Как следует пользоваться осциллографом

Оглавление:

  1. Конструкция и принцип действия прибора
  2. Управление и настройка
  3. Измерение сигнала

Человек, знающий, как пользоваться осциллографом, получает прекрасный инструмент, с помощь которого можно искать неисправности в различных электронных устройствах, настраивать и отлаживать электрические схемы с переменными сигналами сложной формы, контролировать их форму, временные и фазовые соотношения. Профессиональному разработчику и регулировщику без него не обойтись, но и на бытовом уровне этот прибор может быть очень полезен.

Конструкция и принцип действия прибора

Времена, когда доступно было всего несколько моделей осциллографов, давно прошли. Сейчас предложения специализированных магазинов пестрят самыми разнообразными приборами: от карманных устройств размером с мобильный телефон для начинающих радиолюбителей до сверхвысокочастотных многоканальных с десятками дополнительных функций, стоящих дороже роскошного автомобиля. Но вне зависимости от модели и конструкции главной особенностью осциллографа, отличающей его от других измерительных приборов, является то, что он позволяет визуально наблюдать форму переменного электрического сигнала в динамике.
27_4
Классическая конструкция осциллографа представляет собой индикатор на электронно-лучевой трубке, на горизонтальную отклоняющую систему которой подается пилообразная развертка от встроенного генератора, а на вертикальную — изучаемый сигнал. Если входной сигнал периодический, то можно подобрать такую частоту горизонтальной развертки, чтобы она была кратна частоте периодического сигнала, и тогда на экране можно будет наблюдать неподвижную картину, повторяющую форму входного напряжения. Эта операция называется синхронизацией, а максимальная частота, с которой может работать прибор, является одной из его основных характеристик.

Постоянное напряжение на индикаторе будет отображаться в виде линии на уровне, зависящим от амплитуды, и осциллограф в этом случае работает как вольтметр. Для удобства измерения на стекло индикатора нанесена градуировочная сетка с единицей измерения по вертикали (Y) амплитуды в вольтах, а по горизонтали (X) длительности (периода) в мс/мкс как обратной величины частоты. Соотношение периода колебаний и их частоты описывается формулами f = 1/t и t=1/f, где f — частота, а t — длительность. Периоду 1 мс (ms) соответствует частота 1 кГц, а 1 мкс (µs) — 1 МГц.

Для подключения осциллографа к исследуемой электрической цепи прибор комплектуется коаксиальным кабелем со щупом, содержащим «земляной» вывод, оснащенный, как правило, зажимом типа «крокодил» и сигнальный провод («фаза»), обычно с игольчатым контактом, позволяющим воткнуться в контактную площадку маленького размера. Щупы могут быть сменными. Помимо стандартных, популярны аттенюаторные щупы, содержащие дополнительный резистор большого сопротивления для ослабления входного сигнала и расширения возможностей по измерению высоких напряжений без риска сжечь входной усилитель.

Управление и настройка

У подавляющего большинства моделей настройка организована таким образом, что одна группа устанавливает амплитудные режимы, а вторая управляет разверткой.
hqdefault
Самым крупным и заметным органом амплитудной настройки является регулятор масштаба сигнала по оси Y, маркируемый «V/дел». Его функция — установить масштаб таким образом, чтобы изображение соответствовало размеру экрана. Например, для измерения сигналов амплитудой 30V необходимо установить масштаб 10V на деление, тогда сигнал на экране будет достигать 3 делений. Конструктивно регулировка выполнена в виде вращающейся рукоятки со ступенчатым переключением. Имеется риска, указывающая на значение, выбранное из тех, которые расположены вокруг рукоятки.

Обычно присутствует еще дополнительная рукоятка плавной подстройки, скомпонованная с основной. Второй по важности орган управления — регулятор вертикального сдвига, перемещающий изображение сигнала вверх-вниз по вертикали. Это нужно как для калибровки прибора, так и для более точного измерения амплитуды: смещение позволяет использовать для измерения весь экран и совмещать сигнал с линиями сетки. На любом осциллографе также имеется тумблер переключения с прямого входа на емкостной (через конденсатор). Использование последнего позволяет отсечь постоянную составляющую и работать только с переменной составляющей сигнала, что очень полезно, например, при оценке уровня шумов блока питания.

В группе управления разверткой центральным элементом является переключатель скорости развертки, маркируемый «Время/дел». Конструктивно он аналогичен переключателю масштаба сигнала, с ручками ступенчатого переключения и плавной подстройки. Этим переключателем выставляется значение в ms или µs на деление в соответствии с частотой исследуемого сигнала таким образом, чтобы на экране помещался один или несколько периодов. Всегда имеется рукоятка горизонтального сдвига луча, маркируемая обычно стрелками вправо-влево. Используя эту рукоятку, можно подвести исследуемый участок под линии сетки для более точного измерения.

Все модели осциллографов имеют возможность вместо внутреннего генератора использовать внешний источник развертки. Именно с его помощью на экране получаются фигуры Лиссажу, по которым можно видеть соотношение частот и фаз двух сисусоид. Вход для внешней развертки маркируется «Вход Х» и располагается в группе управления разверткой.

Отдельную группу составляют настройки синхронизации. В нее входят переключатель «внутренняя-внешняя синхронизация», вход для внешней синхронизации и ручка точной подстройки.
hmo2024_big_big
Помимо этого, присутствуют технические органы управления:

  • кнопка включения/выключения прибора;
  • регулировка яркости и фокусировки луча электронно-лучевой трубки;
  • включение подсветки шкалы экрана.

Измерение сигнала

Порядок измерения параметров периодического сигнала следующий:

  1. Зажим «земля» фиксируется на общем проводе схемы, а сигнальный щуп присоединятся в контролируемое место схемы, где будут сниматься показания.
  2. С помощью регулятора устанавливаем масштаб по вертикали таким образом, чтобы полезная информация помещалась на экране целиком и занимала большую ее часть.
  3. Регулятором частоты добиваемся того, чтобы на экране помещалось несколько периодов сигнала.
  4. Точной подстройкой частоты добиваемся стабильного изображения, чтобы картинка не плыла.
  5. Теперь, когда на экране установлено стабильное изображение, можно определить по экранной шкале его форму, амплитуду и период. Для более точного измерения можно использовать ручки смещения по вертикали и по горизонтали, подводя интересующие элементы изображения под перекрестье линий сетки.

Для того чтобы быть уверенным в точности показаний, необходимо соблюдать несколько простых требований:

  • после включения осциллографа на ЭЛТ необходимо дать ему прогреться в течение 10-15 минут;
  • после каждого включения прибор необходимо откалибровать. Большинство моделей имеет встроенный калибровочный генератор, выдающий прямоугольный сигнал с фиксированной амплитудой и частотой;
  • прибор должен быть заземлен;
  • сигнал с очень низкой частотой (до 10 Гц) при подключении через емкостный вход сильно искажается, работа в этом режиме не рекомендуется.

Лучший способ обучения — практическая работа. Получив первые навыки работы с простым аналоговым осциллографом, в дальнейшем можно будет приступать к более сложным устройствам с дополнительными функциями и расширенными возможностями. Главное — наличие желания и интереса к электронной технике.