Proč používat osciloskop a jak ho používat k měření proudu, napětí, frekvence a fázového posuvu?

Osciloskop je zařízení, které zobrazuje proud, napětí, frekvenci a fázový posun elektrického obvodu. Zařízení zobrazuje vztah mezi časem a intenzitou elektrického signálu. Všechny hodnoty jsou znázorněny pomocí jednoduchého dvourozměrného grafu.

K čemu slouží osciloskop

Osciloskop používají elektronici a radioamatéři k měření.

• Amplituda elektrického signálu - poměr napětí a času;
• analyzovat fázový posun;
• zobrazit zkreslení elektrického signálu.
• z výsledků vypočítat frekvenci proudu.

Přestože osciloskop zobrazuje vlastnosti analyzovaného signálu, častěji se používá k identifikaci procesů probíhajících v elektrickém obvodu. Pomocí osciloskopu mohou technici získat tyto informace

• průběh periodického signálu;
• Kladné a záporné hodnoty polarity;
• rozsah kolísání signálu v čase;
• trvání kladného a záporného půlperiody.

Většinu těchto údajů lze získat pomocí voltmetru. Měření by se však musela provádět s frekvencí několika sekund. Procento chyb ve výpočtech je vysoké. Práce s osciloskopem ušetří mnoho času při získávání požadovaných dat.

Jak funguje osciloskop

Osciloskop měří pomocí katodové trubice. Jedná se o lampu, která soustřeďuje analyzovaný proud do paprsku. Ta se dostane na stínítko přístroje a vychýlí se ve dvou na sebe kolmých směrech:

• vertikální - zobrazuje analyzované napětí;
• Horizontální - zobrazuje uplynulý čas.

O vychýlení paprsku se starají dva páry desek elektronové trubice. Ty, které jsou umístěny vertikálně, jsou vždy pod napětím. To pomáhá rozdělit různé hodnoty pólů. Kladná přitažlivost se odklání doprava, záporná doleva. Tímto způsobem se čára na obrazovce přístroje pohybuje konstantní rychlostí zleva doprava.

Na vodorovné desky působí také elektrický proud, který vychyluje ukazatel napětí demonstračního paprsku. Kladný náboj směřuje vzhůru, záporný dolů. Na displeji přístroje se tak objeví lineární dvourozměrný graf, nazývaný oscilogram.

Vzdálenost, kterou paprsek urazí od levého k pravému okraji obrazovky, se nazývá rozsah. Vodorovná čára odpovídá za čas měření. Kromě standardního lineárního dvourozměrného grafu existují také kruhové a spirálové výseče. Jejich použití však není tak pohodlné jako u klasických průběhů osciloskopu.

Klasifikace a typy

Existují dva hlavní typy osciloskopů:

• Analogové - přístroje pro měření průměrných signálů;
• Digitální - přístroje převádějí naměřené hodnoty do "digitálního" formátu pro další přenos informací.

Podle principu fungování existují následující klasifikace:

1. Univerzální modely.
2. Speciální vybavení.

Nejoblíbenější jsou univerzální zařízení. Tyto osciloskopy se používají k analýze různých typů signálů:

• Harmonické;
• Jednotlivé impulsy;
• Pulzní balíčky.

Univerzální osciloskopy jsou určeny pro širokou škálu elektrických zařízení. Mohou měřit signály v rozmezí několika nanosekund. Chyba měření je 6-8 %.

Univerzální osciloskopy se dělí na dva hlavní typy:

• Monoblok - má obecnou specializaci měření;
• s vyměnitelnými jednotkami - přizpůsobitelné konkrétní situaci a typu přístroje.

Speciální jednotky jsou určeny pro určitý typ elektrického zařízení. Existují tedy osciloskopy pro rozhlasové a televizní vysílání nebo digitální technologie.

Univerzální a speciální zařízení se dělí na:

• Vysokorychlostní - používá se v rychle působících přístrojích;
• Úložiště - zařízení, která ukládají a načítají dříve provedená měření.

Při výběru přístroje je třeba pečlivě prostudovat klasifikace a typy, aby bylo možné vybrat ten, který je pro danou situaci nejvhodnější.

Konstrukce a hlavní technické parametry

Každý přístroj má řadu následujících technických vlastností:

1. Koeficient možné chyby při měření napětí (u většiny přístrojů nepřesahuje hodnotu 3 %).
2. Hodnota čáry rozmítání přístroje - čím větší je tato charakteristika, tím delší je doba pozorování.
3. Synchronizační charakteristika obsahující: frekvenční rozsah, maximální úrovně a nestabilitu systému.
4. Parametry vertikální odchylky signálu se vstupní kapacitou zařízení.
5. Hodnoty přechodové odezvy zobrazující dobu náběhu a překmit.

Kromě výše uvedených základních hodnot mají osciloskopy další parametry v podobě amplitudově-frekvenční charakteristiky, která ukazuje závislost amplitudy na frekvenci signálu.

Digitální osciloskopy mají také vnitřní paměťovou hodnotu. Tento parametr udává množství informací, které může přístroj zaznamenat.

Jak se provádí měření

Obrazovka osciloskopu je rozdělena na malé čtverce, které se nazývají divize. V závislosti na přístroji se každý čtverec rovná určité hodnotě. Nejoblíbenější označení je: jeden oddíl se rovná 5 jednotkám. Na některých přístrojích je také knoflík pro ovládání měřítka grafu, aby uživatelé mohli měřit pohodlněji a přesněji.

Před zahájením jakéhokoli měření musí být osciloskop připojen k elektrickému obvodu. Sonda je připojena k některému z volných kanálů (pokud je v zařízení více než 1 kanál.) nebo na generátor impulzů, pokud je jím osciloskop vybaven. Po připojení se na displeji zařízení zobrazí různé obrazy signálu.

Pokud je signál přijímaný zařízením náhlý, je problém v připojení sondy. Některé jsou vybaveny miniaturními šrouby, které je třeba dotáhnout. Také digitální osciloskopy mají funkci automatického polohování, která řeší problém rozptýleného signálu.

Aktuální měření

Při měření proudu pomocí digitálního osciloskopu je třeba vědět, co je to typ proudu je třeba dodržovat. Osciloskopy mají dva provozní režimy:

• Direct Current ("DC") pro stejnosměrný proud;
• Střídavý proud ("AC") pro střídavý proud.

Stejnosměrný proud se měří, když je zapnutý režim stejnosměrného proudu. Sondy na spotřebiči musí být připojeny k napájení v přímé ose s póly. Černý krokodýl je připojen k mínusu, červený k plusu.

Na displeji se zobrazí přímka. Hodnota svislé osy bude odpovídat parametru stejnosměrného napětí. Proud lze vypočítat podle Ohmova zákona (napětí děleno odporem).

Střídavý proud má sinusový průběh, protože napětí je také proměnné. Proto lze jeho hodnotu měřit pouze v určitém časovém období. Vypočítává se také pomocí Ohmova zákona.

Měření napětí

K měření napětí signálu budete potřebovat svislou souřadnicovou osu lineárního dvourozměrného grafu. Z tohoto důvodu bude veškerá pozornost věnována výšce oscilogramu. Před zahájením pozorování byste proto měli obrazovku pohodlněji nastavit pro měření.

Poté nastavte zařízení do režimu stejnosměrného proudu. Připojte sondy k obvodu a sledujte výsledek. Na displeji spotřebiče se objeví přímka, jejíž hodnota odpovídá napětí elektrického signálu.

Měření frekvence

Než pochopíte, jak měřit frekvenci elektrického signálu, měli byste vědět, co je to perioda, protože tyto dva pojmy spolu souvisejí. Jedna perioda je nejmenší časový interval, po kterém se amplituda začne opakovat.

Na osciloskopu je snazší sledovat periodu pomocí horizontální časové souřadnicové osy. Stačí si všimnout, po jakém časovém intervalu se začne opakovat průběh přímkového grafu. Začátek periody je lepší považovat za bod dotyku s vodorovnou osou a konec za opakování téže souřadnice.

Rychlost měření je snížena, aby bylo možné snadněji měřit periodu signálu. V tomto případě není chyba měření tak vysoká.

Frekvence je hodnota nepřímo úměrná analyzovanému období. To znamená, že pro změření hodnoty je třeba vydělit jednu sekundu času počtem period, které se během tohoto intervalu vyskytnou. Výsledná frekvence se měří v hertzích, standardem pro Rusko je 50 Hz.

Měření fázového posunu

Fázový posun je definován jako relativní poloha dvou kmitajících procesů v čase. Měří se ve zlomcích periody signálu, takže bez ohledu na charakter periody a frekvence mají stejné fázové posuny společnou hodnotu.

Před měřením je třeba nejprve zjistit, který signál zaostává za druhým, a poté určit hodnotu znaménka parametru. Pokud je proud před námi, je parametr úhlového posunu záporný. Pokud je napětí vpředu, je znaménko hodnoty kladné.

Výpočet stupně fázového posunu je následující:

1. Vynásobte 360 stupňů počtem buněk mřížky mezi začátky období.
2. Výsledek vydělte počtem dělení, které zabírá jedna perioda signálu.
3. Vyberte záporné nebo kladné znaménko.

Měření fázového posunu na analogovém osciloskopu je nepohodlné, protože grafy zobrazené na obrazovkách mají stejnou barvu a měřítko. Pro tento druh pozorování se používá buď digitální zařízení, nebo dvoukanálové přístroje, které umisťují různé amplitudy na samostatný kanál.

Související články: