Реализация
Для того чтобы соорудить осциллограф, необходимо собрать приставку, в которую должны быть включены 8 полупроводниковых диодов, 3 резистора и один аттенюатор, штекер для подключения к звуковой карте (LINE-IN), все как показано на схеме осциллографа своими руками.
Диоды не пропускают сигналы с амплитудой более 2В, а комбинация последовательно соединенных резисторов, образующих делитель, разрешает высокое входное напряжение.
Цифровой сигнал, подлежащий диагностике, поступает на входные клеммы приставки.
Собранная схема имеет линейный вход к звуковой карте через специальный штекер. Здесь важна длина соединительного провода.
Чем провод короче, тем меньше ошибок возникает при измерении сигнала, так как на низких измеряемых уровнях высока вероятность появления высокой погрешности искажений.
Лучше всего использовать двухжильный провод. На фото осциллографа, сделанного своими руками хорошо видно, что используется электрический провод в медной оплетке.
На что обратить внимание в Oscilloscope, ориентиры для выбора
Рассмотрим основы характеристик O-Scope, которые послужат также ориентирами, как выбрать осциллограф, надежную его модель.
Способы, чтобы проверить осциллограф:
- встроенным генератором (Калибровка), все цифровые модели имеют его. Включают режим и смотрят, есть ли синусоида. Если магазин специализированный, там должен быть внешний генератор для проверки;
- старые осциллографы начинают подвирать со временем, как проверить их есть простой способ: взять эталонный источник, например, ту же батарейку 1.5 В;
- экран должен быть достаточной яркости, луч без артефактов;
- дотронуться до щупа: фаза покажет синусоиду (правда с большими помехами), земля — ровную линию;
- посредством ПК, специальным ПО.
Полоса пропускания
Это минимальная и максимальная частоты, амплитудность, то есть диапазон, который может измерить прибор. Достаточно учесть верхнюю черту; нижнюю рисуют все устройства.
Частота дискретизации (Sampling rate)
У цифровых моделей. Данный параметр связан с предыдущим. Чем выше, тем лучше (например, у Siglent SDS — 1×109). Это число считываний за единицу времени, определяет максимальные частоты без потерь на экране. У приборов с несколькими каналами может уменьшаться при задействовании их всех (при покупке надо учесть).
По теореме Котельникова част. дискр. должна превышать в 2 раза верхнюю рамку пропускания, но на практике потребуется превышение в 4–5 раза. На этом и основывается выбор
Пример для изделия с полосой до 200–800 МГц (важно учесть параметр при использовании 2 и больше каналов)
Число каналов
Многие модели способны обрабатывать больше сигналов вместе, одновременно раздельно показывая их на мониторе. Обычно от 2 до 4. Иногда включение других каналов сказывается на производительности. Выбор осциллографа рекомендовано делать среди изделий с двумя каналами, что позволит сравнивать исследуемые величины, исчислять фазные сдвиги. Три и больше входа, это хорошо, но для обычных задач иногда чрезмерно, цена прибора возрастет многократно.
Эквивалентная частота дискретизации
Когда недостаточно реальной част. дискр., итоговая картинка реконструируется по нескольким последовательным измерениям. Пример: анализируется сигнал 200 МГц на модели с част. дискр. 1 млрд. выборок/сек. (1 GSa/s) — получают всего 5 измерений. По теор. Котельникова этого хватает, но можно детализировать (алгоритмическим методом) и активировать опцию: будет не 1 GSa/s, а уже 2 GSa/s.
Глубина памяти
Всегда есть в цифровых моделях (DSO=Digital Storage Oscilloscope). Чем ниже скорость развертки, тем точнее показатели и тем больше значений приходится сохранять прибору в памяти. Чем глубже память — тем лучше. Но иногда наблюдается негативный момент: при медленных измерениях прибор подтормаживает, выбирая изделие, надо поинтересоваться этим нюансом.
Обновление экрана
Чем чаще обновляется монитор, тем короче «мертвое время», требуемое для обработки захватываемой информации, более оперативно происходит обновление осциллограмм. Больше шансов, что аппарат покажет малозаметный артефакт. Впрочем, это имеет значение только для фанатов-электронщиков.
Максимальное входное напряжение (питание)
Любой прибор имеет предел по мощности питания, при превышении которого без дополнительных мер он просто сгорит, выйдет из строя. Нужно учитывать параметры обслуживаемых цепей. Пример: макс. напр. в режиме щупа 1:1 — 40 В, в режиме 1:10 — 400 В, то есть лезть в цепь с 400 В и больше без предохранительных мер уже небезопасно.
Какой выбрать осциллограф для диагностики авто
Рассмотрим наиболее удобные и информативные приборы.
USB Autoscope Постоловского
На первом месте в рейтинге практиков стоит осциллограф Постоловского USB Autoscope IV. Имеет обширные диагностические функции.
Преимущества
- Профессиональные скрипты от Андрея Шульгина.
- Удобный интерфейс.
- Широкий диапазон измерения от 6 до 300 вольт.
- Обработка скриптов в автоматическом режиме.
- Информативный скрипт эффективности по цилиндрам CSS, показывающий работу форсунок, системы зажигания.
- Тест аккумулятора, генератора, стартера. Показывает неисправности в автоматическом режиме. Легкий процесс съема характеристик: достаточно иметь доступ к плюсовой или минусовой клеммам АКБ.
- Тест давления в цилиндре. Показывает метки системы газораспределения, правильно ли стоят фазы. Выявляет провернутый задающий диск.
Полная документация по работе с прибором. Подробно описаны скрипты, схемы подключения. Есть видео инструкция на сайте производителя. Отзывчивая поддержка.
Мотодок 3
Вторым в списке рейтинга осциллографов для диагностики автомобиля любой марки стоит Мотодок 3. Имеет схожие характеристики.
Преимущества и недостатки
Скрипт Андрея Шульгина эффективности цилиндров. Есть некоторые недостатки по синхронизации с некоторыми автомобилями, имеющими слабый сигнал с датчика коленчатого вала
Но это сглаживается удобством и быстрой работой.
Подключения на любое расстояние по кабелю RJ 45.
Качество картинки при диагностике, что не маловажно при работе.
Подробная документация на сайте производителя.
Для примера приведены только два осциллографа для диагностики авто. Существуют и другие приборы: отличаются ценой, производителем, но принцип измерения одинаков. Самое главное иметь опыт в чтении осциллограмм к каждой марке автомобиля.
Принцип работы осциллографа
Прежде чем изучить принцип действия осциллографа, следует ознакомиться с конструкцией устройства. Мы рассмотрим общие конструктивные особенности цифровых агрегатов, т. к. они в настоящий момент более распространены.
Независимо от типа, важными частями конструкции осциллографа являются:
- усилитель и делитель напряжения;
- аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);
- контроллер;
- запоминающее устройство;
- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
- экран;
- органы управления (кнопки, USB-разъёмыи т. д.).
Принцип работы осциллографа основан на преобразовании электрического сигнала в аналоговый или цифровой. В последнем случае алгоритм будет следующим:
- Входное напряжение проходит через усилитель с делителем, преобразуется с помощью АЦП в дискретную последовательность кодов.
- Мгновенные значения напряжения отображаются в кодах, а затем записываются в ОЗУ. Во время записи все предыдущие отсчёты сдвигаются на одну ячейку. Процедура продолжается до тех пор, пока не будет выполнено заданное пользователем условие.
- После того, как условие выполнено, содержимое ячеек ОЗУ переписывается в запоминающее устройство.
- На экране начинает появляться рисунок сигнала. Появление изображения связано с тем, что каждой ячейке запоминающего устройства соответствует точка на экране, отличающаяся по цвету от фона.
Представленное описание принципов действия осциллографа является упрощенным.
На что обратить внимание при выборе портативного осциллографа
В зависимости от предполагаемой сферы применения, перед покупкой прибора следует проверить соответствие требуемым характеристик. К числу таковых относят:
- количество каналов. Любителям будет достаточно одноканальной модели, профессионалам может пригодиться устройство с возможностью одновременно анализировать 2-4 сигнала;
- полоса пропускания. Минимальный порог для непрофессиональной сферы— 200 кГц;
- частота дискретизации. Чем она выше, тем больший диапазон частот сможет проанализировать прибор. В премиальных моделях она достигает 1 ГС/с, в бюджетных — на порядок меньше;
- удобство управления. Прибор должен иметь клавиши с наглядным представлением возложенных на них функций. Если имеется сенсорный экран, то навигация по настройкам должна быть понятной на интуитивном уровне;
- объем памяти. Может составлять от нескольких десятков, до фактически неограниченного числа сохраненных результатов измерений. Очень удобно, если прибор имеет возможность делать скриншоты с экрана.
Наконец, устройство должно быть изготовлено из качественных, устойчивых к царапинам материалов. Желательно наличие корпуса с ребрами жесткости, помогающими уберечь экран. Также важен ассортимент прилагаемый комплектных аксессуаров: щупы, чехол, переходники и т.п.
Измерение частоты
Частота — это временная характеристика, интервалы, периоды сигнала; их измерение — прямое назначение осциллографа. Исследуемое значение всегда обратно пропорционально его периоду, который можно замерить в любой области осциллограммы. Но комфортнее и точнее это сделать в точках пересечения графика с горизонталью по центру (ось времени).
Перед исследованием полосу развертки выставляем на центральную горизонталь. Используя ручку со стрелкой в обе стороны, смещаем начало периода с самой крайней левой полосой на мониторе. В нашем случае промежуток = 6.8 дел., скор. развертки — 100 мкс/дел. Исчисления:
Выше на схожих двух рисунках те же сигналы, но при разной скорости развертки. По первому изображению исчисление частоты (точное значение — 1.459 кГц) имеет большую погрешность, по второму — меньшую, так как большую точность при измерении получают, если растянуть картинку.
На втором рисунке период чуть превышает 6.8 дел. и частота в реальности чуть ниже (1.459 КГц), чем полученная (1,47 КГц). Отклонение меньше 1 %, это допустимо и считается высокой точностью, ее обеспечит цифровой O-Scope (с линейной разверткой). В аналоговых моделях отклонение было бы выше. Характерная закономерность: с увеличением периода снижается частота (пропорция обратная), и наоборот.
Самый простой вариант создания карманного осциллографа
Если замеряемая частота находится в диапазоне слышимых человеческим ухом частот, а уровень сигнала не превышает стандартный микрофонный, то собрать осциллограф из планшета на «Андроид» своими руками можно без каких бы то ни было дополнительных модулей. Для этого достаточно разобрать любую гарнитуру, на которой должен обязательно присутствовать микрофон. Если подходящей гарнитуры нет, то потребуется купить звуковой штекер 3,5 мм обязательно с четырьмя контактами. Перед припаиванием щупов уточните распиновку разъема вашего гаджета, ведь их бывает два вида. Щупы необходимо подключить к пинам, соответствующим подключению микрофона на вашем устройстве.
Далее следует загрузить из «Маркета» программное обеспечение, способное замерять частоту на микрофонном входе и рисовать график на основе полученного сигнала. Таких вариантов довольно много. Поэтому при желании будет из чего выбрать. Как и говорилось ранее, не потребовалась переделка планшета. Осциллограф будет готов сразу же после калибровки приложения.
Типовые применения и популярные модели осциллографов
Теперь, когда мы разобрались с основными критериями выбора, рассмотрим типичные задачи применения осциллографов и подходящие для этих задач модели приборов.
Основной осциллограф для лаборатории
Для большинства типовых задач, возникающих при разработке или ремонте электронной аппаратуры отлично подходит серия Tektronix MSO/DPO2000В (100 — 200 МГц, 2 или 4 канала, $1 000 — $4 000), которая создавалась в качестве основного осциллографа, способного решать 90% вопросов в диапазоне до 200 МГц:
Для более сложных задач или для покупки на перспективу выбирайте серию Tektronix MDO3 (100 МГц — 1 ГГц, 2 или 4 канала, $4 000 — $15 000), которая поддерживает большое количество опций расширения, содержит встроенный анализатор спектра и позволяет, при необходимости, расширить полосу пропускания с помощью кода активации:
Разработка многоканальных аналого-цифровых устройств
Для сложных систем, содержащих много разных аналоговых и цифровых сигналов, выбирайте серию Tektronix MSO5 (350 МГц — 2 ГГц, 4, 6 или 8 аналоговых каналов, до 64 цифровых каналов, от $15 000):
или серию профессиональных USB осциллографов Pico Technology PicoScope 6000E (до 500 МГц, до 8 аналоговых каналов, до 16 цифровых каналов, от $5 000):
Для аналого-цифровых систем попроще, а также для систем преобразования и передачи электроэнергии, хорошо подойдёт серия Tektronix MSO4 (200 МГц — 1,5 ГГц, 4 или 6 аналоговых каналов, до 48 цифровых каналов, от $8 000):
Для аналого-цифровых систем начального уровня оптимальными являются: USB серия Pico Technology PicoScope 3000D (50 — 200 МГц, 2 или 4 аналоговых канала + 16 цифровых, $600 — $2 500) и настольная серия Tektronix MSO/DPO2000В, которая уже упоминалась в этом сравнении (100 — 200 МГц, 2 или 4 аналоговых канала + 16 цифровых, $1 000 — $4 000):
Профессиональный осциллограф для очень сложных задач
Когда важны максимальные возможности анализа аналоговых и цифровых сигналов с полосой до 1 ГГц и одновременный анализ радиочастотных сигналов в диапазоне до 6 ГГц, выбирайте серию Tektronix MDO4000C (4 аналоговых канала до 1 ГГц и 16 цифровых каналов, спектроанализатор до 6 ГГц, $8 000 — $20 000):
В частотном диапазоне нескольких гигагерц оптимальной является серия Tektronix MSO6, у которой расширенные возможности анализа сигналов сочетаются с малошумящими входными трактами и точной оцифровкой 12-ти разрядными АЦП (4 аналоговых канала до 8 ГГц, до 32 цифровых каналов, от $20 000):
Если частоты сигналов, с которыми надо работать, составляют гигагерцы и десятки гигагерц, то Вам нужна серия Tektronix MSO/DPO70000 (4 — 33 ГГц, 4 канала, от $40 000):
Осциллограф с изолированными (независимыми) входами для энергетики и высоких напряжений
При работе с высоким напряжением (например силовыми энергосетями), а также при работе с гальванически изолированными узлами аппаратуры (опторазвязки, трансформаторы, электрически изолированные датчики и системы сбора сигналов) нужно использовать осциллограф, у которого каждый канал является независимым и изолированным от остальных каналов и сети питания самого осциллографа. Для этой задачи предлагается специальная серия: Tektronix TPS2000B (100 — 200 МГц, 2 или 4 канала, $4 000 — $6 000):
Максимально дешёвый осциллограф, но качественный и функциональный
В диапазоне до $1 000 предлагается три серии:
1. Эконом-серии в USB исполнении: PicoScope 2000A и 2000B (10 — 100 МГц, 2 и 4 канала).
Как подготовить к работе цифровой осциллограф
Нажав на кнопку питания, подключить осциллограф, на любой из существующих каналов прикрепить щуп. Чаще всего подсоединяется CH1 – первый канал.
В щупе предусмотрен делитель, как и в самом осциллографе, но все зависит от модели и типа устройства. Необходимо ползунок перевести на позицию 10Х. Как правило, в настройках по умолчанию в приборе установлен делитель на такую же отметку 10Х. В противном случае нужно перейти в настройки устройства и найти там характеристики канала, где выполнить ручную установку на о.
В качественном осциллографе предусмотрен частотный генератор импульсов прямоугольной формы встроенного типа, причем амплитуда напряжения должна соответствовать 5 В, а частота модуляции 1 кГц (1000 Гц). Расположение данного блока может быть разным (все зависит от сборки и марки прибора), однако чаще всего он находится справа в нижнем углу. На него необходимо нацепить щуп. Название блока может быть Probe Comp или другое.
При правильной настройке и подключении устройства должна получиться следующая картина:
При выполнении этих операций на дисплее должны появляться разные изображения сигналов, которые характеризуются неравномерностью и произвольностью.
Чтобы устранить подобное явление, в некоторых осциллографах есть кнопка для автоматического позиционирования сигнала. Чаще всего название подобной функции – «Autoscale», однако может быть и другим, что нужно учитывать и искать в инструкции к прибору.
При запросе на согласие с позиционированием сигнала в автоматическом режиме следует нажать «ОК» и продолжить работу.
После настроек сигнал должен выглядеть следующим образом:
Если сигнал не отличается периодичностью, ровностью и прямоугольностью, то это говорит об искажениях, которые вносятся в систему самим щупом. Для их устранения следует перед каждым применением устройства выполнять корректировку щупа.
Щупы современного образца оснащены специальным миниатюрным винтом. С помощью соответствующей отвертки необходимо производить через подкручивание винтов корректировку сигналов.
После каждого подкручивания в любую сторону следует обязательно проверять, как именно изменяется форма и модуляция сигнала на дисплее.
Если получается подобная картина, то это свидетельствует о сильном отклонении от требуемой позиции винта. В этом случае он поворачивается в обратную сторону до полного выравнивания сигнала так, чтобы его горизонтальная верхушка выровнялась.
После того как на мониторе получен ровный прямоугольный сигнал, можно приступать к дальнейшей работе с прибором, так как все настройки и корректировки были произведены правильно.
Органы управления на передней панели
Как правило, для управления осциллографом используются регуляторы и клавиши на передней панели. В дополнение к органам управления на передней панели многие современные высокопроизводительные осциллографы теперь оснащаются операционными системами, в результате чего они ведут себя как компьютеры. Вы можете подключить к осциллографу мышь и клавиатуру и использовать их для настройки органов управления с помощью выпадающих меню и кнопок на дисплее. Кроме того, некоторые осциллографы имеют сенсорные экраны, поэтому для доступа к меню вы можете использовать стилус или прикосновение пальцами.
Перед началом измерений…
Когда вы приступаете к работе с осциллографом, прежде всего проверьте, что используемый входной канал включен. Для установки осциллографа в исходное состояние по умолчанию нажмите клавишу (Настройки по умолчанию), если она есть. Затем, при ее наличии, нажмите клавишу (Автоматическое масштабирование). Это позволяет автоматически настроить вертикальный и горизонтальный масштаб, так, чтобы сигнал отображался на дисплее наилучшим образом. Эти настройки могут рассматриваться в качестве отправной точки, и в них затем можно вносить необходимые изменения. Если сигнал вдруг будет потерян, или возникнут проблемы с отображением сигнала, рекомендуется повторить эти шаги. Передние панели большинства осциллографов включают, по крайней мере, четыре основных блока: органы управления системами вертикального и горизонтального отклонения, органы управления системой запуска и органы управления входными каналами.
Органы управления системой вертикального отклонения
Органы управления системой вертикального отклонения осциллографа обычно объединяются в блок, который обозначен как «Vertical». Эти элементы позволяют настраивать параметры отображения сигнала по вертикальной оси дисплея. Так, например, среди них есть регуляторы, с помощью которых задается число вольт на деление (коэффициент отклонения) по оси Y сетки экрана. Вы можете растягивать осциллограмму по вертикали, уменьшая значение коэффициента отклонения, или, наоборот, сжимать ее, увеличивая эту величину. Кроме того, в блок «Vertical» входят органы управления положением (смещением) сигнала по вертикали. Эти регуляторы позволяют просто перемещать всю осциллограмму вверх или вниз по дисплею. На рисунке 7 показан блок органов управления системой вертикального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 Х.
Рис. 8. Блок органов управления системой вертикального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 X
Органы управления системой горизонтального отклонения
Органы управления системой горизонтального отклонения на передней панели осциллографа обычно объединяются в блок, который обозначен как «Horizontal». Эти органы управления обеспечивают настройку горизонтального масштаба осциллограммы. Один из элементов этого блока позволяет задавать масштаб по оси X — число секунд на деление (или коэффициент развертки). Уменьшая величину коэффициента развертки, вы можете уменьшить интервал времени, отображаемый на экране. Еще один регулятор этого блока предназначен для управления положением (смещением) осциллограммы по горизонтали. Он позволяет перемещать осциллограмму по экрану слева направо и наоборот точно в нужное положение. На рисунке 9 показан блок органов управления системой горизонтального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 Х.
Рис. 9. Блок органов управления системой горизонтального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 X
Электронный осциллограф (ЭО) — устройство, с помощью которого наблюдают, исследуют и измеряют амплитуды электрических сигналов и их временные параметры. Такой прибор является наиболее распространенным радиоизмерительным агрегатом, благодаря которому можно увидеть происходящие электрические процессы вне зависимости от момента появления импульса и его продолжительности. По передаваемому на экран изображению возможно с точностью определить амплитудные колебания исследуемого сигнала и их длительность на любом участке сети.
Осциллографы, работающие на основе электронно-лучевой трубки — громоздкие и маломобильные агрегаты. Однако они отличаются высокой точностью измерений. Такие приборы способны быстро обрабатывать входящие сигналы. Они имеют широкий частотный диапазон и отличную чувствительность.
Стоит ли покупать осциллограф? Лучше быть цифрой в аналоговую?
Хотя, если вы зашли так далеко, вы, несомненно, полны решимости купить осциллограф, это действительно не необходимое устройство для всех, поскольку многие люди успешно ремонтируют его, не используя его.
Это устройство идеально подходит для измерения токов, которые не являются чисто непрерывными или переменными, поэтому мы можем видеть, какую форму имеет измеряемый ток, поэтому мы можем обнаруживать неисправности, вызванные пересечением нескольких сигналов и сигналов, которые имеют шум, микропрезы или пики напряжение.
Сегодня цифровые осциллографы являются бестселлером, поскольку они имеют те же характеристики, что и аналоговые, а также включают некоторые улучшения.
На 3 месте — мультиметр-осциллограф Jinhan JDS2022A
Jinhan JDS2022A — это весьма достойный представитель гибридов мультиметра и портативного осциллографа. Он поставляется с двумя каналами без мультиметра и с 1 каналом и встроенным мультиметром. Максимальная рабочая частота составляет 20 МГц и максимальное напряжение канала осциллографа 50 В.
Как обращаться с таким гибридным осциллографом можно посмотреть в следующем видео.
Количество каналов: 1 — 2
Аналоги:
- Jinhan JDS2023A (140 $, 20 МГц + генератор 5 МГц, 2 канала: аналог. + цифр.)
- EONE ET201 (70 $, 200 кГц, 1 канал)
- EONE Et310a (180 $, 5 МГц, 1 канал)
- UNI-T UT81C (220 $, 16 МГц, 1 канал)
- Micsig TO1104 (500$, 100 МГц, 4 канала, планшетный осциллограф, выглядит круто),
- OWON VDS1022I (120 $, 10 МГц, 2 канала)
- EM125 (110 $, 25 МГц, 1 канал)
- Hantek 2d72 (170 $, 70 МГц, 2 канала + генератор сигналов + мультиметр)
- маленький дисплей
- инерционность отображения показаний
- много не очевидных кнопок
- малые габариты
- низкая цена осциллографа
- распространенный разъем BNC
Сфера применения: измерение цифровых сигналов, кварцевых генераторов, сигналов блоков питания с ШИМ, аудио и видеосигналов до 20 МГц. Подойдет для мастер на выезде по ремонту аудио, видеотехники и блоков питания.
