně vykompenzovat kapacitním trimerem, k tomu slouží interní zdroj obdélníkového průběhu cca 1 V, 1 kHz, obvykle očko pro háček sondy nebo zdířka někde poblíž obrazovky nebo vstupních BNC konektorů.

Sonda osc.png

Aktivní -- obsahuje aktivní prvky (tranzistor MOSFET zapojený jako napěťový sledovač, nutný zdroj napájení).

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje