Oscyloskopy

Oscyloskop: popularny przyrząd pomiarowy w elektrotechnice
 

Co to jest oscyloskop?

Oscyloskopy to elektroniczne urządzenia pomiarowe, które jednocześnie wyświetlają na ekranie kilka napięć elektrycznych. Pomiary koncentrują się zazwyczaj na przebiegu czasowym i zmianach w czasie krzywych napięciowych. W tym celu w dwuwymiarowym układzie współrzędnych z poziomą osią X (oś czasu) i pionową osią Y (oś napięcia) wyświetlane są rzędy czasów napięcia, zwane również wykresem przebiegu. Obraz wyświetlany na ekranie to oscylogram. Podczas gdy oscyloskopy analogowe były kiedyś wykonane z kineskopów podobnych do lamp telewizyjnych, ich cyfrowe następcy używają obecnie wyświetlaczy LCD.

W zależności od miejsca zastosowania oscyloskopu, zalecane są urządzenia ręczne lub stołowe oraz sondy do oscyloskopów. Chociaż technologia w oscyloskopach staje się coraz bardziej kompaktowa i w rezultacie urządzenia te stają się coraz mniejsze, to  oscyloskopy stołowe ze względu na swój rozmiar nadają się do zastosowań w laboratoriach. Wynika to z wielkości wyświetlacza i klawiatury, które pozwalają użytkownikowi na dokładniejsze przeglądanie wykresów historii, a tym samym na szybsze rozwiązywanie problemów. 
 

Sprawdź oscyloskopu ręczne  

Jakie są typy oscyloskopów?

Rozróżnia się przede wszystkim oscyloskopy analogowe i cyfrowe. Oba wizualizują sygnał napięcia, jak i częstotliwość, przesunięcia fazowe, charakterystyki przejścia lub wykresy impulsu.

• Wyzwalanie: pozwala na oczekiwanie na konkretne wydarzenie, takie jak skok napięcia. Dzięki zapisowi w pamięci można przeglądać przebieg sygnału przed zdarzeniem.
• Cyfrowa detekcja szczytów (wykrywanie impulsów zakłócających)
• Podpróbkowanie  (pobieranie próbek w czasie równoważności)
• Uśrednianie: uśrednianie w wielu okresach wyświetlania umożliwia tłumienie zakłóceń dla sygnałów okresowych
• Oprogramowanie analityczne, np. czas narastania, szerokość impulsu, amplituda, częstotliwość
• Automatyczne dopasowanie do nieznanego sygnału
• Funkcje matematyczne, takie jak sumowanie lub tworzenie się różnic między kanałami
• Widma częstotliwości/FFT, histogramy, statystyki

Jako oscyloskopy pamięci masowej mogą również dostarczać dane po pomiarze, przechowywać je na nośniku pamięci lub przesyłać do komputera. Wadą jest bardziej skomplikowana obsługa w porównaniu z instrumentami analogowymi oraz ryzyko zniekształcenia obrazu przez Aliasing. Wyższe częstotliwości są błędnie interpretowane jako niższe częstotliwości. Jednak oscyloskopy cyfrowe są energooszczędne dzięki technologii LCD i szybkim procesorom. Wyświetlają one również dane pomiarowe znacznie dokładniej. Nowoczesne, cyfrowe oscyloskopy zapewniają również rozbudowane funkcje analizy sygnału. Można przy tym łatwo powiększać lub przewijać widok.
 

Na co musisz zwracać uwagę przy zakupie oscyloskopu?

Zanim kupisz oscyloskop, powinieneś zadać sobie pytanie, co chcesz mierzyć i czy potrzebujesz go do stacjonarnego miejsca pracy, czy jako urządzenia kompaktowego do pomiarów w terenie lub u klienta. Szczególną uwagę należy zwrócić na częstotliwość próbkowania, liczbę dostępnych kanałów, szerokość pasma, dokładność pomiaru i głębokość pamięci. Poniżej omówimy te i inne czynniki w sposób bardziej szczegółowy.

Analogowy czy cyfrowy?

Cyfrowe oscyloskopy nadają się doskonale dla sygnałów o wysokiej częstotliwości. Umożliwiają skuteczne nagrywanie, zapisywanie i analizę szerokich częstotliwości, funkcji i sygnałów. Ponadto posiadają większy zakres funkcji i pozwalają na równoległe wyświetlanie wielu sygnałów. Oscyloskopy analogowe zapisują jednak obraz na tubie zamiast sygnału.

Szerokość pasma

Szerokość pasma określa maksymalną częstotliwość wszystkich elementów sygnału analogowego lub cyfrowego, które mogą być wykryte przez urządzenie. Jest ona wybierana zgodnie z pożądanym zastosowaniem. Do pomiaru sygnałów analogowych szerokość pasma powinna być co najmniej trzykrotnie większa niż maksymalna częstotliwość sygnału przebiegu, a dla sygnałów cyfrowych – co najmniej pięć razy większa. Jeśli zatem najwyższa częstotliwość taktowania wynosi 100 MHz, oscyloskop powinien mieć możliwość pomiaru co najmniej 500 MHz. W szczególności sygnały o wysokiej częstotliwości potrzebują dużej przepustowości, aby móc niezawodnie mierzyć i zapobiegać zniekształconym sygnałom.

Kanały wejściowe

Oscyloskopy mają do czterech kanałów dla sygnału wejściowego, co pozwala na jednoczesne wyświetlanie i porównywanie do czterech pomiarów. Decydujące znaczenie ma elastyczność i dokładność kanałów. Można wybrać pomiędzy wejściami analogowymi i cyfrowymi. Specjalnie izolowane wejścia pomagają uniknąć zwarć podczas pomiarów zasilaczy.

Próbkowanie

Częstotliwość próbkowania w znacznym stopniu determinuje rozdzielczość i dokładność pomiaru. Określa ona, ile szczegółów linii i przebiegów składających się z poszczególnych punktów próbkowania oscyloskop rejestruje i przechowuje. Im większa częstotliwość próbkowania oscyloskopu, tym więcej punktów ma fala i tym dokładniejszy będzie wykres. Zalecamy ustawienie częstotliwości próbkowania na co najmniej pięć razy większą od częstotliwości wejściowej. Na przykład, pasmo o szerokości 1 GHz wymagałoby próbkowania z częstotliwością pięciu GHz.

Głębokość pamięci

Głębokość pamięci oscyloskopu określa pojemność pamięci w celu zarejestrowania sygnałów. Podaje ona liczbę punktów do zapisu przy pełnym rejestrowaniu sygnału. Im większa głębokość pamięci, tym większa może być skala i czas trwania zapisu sygnału. Głębokość pamięci zależy bezpośrednio od częstotliwości próbkowania. Aby zagwarantować wysoką częstotliwość próbkowania podczas pomiarów w długich okresach czasu, konieczna jest możliwie jak najgłębsza pamięć. Wymagana głębokość pamięci jest określana przez pomnożenie czasu, który ma być zapisany, przez częstotliwość próbkowania.

Nawigowanie po linii krzywej i Zoom

Za pomocą nawigacji po krzywej można skalować część obrazu w poziomie i w pionie. Dzięki niej można poruszać się wzdłuż zapisanego wykresów i wyszukać żądany fragment. Zoom jest niezbędny do precyzyjnej oceny - zwłaszcza w przypadku dużych głębokości składowania i rozległych przebiegów fal.

Automatyczne funkcje pomiarowe

Automatyczne funkcje pomiarowe służą do wygodnej analizy wykresów. W zależności od potrzeb dostępne są odpowiednie funkcje, takie jak pomiary amplitud, pomiary czasowe, czasy narastania lub czas trwania okresów.
 

Sondy

Sonda pobiera żądane wartości z mierzonego obiektu i przekazuje je w formie sygnału. W ten sposób napięcie staje się widoczne i możliwe do oszacowania dla oscyloskopu. Można wybrać pomiędzy sondami aktywnymi i pasywnymi. Sondy pasywne są nie tylko niedrogie i wytrzymałe, ale także mają odpowiednią impedancję i niewielki wpływ na wynik pomiaru. Odnosi się to jednak tylko do zakresu niskich częstotliwości. Jeśli punkt pomiarowy nie ma wystarczająco niskiej impedancji, a pojemność sondy od 10 do 20 pF nie jest dopuszczalna, wymagana jest sonda aktywna.
 

Wyzwalanie

W celu uzyskania obrazu nieruchomnego w przypadku sygnałów okresowych, przed każdym przebiegającym ruchem zapis musi być zatrzymany do czasu osiągnięcia określonego stanu sygnału, który ma być mierzony. Ten stan określa się jako „Trigger”. W przypadku większości oscyloskopów tryb wyzwalacza jest zautomatyzowany. Urządzenie samodzielnie rozpoznaje powtarzające się i zdefiniowane stany sygnału i może odpowiednio sterować strumieniami. Za pomocą wyzwalania, rejestrowanie sygnału można również rozpocząć w określonym czasie.

Oprócz wyzwalaczy sprzętowych i programowych istnieją również specjalne formy, takie jak „wyzwalanie wizualne”. W ten sposób nad wykresem można umieścić samodzielnie zdefiniowane obszary blokowania i przejścia. Wyzwalacz włącza się tylko wtedy, gdy sygnał wchodzi w interakcję z określonymi obszarami. Wysokiej jakości urządzenia oferują również praktyczne funkcje, takie jak opóźnienia wyzwalania, druga podstawa czasowa oraz opcje ustawień dla złożonych schematów wyzwalania. Krótkie czasy martwe pomiędzy impulsami wyzwalającymi są również przydatne przy korzystaniu z jednego trybu dla kilku przepjęć, a tym samym nie pomijają żadnego zdarzenia.  

Łączność

Wymagania w zakresie łączności zależą od konkretnego zastosowania oscyloskopu. Im wyższa jakość urządzenia, tym więcej ma ono połączeń do oceny, transmisji danych i przechowywania. Dostępne są, między innymi, następujące opcje:

• Transfer danych do MS Excel lub Word do oceny
• Złącze drukarki
• GPIB
• Złącze karty graficznej do połączenia z zewnętrznym monitorem
• LabView do szczegółowych analiz
• Port do programowania
• Gniazdo na kartę pamięci
• Port USB

Najczęściej zadawane pytania na temat oscyloskopu

Co oznacza kalibracja ISO?

Od 1987 roku systemy QS są certyfikowane przez przedsiębiorstwa przemysłowe, a obecnie także przez usługodawców, banki, firmy ubezpieczeniowe, detalistów i szpitale. Ponadto, istnieją dalsze specyficzne dla danego sektora prawa, standardy i wytyczne w sektorze farmaceutycznym (CFR, GMP), spożywczym (HACCP) i motoryzacyjnym (VDA, QS9000, ISO TS 16949). Dla wszystkich wytycznych i norm niezbędnym elementem jest wprowadzenie i utrzymanie systemu zarządzania urządzeniami badawczymi, łącznie z wzorcowaniem.

Wniosek: Jak kupić odpowiedni oscyloskop?

Zanim kupisz oscyloskop, musisz wiedzieć, do czego chcesz go użyć. W związku z tym należy najpierw wybrać pomiędzy urządzeniem analogowym i cyfrowym, a następnie określić niezbędne funkcje. Możesz również częściowo filtrować nasze produkty według tych danych:

• Szerokość pasma (co najmniej trzy razy większa od maksymalnej częstotliwości)
• Liczba i jakość kanałów wejściowych (np. do graficznego menu)
• Próbkowanie
• Głębokość pamięci (ważne dla zakresu i czasu trwania zapisu sygnału)
• Nawigacja po krzywych
• Zoom
• Wyzwalanie
• Łączność
• Wyświetlacz