Як користуватися осцилографом? Як користуватися портативним цифровим осцилографом?

У статті буде докладно розказано про те, як користуватися осцилографом, що це таке і для яких цілей він необхідний. Ніяка лабораторія не може проіснувати без вимірювальної апаратури або джерел сигналів, напруг і струмів. А якщо ви плануєте займатися проектуванням і створенням різних пристроїв (особливо якщо мова йде про високочастотної техніки, наприклад, інверторних блоках харчування), то без осцилографа зробити що-небудь виявиться проблематично.

Що таке осцилограф

Це такий прилад, який дозволяє «побачити» напруга, а якщо точніше, то його форму протягом певного проміжку часу. З його допомогою можна виміряти чимало параметрів - напруга, частоту, силу струму, кути зрушень фаз. Але чим гарний особливо цей прилад, так це тим, що він дозволяє візуально оцінити форму сигналу. Адже в більшості випадків саме вона говорить про те, що конкретно відбувається в ланцюзі, в якій проводиться вимір.

У деяких випадках, наприклад, напруга може містити не тільки постійну, але і змінну складову. І форма другої може бути далека від ідеальної синусоїди. Такий сигнал вольтметри, наприклад, сприймають з великими похибками. Стрілочні прилади будуть видавати одне значення, цифрові - набагато менше, а вольтметри постійного струму в - кілька разів більше. Найточніше вимір виходить провести саме за допомогою описуваного в статті приладу. І не має значення, чи застосовується осцилограф Н3013 (як користуватися, розглянуто нижче) або іншої моделі. Вимірювання відбуваються однаково.

особливості приладу

цифрові осцилографи можуть не тільки показувати в режимі реального часу форму сигналу, але і зберігати всі дані, які згодом можна буде прочитати на персональних комп`ютерах. За осцилограмі, зображеної на малюнку вище, можна визначити деякі особливості сигналів:

1. Характер сигналу імпульсний.
2. Від`ємних значень не має вхідний сигнал.
3. Відбувається дуже швидка зміна значень від 0 до максимуму і назад.
4. Тривалість імпульсу вище тривалості паузи більш ніж в три рази.

Як правило, за допомогою осцилографа проводяться дослідження періодичних сигналів. Саме про них і піде мова в статті.

Як він функціонує

Серце всіх осцилографів - електронно-променева трубка. Це, можна сказати, радиолампа, отже, всередині знаходиться вакуум. На катоді відбувається випромінювання електронів. За допомогою котра фокусує системи проводиться формування тонкого променя з цих електронів. Внутрішня частина екрану покрита рівним шаром люмінофора. Він при впливі електронів починає світитися. Дивлячись зовні на екран, можна бачити посередині світлу точку.

В електронно-променевої трубки є дві пари пластинок, які направляють електронний промінь в потрібну сторону. Причому його відхилення відбувається в перпендикулярних (взаємно) напрямках. Якщо говорити простіше, то виходить дві координатні системи. Щоб спостерігати за напругою на екрані трубки, потрібно:

1. По горизонталі промінь слід відхиляти таким чином, щоб значення відхилення було прямо пропорційно часу.
2. У вертикальній площині необхідно, щоб значення відхилення було пропорційно тієї напруги, дослідження якого проходить.

розгортка

Відео: Як влаштований осцилограф. Як користуватися осцилографом.

Напруга розгортки необхідно подавати на ті пластини, які розташовані у вертикальній площині. Воно пилкоподібної форми, повільно наростає лінійно, і у нього дуже швидкий спад. При цьому позитивне напруга призводить до того, що промінь відхиляється вправо. А негативне - до того, що промінь рухається вліво. Це в тому випадку, якщо спостерігач знаходиться перед екраном, і можна бачити, як промінь робить рух зліва направо. При цьому швидкість його постійна. Після досягнення крайній правій межі він швидко йде на вихідну. Потім заново повторюється рух.

У даній статті буде максимально докладно розказано про те, як правильно користуватися осцилографом. Вищевикладений процес і носить назву «розгорнення». Лінія розгортки - це лінія (горизонтальна), що проводиться променем на екрані. Коли проводяться вимірювання, її називають лінією нуля. Вона ж є віссю часу на графіку. Частота розгортки - це не що інше, як частота, з якою відбувається повторення імпульсів пилкоподібної форми. В процесі вимірювань вона не застосовується. Важливі параметри для вимірювань - це швидкість.

Як підключити імпортний осцилограф

Напруга міряти потрібно в двох точках, значить, вхід осцилографа - це дві клеми. Зверніть увагу на те, що функції у кожній з клем різні:

1. Перша підключається на вхід підсилювача, який відхиляє промінь у вертикальній площині.
2. Друга клема - це загальний провід (земля, мінус, корпус). Має електричну зв`язок безпосередньо з корпусом приладу.

Звідси висновок можна зробити про те, що за допомогою осцилографа вимірюється фазовий напруга щодо землі. Причому необхідно знати, який з входів - фаза. У приладах зарубіжного виробництва застосовуються спеціальної конструкції щупи. У них загальний провід зроблений у вигляді затиску типу «крокодил». Найбільш розумне рішення, так як саме цей провід найчастіше з`єднується з металевим корпусом пристрою, на якому проходять вимірювання. А ось фаза виконується у вигляді голки. З її допомогою можна без праці ткнути в будь-яке місце друкованого монтажу, навіть в самотню ніжку мікропроцесора.

Як підключити вітчизняний осцилограф

У Росії інші стандарти, тому на приладах вітчизняного виробництва все по-іншому. Найчастіше використовуються штекери діаметром 4 мм. Причому вони однакові, доводиться з`ясовувати деякі ознаки, щоб не сплутати підключення:

1. Мінусовій висновок, як правило, має велику довжину.
2. Чорний або коричневий колір характерний для земляного дроти.
3. На земляному штекері нанесені УДО «заземлення» або «загальний провід».

Але таке можна не завжди зустріти, так як кабелі часто піддаються ремонту, під час якого на провід встановлюють штекер, який є в наявності. З імовірністю 100% можна визначити, який дріт нульовий, а який - фазовий, одним способом. Спочатку торкніться рукою одного штекера, потім - іншого. І це не залежить від моделі, неважливо, це осцилограф С1-118А (як користуватися приладами, розказано буде нижче) або будь-якої іншої.

У тому випадку, якщо ви будете тримати в руці мінусовій провід, на екрані пристрою можна спостерігати рівну горизонтальну лінію. А якщо доторкнетеся до фазового проводу, то на екрані з`явиться спотворена синусоїда з величезною кількістю перешкод. Останні спостерігаються через те, що є деяка ємність між проводами побутової електромережі в кімнаті і вашим тілом (простір в приміщенні - це діелектрик).

Подальші дії

Відео: ЯК КОРИСТУВАТИСЯ осцилографи ЦИФРОВИМ

Коли фаза і мінус визначені, можна проводити вимірювання. У тому випадку, якщо ви не можете візуально визначити загальний для всіх елементів провід, необхідно підключатися до точок, між якими потрібно виміряти напругу. Але найчастіше в колі є загальний провід, він може навіть бути з`єднаний з заземленням. Таким же чином готується і осцилограф ОМШ-2М. Як користуватися ним для вимірювання величин, буде розказано нижче. В цьому випадку земляний провід осцилографа необхідно з`єднувати з ним.

По суті, осцилограф - це вольтметр, який показує графік зміни напруги на певній ділянці часу. Але він дозволяє побачити і форму електричного струму. Для здійснення цього потрібно підключити спеціальний струмовий опір. Причому значення його повинно бути менше, ніж повний опір самої ланцюга. У цьому випадку резистор не зможе впливати на роботу ланцюга.

двоканальний осцилограф

Ще його називають Двопроменева, він володіє однією особливістю - може видавати на екрані сигнали з двох різних джерел одночасно. У нього є два канали, які позначаються римськими цифрами. Зверніть увагу на те, що в обох каналах мінусові клеми з`єднані електрично з корпусом. Тому при проведенні вимірювань не допускайте підключення цих проводів до різних ділянок ланцюга. Ось як користуватися осцилографом С1-68, наприклад, для вимірювань струму і напруги одночасно.

Крім того, є ризик отримати невірні відомості, так як ланцюг кардинально змінюється через це короткого замикання. Недолік - це неможливість спостереження за двома різними напругами. Але він не дуже істотний, тому що в більшості приладів один з полюсів (як правило, мінусовій висновок джерела живлення) з`єднаний з корпусом, і він загальний. Отже, вимірювання всіх напруг відбуваються щодо цього загального проводу.

Можливості двоканального приладу

Скориставшись двоканальним осцилографом, ви отримуєте можливість контролювати струм і напруга в ланцюзі одночасно. Отже, без праці проводите завмер зсуву фаз між напругою і струмом. Один канал повинен вимірювати струм, а другий - напруга в досліджуваній ланцюга. Для вимірювання струму, як ви пам`ятаєте, необхідно включити в схему деякий резистор з певним опором. Так як користуватися осцилографом С1-94 і аналогами досить складно, потрібно тримати під рукою рекомендовані схеми підключень для вимірювання того чи іншого параметра.

Варто звертати увагу на конструкцію осцилографів - вона трохи несиметрична. Іншими словами, синхронізація першого каналу набагато якісніше і стабільніше, ніж другого. Отже, потрібно підключати висновки першого каналу для вимірювання напруги, а не струму. Це дозволить отримати більш стабільне відображення осцилограми на екрані приладу. Ніколи не підключайте мінусові клеми двох каналів до різних точок ланцюга! Завжди з`єднувати їх разом.

Органи управління

На передній панелі приладу є кілька рукояток, які необхідні для проведення точної настройки осцилографа. Два потенціометра - для управління каналами 1 і 2. Також є функція управління синхронізацією, розгорткою, присутня можливість регулювання фокусування, яскравості, підсвічування. Якщо придивитися до екрану, то можна побачити, що він розбитий на невеликі квадрати - ділення. Ними необхідно користуватися при проведенні вимірювань. Саме до цих квадратах слід прив`язувати масштаби по горизонталі і вертикалі. Такі особливості має осцилограф С1-67. Як користуватися приладами такого типу для вимірювань величин, буде розказано нижче.

Зверніть увагу, що по горизонталі масштаб вимірюється в секундах на розподіл. А по вертикалі - в вольтах на розподіл. Як правило, в осцилографі є приблизно 6-10 квадратів в горизонтальній площині і 4-8 - у вертикальній. На центрові лінії нанесені ризики, вони ділять кожен відрізок на 10 частин (рівних) або на 5. Завдяки цим розподілам можна виробляти більш точні розрахунки.

режим входу

На передній панелі є спеціальний перемикач, який переводить прилад в різні стани. Позначається символом - зверху пряма риса, нижче неї -волністая. При перекладі в верхнє положення на вхід може надходити як змінне, так і постійне напруження. Вхід відкритий вважається для постійного струму. При перемиканні в нижнє положення допустима подача на вхід тільки змінної напруги. Завдяки цьому з`являється можливість проводити виміри дуже маленького змінної напруги (по відношенню до дуже великих значень постійного). Актуально для проведення вимірювань в підсилюючих каскадах.

Реалізувати це досить просто - необхідно до входу підсилювача підключити конденсатор. В даному випадку вхід закритий. Зверніть увагу на те, що в цьому режимі вимірювання НЧ-сигнали з частотою менше 5 Гц слабшають. Отже, вимірювати їх можна лише в режимі відкритого входу.

Коли перемикач встановлений в середнє положення, то від роз`єму входу відключається підсилювач, і відбувається замикання на корпус. Завдяки цьому є можливість встановити розгортку. Так як користуватися осцилографом С1-49 і аналогами без знання основних органів управління неможливо, варто про них більш детально поговорити.

Вхід каналу осцилографа

На передній панелі є масштаб у вертикальній площині - він визначається за допомогою регулятора чутливості того каналу, по якому відбувається вимір. Існує можливість змінити масштаб не плавно, а східчасто, за допомогою перемикача. Які задати значення можна з його допомогою, дивіться на корпусі поруч з ним. На одній осі з цим перемикачем знаходиться регулятор для плавної коригування (ось як користуватися осцилографом С1-73 і аналогічними моделями).

На передній панелі можна знайти ручку із зображенням двобічної стрілки. Якщо обертати її, то графік цього каналу почне переміщатися у вертикальній площині (вниз-вгору). Зверніть увагу на те, що біля цієї ручки є графічне позначення, яке показує, в який бік необхідно її вирощують, щоб змінити значення множника в меншу або більшу сторону. Органи управління обох каналів однакові. Крім того, на передній панелі є ручки регулювання контрастності, яскравості, синхронізації. Варто зазначити, що цифровий кишеньковий осцилограф (як користуватися девайсом, ми розглядаємо) також має ряд налаштувань відображення графіків.

Як проводяться вимірювання

Продовжуємо описувати, як користуватися цифровим осцилографом або аналоговим. Важливо відзначити, що у них у всіх є недолік. Варто згадати одну особливість - всі вимірювання виконується візуально, тому є ризик того, що похибка виявиться високою. Також слід враховувати той факт, що напруги розгортки мають вкрай малою лінійністю, що призводить до похибки вимірювань зсуву фаз або частоти приблизно на 5%. Щоб мінімізувати ці похибки, потрібно виконати одну просту умову - графік повинен займати приблизно 90% площі екрану. Коли проводяться вимірювання частоти і напруги (мається часовий інтервал), слід регулятори коригування посилення сигналу на вході і швидкості розгортки виставити в крайні праві положення. Варто зауважити одну особливість: оскільки користуватися цифровим осцилографом може навіть новачок, прилади з електронно-променевою трубкою втратили актуальність.

Як виміряти напругу

Щоб провести вимірювання напруги, необхідно використовувати значення масштабу в вертикальній площині. Для початку потрібно виконати одну з цих дій:

1. З`єднати обидві вхідні клеми осцилографа між собою.
2. Перевести перемикач режимів входу в положення, яке відповідає з`єднанню із загальним проводом. Потім регулятором, біля якого зображена двунаправленная стрілка, домогтися того, щоб лінія розгортки збіглася з центральної (горизонтальної) рисою на екрані.

Переводите прилад в режим вимірювань і подаєте на вхід сигнал, який необхідно досліджувати. При цьому в будь-яке робоче положення встановлюється перемикач режимів. А ось як користуватися портативним цифровим осцилографом? Трохи складніше - у таких приладів набагато більше регулювань.

В результаті можна бачити на екрані деякий графік. Для точного вимірювання висоти слід використовувати ручку з зображенням горизонтальної двобічної стрілки. Домагаєтеся того, щоб верхня точка графіка потрапляла на вертикальну лінію, розташовану в центрі. На ній є градуювання, тому буде набагато простіше провести розрахунок чинного напруги в ланцюзі.

Як виміряти частоту

За допомогою осцилографа можна провести вимірювання тимчасових інтервалів, зокрема, періоду сигналу. Ви розумієте, що частота будь-якого сигналу завжди пропорційна періоду. Вимірювання періоду можна провести в будь-якій області осцилограми. Але зручніше і точніше провести завмер в тих точках, в яких графік перетинається з горизонтальною віссю. Отже, перед початком вимірювань обов`язково встановіть розгортку чітко на горизонтальну лінію, розташовану по центру. Так як користуватися портативним цифровим осцилографом набагато простіше, ніж аналоговим, останні давно канули в лету і рідко використовуються для вимірювань.

Далі, використовуючи рукоятку, позначену горизонтальної двобічної стрілкою, необхідно змістити початок періоду з крайньої лівої лінією на екрані. Після обчислення періоду сигналу можна, використовуючи просту формулу, розрахувати частоту. Для цього потрібно одиницю розділити на обчислений раніше період. Точність вимірювань буває різною. Щоб збільшити її, необхідно якомога сильніше розтягувати графік по горизонталі.

Зверніть увагу на одну закономірність: при збільшенні періоду зменшується частота (пропорція адже зворотна). І навпаки - при зменшенні періоду відбувається збільшення частоти. Низьке значення похибки - це коли вона становить менше 1 відсотка. Але таку високу точність не кожен осцилограф здатний забезпечити. Тільки на цифрових, в яких лінійна розгортка, можна отримати такі точні вимірювання.

Як визначається зсув фаз

А тепер про те, як користуватися осцилографом С1-112А для вимірювання зсуву фаз. Але для початку - визначення. Зрушення фаз - це характеристика, що показує, як розташовуються відносно один одного два процеси (коливальних) протягом деякого часу. Причому вимір відбувається не в секундах, а в частинах періоду. Іншими словами, одиниця виміру - це одиниці кута. Якщо сигнали будуть однаково розташовуватися взаємно, то у них зрушення фаз буде також однаковий. Причому це не залежить від частоти і періоду - реальний масштаб графіків на горизонтальній (тимчасової) осі може бути будь-яким.

Максимальна точність вимірювання буде в тому випадку, якщо розтягнути графік на всю довжину екрану. В аналогових осцилографах графік сигналу для кожного каналу буде мати одну яскравість і колір. Щоб відрізнити ці графіки один від одного, необхідно зробити для кожного свою амплітуду. І напруга, що подається на перший канал, важливо робити максимально великим. При цьому вийде набагато краще утримувати синхронізацією зображення на екрані. Ось як користуватися осцилографом С1-112А. Інші прилади відрізняються в експлуатації незначно.