Работа с осциллографом

 

 

Осциллограф - это тестовый инструмент, который позволяет вам смотреть на «форму» электрических сигналов, отображая на экране график зависимости напряжения от времени. Это похоже на вольтметр с ценной дополнительной функцией, показывающей, как напряжение изменяется со временем. Сетка в 1 см позволяет измерять напряжение и время с экрана. График, обычно называемый трассировкой, рисуется пучком электронов, попадающим на фосфорное покрытие экрана, благодаря чему он излучает свет, обычно зеленый или синий. Это похоже на способ создания телевизионного изображения.

Осциллографы содержат на одном конце вакуумную трубку с катодом (отрицательным электродом), чтобы эмитировать электроны (производить эмиссию) и анод (положительный электрод), чтобы ускорить их, чтобы они быстро перемещались по трубке к экрану. Такое устройство называется электронной пушкой. Трубка также содержит электроды для отклонения электронного пучка вверх / вниз и влево / вправо.

Электроны называются катодными лучами, потому что они испускаются катодом, и это дает осциллографу полное название осциллографа катодных лучей или ОКР. Двухлучевой осциллограф может отображать на экране две трассировки, что позволяет легко сравнивать вход и выход усилителя.

 

Меры предосторожности

 

·Осциллограф следует осторожно использовать в связи с хрупкой (и дорогой) вакуумной трубкой.

·Осциллографы используют высокое напряжение для создания электронного луча, и они остаются в течение некоторого времени после отключения - для вашей же безопасности не пытайтесь исследовать внутреннюю часть осциллографа!

 

Символ схемы осциллографа

 

Осциллограф

 

Настройка осциллографа

 

 

Осциллографы представляют собой сложные инструменты со многими элементами управления, и для их настройки и использования требуется некоторая осторожность. Очень легко «потерять» след с экрана, если элементы управления установлены неправильно!

На рисунке показано, что вы должны увидеть после настройки, когда нет подключенного входного сигнала. Существует некоторая вариация в организации и маркировке многих элементов управления, поэтому описание, возможно, потребуется адаптировать для вашего инструмента.

 

1. Включите осциллограф, чтобы прогреться (это займет минуту или две).

2. Не подключайте входной кабель на этом этапе.

3. Установите переключатель AC / GND / DC (с помощью Y INPUT) в положение DC .

4. Установите переключатель SWP / XY в положение SWP (развертка).

5. Установите для параметра Trigger Level значение AUTO .

6. Установите источник триггера в INT (внутренний, y-вход).

7.  Установите Y УСИЛИТЕЛЬ на 5 В / см ( умеренное значение).

8.  Установите TIMEBASE на 10ms / cm (умеренная скорость).

9.  Установите для переменной VARIABLE timebase значение 1 или CAL .

10. Настройте Y SHIFT (вверх / вниз) и X SHIFT (влево / вправо), чтобы вывести трассу по середине экрана , как на картинке.

11.  Отрегулируйте ИНТЕНСИВНОСТЬ (яркость) и ФОКУС, чтобы получить яркую, четкую полосу.

12. Теперь осциллограф готов к использованию! Подключение входного провода описано в следующем разделе.

 

Подключение осциллографа

 

Входы Y INPUT в осциллограф должны быть коаксиальными, а на схеме показана его конструкция. Центральный провод несет сигнал, и экран подключен к земле (0 В) для защиты сигнала от электрических помех (обычно называемых шумами).

 

Осциллографы, используемые в школах, могут иметь красные и черные 4 мм гнезда, чтобы при необходимости можно было использовать обычные, неэкранированные 4 мм штепсельные выводы. Специалисты используют специально разработанный комплект соединителей и зондов для получения наилучших результатов с высокочастотными сигналами и при тестировании схем с высоким сопротивлением, но это не существенно для простой работы на звуковых частотах (до 20 кГц). Осциллограф подключен, как вольтметр, но вы должны знать, что экран (черный) подключения входного провода подключен к заземлению на осциллографе. Это означает, что он должен быть подключен к земле или 0 В на тестируемой цепи.

 

Получение четкой и стабильной линии

 

 

Если вы используете осциллограф в первый раз, лучше всего начать с простого сигнала, например, с выхода блока питания переменного тока, настроенного на 4 В. На рисунке показана осциллограма, которую вы должны увидеть после правильной установки элементов управления.

После подключения осциллографа к схеме, которую вы хотите протестировать, вам необходимо настроить элементы управления для получения четкой и стабильной фигуры на экране:

·Регулятор Y AMPLIFIER (VOLTS / CM) определяет высоту. Выберите настройку, чтобы фигура занимала не менее половины высоты экрана, но не исчезала с экрана.

·Регулятор TIMEBASE (TIME / CM) определяет скорость, с которой точка проносится по экрану. Выберите настройку, чтобы трасса показывала по крайней мере один цикл сигнала на экране.

Обратите внимание, что постоянный входной сигнал постоянного тока дает трассировку горизонтальной линии, для которой установка временной базы не является критичной.

TRIGGER обычно лучше всего установить в AUTO.

 

Измеряемое напряжение и временной период

 

Фигура на экране осциллографа представляет собой график зависимости напряжения от времени . Форма этого графика определяется характером входного сигнала.

В дополнение к свойствам, обозначенным на графике, есть частота, которая представляет собой количество циклов в секунду.

Диаграмма показывает синусоидальную волну, но свойства применимы к любому сигналу с постоянно повторяющейся формой.

 

 

·Амплитуда - максимальное напряжение, достигнутое сигналом. Измеряется в вольтах , В.

· Пиковое напряжение - другое название амплитуды.

· Пик-пиковое напряжение в два раза превышает пиковое напряжение (амплитуду). При считывании осциллограммы обычно измеряется пиковое напряжение.

·   Период времени - это время, затрачиваемое на завершение одного цикла. Он измеряется в секундах, но периоды времени имеют тенденцию быть короткими, поэтому часто используются миллисекунды (мс) и микросекунды (мкс).
1 мс = 0,001 с и 1 мкс = 0,000001 с.

·  Частота - это количество циклов в секунду. Он измеряется в герцах (Гц) , но частоты имеют тенденцию быть высокими, поэтому часто используются килогеры (кГц) и мегагерцы (МГц).
1 кГц = 1000 Гц и 1 МГц = 1000000 Гц.

Частота и период времени

Частота и период времени являются обратными друг другу:

 

На рисунке показан тракт сигнала переменного тока на осциллографе с элементами управления этими настройками:

·                     Y УСИЛИТЕЛЬ: 2 В / см

·                     ВРЕМЯ: 5 мс / см

·                     Каждый квадрат сетки представляет собой 1 см

 

Некоторые недорогие осциллографы имеют небольшие экраны, где линии сетки расположены на расстоянии менее 1 см друг от друга. На этих инструментах элементы управления будут отмечены '/ div' (за деление) вместо '/ cm'.

 

Напряжение отображается по вертикальной оси Y, а масштаб определяется с помощью регулятора Y AMPLIFIER (VOLTS / CM). Обычно пиковое напряжение измеряется, потому что его можно прочитать правильно, даже если положение 0V неизвестно. Амплитуда составляет половину пикового напряжения .

Напряжение = расстояние в см × вольт / см

Для примера трассировки, показанной выше:

Пиковое напряжение = 4,2 см × 2 В / см = 8,4 В
Амплитуда (пиковое напряжение) = ½ × пиковое напряжение = 4,2 В

Чтение амплитуды напрямую

Если вы хотите читать амплитуду прямо с экрана, вы должны сначала проверить положение 0В (обычно на половину экрана). Переместите переключатель AC / GND / DC в GND (0 В) и используйте Y-SHIFT (вверх / вниз), чтобы отрегулировать положение трассы, если необходимо. Затем переключитесь обратно в DC, чтобы снова увидеть сигнал.

Временной период

Время отображается по горизонтальной оси x, а масштаб определяется с помощью элемента TIMEBASE (TIME / CM). Период времени (часто называемый периодом ) - это время для одного цикла сигнала. Частота представляет собой число циклов в секунду, частота = ¹ / _{период времени}.

Перед тем, как начать отсчет времени, убедитесь, что для элемента управления переменной временной отметки установлено значение 1 или CAL (откалибровано).

Время = расстояние в см × время / см

Для примера трассировки, показанной выше:

Период времени = 4,0 см × 5 мс / см = 20 мс
Частота = ¹ / _{период времени} = ¹ / _20мс = 50 Гц

 

Временная база (время / см) и триггерные элементы управления

 

 

Осциллограф перемещает электронный луч по экрану слева направо с постоянной скоростью, установленной регулятором TIMEBASE. Каждой установке присваивается метка времени, которое точка берет для перемещения на 1 см, фактически это установка масштаба по оси х. Контроллер временной метки может быть помечен как TIME / CM. При медленных настройках временной шкалы (например, 50 мс / см) вы можете видеть точку, движущуюся по экрану, как в верхнем изображении.

 

 

При быстрых настройках временной шкалы (например, 1 мс / см) точка перемещается настолько быстро, что кажется, что это линия, как на нижнем изображении. Элемент управления VARIABLE может быть повернут, чтобы произвести точную настройку скорости, но он должен быть оставлен в позиции с меткой 1 или CAL (откалиброван), если вы хотите отсчитывать время от линии, нарисованной на экране. Элементы управления TRIGGER используются для сохранения устойчивой трассировки на экране. Если они установлены неправильно, вы можете увидеть слежение, дрейфующее сбоку, путаницу с надписью на экране или вообще отсутствие следов. Триггер поддерживает постоянную трассировку, запуская точку, охватывающую экран, когда входной сигнал каждый раз достигает одной и той же точки своего цикла. Для простоты использования лучше оставить уровень триггера установленным на AUTO, но если у вас есть трудности с получением устойчивой трассы, попробуйте отрегулировать этот элемент управления, чтобы установить уровень вручную.

 

Y усилитель (вольт / см)

 

 

Осциллограф перемещает линию вверх и вниз пропорционально напряжению на Y INPUT и настройке регулятора Y AMPLIFIER. Этот элемент управления задает напряжение, представленное каждым сантиметром (см) на экране, эффективно устанавливает масштаб по оси y. Положительные напряжения заставляют след двигаться вверх, отрицательные напряжения заставляют его двигаться вниз.

На рисунке показан переменный сигнал постоянного тока, который всегда положительный.

Усилитель y может быть помечен как Y-GAIN или VOLTS / CM.

Входное напряжение, перемещающее точку вверх и вниз в то же время, когда точка проносится по экрану, означает, что след на экране представляет собой график напряжения (ось y) относительно времени (ось x) для входного сигнала.

 

Переключатель AC / GND / DC

 

Нормальная настройка для этого переключателя - постоянный ток для всех сигналов, включая сигналы переменного тока!

Переключение на GND (земля) подключает вход Y к 0 В и позволяет быстро проверить положение 0В на экране. Обычно это на полпути вверх, как показано на рисунке. Нет необходимости отключать провод ввода, когда вы переводите переключатель в GND, потому что вход отключен изнутри.

Переключение на переменный ток вставляет конденсатор последовательно с входом для блокировки любого присутствующего сигнала постоянного тока и пропускания только сигналов переменного тока . Это используется для изучения сигналов, показывающих небольшие отклонения вокруг одного постоянного значения, например, пульсации на выходе плавного источника постоянного тока. Уменьшение VOLTS / CM, чтобы увидеть больше деталей пульсации, обычно выводит трассировку с экрана! Установка переменного тока удаляет постоянную часть (DC) сигнала, позволяя вам просматривать только переменную (AC) часть, которая теперь может быть более внимательно изучена путем уменьшения VOLTS / CM. Это показано на диаграммах ниже:

 

Отображение сигнала пульсации с помощью переключателя переменного тока

 

 

1. Переключите в нормальное положение DC. Рябь трудно увидеть четко, но если VOLTS / CM уменьшится, чтобы попытаться увеличить рябь, линия исчезнет с экрана.

 

 

2. Переключатель переместился в положение AC. Постоянная (DC) часть сигнала была удалена, оставив только часть пульсации (AC).

 

 

3. VOLTS / CM уменьшен для увеличения пульсации. Теперь можно более внимательно изучить рябь.

 

Диаграммы источников питания:

 

Только трансформатор

 

Низковольтный выход переменного тока подходит для ламп, обогревателей и специальных двигателей переменного тока. Он не подходит для электронных схем, если они не содержат выпрямителя и сглаживающего конденсатора.

 

Трансформатор + Выпрямитель

 

Выход постоянного тока подходит для ламп, обогревателей и стандартных двигателей. Он не подходит для электронных схем, если они не содержат сглаживающий конденсатор.

 

Трансформатор + Выпрямитель + Сглаживание

 

Плавный выход постоянного тока имеет небольшую пульсацию. Он подходит для большинства электронных схем.

 

Трансформатор + Выпрямитель + Сглаживание + Регулятор

 

Регулируемый выход постоянного тока очень плавный, без пульсации . Он подходит для всех электронных схем.