Осциллограф - одно из важнейших и незаменимых устройств для анализа электрических сигналов. Без осциллографа невозможно представить мастерскую, не говоря уже о большом сервисном центре. Осциллограф позволяет визуально наблюдать сигнал и измерять его амплитудные и временные характеристики. Современные осциллографы - незаменимые помощники для проверки, исправления и устранения неисправностей, оценки работоспособность как отдельных электронных компонентов, так и собранных модулей.
Осциллограф был изобретен французским физиком Андре Блонделем, который построил и представил первый электромеханический осциллограф еще в 1893 году. Это устройство могло регистрировать силу переменного тока. Чернильное перо, прикрепленное к катушке, линию на движущейся бумажной ленте. Первые осциллографы были практически чисто механическими устройствами, что делало их не очень точными, да и полоса пропускания редко когда доходила до 20 кГц.
Для повышения точности и, что наиболее важно, частоты вместо чернильного пера начали использовать систему зеркал, одно из которых быстро вращалось (похожую конструкцию сейчас имеют лазерные принтеры). След от луча такого осциллографа надо было фиксировать на фотопленке (что было неудобно из-за необходимой фазы проявки) или наблюдать на экране только периодические колебания. Однако практика показала, что последнее неудобство незначительно, так как почти все скоростные сигналы были периодическими, поэтому такая конструкция стала основной.
Однако самый большой шаг в развитии осциллографов был сделан в 1897 году, когда немецкий физик Карл Фердинанд Браун изобрел электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). Британская компания A.C. Cossor, которая первой в мире адаптировала эту технологию, представила свой первый осциллограф в 1932 году.
Как и остальное измерительное оборудование, разработка осциллографов во всем мире начала расти после Второй мировой войны. В 1946 году Говард Воллум и Мелвин Джек Мердок основали компанию под названием Tektronix, которая вскоре стала мировым лидером в области осциллографии. В том же году они изобрели свой первый осциллограф с синхронизированной разверткой, модель 511, с полосой пропускания 10 МГц. Развертка по триггеру позволяла стационарно отображать повторяющуюся форму волны.
Все технологически развитые страны начали производить эти устройства в 1950-х годах, что, в свою очередь, сделало осциллограф универсальным измерительным инструментом. Их точность и полоса пропускания увеличивались сначала с разработкой промышленных аналоговых моделей, а затем с изобретением цифровых осциллографов в 1985 году. Этот год стал одним из ключевых в истории развития осциллографов. Именно тогда Уолтером Лекроем, основателем компании LeCroy, был разработан первый в мире цифровой осциллограф для исследовательского центра ЦЕРН. Начиная с 1980-х годов, разработка цифровых осциллографов стремительно развивается.
Как и любое другое измерительное оборудование, осциллографы можно разделить на две категории: аналоговые и цифровые. Оба типа имеют свои положительные и отрицательные стороны, а также уникальные характеристики. Поэтому давайте более подробно рассмотрим каждый тип.
АНАЛОГОВЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ
Аналоговые осциллографы все еще можно найти в некоторых мастерских, поскольку некоторым людям все еще трудно перейти в эпоху цифровых измерений сигналов. Однако такие случаи довольно редки. На рынке цифрового измерительного оборудования цены на комплектующие постоянно снижаются, как и на рынке персональных компьютеров. Это делает цифровые модели все более популярными, чем их аналоговые аналоги.
Любой аналоговый осциллограф содержит один или несколько вертикальных каналов, каналом горизонтальной развертки, системой запуска и модулем электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Вертикальный канал включает в себя аттенюатор, предусилитель, аналоговую линию задержки и вертикальный усилитель, усиливающий сигнал до уровня, необходимого для модуля ЭЛТ. В многоканальных осциллографах может быть предусмотрен режим Х-У, в котором один из каналов начинает управлять горизонтальной разверткой. Этот режим используется для построения зависимостей сигналов, например фигур Лиссажу.
Генератор развертки состоит из источника тока, времязадающих цепей, интегрирующего усилителя и цепей синхронизации.
Схема синхронизации включает в себя пороговый элемент (триггер Шмитта) с регулируемым уровнем срабатывания. Триггер Шмитта выдает сигнал синхронизации при наступлении определенных событий (достижение входного сигнала заданного уровня, скорости изменения и др.).
Модуль ЭЛТ представляет собой вакуумную трубку, которая содержит электронную пушку, набор горизонтальных и вертикальных отклоняющих пластин, несколько электронных линз и дисплей, покрытый слоями флуоресцентного и фосфоресцентного покрытия с внутренней стороны.
Полоса пропускания аналоговых осциллографов достигает несколько сотен МГц. ЭЛТ фундаментально ограничивает полосу пропускания, так как, во первых, скорость пролета электронов от катода до анода ограничена, а во вторых при увеличении скорости развертки сильно уменьшается яркость. Однако аналоговые приборы до сих пор востребованы там, где необходимо отображение изменений сигнала в реальном времени, так как вывод сигнала осуществляется без дискретизации. Буферизация, обработка входного сигнала и другие технологии, реализованные в цифровых моделях, практически не применяются в аналоговых.
ЦИФРОВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ
Цифровые осциллографы обычно делятся на три категории:
- Цифровые запоминающие осциллографы (DSO) используют технологию дискретизации в реальном времени
- Цифровые стробоскопические осциллографы (DSaO), используют дискретизацию в эквивалентной шкале времени
- Осциллографы с цифровым люминофором (DPO) используют последние технологические разработки в области дискретизации и обработки сигналов.
Осциллографы с цифровой памятью появились благодаря удешевлению производства быстрых аналого-цифровых преобразователей (АЦП), которые отвечают за оцифровку высокочастотных сигналов. Разработки в других областях также сыграли важную роль в развитии цифровых осцилографов: компактные дисплейные модули с низким энергопотреблением (первые модели были оснащены обычными ЭЛТ экранами, но работающими уже как монитор компьютера, а не так как в аналоговых приборах) и оперативная память достаточного объема.
Принцип работы цифровых стробоскопических осциллографов этого типа основан на стробоскопическом эффекте. Такой прибор измеряет мгновенные значения повторяющихся сигналов с частотой меньшей, чем частота сигнала. Однако начала измерений все время смещаются на маленькую величину. Благодаря этому эти осциллографы обладают широкой полосой пропускания и высокой чувствительностью, однако это справедливо только для полностью повторяющихся сигналов.
Осциллографы с цифровым люминофором - наиболее развитый и высокотехнологичный тип осциллографов, доступных сегодня. Эти приборы можно сравнить с аналоговыми осциллографами, поскольку они отображают сигнал в трех измерениях: время, амплитуда и распределение амплитуды во времени (интенсивность). Эти осциллографы выполняют выборку с высокой плотностью и могут захватывать данные в зависимости от интенсивности сигнала. Их дисплеи позволяют легко отличить основную форму волны от ее переходных характеристик, поскольку изображение основного сигнала намного ярче.
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ
Традиционно производство современных цифровых осциллографов направлено на разработку устройств с более широкой полосой пропускания и повышенной производительностью. В настоящее время полоса пропускания осциллографов ведущих производителей составляет 6-7 ГГц и даже больше (в некоторых приборах для расширенного анализа сигналов).
В то же время имеется и тенденция к разработке портативных устройств. Эти устройства не обладают характеристиками настольных, но они портативны, удобны в переноске и имеют привлекательную цену. По форме они похожи на современные сотовые телефоны.
Еще один тип осциллографов - цифровые USB-осциллографы, которые работают вместе с персональным компьютером и превращают его в измерительный прибор. Они управляются через ПК, и сигнал отображается на его экране. Обычно это небольшое и легкое устройство. Еще одно преимущество состоит в том, что вы можете легко сохранить, распечатать или поделиться формой сигнала.
В ЗАКЛЮЧЕНИИ
Осциллограф - невероятно полезный инструмент для ремонта и тестирования различной техники. В нашем магазине представлен широкий ассортимент цифровых осциллографов, от более доступных до высокотехнологичных моделей. Обратитесь в нашу службу технической поддержки, если вам нужна помощь в выборе такого устройства.
Ставьте лайки, делайте репосты и не забывайте заземлять!
Подписывайтесь на наш канал!
Всем читателям нашего блога - Скидка в нашем интернет-магазине на ремонт и на новые приборы по промокоду ZENPROFIT