Осциллографом называется прибор для наблюдения или регистра-ции электрических сигнал ов, а также для измерения их параметров. Слово «осциллограф» произошло от латинского слова «осцилум» - колебание и греческого слова «графо» - пишу. Таким образом осцил-лограф в буквальном смысле - прибор для записи (регистрации) ко-лебаний. В литературе часто встречается термин осциллоскоп. В его основу положено слово «скопео» - наблюдение. В настоящее время чаще применяется термин «осциллограф», которым называют приборы как для визуального наблюдения колебаний, так и для их записи.
Основная функция осциллографа заключается в воспроизведении в графическом виде различных электрических колебаний (осциллог-рамм), так как это принято в радиотехнике. Чаще всего с помощью ос-циллограмм наблюдается зависимость напряжения (тока) от времени u (t) в декартовой системе координат. Ось X является осью времени, а по оси Yоткладывается напряжение сигнала.
С помощью осциллографа можно исследовать различные неэлектри-ческие процессы, если использовать специальные преобразователи не-электрических величин в пропорциональные им напряжение или ток. Осциллограф позволяет осуществить измерение различных параметров сигнала, например амплитуды, длительности, частоты, глубины мо-дуляции, фазового сдвига.
Группы осциллографов
Осциллографы делятся на электромеханические и электронные. В электромеха! ических осциллографах осциллограмма образуется, например, путем отклонения электромеханическим способом светового луча на поверхности носителя записи. Роль носителя записи выпол-няет в данном случае фотопленка. Используются электромеханические осциллографы, в которьх роль носителя записи выполняет бумажная лента, а пишущим элементом является чернильное перо. Основное достоинство осциллографов такого типа - документальная регистра-ция осциллограммы, что при наблюдении медленных процессов имеет важное значение.
Для получения осциллограмм, отображающих быстрые процессы, используются электронно-лучевые осциллографы, в которых под воз-действием электрического сигнала происходит практически безынер-ционное отклонение электронного пучка, вызывающего свечение лю- минесцирующего экрана. Документальная регистрация осциллограмм осуществляется фотографированием изображения, для чего некоторые типы осциллографов снабжаются специальными фотографическими приставками.
Обозначение осциллографов
Согласно ГОСТ 9810-69 осциллографы обозначаются буквой С. Следующая за ней цифра характеризует тип прибора.
- С1 - означает, что осциллограф является универсальным,
- С7 - скоростной,
- С8 - запоминающий,
- С9 - специальный.
Поскольку промышленность вы-пускает большой ассортимент осциллографов каждого типа, добавля-ется еще одна цифра - номер прибора в семействе однотипных осцил-лографов. Например, С1-40 - полное обозначение универсального осциллографа. Новым приборам присваиваются более высокие номе-ра.
Советский союз выпускал много хорошей измерительной техники. Одним из интересных экземпляров того времени был портативный осциллограф С1-112. О нём и пойдёт речь.
Этот осциллограф попал ко мне за 2000 руб. Года три-четыре назад. Мне тогда понадобился простой, компактный прибор по не менее скромной цене. С тех пор он верой и правдой служит мне тогда, когда требуется загянуть в потроха моей очередной электронной самоделки.
Выпускался С1-112 задолго до крушения брелинской стены и разрушения СССР -- с 1982г. Как и любой прибор этот осциллограф имеет несколько модификаций: С1-112А, С1-112М, С1-112АМ. Прибор интересен тем, что помимо осциллографа в него встроен мультиметр! При этом показания мультиметра выводятся на ту же ЭЛТ-трубку, что и показания осциллографа. Производился прибор для проверки и настройки промышленной и бытовой электронной аппаратуры, для которой не были критичными полоса пропускания частот.
В режиме осциллографа прибор умеет исследовать сигналы с амплитудой от 5 мВ до 250 В, имеющих длительность в диапазоне от 0.12 мкс до 0.5 с. Им можно исследовать сигнал с частотой до 10 МГц. В режиме мультиметра он может измерять постоянное напряжение до 1000 В и сопротивление резисторов номиналом до 20 МОм. Прибор имеет маленькие габариты (250х190х110) и скромную массу -- всего 3.6 кг. Из недостатков я бы назвал маленький экран и пластиковый корпус.
Как видно на фото, внутреннее устройство осциллографа С1-112 довольно компактное. Конструкторы позаботились об экономном использовании доступного пространства корпуса. В отечественной реальности это играет важную роль, так как у множества радиолюбителей нет свободной площади под многочисленные громоздкие, пусть и хорошие, приборы.
Сразу бросается в глаза хорошая доступность ко многим подстроечным резисторам. Это играет большую роль при калибровке и подстройке прибора.
Работа с С1-112
Пользоваться данным прибором одно удовольствие. Во-первых, он компактен, во-вторых, довольно хорош, прост и эргономичен. Довольно удобно переключаться между мультиметром и осциллографом. Конечно, сигнал с частотой больше 10 МГц ты уже не сможешь посмотреть как следует. Но зато для сборки ИП, усилителей и другой низкочастотной техники он будет в самый раз.
Как видно из этой блок-схемы, С1-112 довольно простой прибор (на блоксхеме не показан мультиметр). Но тем он и хорош. Особенно в домашнем радиолюбительсокм деле. Поэтому если тебе понадобится дешевый и хороший осциллограф для наладки своих конструкций, то смело бери С1-112. Он значительно лучше китайских цифровых осциллографов-конструкторов.
Если спросить профессионального регулировщика электронной аппаратуры или радиоинженера: "Какой самый главный прибор на вашем рабочем месте?" Ответ будет однозначным: "Конечно, осциллограф!". И это действительно так.
Конечно, невозможно обойтись без мультиметра . Измерить напряжение в контрольных точках схемы, замерить сопротивление и ток, «прозвонить» диод или проверить транзистор все это важно и нужно.
Но когда речь заходит о регулировке и настройке любого электронного устройства от простого телевизора до многоканального передатчика орбитальной станции, то без осциллографа обойтись невозможно.
Осциллограф предназначен для визуального наблюдения и контроля периодических сигналов любой формы: синусоидальной, прямоугольной и треугольной. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы. Например, измерить время нарастания импульса, а в цифровой аппаратуре это очень важный параметр.
Осциллограф – это своего рода телевизор, который показывает электрические сигналы.
Как работает осциллограф?
Чтобы понять, как работает осциллограф, рассмотрим блок-схему усреднённого прибора. Практически все осциллографы устроены именно так.
На схеме не показаны только два блока питания : высоковольтный источник, который используется для вырабатывания высокого напряжения поступающего на ЭЛТ (электронно-лучевая трубка ) и низковольтный, обеспечивающий работу всех узлов прибора. И отсутствует встроенный калибратор , который служит для настройки осциллографа и подготовки его к работе.
Исследуемый сигнал подаётся на вход "Y " канала вертикального отклонения и попадает на аттенюатор, который представляет собой многопозиционный переключатель, регулирующий чувствительность. Его шкала отградуирована в V/см или V/дел. Имеется в виду одно деление координатной сетки нанесённой на экран ЭЛТ. Там же нанесены сами величины: 0,1 В,10 В, 100 В. Если амплитуда исследуемого сигнала неизвестна, мы устанавливаем минимальную чувствительность, например 100 вольт на деление. Тогда даже сигнал амплитудой 300 вольт не выведет прибор из строя.
В комплект любого осциллографа входят делители 1: 10 и 1: 100 они представляют собой цилиндрические или прямоугольные насадки с разъёмами с двух сторон. Выполняют те же функции, что и аттенюатор. Кроме того при работе с короткими импульсами они компенсируют ёмкость коаксиального кабеля. Вот так выглядит внешний делитель от осциллографа С1-94. Как видим, коэффициент деления его составляет 1: 10.
Благодаря внешнему делителю удаётся расширить возможности прибора, так как при его использовании становится возможным исследование электрических сигналов с амплитудой в сотни вольт.
С выхода входного делителя сигнал поступает на предварительный усилитель . Здесь он разветвляется и поступает на линию задержки и на переключатель синхронизации. Линия задержки предназначена для компенсации времени срабатывания генератора развёртки с поступлением исследуемого сигнала на усилитель вертикального отклонения. Оконечный усилитель формирует напряжение, подаваемое на пластины "Y " и обеспечивает отклонение луча по вертикали.
Генератор развёртки формирует пилообразное напряжение, которое подаётся на усилитель горизонтального отклонения и на пластины "X " ЭЛТ и обеспечивает горизонтальное отклонение луча. Он имеет переключатель, градуированный как время на деление ("Время/дел"), и шкалу времени развёртки в секундах (s), миллисекундах (ms) и микросекундах (μs).
Устройство синхронизации обеспечивает начало запуска генератора развёртки одновременно с возникновением сигнала в начальной точке экрана. В результате на экране осциллографа мы видим изображение импульса развёрнутое во времени . Переключатель синхронизации имеет следующие положения:
Синхронизация от исследуемого сигнала.
Синхронизация от сети.
Синхронизация от внешнего источника.
Первый вариант наиболее удобный и он используется чаще всего.
Осциллограф С1-94.
Кроме сложных и дорогих моделей осциллографов, которые используются при разработке электронной аппаратуры, нашей промышленностью был налажен выпуск малогабаритного осциллографа C1-94 специально для радиолюбителей. Несмотря на невысокую стоимость, он хорошо зарекомендовал себя в работе и обладает всеми функциями дорогого и серьёзного прибора.
В отличие от своих более "навороченных" собратьев, осциллограф С1-94 обладает достаточно небольшими размерами, а также прост в использовании. Рассмотрим его органы управления. Вот лицевая панель осциллографа С1-94.
Справа от экрана сверху вниз.
- Сеть
». Кнопка включения прибора.
Ручка: «Фокус».
Ручка «Яркость».
Этими регуляторами можно настроить фокусировку луча на экране, а также его яркость. В целях продления срока службы ЭЛТ желательно выставлять яркость на минимум, но так, чтобы показания были видны достаточно чётко.
Кнопка режима «Ждущ-Авт ».
Это кнопка выбора ждущего и автоматического режима развёртки. При работе в ждущем режиме запуск и синхронизация развёртки производится исследуемым сигналом. При автоматическом режиме запуск развёртки происходит без сигнала. Для исследования сигнала чаще используется ждущий режим запуска развёртки.
Вот этой кнопкой производится выбор полярности запускающего импульса. Можно выбрать запуск от импульса положительной или отрицательной полярности.
Кнопка установки синхронизации «Внутр-Внешн ».
Обычно используется внутренняя синхронизация, так как для использования внешнего синхросигнала нужен отдельный источник этого внешнего сигнала. Понятно, что в условиях домашней мастерской это в подавляющем случае не нужно. Вход внешнего синхросигнала на лицевой панели осциллографа выглядит вот так.
Кнопка выбора "Открытого" и "Закрытого" входа.
Тут всё понятно. Если предполагается исследование сигнала с постоянной составляющей, то выбираем "Переменный и постоянный". Этот режим называется "Открытым", так как на канал вертикального отклонения подаётся сигнал, содержащий в своём спектре постоянную составляющую или низкие частоты.
При этом, стоит учитывать, что при отображении сигнала на экране он уйдёт вверх, так как к амплитуде переменной составляющей добавиться и уровень постоянной составляющей. В большинстве случаев лучше выбирать "закрытый" вход (~ ). При этом постоянная составляющая электрического сигнала будет отсечена и не отображается на экране.
Клемма «корпус» служит для заземления корпуса прибора. Это делается в целях безопасности. В условиях домашней мастерской порой нет возможности заземлить корпус прибора. Поэтому приходится работать без заземления. При этом важно помнить, что во включенном состоянии на корпусе осциллографа может быть потенциал напряжения. При касании корпуса может "дёрнуть". Особенно опасно дотрагиваться одной рукой до корпуса осциллографа, а другой рукой до батарей отопления или других работающих электроприборов. В таком случае опасный потенциал с корпуса пройдёт через ваше тело ("рука" - "рука") и вы получите электрический удар! Поэтому при работе осциллографа без заземления желательно не дотрагиваться до металлических частей корпуса. Это правило справедливо и для прочих электроприборов с металлическим корпусом.
По центру лицевой панели переключатель «развёртка» - Время/дел . Именно этот переключатель управляет работой генератора развёртки.
Чуть ниже располагается переключатель входного делителя (аттенюатора) - V/дел . Как уже говорилось, при исследовании сигнала с неизвестной амплитудой, необходимо выставить максимально возможное значение V/дел. Так для осциллографа С1-94 нужно установить переключатель в положение 5 (5V/дел. ). В таком случае одна клетка на координатной сетке экрана будет равна 5-ти вольтам. Если ко входу "Y" осциллографа подключить делитель с коэффициентом деления 1 к 10 (1: 10), то одна клетка будет равна 50-ти вольтам (5V/дел. * 10 = 50V/дел.).
Также на панели осциллографа имеются:
В настоящее время, с развитием цифровой техники, стали широко внедряться цифровые осциллографы. По сути это гибрид аналоговой и цифровой техники. Отношение к ним неоднозначное, как к мясорубке с процессором или к кофемолке с дисплеем.
Аналоговая аппаратура всегда была надежной и удобной в работе. Кроме того она легко ремонтировалась. Цифровой осциллограф стоит на порядок дороже и очень сложен в ремонте. Плюсов конечно много. Если аналоговый сигнал с помощью АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) перевести в цифровую форму, то с ним можно делать всё что угодно. Его можно записать в память и в любой момент вывести на экран для сравнения с другим сигналом, складывать в фазе и противофазе с другими сигналами. Конечно, аналоговая техника это хорошо, но за цифровой электроникой будущее.
Осциллограф, считается одним из важнейших устройств, которое применяется в электротехнике. С его помощью производятся замеры различных важных параметров любых устройств. Многие устройства, работают в качестве составных частей различного оборудования, которое требует точности в работе. Осциллограф, при помощи которого проведены измерительные работы, позволяет не допустить использование некачественных элементов в различных электронных схемах.
Для чего нужен осциллограф: применение и виды
Работа данного устройства основывается на тестировании различных электронных схем. Осциллограф, способен отображать формы любых электрических сигналов, при этом отображает изменения напряжений во времени, согласно чему можно узнать, что происходит в работающей схеме.
Принцип работы, заложенный во всех осциллографах, одинаковый. Но данные устройства, отличаются по способу, согласно которому производится обработка сигнала.
Основные виды осциллографов:
- Аналоговые;
- Цифровые.
С появлением данных устройств, аналоговыми были все. Обращая внимание на название устройства, можно понять, что аналоговым, является способ выведения изображения на экран. Для этого в аналоговых осциллографах используется электронно-лучевая трубка, где подаваемое на оси (X и Y) напряжение, двигает по экрану точку.
Горизонталь, указывает на время прохождения сигнала, а вертикаль пропорциональна сигналу на входе. Работа производиться следующим образом. Усиленный сигнал, проходит через электроды устройства, при этом согласно аналоговой технологии, по оси Y электроны отклоняются.
Обратите внимание! Измерения проводимые данным устройством, невозможно получить используя, например мультиметр.
Работа электронного устройства осуществляется посредством преобразования сигнала в цифровой формат, после чего, данные обрабатываются в цифровой форме. Стоит отметить, что цифровые осциллографы могут быть различных модификаций. С цифровым люминофором, стробоскопический и комбинированный.
Существует много различных модификаций осциллографов: 65 а, Н313, 1 112 а, ф 4372.
Осциллограф с 1 49: характеристики
Данное устройство, позволяет вести наблюдение и исследовать формы процессов (электрических). Диапазон частоты варьируется от 0 до 5 мГц. Каждое устройство, обладает отличными друг от друга характеристиками.
Характеристики с 1 49:
- Осциллограф однолучевой;
- Напряжения которые измеряет устройство от 20 мВ до 200 В;
- Интервалы времени от 8 мкс до 0,5 секунды;
- Пропускание (полоса) от 0 до 5,5 мГц;
- Погрешность временных интервалов до 10%;
- Погрешность амплитуды сигнала до 10%;
- Ширина луча 0,6 мм;
- Рабочее напряжение 220 Вольт при 50 Гц и 115 Вольт при 400 Гц;
- Мощность устройства 38 ВА;
- Экран 36 на 60 мм;
- Рабочая температура воздуха от – 30 до + 50 0 С.
К параметрам канала Y можно отнести следующие. Его чувствительность составляет от 10 до 20 В/дел. Сопротивление канала на входе достигает 1 мОм. Емкость на входе составляет 50 пикофарад.
К параметрам канала Х относят. Минимальная длительность развертки 0,2 мкс. Максимальная длительность 10 мкс. Сигналы синхронизации внешней от 0,5 до 30 В. Частоты внешней синхронизации от 1 Гц до 5 мГц. Сопротивление на входе 1 мОм.
Обратите внимание! Различные виды осциллографов, имеют незначительное содержание драгметаллов.
Канал Z и его основные параметры. Частоты канала от 30 Гц до 1 мГц. Входное напряжение от 10 до 60 Вольт. Сопротивление на входе 1 мОм. К каждому устройству, прилагается принципиальная схема.
С 1 49: инструкция по эксплуатации для начинающих
На корпусе осциллографа, располагаются большое количество переключателей и регуляторов. Для того чтобы не запутаться во всех, следует изучить назначение каждого.
Регуляторы устройства:
- Тумблер для включения;
- Регуляторы фокус и яркость;
- Поворотная ручка – усиление Y;
- Переключатель усиление;
- Регулировка развертки;
- Тумблер – внутренний и внешний;
- Регулировка уровня;
- Регулятор подстройки стабильности.
Включение устройства производиться тумблером (сеть), который располагается с правой стороны экрана.
Изменение толщины луча на экране, можно произвести регулятором с маркировкой (фокус). Яркость экрана настраивается регулятором (яркость).
Обратите внимание! Яркость экрана настраивается в зависимости от внешних условий освещенности.
Размах луча по вертикали регулируется при помощи поворотной ручки (усиление Y). Уровень чувствительности настраивается в зависимости от силы сигнала.
Устройство оснащено специальным разъемом (байонетом), для специального переходника.
Для того чтобы выбрать нужный диапазон измеряемого напряжения, следует вращать поворотную ручку с надписью (усиление).
Сместить по горизонтали начальную точку импульса, необходимо в том случае, если она находится за пределами измерительной шкалы. Для этого используют рукоятку (развертка).
Для применения внешних генераторов, используется специальный разъем с маркировкой (вход Х).
Выбор источника, от которого буде производиться развертка, осуществляется при помощи тумблера (внутренний и внешний).
Для изменения чувствительности сигнала, используют регулятор с маркировкой (уровень).
Синхронизация сигнала с разверткой производится регулировкой рукоятки (стабильность).
Как пользоваться осциллографом: проводим измерения
Перед началом измерительных работ, следует подключить осциллограф к сети. После того, как подключение произведено, при помощи тумблера с маркировкой (сеть), подаем питание на устройство.
Порядок проведения работ:
- Прогрев осциллографа;
- Проверка работоспособности;
- Измерительные работы.
После включения устройства в сеть, необходимо его «прогреть». Делается это для стабилизации всех параметров, для всех составных элементов устройства. Прогрев устройства осуществляется в течение пяти минут.
Затем, используя регуляторы с маркировкой (усиление Y и развертка), необходимо установить измерительный луч в центре экрана устройства.
Обратите внимание! Калибровка данным способом проводится при условии, что регулятор (длительность), находиться на делении одна миллисекунда.
Измерение сигнала, осуществляется посредством регулировки рукояток (длительность и усиление), установив их в крайнее левое положение.
Усиление, поднимает измерительный диапазон до того момента, пока на экране не появятся максимально различимые сигналы. Длительностью, узнается частота сигнала.
После того, как все регуляторы выставлены, и на экране стабильный сигнал, производится расчет напряжения и частоты.
