Как работать с школьным осциллографом

Обновлено: 13.05.2024

Начинающие радиолюбители и электронщики в самом начале пути должны уметь пользоваться измерительными приборами.

Одним из главных измерительных приборов является осциллограф.

Осциллограф предназначен для наблюдения различных сигналов. С его помощью можно измерить не только амплитуду сигнала, но и длительность, период и частоту сигнала.

Посмотрите это видео и вы научитесь работать с осциллографом быстро и без проблем сможете не просто наблюдать сигналы на экране осцилографа, но и ремонтировать аппаратуру с помощю этого прибора.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Для многих начинающих радиолюбителей осциллограф предстаёт сложным неизведанным устройством. У кого-то в воспоминаниях огромные советские осциллографы с лучевой трубкой, которые на уроках физики показывал учитель. У кого-то современные навороченные, где непонятно куда нажимать. Сегодня каждый из вас научится пользоваться осциллографом! Даже новичок! А тот, кто уже умеет, узнает некоторые полезные функции, часто используемые на практике.

В конце статьи-сюрприз! Сохраняйте его себе - пригодится точно!

Наш обучающий материал будет об очень популярной модели -GA1102CAL, которая имеет необходимый набор функций как для радиолюбителя, так и для производственного применения. А для новичка это модель хороша, тем, что она не перегружена избыточными функциями. Эта модель представляет собой типовой осциллограф, поэтому на его примере очень удобно учиться, чтобы потом пользоваться любым подобным (Rigol и т.п.)

Типовой цифровой осциллограф. Содержит необходимый для радиолюбителя набор функций. Не отпугнёт новичка!

Назначения кнопок, регуляторов и разъёмов

Прежде, чем начать рассмотрение органов управления осциллографа давайте по пунктам разберем, что же мы ждём от него (базовое)? Что будет удобно делать с сигналом при его исследовании?

осциллограф должен принять нужный нам сигнал, значит нужен провод - он называется щуп ;
осциллограф должен отобразить нужный нам сигнал на экране, т.е. как изменяется сигнал в зависимости от времени ;
мы должны иметь возможность изменять масштаб сигнала, как по времени (Секунды), так по амплитуде (Вольты), чтобы он не показывался на экране обрезанным или чрезмерно малым или с неразличимыми "слипшимися" колебаниями.

Переходим к обозначениям кнопок, регуляторов и разъемов.

1. Кнопки работы с опциями меню - аналогично управлению на кнопочном мобильном телефоне. Опции меню вылетают по мере включения тех или иных функций и режимов;

2. Кнопка захвата изображения экрана PRINT - скриншот экрана для последующей записи на флешку;

3. Универсальный регулятор (используется во всех режимах, как джойстик);

4. Кнопки управления меню с заранее заданными функциями:

[SAVE/RECALL]: кнопка доступа к меню сохранения/вызова настроек и осциллограмм;

[ACQUIRE]: кнопка доступа к меню сохранения данных сигнала;

[MEASURE]: кнопка доступа к меню автоматических измерений;

[CURSORS]: кнопка доступа к меню курсорных измерений. Если это меню отображается на экране (при включенных курсорах) для перемещения курсоров можно использовать универсальный регулятор (п.3);

[DISPLAY]: кнопка доступа к меню настроек системы отображения;

[UTILITY]: кнопка доступа к меню сервисных функций;

5. Кнопка автоматической настройки AUTO - автоматически выбирается масштаб по времени и амплитуде ;

6. Кнопка детализированного управления (включение триггера и т.п.);

7. Кнопки управления горизонтальными характеристиками (масштаб, положение и т.п.);

8. Кнопки управления вертикальными характеристиками (масштаб, положение и т.п.);

9. Выход сигнала компенсации щупа (подобно калибровке, которую желательно периодически делать) / разъём заземления;

12. Кнопка включения / выключения меню - Menu ON/OFF ;

13. Порт USB-интерфейса (USB-хост) - можно вставить флешку и записать на нее фрагмент сигнала;

14. Выключатель питания.

Задняя часть

На задней панели размещаются следующие элементы:

1. Разъем Pass/Fail: служит для вывода тестового сигнала функции допускового контроля Pass/Fail; Вряд ли пригодится.

2. Разъем RS-232: служит для подсоединения тестовых программ или печати осциллограмм; Вряд ли пригодится.

3. Разъем интерфейса USB: служит для подсоединения тестовых программ или печати осциллограмм (быстрый интерфейс); Вряд ли пригодится.

4. Разъем электропитания: служит для подключения трехпроводного шнура питания.

Начинаем измерения!

Подключаем щуп ко встроенному генератору, как на рисунке. Земля щупа ("крокодил")-к клемме земли. Просто этот генератор под рукой всегда.

В ходе дальнейшей работы вместо встроенного генератора щуп будет подключаться к источнику интересующего сигнала, например, на ножку микроконтроллера!

2. На осциллографе появляется периодический прямоугольный сигнал, называемый меандр .

Можно покрутить регулятор справа, как на рисунку, чтобы этот меандр перемещался вверх-вниз по экрану. Теперь подробнее о характеристиках сигнала - что же мы измерили?

Разберемся, что же значат все эти значки.

1. Окно состояния запуска. Тут могут быть разные слова:

Ready: осциллограф готов к приёму сигнала.

Trig’d: - у нас выбран триггерный режим, т.е. установка порога, ниже которого осциллограф не отображает сигнал. ОЧЕНЬ УДОБНО, КОГДА ВЫ ОЖИДАЕТЕ КАКОЙ-ЛИБО ИМПУЛЬС, но не хотите ждать и пытаться его поймать вручную.

Stop: осциллограф прекратил прием данных.

Auto: осциллограф работает в режиме автозапуска, считывает сигнал и отображает его даже в отсутствие сигнала запуска.

Scan: осциллограф непрерывно принимает сигнал и отображает осциллограмму в режиме сканирования.

2. Указатель масштаба по горизонтали, т.е. времени.

Здесь 1 клетка = 200 мкс.

3. Указатель положения окна осциллограммы относительно сохраненных в памяти данных.

4. Указатель положения момента запуска на горизонтальной шкале. Можно изменять вращением регулятора POSITION.

5. Указатель указывает, что осциллограф подключен к компьютеру.

6. Указатель положения нулевого уровня напряжения сигнала в соответствующем канале. 1 означает, что отображается уровень нуля для первого канала - CH1.

7. Указатель уровня сигнала, соответствующего событию запуска.

8. Указатель режима ограничения полосы пропускания канала. Максимальное значение - 100 МГц.

Чем больше полоса пропускания, тем точнее будут измеряться фронты и спады сигналов и тем большие частоты изменения сигналов можно будет исследовать.

9. Указатель типа связи осциллографа с входным сигналом. Здесь - по переменному току (AC-coupled).

10. Указатель цены деления по вертикали, например, здесь 1 В в клетке.

11. Указатель инверсии фазы сигнала в данном канале.

12. Указатель текущего значения частоты изменения сигнала.

13. Указатель текущего канала - CH1 или CH2. У нас CH1.

14. Указатель выбранного режима срабатывания - по фронту, по спаду и т.п. У нас выбран - по фронту, т.е. по перепаду с 0 к амплитудному значению.

15. Значение напряжения, соответствующего уровню запуска сигнала.

Теперь вы можете без труда сказать, что измеренный сигнал имеет такие характеристики: амплитуда 1,8 В, а период 1000 мкс = 1 мс.

Напоследок, сюрприз для тех, кто забыл характеристики сигнала -английский вариант и их перевод! Сохраняйте себе-пригодится 100%!

Как пользоваться осциллографом

Чаще всего в распоряжении начинающего радиолюбителя оказывается однолучевой осциллограф, но освоив приемы пользования таким прибором, не составит труда перейти на двухлучевой или цифровой осциллограф.

На рисунке 1 показан достаточно простой и надежный осциллограф С1-101, имеющий настолько малое количество ручек, что запутаться в них абсолютно невозможно. Обратите внимание, что это не какой-нибудь осциллограф для школьных уроков физики, именно таким пользовались на производстве всего лишь лет двадцать назад.

Питание осциллографа не только 220В. Возможно питание от источника постоянного тока 12В, например автомобильного аккумулятора, что позволяет пользоваться прибором в полевых условиях.

Рисунок 1. Осциллограф С1-101

Вспомогательные регулировки

На верхней панели осциллографа расположены ручки регулирования яркости и фокусировки луча. Их назначение понятно без объяснений. На передней панели находятся все остальные органы управления.

Два регулятора, обозначенные стрелками, позволяют регулировать положение луча по вертикали и горизонтали. Это позволяет более точно совмещать изображение сигнала на экране с координатной сеткой для улучшения отсчета делений.

Нулевой уровень напряжения находится на центральной линии вертикальной шкалы, что позволяет наблюдать двухполярный сигнал без постоянной составляющей.

Для исследования однополярного сигнала, например цифровых схем, луч лучше переместить на нижнее деление шкалы: получится одна вертикальная шкала из шести делений.

На передней панели находятся также тумблер включения питания и индикатор включения.

Усиление сигнала

Вращением этого переключателя следует добиться, чтобы размах исследуемого импульса был не менее 1 деления вертикальной шкалы. Только тогда можно добиться устойчивой синхронизации сигнала. Вообще следует стремиться, получить размах сигнала по возможности больше, до тех пор, пока он не вышел за пределы координатной сетки. В таком случае точность измерений возрастает.

В общем случае рекомендация по выбору усиления может быть такой: выкрутить переключатель против часовой стрелки до положения 5V/дел, после чего вращать ручку по часовой стрелке до тех пор, пока размах сигнала на экране не станет таким, как было рекомендовано в предыдущем абзаце. Это как в случае с мультиметром: если величина измеряемого напряжения неизвестна начинать измерения с самого высоковольтного диапазона.

Открытый и закрытый вход

В правом положении вход усилителя вертикального отклонения включается через конденсатор, который не пропускает постоянную составляющую, зато можно увидеть переменную, даже если постоянная составляющая находится далеко от 0В.

В качестве примера использования закрытого входа можно привести такую распространенную практическую задачу, как измерение пульсаций источника питания: выходное напряжение источника 24В, а пульсации не должны превышать 0,25В.

Если предположить, что напряжение 24В при чувствительности канала вертикального отклонения 5В/дел. займет почти пять делений шкалы (ноль придется устанавливать на самую нижнюю линию вертикальной шкалы), то луч взлетит под самый верх, и пульсации в десятые доли вольта будут практически незаметны.

Чтобы точно измерить эти пульсации достаточно перевести осциллограф в режим закрытого входа, поместить луч в центр вертикальной шкалы и выбрать чувствительность 0,05 или 0,1В/дел. В таком режиме замер пульсаций будет достаточно точным. Следует заметить, что постоянная составляющая может быть достаточно большой: закрытый вход рассчитан на работу с постоянным напряжением до 300В.

В среднем положении переключателя измерительный щуп просто ОТКЛЮЧАЕТСЯ от входа усилителя Y, что дает возможность выставить положение луча, не отключая щуп от источника сигнала.

В некоторых ситуациях это свойство достаточно полезно. Самое интересное, что это положение отмечено на панели осциллографа значком общего провода, земли. Создается впечатление, что измерительный щуп соединяется с общим проводом. И что будет тогда?

В некоторых моделях осциллографов переключатель режима входа не имеет третьего положения, это просто кнопка или тумблер, переключающий режимы открытый/закрытый вход. Важно, что в любом случае такой переключатель есть.

Вот тут можно вспомнить один из способов проверки конденсаторов на обрыв: если взять в руку исправный конденсатор и коснуться им горячего конца, то на экране появится та же лохматая синусоида. Если конденсатор в обрыве, то никаких изменений на экране не произойдет.

Управление разверткой

Как добиться устойчивого изображения сигнала

При подключении к исследуемой цепи на экране чаще всего может появиться картинка, показанная на рисунке 3.

Рисунок 4. Синхронизация изображения

Если осциллограф имеет линию задержки, то подобного пропадания не будет. Для синусоиды это, может быть, не особо заметно, а вот при исследовании прямоугольного импульса можно лишиться на изображении всего фронта импульса, что в ряде случаев достаточно важно. Особенно при работе с внешней разверткой.

Работа с внешней разверткой

Там же расположены гнезда выхода пилообразного напряжения развертки (используется для управления различными ГКЧ), выход калибровочного напряжения (может использоваться в качестве генератора импульсов) и гнездо общего провода.

В качестве примера, где может потребоваться работа с внешней разверткой может послужить схема задержки импульса, показанная на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема задержки импульса на таймере 555

При подаче на вход устройства положительного импульса выходной импульс появляется с задержкой, определяемой параметрами RC цепочки, время задержки определяется по формуле, показанной на рисунке. Но по формуле значение определяется весьма приблизительно.

При наличии двухлучевого осциллографа определить время очень просто: достаточно оба сигнала подать на разные входы и измерить время задержки импульса. А если двухлучевого осциллографа в наличии нет? Вот тут-то и придет на помощь режим внешней развертки.

После этого надо запомнить положение на экране входного сигнала и подать на вход Y выходной сигнал. Остается только подсчитать требуемую задержку по делениям шкалы. Естественно, что это не единственная схема, где может потребоваться определение времени задержки между двумя импульсами, таких схем великое множество.

В следующей статье будет рассказано про виды исследуемых сигналов и их параметры, а также про то, как проводить различные измерения с помощью осциллографа.

Осциллограф для начинающих. Часть 1

Управляет генератором развертки и запускает его с одной и той же точки. Поэтому мы имеем устойчивое изображение. При этом может выполняться одно из условий:

- запуск генератора развертки по уровню сигнала. При достижении сигнала на входе определенного уровня происходит запуск развертки;

- запуск по времени нарастания амплитуды в переднем фронте импульса, или по времени изменения амплитуды заднего фронта;

- Захват импульса при уменьшении амплитуды (и т.д.)

Это не все возможные варианты режимов работы триггера, некоторые модели осциллографов имеют их больше – все зависит от предназначения осциллографа и решаемых задач.

Осциллограф имеет органы управления, позволяющие не только посмотреть, но и рассмотреть сигнал. Об этом ниже.

Применять будем осциллограф на фото справа.

Фото №1

Фото №3

Питание включено, датчик подключен, мотор работает. Сигнала нет. В чем причина?

Фото №4

Нет, сигнал есть. Смотрите, чем отличается фото № 3 от № 4. Вверху смотрите, пункт выделен, а внизу его значение. Время развертки 10ms осталось неизменным. Что изменилось?

Фото№5

А здесь развёртка изменена: было 10 - стало 1ms. А экран вроде бы маленький.

Фото №6

Фото №7

Вот так. Начало на фото №6, а конец вот:

Фото 8

Можно еще вывести курсоры (если надо посмотреть длительность горения искры или время насыщения).

Фото №9

Примерно так. Курсор А сплошной, курсор В – прерывистый. Длительность на экране - 4,60ms/

Фото №10

* курсоры стоят от момента включения ключа, до момента возникновения искры.

Фото №11

* длительность горения искры.

Показано всего процентов 20 от возможностей прибора, только на одной опции и в одном пункте меню (осциллоскоп)

Не считаю, что работаю плохим прибором и считаю, что плохими приборами работать недопустимо. Данный прибор использую постоянно при входной диагностике. Он позволяет наблюдать и проводить измерения с достаточной степенью достоверности всех сигналов системы управления автомобиля.

Читайте также: