Miksi käyttää oskilloskooppia ja miten sillä mitataan virtaa, jännitettä, taajuutta ja vaiheennakkoa?

Oskilloskooppi on laite, joka näyttää sähköpiirin virran, jännitteen, taajuuden ja vaiheen etenemisen. Laite näyttää sähköisen signaalin ajan ja voimakkuuden välisen suhteen. Kaikki arvot esitetään yksinkertaisella kaksiulotteisella kuvaajalla.

Mitä varten oskilloskooppi on

Elektroniikkateknikot ja radioamatöörit käyttävät oskilloskooppia mittaamaan seuraavia asioita

• Sähköisen signaalin amplitudi - Jännitteen suhde aikaan;
• analysoi vaihesiirtymä;
• nähdä sähköisen signaalin vääristymät
• laske tuloksista virran taajuus.

Vaikka oskilloskooppi näyttää analysoitavan signaalin ominaisuudet, sitä käytetään yleisemmin sähköpiirissä tapahtuvien prosessien tunnistamiseen. Oskilloskoopin avulla teknikot voivat saada seuraavat tiedot

• jaksollisen signaalin aaltomuoto;
• Positiivisen ja negatiivisen napaisuuden arvot;
• signaalin vaihteluväli ajan mittaan;
• positiivisen ja negatiivisen puolijakson kesto.

Suurin osa näistä tiedoista saadaan voltinmittauksella. Tällöin mittaukset olisi kuitenkin tehtävä muutaman sekunnin välein. Virheprosentti laskelmissa on suuri. Oskilloskoopilla työskentely säästää paljon aikaa tarvittavien tietojen saamisessa.

Miten oskilloskooppi toimii

Oskilloskooppi mittaa katodisädeputkella. Kyseessä on lamppu, joka keskittää analysoitavan virran säteeksi. Tämä saavuttaa laitteen näytön ja poikkeaa kahdessa kohtisuorassa olevassa suunnassa:

• pystysuora - näyttää analysoitavan jännitteen;
• Vaakasuora - näyttää kuluneen ajan.

Kaksi paria elektronisäteen putkilevyjä vastaa säteen poikkeuttamisesta. Pystysuorassa olevat ovat aina jännitteisiä. Tämä auttaa jakamaan eri napa-arvot. Positiivinen vetovoima kääntyy oikealle, negatiivinen vetovoima vasemmalle. Näin laitteen näytöllä oleva viiva liikkuu vasemmalta oikealle vakionopeudella.

Vaakalevyihin vaikuttaa myös sähkövirta, joka poikkeuttaa osoittavaa säteen jänniteilmaisinta. Positiivinen varaus on ylöspäin, negatiivinen varaus on alaspäin. Näin laitteen näyttöön ilmestyy lineaarinen kaksiulotteinen kuvaaja, jota kutsutaan oskillogrammiksi.

Etäisyyttä, jonka säde kulkee näytön vasemmasta reunasta oikeaan reunaan, kutsutaan pyyhkäisyksi. Vaakasuora viiva vastaa mittausaikaa. Normaalin lineaarisen kaksiulotteisen kuvaajan lisäksi on olemassa myös ympyrä- ja spiraalipyyhkäisyjä. Ne eivät kuitenkaan ole yhtä käteviä käyttää kuin klassiset oskilloskoopin aaltomuodot.

Luokittelu ja tyypit

Oskilloskooppeja on kahta päätyyppiä:

• Analoginen - laite keskimääräisten signaalien mittaamiseen;
• Digitaalinen - laitteet muuttavat mittausarvon "digitaaliseen" muotoon tiedonsiirtoa varten.

Toimintaperiaatteen mukaan on olemassa seuraavat luokittelut:

1. Yleismallit.
2. Erikoislaitteet.

Suosituin ovat yleispäteviä laitteita. Näitä oskilloskooppeja käytetään erityyppisten signaalien analysointiin:

• Harmoninen;
• Yksittäiset impulssit;
• Pulssipakkaukset.

Yleiskäyttöiset oskilloskoopit on suunniteltu monenlaisia sähkölaitteita varten. Niillä voidaan mitata muutaman nanosekunnin mittaisia signaaleja. Mittausvirhe on 6-8 %.

Yleisoskilloskoopit jaetaan kahteen päätyyppiin:

• Monoblock - on yleinen erikoistuminen mittauksiin;
• vaihdettavilla yksiköillä - mukautettavissa erityistilanteeseen ja laitetyyppiin.

Erikoisyksiköt on suunniteltu tietyntyyppisiä sähkölaitteita varten. On siis olemassa oskilloskooppeja radiota, televisiolähetyksiä tai digitaalitekniikkaa varten.

Yleis- ja erikoislaitteet jaetaan seuraaviin ryhmiin:

• Suurnopeus - käytetään nopeasti toimivissa laitteissa;
• Tallennus - laitteet, jotka tallentavat ja hakevat aiemmin tehtyjä lukemia.

Välinettä valittaessa on tutkittava huolellisesti luokitteluja ja tyyppejä, jotta voidaan valita tilanteeseen parhaiten sopiva väline.

Suunnittelu ja tärkeimmät tekniset parametrit

Kullakin laitteella on useita seuraavista teknisistä ominaisuuksista:

1. Mahdollisen virheen kerroin jännitettä mitattaessa (useimmissa laitteissa tämä arvo on enintään 3 %).
2. Laitteen pyyhkäisylinjan arvo - mitä suurempi tämä ominaisuus on, sitä pidempi on havaintoaika.
3. Synkronointiominaisuus, joka sisältää: taajuusalueen, enimmäistasot ja järjestelmän epävakauden.
4. Signaalin pystysuuntaiset poikkeamaparametrit laitteen tulokapasitanssin kanssa.
5. Siirtymävastearvot, joista näkyvät nousuaika ja ylitys.

Edellä lueteltujen perusarvojen lisäksi oskilloskoopeilla on lisäparametreina amplitudi-taajuusvaste, joka osoittaa amplitudin riippuvuuden signaalin taajuudesta.

Digitaalisilla oskilloskoopeilla on myös sisäinen muistiarvo. Tämä parametri ilmoittaa, kuinka paljon tietoa laite voi tallentaa.

Miten mittaukset tehdään

Oskilloskoopin näyttö on jaettu pieniin neliöihin, joita kutsutaan alueiksi. Mittarista riippuen jokainen neliö vastaa tiettyä arvoa. Suosituin nimitys on: yksi jako vastaa 5 yksikköä. Joissakin laitteissa on myös nuppi, jolla voidaan säätää kuvaajan mittakaavaa, jotta käyttäjät voivat tehdä mittauksia mukavammin ja tarkemmin.

Ennen minkään mittauksen aloittamista oskilloskooppi on kytkettävä sähköpiiriin. Anturi kytketään mihin tahansa vapaaseen kanavaan (jos laitteessa on useampi kuin 1 kanava) tai pulssigeneraattoriin, jos oskilloskoopissa on sellainen. Kun yhteys on muodostettu, laitteen näytölle ilmestyy erilaisia signaalikuvia.

Jos laitteen vastaanottama signaali on äkillinen, ongelma on anturin kytkennässä. Joissakin on miniruuvit, jotka on kiristettävä. Myös digitaalisissa oskilloskoopeissa on automaattinen paikannustoiminto, joka ratkaisee hajasignaalin aiheuttaman ongelman.

Nykyinen mittaus

Kun mittaat virtaa digitaalisella oskilloskoopilla, sinun on tiedettävä, mitä virran tyyppi olisi noudatettava. Oskilloskoopeilla on kaksi toimintatapaa:

• Direct Current ("DC") tarkoittaa tasavirtaa;
• Alternating Current ("AC") tarkoittaa vaihtovirtaa.

Tasavirta mitataan, kun tasavirtatila on käytössä. Laitteen anturit on kytkettävä virtalähteeseen suoraan napojen suuntaisesti. Musta krokotiili on kytketty miinukseen ja punainen plussaan.

Näyttöön ilmestyy suora viiva. Pystyakselin arvo vastaa tasajänniteparametria. Virta voidaan laskea Ohmin lain mukaan (jännite jaettuna resistanssilla).

Vaihtovirta on siniaalto, koska myös jännite vaihtelee. Siksi sen arvo voidaan mitata vain tietyn ajanjakson aikana. Se lasketaan myös Ohmin lain avulla.

Jännitteen mittaus

Signaalijännitteen mittaamiseen tarvitaan lineaarisen kaksiulotteisen kuvaajan pystysuora koordinaattiakseli. Tämän vuoksi kaikki huomio kiinnitetään oskillogrammin korkeuteen. Siksi näyttö kannattaa säätää mittausta varten sopivammaksi ennen kuin aloitat havainnoinnin.

Aseta laite sitten DC-tilaan. Kytke anturit virtapiiriin ja tarkkaile tulosta. Laitteen näyttöön ilmestyy suora viiva, jonka arvo vastaa sähköisen signaalin jännitettä.

Taajuuden mittaus

Ennen kuin ymmärrät, miten sähköisen signaalin taajuus mitataan, sinun on tiedettävä, mikä on jakso, sillä nämä kaksi käsitettä liittyvät toisiinsa. Yksi jakso on pienin aikaväli, jonka jälkeen amplitudi alkaa toistua.

Jakso on helpompi nähdä oskilloskoopilla käyttämällä vaakasuuntaista aikakoordinaattiakselia. Sinun tarvitsee vain huomata, minkä ajanjakson jälkeen viivakuvaaja alkaa toistaa kuvioitaan. On parempi pitää jakson alkua vaaka-akselin kosketuspisteenä ja loppua saman koordinaatin toistona.

Pyyhkäisynopeutta pienennetään, jotta signaalin jakson mittaaminen olisi helpompaa. Tällöin mittausvirhe ei ole yhtä suuri.

Taajuus on arvo, joka on kääntäen verrannollinen analysoitavaan ajanjaksoon. Toisin sanoen arvon mittaaminen edellyttää, että jaat yhden sekunnin ajan kyseisen ajanjakson aikana esiintyvien jaksojen lukumäärällä. Tuloksena saatava taajuus mitataan hertseinä, Venäjän standardi on 50 Hz.

Vaiheen siirtymän mittaus

Vaihesiirtymä määritellään kahden värähtelevän prosessin suhteelliseksi sijoittumiseksi ajassa. Se mitataan murto-osina signaalin jaksosta, joten jakson ja taajuuden luonteesta riippumatta samoilla vaihesiirtymillä on yhteinen arvo.

Ennen mittausta on ensin selvitettävä, kumpi signaali on jäljessä toisesta, ja sen jälkeen määritettävä parametrin merkin arvo. Jos virta on edellä, kulmansiirtoparametri on negatiivinen. Jos jännite on edellä, arvon merkki on positiivinen.

Vaiheensiirron asteen laskeminen tapahtuu seuraavasti:

1. Kerro 360 astetta jaksojen alkupisteiden välisten ruutusolujen lukumäärällä.
2. Jaa tulos signaalin yhden jakson viemien jakojen lukumäärällä.
3. Valitse negatiivinen tai positiivinen merkki.

Vaiheensiirtymän mittaaminen analogisella oskilloskoopilla on hankalaa, koska näytöillä näkyvät kuvaajat ovat samanvärisiä ja samassa mittakaavassa. Tällaisessa havainnoinnissa käytetään joko digitaalista laitetta tai kaksikanavaista laitetta, jolla eri amplitudit sijoitetaan erilliselle kanavalle.

Aiheeseen liittyvät artikkelit: