Категорије: Истакнути чланци » Практична електроника
Број прегледа: 124786
Коментари на чланак: 1

Мерење осцилоскопа

 

Мерење осцилоскопаДигитални осцилоскоп је, наравно, много напреднији од конвенционалног електронског, омогућава вам памћење облика таласа, повезивање са личним рачунаром, математичку обраду резултата, маркере екрана и још много тога. Али уз све предности, ови уређаји нове генерације имају један значајан недостатак - то је висока цена.

Управо она чини дигитални осцилоскоп недоступним у аматерске сврхе, иако постоје "џепни" осцилоскопи у вредности од само неколико хиљада рубаља, који се продају на Алиекпрессу, али није нарочито згодно користити их. Па, само занимљива играчка. Стога ћемо док говоримо о мерењима помоћу електронског осцилоскопа.

На тему одабира осцилоскопа за употребу у кућној лабораторији на Интернету можете пронаћи довољан број форума. Без порицања предности дигиталних осцилоскопа препоручује се на многим форумима да се одлуче за једноставне, мале величине и поуздане домаће осцилоскопе Ц1-73 и Ц1-101 и слично, са којима смо се раније срели овај чланак.

По прилично приступачној цени, ови уређаји ће вам омогућити да обављате већину аматерских радио задатака. У међувремену, упознајмо се са општим принципима мерења помоћу осцилоскопа.

Осцилоскоп С1-73

Слика 1. Осцилоскоп С1-73


Шта мери осцилоскоп

Измерени сигнал се напаја на улаз вертикалног одклонског канала И, који има велики улазни отпор, обично 1МΩ, и мали улазни капацитет, не већи од 40пФ, што омогућава увођење минималног изобличења у измерени сигнал. Ови параметри су често назначени поред улаза канала вертикалног отклона.

Осцилоскоп С1-101

Слика 2. Осцилоскоп Ц1-101

Велика улазна импеданција типична је за волтметре, па је сигурно рећи да осцилоскоп мери напон. Употреба спољних улазних разделника омогућава вам смањење улазне капацитивности и повећање улазне импеданце. Такође смањује утицај осцилоскопа на сигнал који се испитује.

Треба имати на уму да постоје посебни високофреквентни осцилоскопи, чија је улазна импеданција само 50 Охма. У аматерској радио пракси такви уређаји не налазе примену. Стога ћемо се даље фокусирати конвенционални универзални осцилоскопи.


Ширина опсега И

Осцилоскоп мери напоне у веома широком распону: од једносмерних напона до напона довољно високе фреквенције. Замах напона може бити веома разнолик, од десетина миливолта до десетина волти, а када се користе спољни разделници до неколико стотина волти.

Треба имати на уму да је ширина опсега канала вертикалног одступања И дб не мање од 5 пута већа од фреквенције сигнала која се мери. Односно, појачало вертикалног одступања мора да прође најмање пету хармонику испитиваног сигнала. Ово је посебно потребно код проучавања правокутних импулса који садрже много хармоника, као што је приказано на слици 3. Само се у овом случају на екрану добија слика са минималним изобличењима.

Синтеза квадратног таласног сигнала из хармонских компоненти

Слика 3. Синтеза правоугаоног сигнала из хармонских компоненти

Поред основне фреквенције, на слици 3 приказани су трећа и седма хармоника. Како се хармонички број повећава, повећава се и његова фреквенција: фреквенција треће хармонике је три пута већа од основне, пета хармоника је пет пута, седма је седам, итд. Према томе, амплитуда виших хармоника се смањује: што је већи хармонични број, нижа је и његова амплитуда. Само ако појачало вертикалног канала без већег слабљења може да пропусти вишу хармонику, слика импулса ће бити правоугаона.

Слика 4 приказује таласни облик меандара са недовољном ширином канала И.

таласни облик таласног облика

Слика 4

Меандер са фреквенцијом од 500 КХз изгледа овако на екрану ОМСх-3М осцилоскопа са опсегом од 0 ... 25 КХз. Као да се правокутни импулси пролазе кроз интегрисани РЦ круг. Такав осцилоскоп је произвела совјетска индустрија за лабораторијски рад на часовима физике у школама. Ни напонски напон овог уређаја из безбедносних разлога није био 220, већ само 42В. Апсолутно је очигледно да ће осцилоскоп са таквим опсегом омогућити посматрање сигнала са фреквенцијама не већим од 5 кХз, без скоро изобличења.

За конвенционални универзални осцилоскоп ширина опсега је најчешће 5 МХз. Чак и са таквим опсегом можете видети сигнал до 10 МХз и више, али слика добијена на екрану омогућава вам да просудите само присуство или одсуство овог сигнала. Биће тешко рећи било шта о његовом облику, али у неким ситуацијама облик није толико битан: на пример, постоји синусоидни генератор, а довољно је само да се увери да ли постоји тај синусоид или не. Управо таква ситуација је приказана на слици 4.

Савремени рачунарски системи и комуникационе линије раде на веома високим фреквенцијама, од реда стотина мегахерца. Да бисте видели такве високофреквентне сигнале, ширина опсега осцилоскопа мора бити најмање 500 МХз. Такав широки опсег заиста "проширује" цену осцилоскопа.


Пример је дигитални осцилоскоп У1610А који није приказан на слици 5. Његова ширина појаса је 100 МХз, а цена скоро 200 000 рубаља. Слажете се, не могу сви приуштити да купе тако скуп уређај.

дигитални осцилоскоп У1610А

Слика 5

Нека читалац ову слику не сматра рекламом, јер све координате продавача нису насликане: на месту ове слике може се појавити било какав сличан снимак слике.


Врсте проучаваних сигнала и њихови параметри

Најчешћа врста осцилација у природи и технологији је синусоид. То је иста дуготрајна функција И = синКс, која се одржавала у школи на часовима тригонометрије. Доста електричних и механичких процеса има синусоидни облик, мада се у електроничкој технологији често користе и други облици сигнала. Неки од њих су приказани на слици 6.

Облици електричних вибрација

Слика 6. Облици електричних вибрација


Периодични сигнали. Карактеристике сигнала

Универзални електронски осцилоскоп омогућава тачно проучавање периодичних сигнала. Ако на улазу И пошаљете прави звучни сигнал, на пример, музички фонограм, тада ће на екрану бити видљиви насумично треперавши рафали. Наравно, немогуће је детаљно истражити такав сигнал. У овом случају ће вам помоћи употреба дигиталног осцилоскопа за складиштење који вам омогућава да сачувате таласни облик.

Осцилације приказане на слици 6 су периодичне, понављају се након одређеног времена Т. То се може детаљније размотрити на слици 7.

Периодична колебања

Слика 7. Периодична колебања

Осцилације су приказане у дводимензионалном координатном систему: напрезање се мери дуж ординатне оси, а време се мери дуж осе апсцеси. Напон се мери у волтима, време у секундама. За електричне вибрације време се често мери у милисекундама или микросекундама.

Поред компоненти Кс и И, таласни облик садржи и компоненту З - интензитета, или једноставно светлост (слика 8). Она се укључује на греду за време напредног удара греде и гаси се за време повратног хода. Неки осцилоскопи имају улаз за контролу осветљености, који се назива улаз З. Ако на овај улаз примените напон импулса из референтног генератора, тада на екрану можете видети ознаке фреквенције. Ово вам омогућава тачније мерење трајања сигнала дуж Кс осе.

Три компоненте испитиваног сигнала

Слика 8. Три компоненте испитиваног сигнала

Модерни осцилоскопи имају по правилу временски калибрисане прегледе који омогућавају тачно одређивање времена. Стога коришћење спољног генератора за креирање ознака практично није неопходно.

На врху слике 7 је синусни талас. Лако је видети да почиње на почетку координатног система. Током времена Т (периода) врши се једна потпуна осцилација. Тада се све понавља, следећи период. Такви се сигнали називају периодични.

Правокутни сигнали су приказани испод синусног таласа: меандер и правоугаони пулс. Они су такође периодични са периодом Т. Трајање пулса означава се са τ (тау). У случају меандера, трајање импулса τ једнако је трајању паузе између импулса, само половини периода Т. Стога је меандер посебан случај квадратног таласа.


Стопа и дужност

За карактеризацију правокутних импулса користи се параметар зван радни циклус. Ово је однос периода Т понављања импулса и трајања импулса τ. За меандер, радни циклус је једнак два, - вриједност је без димензија: С = Т / τ.

У енглеској терминологији важи управо супротно. Тамо су импулси карактеристични за радни циклус, однос трајања импулса и периода циклуса дужине: Д = τ / Т. Фактор испуњавања изражен је у %%. Дакле, за меандер је Д = 50%. Испада да су Д = 1 / С, радни и радни циклус међусобно обрнути, иако карактеризирају исти параметар пулса. Таласни облик меандера приказан је на слици 9.

Таласни облик таласа Д = 50%

Слика 9. Вални облик меандара Д = 50%

Овде је улаз осцилоскопа повезан са излазом функционалног генератора, који је приказан одмах у доњем углу слике. И овде пажљиви читач може поставити питање: „Амплитуда излазног сигнала од 1В генератора, осетљивост улаза осцилоскопа је 1В / див., А екран приказује правоугаоне импулсе величине 2В. Зашто?

Чињеница је да функционални генератор ствара биполарне правоугаоне импулсе у односу на ниво 0В, приближно исти као синусни талас, са позитивним и негативним амплитудама. Због тога се на екрану осцилоскопа примећују импулси са распоном ± 1В. На следећој слици мењамо радни циклус, на пример, на 10%.

Правокутни момент Д = 10%

Слика 10. Правокутни момент Д = 10%

Лако је видети да је период понављања импулса 10 ћелија, док је трајање пулса само једна ћелија. Дакле, Д = 1/10 = 0,1 или 10%, што се може видети из поставки генератора. Ако користите формулу за израчунавање радног циклуса, добићете С = Т / τ = 10/1 = 1 - вредност је без димензија. Овде можемо закључити да радни циклус карактерише импулс много јасније од циклуса рада.

Заправо је и сам сигнал остао исти као на слици 9: правоугаони импулс са амплитудом од 1 В и фреквенцијом 100 Хз. Само се фактор испуњавања или радни циклус мења, то је као да је неко познатији и згоднији. Али за практичност посматрања на слици 10, трајање скенирања преполовљено је у односу на слику 9 и износи 1мс / див. Због тога период сигнала на екрану заузима 10 ћелија, што омогућава прилично лако проверити да ли радни циклус износи 10%. Када се користи прави осцилоскоп, трајање метења се бира приближно исто.


Правокутно мерење пулсног напона

Као што је споменуто на почетку чланка, осцилоскоп мери напон, тј. потенцијална разлика између две тачке. Обично се мере мере у односу на заједничку жицу, земљу (нула волти), мада то није неопходно. У принципу, могуће је измерити од минималне до максималне вредности сигнала (вредност врха, вредност врха до врха). У сваком случају, кораци мерења су прилично једноставни.

Правокутни импулси су најчешће једнополни, што је типично за дигиталну технологију. Како измерити напон правоугаоног импулса приказано је на слици 11.

Мерење амплитуде правоугаоног пулса

Слика 11. Мерење амплитуде правоугаоног импулса

Ако је осетљивост канала вертикалног одступања 1В / див, испада да слика приказује импулс са напоном од 5,5 В. Са осетљивошћу од 0,1 В / див. Напон ће бити само 0,5 В, мада на екрану оба импулса изгледају потпуно исто.


Шта се још може видети у правоугаоном импулсу

Правоугаони импулси приказани на сликама 9, 10 једноставно су идеални јер их синтетише Елецтроницс ВоркБенцх. А фреквенција пулса је само 100 Хз, због тога не могу настати проблеми са „квадратношћу“ слике. У стварном уређају, при великој стопи понављања, импулси су донекле изобличени, пре свега, појављују се различити навале и рафали због индуктивности инсталације, као што је приказано на слици 12.

Прави правоугаони импулс

Слика 12. Стварни правоугаони импулс

Ако не обратите пажњу на такве "ситнице", тада правоугаони импулс изгледа као на слици 13.

Параметри правокутног пулса

Слика 13. Параметри правоугаоног импулса

На слици је приказано да се водеће и заостале ивице пулса не појављују одмах, већ имају неко време успона и падова и нешто су нагнуте у односу на вертикалну линију. Тај нагиб настаје због фреквенцијских својстава микрострујних склопова и транзистора: што је већи фреквенцијски транзистор, то је мање „фронти“ импулса. Због тога се трајање импулса одређује нивоом од 50% целог распона.

Из истог разлога, амплитуда пулса одређена је нивоом од 10 ... 90%. Трајање импулса, као и напон, одређују се множењем броја дељења хоризонталне скале са вредности дељења, као што је приказано на слици 14.

Пример мерења

Слика 14.

На слици је приказан један период правоугаоног импулса, мало различитог од меандра: трајање позитивног пулса је 3,5 дељења хоризонталне скале, а време паузе 3,8 подела. Период понављања импулса је 7,3 поделе. Таква слика може припадати неколико различитих импулса са различитим фреквенцијама. Све ће зависити од трајања чишћења.

Претпоставимо трајање скенирања од 1мс / див. Тада је период понављања импулса 7,3 * 1 = 7,3 мс, што одговара фреквенцији Ф = 1 / Т = 1 / 7,3 = 0,1428КХз или 143 Хз. Ако је трајање скенирања 1 µс / див, испадаће да је фреквенција хиљаду пута већа, наиме 143КХЗ.

Користећи податке са слике 14, није тешко израчунати радни циклус пулса: С = Т / τ = 7,3 / 3,5 = 2,0857, испада готово попут меандра. Радни циклус радног циклуса Д = τ / Т = 3,5 / 7,3 = 0,479 или 47,9%. Треба напоменути да ови параметри ни на који начин не овисе о фреквенцији: радни циклус и радни циклус израчунати су једноставно подјелима на таласном облику.

Са правоугаоним импулсима, чини се да је све јасно и једноставно. Али потпуно смо заборавили на синусни талас. У ствари, иста ствар је ту: можете мерити напоне и временске параметре. Период синусног таласа приказан је на слици 15.

Параметри синусног таласа

Слика 15. Параметри синусног таласа

Очито је да је за синусоид приказан на слици осетљивост канала вертикалног отклона 0,5 В / див. Преостали параметри могу се лако одредити множењем броја дељења са 0,5 В / див.

Синусни талас може бити други, који ће се морати мерити осетљивошћу, на пример, 5В / див. Тада уместо 1В добијате 10В. Међутим, на екрану је слика оба синусоида потпуно иста.

Време приказаног синусоида није познато. Ако претпоставимо да је трајање скенирања 5мс / див, период ће бити 20мс, што одговара фреквенцији од 50Хз. Бројеви у степенима на временској оси означавају фазу синусоида, мада то није посебно важно за један синусоид. Чешће је потребно одредити фазни помак (директно у милисекундама или микросекундама) најмање између два сигнала. То је најбоље урадити осцилоскопом са две зраке. Како се то ради биће приказано у наставку.


Како мерити струју осцилоскопом

У неким случајевима је потребно мерење величине и облика струје. На пример, наизменична струја која тече кроз кондензатор је испред напона за ¼ период. Затим се у отворени круг укључује отпорник са малим отпором (десетинама Охма). Такав отпор не утиче на рад кола. Пад напона преко овог отпорника показаће облик и величину струје која тече кроз кондензатор.

Сличан мерач амперметра постављен је на приближно исти начин, који ће бити укључен у прекид електричног круга. У овом се случају мерни отпорник налази унутар самог амперметра.

Круг за мерење струје кроз кондензатор приказан је на слици 16.

Мерење струје кондензатора

Слика 16. Мерење струје кроз кондензатор

У серијски круг из кондензатора Ц1 и мерног отпора Р1 доводи се синусоидни напон од 50 Хз са амплитудом 220 В од КСФГ1 генератора (црвени сноп на екрану осцилоскопа). Пад напона преко овог отпорника показаће облик, фазу и јачину струје кроз кондензатор (плави сноп). Како ће изгледати на екрану осцилоскопа приказано је на слици 17.

Струја кроз кондензатор је испред напона за ¼ период

Слика 17. Струја кроз кондензатор је испред напона за ¼ период

На фреквенцији синусног таласа од 50 Хз и времену скенирања од 5 мс / Див, један период синусног таласа траје 4 поделе дуж осе Кс, што је веома погодно за посматрање. Лако је видети да је плави зрак испред црвеног тачно 1 подела дуж оси Кс, што одговара ¼ периода. Другим речима, струја кроз кондензатор је испред фазног напона, што је у потпуности у складу са теоријом.

За израчунавање струје кроз кондензатор довољно је користити Охмов закон: И = У / Р. Када је отпор мерног отпора 0,1 Охм, пад напона преко њега је 7 мВ. Ово је вредност амплитуде. Тада ће максимална струја кроз кондензатор бити 7 / 0,1 = 70мА.

Мерење облика струје кроз кондензатор није неки веома хитан задатак, све је јасно и без мерења. Уместо кондензатора може бити било које оптерећење: индуктор, навијање мотора, степен појачавања транзистора и још много тога. Важно је да се ова метода може користити за проучавање струје која се у неким случајевима значајно разликује од напона.

Борис Аладисхкин

Погледајте и на електрохомепро.цом:

  • Кондензатори у електронским круговима
  • Како се користи осцилоскоп
  • Електронски осцилоскоп - уређај, принцип рада
  • 555 интегрисани тајмер дизајни
  • Зашто ми треба осцилоскоп?

  •  
     
    Коментари:

    # 1 написао: | [цитат]

     
     

    Дигитални осцилоскоп је погодан за оне за које је максимална тачност веома важна, мислим да то није увек неопходно у кућним или индустријским условима. Међутим, будућност лежи у таквим стварима.