Работа с осциллографом
Как работать с осциллографом для начинающих
Primary Menu
Осциллограф — прибор, показывающий форму напряжения во времени. Также он позволяет измерять ряд параметров сигнала, такие как напряжение, ток, частота, угол сдвига фаз. Но главная польза от осциллографа — возможность наблюдения формы сигнала. Во многих случаях именно форма сигнала позволяет определить, что именно происходит в цепи. В этом случае напряжение содержит как постоянную, так и переменную составляющие, причем форма переменной составляющей далека от синусоидальной. На таком сигнале вольтметры дают большую ошибку: Вольтметр постоянного тока показал 4,8 вольт. Правильное действующее значение напряжения показал осциллограф — 5,58 вольт цифровые осциллографы измеряют напряжение и позволяют сохранять результаты в компьютерном формате. Кроме того, осциллограмма позволяет увидеть некоторые свойства сигнала:. В подавляющем большинстве случаев исследуются периодические сигналы, именно про них мы и будем говорить. Катод излучает электроны, а система фокусировки формирует из них тонкий луч. Этот электронный луч попадает на экран, покрытый люминофором, который под воздействием электронной бомбардировки светится, и в центре экрана возникает светящаяся точка. Две пары пластин ЭЛТ отклоняют электронный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. Поэтому для наблюдения на экране ЭЛТ исследуемого напряжения необходимо, чтобы луч отклонялся по горизонтальной оси пропорционально времени, а по вертикальной оси — пропорционально исследуемому напряжению. На пластины горизонтального отклонения луча расположенные вертикально подается напряжение развертки. Оно имеет пилообразную форму: Отрицательное напряжение отклоняет луч влево, а положительное — вправо если смотреть со стороны экрана. В результате луч движется по экрану слева направо с определенной постоянной скоростью, после чего очень быстро возвращается к левой границе экрана и повторяет свое движение. Расстояние, которое проходит луч вдоль горизонтальной оси, пропорционально времени. Этот процесс называется разверткой, а горизонтальная линия, которую луч прочерчивает по экрану, называется линией развертки иногда при измерениях ее называют нулевой линией. Она играет роль оси времени t графика. Частота повторения пилообразных импульсов называется частотой развертки, но она для измерений не используется. Для измерений нужно знать скорость развертки, про которую будет сказано ниже. Если при этом на пластины вертикального отклонения расположенные горизонтально подать исследуемое напряжение, то луч начнет отклоняться и по вертикали: Получившееся изображение называется осциллограммой. На самом деле кроме линейной существует еще круговая и спиральная развертки, а также фигуры Лиссажу, когда один из сигналов является разверткой для второго. Но это уже совсем другая история…. Важным моментом является соотношение частот развертки и сигнала. Если эти частоты в точности равны, то на экране отображается ровно один период исследуемого сигнала. Если частота сигнала вдвое больше частоты развертки, то мы увидим два периода, если втрое — то три. Если частота сигнала вдвое меньше частоты развертки, то мы увидим только половину периода сигнала. Частоту скорость развертки можно регулировать в широких пределах. Но изображение будет стабильным только в том случае, если частоты развертки и сигнала точь-в-точь совпадают. При малейшем несовпадении частот, каждое начало движения луча по экрану будет соответствовать новой точке функции входного сигнала, и ее график каждый раз будет рисоваться в новом положении. При несовпадении частот в несколько герц и более, осциллограмма становится нечитаемой рис. А ведь добиться абсолютно точного совпадения частот особенно в десятки-сотни килогерц практически невозможно. Поэтому разверткой в осциллографе управляет специальная схема синхронизации. Она задерживает начало движения луча по экрану так, чтобы луч начинал двигаться в тот момент, когда входное напряжение достигло определенного значения. В этом случае луч начинает движение и рисование осциллограммы каждый раз с одной и той же точки графика входного сигнала. В результате каждое следующее движение луча рисует картинку в одном и том же положении, даже если частоты сигнала и развертки заметно не совпадают. Изображение получается стабильным и устойчивым. Напряжение сигнала, при котором происходит синхронизация уровень синхронизации , задается органами управления осциллографа. Визуально изменение этого напряжения вызывает смещение начала изображаемого графика относительно начала периода сигнала, рис. Для того чтобы можно было наблюдать несколько сигналов одновременно, выпускают многолучевые и многоканальные осциллографы. Обычно число каналов равно двум иначе получается очень сложно и дорого. ЭЛТ двухлучевых осциллографов работает одновременно с двумя лучами на общем экране, которые позволяют наблюдать два сигнала абсолютно независимо. Но такие приборы сложны и дороги. Поэтому больше распространены двухканальные осциллографы. Их ЭЛТ самая обычная, но они имеют два отдельных входа и два независимых усилителя вертикального отклонения, которые обслуживают входные сигналы. Кроме того, они имеют встроенный высокоскоростной коммутатор, очень быстро переключающий ЭЛТ пластины вертикального отклонения от одного канала к другому. Изображения сигналов при этом не являются непрерывными линиями, а состоят из множества штрихов. Но на экране штрихи сливаются, и в результате получается два графика входных сигналов. Лишь при наблюдении высокочастотных сигналов и неудачной частоте развертки изображение может стать пунктирным. Поскольку напряжение измеряется между двумя точками, то вход осциллографа имеет две клеммы. Причем они не равнозначны. Она называется так потому, что электрически соединена с корпусом прибора это общая точка всех его электронных схем. Осциллограф показывает напряжение фазы по отношению к земле. Очень важно знать, какой из входных проводников является фазой. В этом случае перепутать фазу и корпус в принципе невозможно. В этом случае оба штекера одинаковы, и для того, чтобы их различать используются дополнительные признаки. Этих признаков несколько, и они могут встречаться в любом сочетании:. Однако, к сожалению, эти правила выполняются не всегда. Особенно это относится к кабелям, прошедшим ремонт: Поэтому есть еще один способ определения фазы и корпуса, дающий стопроцентную гарантию. Для определения какой из проводников является фазой, а какой корпусом, надо при никуда не подключенном осциллографе взяться рукой за контакт одного из входных проводников, при этом другой рукой ни до чего не дотрагиваться. Если этот проводник — корпус, то на экране будет только лишь горизонтальная линия развертки. Если этот проводник — фаза, то на экране возникнут довольно значительные помехи, представляющие собой сильно искаженную синусоиду частотой 50 Гц рис. Эти помехи возникают из-за того, что существует емкость между телом человека и проводами сети, проложенной в помещении. И возникает ток, протекающий по такой цепи: Цепь замкнута, ток течет. Синусоида выглядит искаженной оттого, что емкостное сопротивление участка сеть — тело человека зависит от частоты: Поэтому высокочастотные составляющие гармоники сети и проникшие в нее помехи создают больший ток и большее напряжение на входе осциллографа. Определив фазу и корпус входного кабеля, можно подключать осциллограф к исследуемой цепи. Если в ней нет четко выраженного общего провода, то корпус подключается к любой из точек, напряжение между которыми требуется исследовать. Если в цепи присутствует общий провод — точка, условно принимаемая за нулевой потенциал, соединенная с корпусом устройства или реально заземленная, то корпус осциллографа лучше подключать к этой точке. Невыполнение этого правила может привести к значительным погрешностям измерений иногда настолько большим, что измерениям и вовсе нельзя доверять. По своей сути осциллограф является вольтметром, показывающим график напряжения. Однако с его помощью можно наблюдать и форму тока. Сопротивление резистора Rт выбирают намного меньшим, чем сопротивление цепи, тогда резистор не влияет на ее работу и его включение не приводит к изменениям режима работы цепи. На резисторе по закону Ома возникает напряжение:. Это напряжение и измеряется осциллографом. А зная величину Rт можно перевести напряжение, показываемое осциллографом в ток. Двухканальный и двухлучевой осциллограф может показывать осциллограммы двух сигналов одновременно. Для этого у него имеется два входа канала , обычно обозначаемых I и II. Поэтому эти клеммы должны подключаться к одной и той же точке цепи, иначе в цепи произойдет замыкание рис. В результате конфигурация цепи изменилась. Возможность наблюдать не любые два напряжения, а только имеющие общую точку, является недостатком, но небольшим — в электронике один из полюсов источника питания всегда является общим проводом, и все напряжения измеряются относительно него. Используя двухканальный осциллограф можно одновременно наблюдать и напряжение, и ток в цепи. И таким образом измерять сдвиг фаз между током и напряжением. Схема подключения осциллографа в этом случае показана на рис. Канал I измеряет напряжение, а канал II измеряет ток. Такое включение наиболее оптимально, так как напряжение, падающее на резисторе Rт и подаваемое в канал II, в 30… раз меньше, чем в канале I, следовательно, оно больше подвержено помехам и синхронизация от низкого напряжения не такая хорошая. Таким образом, подключение канала I к напряжению обеспечивает более стабильное изображение осциллограммы. Ошибка подключения на рис. В результате резистор Rт оказывается замкнут накоротко через корпус осциллографа. Самое неприятное, что при этом напряжение на резисторе Rт не равно нулю — из-за того, что сопротивление проводов входных кабелей через которые этот резистор замыкается не нулевое. Поэтому при таком подключении можно не заметить эту ошибку ведь осциллограф что-то показывает , а результат измерения тока при этом будет неверным. Включение, показанное на рис. Напряжение на Rт хоть и небольшое по величине, но все равно вносит погрешность в измерение напряжения. Подключение осциллографа, показанное на рис. Это важно при измерении малых токов: При измерении сдвига фаз необходимо инвертировать сигнал в канале II, поскольку канал II включен встречно по отношению к каналу I. А — управление каналом I. Б — управление отображением каналов. В — управление каналом II. Г — регулировка яркости луча, фокусировки и подсветки экрана. Д — управление разверткой. Е — управление синхронизацией. Хорошо видно, что экран осциллографа разбит на клетки. Эти клетки называются делениями, и используются при измерениях: Обычно осциллограф имеет 6…10 делений по горизонтали и 4…8 делений по вертикали. Центральные вертикальная и горизонтальная линии имеют дополнительные риски, делящие деление на 5 или 10 частей рис. Риски служат для более точных измерений, они являются долями деления. Реализуется это очень просто: Учтите, что при закрытом входе очень низкие частоты ниже В среднем положении переключателя 1 вход усилителя осциллографа отключается от входного разъема и замыкается на землю. Это позволяет при помощи ручки 7 выставить линию развертки в нужное место. Регулятор чувствительности канала вертикального отклонения масштаба по вертикали. Переключатель 4 задает масштаб ступенчато. Задаваемые им значения нанесены рядом с ним. На выбранное значение указывает риска 5 на переключателе. Ручка 3, расположенная соосно с переключателем, позволяет плавно уменьшать масштаб в 2…3 раза. В крайнем правом положении на рис. Ручка выполняет две функции. При вращении она перемещает график канала по вертикали вверх или вниз. Утопленное и вытянутое положения символически показаны над и под ручкой. Но второй канал имеет дополнительный переключатель 6, позволяющий инвертировать его входной сигнал. В нажатом положении канал работает как обычно, а в вытянутом — инвертируется, то есть при отрицательном входном сигнале луч движется вверх, а при положительном — вниз. Это необходимо при измерении, например, сдвига фаз. В этом режиме можно измерять сдвиг фаз. Панель управления разверткой рис. Риска 2 на переключателе показывает установленное значение. Как и в каналах вертикального отклонения, переключатель скорости развертки имеет разные единицы измерения: Эта синхронизация производится входным сигналом, поэтому называется внутренней. Такой режим используется для большинства измерений. Либо попытка синхронизации от канала I, а если не получается, то синхронизация производится сигналом канала II. Первый вариант иногда работает немного лучше, поэтому надо стараться, чтобы сигнал первого канала был достаточно большой для стабильной синхронизации. Движение луча синхронизируется импульсами, подаваемыми со специального внешнего источника на вход синхронизации осциллографа. Такой режим иногда требуется для исследования специфических сигналов. Если внешнего источника синхронизации нет, то получить устойчивое изображение невозможно. В этом режиме можно наблюдать фигуры Лиссажу. Задает напряжение синхронизации рис. В нажатом положении этой ручки как на рисунке развертка автоматическая. При этом движение луча будет происходить даже если синхронизации не произойдет. Луч задерживается в начале движения на некоторое время до момента синхронизации, но через некоторое время все равно начинает движение. В вытянутом положении ручки включается ждущая развертка. В этом режиме луч не начнет движения до тех пор, пока не произойдет синхронизации. Если синхронизации не происходит, луч не движется. Такой режим хорошо подходит для наблюдения непериодических сигналов. Влияние этой ручки на изображение показано на рис. В осциллографе в цепи синхронизации используются две различные схемы: Вторая схема определяет, как при этом изменяется входное напряжение — возрастает или убывает. И соответственно разрешает первой схеме сработать. Относится как к внешней, так и ко внутренней синхронизации. Это режим есть не во всех осциллографах. Измерения производятся визуально и их погрешность получается довольно высокой. При измерении напряжения и частоты временных интервалов необходимо ручки плавной регулировки усиления входного сигнала и скорости развертки необходимо установить в крайнее правое положение. Для измерения напряжения используется известное значение масштаба по вертикали. После этого на вход подается исследуемый сигнал или переключатель режима входа устанавливается в одно из рабочих положений. На экране появляется график функции сигнала, рис. Измерение напряжения скриншот цифрового осциллографа: Продемонстрируем измерение напряжения на самом осциллографе. Максимум напряжения имеет величину 3,4 деления рис. Определение масштаба по вертикали показано на рис. Множитель масштаба установлен в положение х10 утоплен. Следовательно измеряемое напряжение равно:. Осциллограф позволяет измерять временные интервалы, в том числе и период сигнала. Частота сигнала обратно пропорциональна его периоду. Период сигнала можно измерять в различных частях осциллограммы, но наиболее удобно и точно измерять его в точках пересечения графиком оси времени. Поэтому перед измерением линию развертки необходимо установить на центральную горизонтальную линию сетки экрана рис. Период сигнала, показанного на рис. Обратите внимание, что на рисунках 22 и 25 показан один и тот же сигнал, но при различных значениях скорости развертки. Определение частоты по рис. Поэтому наиболее точные измерения получаются, если максимально растянуть изображение по горизонтали. Раз период больше, частота сигнала на самом деле чуть-чуть меньше, чем та, которую мы получили: На самом деле погрешность измерения меньше одного процента — это высокая точность. Такую точность обеспечивает цифровой осциллограф, у которого развертка линейна. В аналоговом осциллографе погрешность измерения частоты, скорее всего, была бы выше. Сдвиг фаз показывает взаимное расположение двух колебательных процессов во времени. Но его измеряют не в единицах времени которые откладываются по горизонтальной оси , а в долях периода сигнала то есть в единицах угла. В этом случае одинаковому взаимному расположению сигналов будет соответствовать одинаковый фазовый сдвиг, независимо от периода и частоты сигналов то есть независимо от реального масштаба графиков по оси времени. Поэтому наибольшая точность измерений получается, если растянуть период сигнала на весь экран. Поскольку в аналоговом осциллографе графики сигнала обоих каналов имеют одинаковый цвет и одинаковую яркость, то для того, чтобы их различать между собой, рекомендуется сделать их разной амплитуды. Подготовка к измерениям производится так см. Прежде, чем измерять величину сдвига фаз, необходимо определить, какой из сигналов напряжение или ток опережает, а какой отстает. Ток начинается позже, следовательно, он отстает, а напряжение опережает. Этой ситуации соответствуют положительные значения угла сдвига фаз. Поскольку начало периода тока на экране не отображается, то сравниваются окончания первого полупериода: Угол сдвига фаз при этом отрицателен. В примере на рис. Следует учитывать, что для пассивного элемента в смысле, не усилителя или транзистора, а резистора - катушки - конденсатора сдвиг фаз. В принципе, величину сдвига фаз можно измерить и в конце периода точки Д и Е на рис. Если сдвиг фаз равен нулю в цепи только активная нагрузка или происходит резонанс , то напряжение и ток будут начинаться и заканчиваться одновременно, рис.
Связала руки и села на лицо
Новости 24 часа прямой эфир
Вязанные следки домашние своими руками
Мир мебели стенки каталог
Адамант официальный сайт каталог
Стяжка пола расход