Osciloskop je zařízení, které demonstruje sílu proudu, napětí, frekvenci a fázový posun elektrického obvodu. Zařízení zobrazuje poměr času a intenzity elektrického signálu. Všechny hodnoty jsou zobrazeny pomocí jednoduchého dvourozměrného grafu.
Obsah
K čemu je osciloskop?
Osciloskop používá elektronika a radioamatéři k měření:
- amplituda elektrického signálu - poměr napětí a času;
- analyzovat fázový posun;
- viz zkreslení elektrického signálu;
- na základě výsledků vypočítejte frekvenci proudu.
Navzdory skutečnosti, že osciloskop demonstruje vlastnosti analyzovaného signálu, je častěji používán k identifikaci procesů probíhajících v elektrickém obvodu.Díky oscilogramu dostávají specialisté následující informace:
- tvar periodického signálu;
- hodnota kladné a záporné polarity;
- rozsah změny signálu v čase;
- trvání pozitivního a negativního půlcyklu.
Většinu těchto informací lze získat pomocí voltmetru. Pak však budete muset provádět měření s frekvencí několika sekund. Zároveň je procento chyb ve výpočtech velké. Práce s osciloskopem ušetří spoustu času při získávání potřebných dat.
Princip činnosti osciloskopu
Osciloskop provádí měření pomocí katodové trubice. Jedná se o lampu, která zaměřuje analyzovaný proud do paprsku. Narazí na obrazovku zařízení a odchýlí se ve dvou kolmých směrech:
- vertikální - ukazuje studované napětí;
- horizontální - zobrazuje uplynulý čas.
Za vychylování paprsku jsou zodpovědné dva páry desek katodových trubic. Ty, které jsou umístěny vertikálně, jsou vždy pod napětím. To pomáhá distribuovat hodnoty polarity. Pozitivní přitažlivost se odchyluje doprava, negativní přitažlivost se odchyluje doleva. Čára na obrazovce přístroje se tedy pohybuje zleva doprava konstantní rychlostí.
Na vodorovné desky působí také elektrický proud, který vychyluje indikátor napětí paprsku. Kladný náboj je nahoře, záporný náboj je dole. Na displeji zařízení se tedy objeví lineární dvourozměrný graf, který se nazývá oscilogram.
Vzdálenost, kterou paprsek urazí od levého k pravému okraji obrazovky, se nazývá rozmítání. Vodorovná čára je zodpovědná za dobu měření.Kromě standardního 2D spojnicového grafu existují také kruhové a spirálové tažení. Jejich použití však není tak pohodlné jako u klasických oscilogramů.
Klasifikace a typy
Existují dva hlavní typy osciloskopů:
- analogová - zařízení pro měření průměrných signálů;
- digitální - zařízení převádějí přijatou naměřenou hodnotu do "digitálního" formátu pro další přenos informací.
Podle principu činnosti existuje následující klasifikace:
- Univerzální modely.
- Zvláštní vybavení.
nejoblíbenější jsou univerzální zařízení. Tyto osciloskopy se používají k analýze různých typů signálů:
- harmonický;
- jednotlivé impulsy;
- impulsní balíčky.
Univerzální přístroje jsou určeny pro různé elektrické přístroje. Umožňují měřit signály v rozsahu několika nanosekund. Chyba měření je 6-8%.
Univerzální osciloskopy se dělí na dva hlavní typy:
- monoblok - mají společnou měřicí specializaci;
- s výměnnými bloky - přizpůsobte se konkrétní situaci a typu zařízení.
Pro určitý typ elektrického zařízení jsou vyvinuta speciální zařízení. Existují tedy osciloskopy pro rádiový signál, televizní vysílání nebo digitální techniku.
Univerzální a speciální zařízení se dělí na:
- vysokorychlostní - používá se ve vysokorychlostních zařízeních;
- paměť - zařízení, která ukládají a reprodukují dříve vyrobené indikátory.
Při výběru zařízení byste si měli pečlivě prostudovat klasifikace a typy, abyste si mohli zakoupit zařízení pro konkrétní situaci.
Zařízení a hlavní technické parametry
Každé zařízení má řadu následujících technických vlastností:
- Koeficient možné chyby při měření napětí (u většiny zařízení tato hodnota nepřesahuje 3 %).
- Hodnota základní linie zařízení – čím větší je tato charakteristika, tím delší je doba pozorování.
- Synchronizační charakteristika, obsahující: frekvenční rozsah, maximální úrovně a nestabilitu systému.
- Parametry vertikální odchylky signálu se vstupní kapacitou zařízení.
- Hodnoty krokové odezvy ukazující čas náběhu a překmit.
Kromě základních hodnot uvedených výše mají osciloskopy další parametry ve formě amplitudově-frekvenční charakteristiky, která demonstruje závislost amplitudy na frekvenci signálu.
Digitální osciloskopy mají také spoustu vnitřní paměti. Tento parametr je zodpovědný za množství informací, které může zařízení zaznamenat.
Jak se provádějí měření
Obrazovka osciloskopu je rozdělena na malé buňky nazývané divize. V závislosti na zařízení bude každý čtverec roven určité hodnotě. Nejoblíbenější označení: jedna divize - 5 jednotek. Na některých zařízeních je také knoflík pro ovládání měřítka grafu, takže je pro uživatele pohodlnější a přesnější provádět měření.
Než začnete s jakýmkoliv měřením, musíte osciloskop připojit k elektrickému obvodu. Sonda je připojena k libovolnému z volných kanálů (pokud má zařízení více než 1 kanál) nebo do generátoru pulsů, pokud je v zařízení k dispozici. Po připojení se na displeji jednotky objeví různé signály.
Pokud je signál přijímaný zařízením přerušovaný, pak problém spočívá v připojení sondy. Některé z nich jsou vybaveny miniaturními šroubky, které je potřeba dotáhnout. Také u digitálních osciloskopů řeší fikce automatického polohování problém přerušovaného signálu.
Měření proudu
Při měření proudu digitálním osciloskopem byste měli zjistit jaký druh proudu je třeba dodržet. Osciloskopy mají dva provozní režimy:
- Stejnosměrný proud ("DC") pro stejnosměrný proud;
- Střídavý proud ("AC") pro proměnnou.
Stejnosměrný proud se měří při aktivovaném režimu "Direct Current". Sondy zařízení by měly být připojeny k napájení přímo v souladu s póly. Černý krokodýl se připojí k mínusu, červený krokodýl k plusu.
Na obrazovce zařízení se objeví přímka. Hodnota svislé osy bude odpovídat parametru konstantního napětí. Sílu proudu lze vypočítat podle Ohmova zákona (napětí děleno odporem).
Střídavý proud je sinusoida, protože napětí je také proměnlivé. Jeho hodnotu lze tedy měřit pouze v určitém časovém období. Parametr je také vypočítán pomocí Ohmova zákona.
Měření napětí
K měření napětí signálu potřebujete vertikální souřadnicovou osu lineárního dvourozměrného grafu. Z tohoto důvodu bude veškerá pozornost věnována výšce průběhu. Před zahájením pozorování byste proto měli obrazovku pro měření pohodlněji nastavit.
Poté převedeme zařízení do DC režimu. Sondy přiložíme k obvodu a pozorujeme výsledek. Na displeji přístroje se objeví přímka, jejíž hodnota bude odpovídat napětí elektrického signálu.
Měření frekvence
Než pochopíte, jak měřit frekvenci elektrického signálu, měli byste vědět, co je perioda, protože tyto dva pojmy spolu souvisí. Jedna perioda je nejmenší časový úsek, po kterém se amplituda začne opakovat.
Na osciloskopu je snazší vidět periodu pomocí horizontální časové osy. Je pouze nutné si všimnout, po jaké době začne spojnicový graf opakovat svůj vzor. Je lepší považovat začátek období za body dotyku s vodorovnou osou a konec opakování stejné souřadnice.
Pro pohodlnější měření periody signálu je rychlost rozmítání snížena. V tomto případě není chyba měření tak vysoká.
Frekvence je hodnota nepřímo úměrná analyzovanému období. To znamená, že pro změření hodnoty musíte vydělit jednu sekundu času počtem období vyskytujících se během tohoto období. Výsledná frekvence se měří v Hertzech, standardem pro Rusko je 50 Hz.
Měření fázového posunu
Uvažuje se fázový posun - vzájemná poloha dvou oscilačních procesů v čase. Parametr se měří ve zlomcích periody signálu, takže bez ohledu na povahu periody a frekvence mají stejné fázové posuny společnou hodnotu.
První věc, kterou je třeba před měřením udělat, je zjistit, který ze signálů zaostává za druhým a následně určit znaménkovou hodnotu parametru. Pokud proud vede, pak je parametr posunu úhlu záporný. V případě předpětí napětí je znaménko hodnoty kladné.
Chcete-li vypočítat stupeň fázového posunu, měli byste:
- Vynásobte 360 stupňů počtem buněk mřížky mezi začátkem období.
- Výsledek vydělte počtem dílků obsazených jednou periodou signálu.
- Vyberte kladné nebo záporné znaménko.
Je nepohodlné měřit fázový posun v analogovém osciloskopu, protože grafy zobrazené na obrazovkách mají stejnou barvu a měřítko. Pro pozorování tohoto druhu se používá buď digitální zařízení, nebo dvoukanálová zařízení pro umístění různých amplitud na samostatný kanál.
Podobné články:
