Osciloskops ir ierīce, kas attēlo elektriskās ķēdes strāvas, sprieguma, frekvences un fāzes progresu. Ierīce parāda sakarību starp elektriskā signāla laiku un intensitāti. Visas vērtības ir attēlotas, izmantojot vienkāršu divdimensiju grafiku.
Saturs
Osciloskopa izmantošana
Osciloskopu izmanto elektronikas tehniķi un radioamatieri, lai izmērītu
- Elektriskā signāla amplitūda - sprieguma attiecība pret laiku;
- analizēt fāzes nobīdi;
- lai redzētu elektriskā signāla izkropļojumus.
- pēc iegūtajiem rezultātiem aprēķina strāvas frekvenci.
Lai gan osciloskops demonstrē analizējamā signāla raksturlielumus, to biežāk izmanto, lai noteiktu elektriskā ķēdē notiekošos procesus. Izmantojot osciloskopu, tehniķi var iegūt šādu informāciju.
- periodiskā signāla viļņu forma;
- Pozitīvās un negatīvās polaritātes vērtības;
- signāla svārstību diapazons laika gaitā;
- pozitīvā un negatīvā pusperioda ilgums.
Lielāko daļu šo datu var iegūt, izmantojot voltmetru. Tomēr tad mērījumi būtu jāveic ar dažu sekunžu biežumu. Aprēķinos ir liels kļūdu īpatsvars. Darbs ar osciloskopu ietaupa daudz laika, lai iegūtu vajadzīgos datus.
Kā darbojas osciloskops
Osciloskops mēra ar katodstaru lampu. Tā ir lampa, kas analizējamo strāvu fokusē staru kūlī. Tas sasniedz instrumenta ekrānu, novirzoties divos perpendikulāros virzienos:
- vertikāli - tā parāda analizējamo spriegumu;
- Horizontāli - tas parāda pagājušo laiku.
Par staru kūļa novirzīšanu ir atbildīgi divi elektronu staru lampu plākšņu pāri. Vertikāli novietotie ir vienmēr zem sprieguma. Tas palīdz sadalīt dažādas polu vērtības. Pozitīvā piesaiste novirzās pa labi, negatīvā piesaiste - pa kreisi. Šādā veidā līnija instrumenta ekrānā pārvietojas no kreisās puses uz labo ar nemainīgu ātrumu.
Uz horizontālajām plāksnēm iedarbojas arī elektriskā strāva, kas novirza demonstrējošo staru sprieguma indikatoru. Pozitīvais lādiņš ir uz augšu, bet negatīvais - uz leju. Šādā veidā ierīces displejā parādās lineāra divdimensiju diagramma, ko sauc par oscilogrammu.
Attālumu, ko staru kūlis veic no ekrāna kreisās malas līdz labās malas, sauc par izkliedi. Horizontālā līnija norāda mērījumu laiku. Papildus standarta lineārajam divdimensiju grafikam ir arī apļveida un spirālveida svārstības. Tomēr tās nav tik ērti lietojamas kā klasiskās osciloskopa viļņu formas.
Klasifikācija un veidi
Ir divi galvenie osciloskopu veidi:
- Analogs - aparāti vidējo signālu mērīšanai;
- Digitāls - instrumenti pārveido mērījumu vērtību "digitālā" formātā tālākai informācijas pārraidei.
Atbilstoši darbības principam ir šādas klasifikācijas:
- Universālie modeļi.
- Speciālais aprīkojums.
Populārākais ir universālas ierīces. Šos osciloskopus izmanto dažādu veidu signālu analīzei:
- Harmoniskā;
- Atsevišķi impulsi;
- Impulsu paketes.
Universālie osciloskopi ir paredzēti dažādām elektriskajām ierīcēm. Ar tiem var mērīt signālus dažu nanosekunžu diapazonā. Mērījumu kļūda ir 6-8%.
Universālos osciloskopus iedala divos galvenajos tipos:
- Monobloks - ir vispārēja mērījumu specializācija;
- ar maināmām vienībām - pielāgojamas konkrētajai situācijai un instrumenta tipam.
Speciālie bloki ir paredzēti konkrētam elektroiekārtu tipam. Tātad ir osciloskopi radio, TV apraidei vai digitālajām tehnoloģijām.
Universālās un speciālās ierīces iedala:
- Ātrgaitas - izmanto ātrdarbīgos instrumentos;
- Uzglabāšana - ierīces, kas saglabā un atgūst iepriekš veiktos rādījumus.
Izvēloties instrumentu, rūpīgi jāizpēta klasifikācijas un veidi, lai izvēlētos situācijai vispiemērotāko.
Konstrukcija un galvenie tehniskie parametri
Katram instrumentam ir vairākas šādas tehniskās īpašības:
- Iespējamās kļūdas koeficients, mērot spriegumu (lielākajai daļai ierīču tā vērtība nepārsniedz 3%).
- Ierīces slaucīšanas līnijas vērtība - jo lielāka ir šī īpašība, jo ilgāks ir novērošanas laika posms.
- Sinhronizācijas raksturojums, kas ietver: frekvenču diapazonu, maksimālos līmeņus un sistēmas nestabilitāti.
- Signāla vertikālās novirzes parametri ar iekārtas ieejas kapacitāti.
- Pārejas režīma reakcijas vērtības, kas parāda pieauguma laiku un pārspīlēšanu.
Papildus iepriekš uzskaitītajām pamatvērtībām osciloskopiem ir papildu parametri amplitūdas-frekvences raksturlīknes veidā, kas parāda amplitūdas atkarību no signāla frekvences.
Digitālajiem osciloskopiem ir arī iekšējā atmiņas vērtība. Šis parametrs norāda informācijas apjomu, ko instruments var ierakstīt.
Kā tiek veikti mērījumi
Osciloskopa ekrāns ir sadalīts nelielos kvadrātos, ko sauc par dalījumiem. Atkarībā no instrumenta katrs kvadrāts būs vienāds ar noteiktu vērtību. Populārākais apzīmējums ir šāds: viens dalījums ir 5 vienības. Dažiem instrumentiem ir arī poga, ar ko regulēt diagrammas mērogu, lai lietotāji varētu ērtāk un precīzāk veikt mērījumus.
Pirms jebkāda veida mērījumu uzsākšanas osciloskops ir jāpievieno elektriskajai ķēdei. Zondi pievieno jebkuram no brīvajiem kanāliem (ja ierīcē ir vairāk nekā 1 kanāls.) vai uz impulsu ģeneratoru, ja osciloskopam tāds ir. Pēc savienošanas ierīces displejā parādīsies dažādi signāla attēli.
Ja ierīces saņemtais signāls ir pēkšņs, problēma ir zondes savienojumā. Daži no tiem ir aprīkoti ar miniatūrām skrūvēm, kas ir jānostiprina. Arī digitālajiem osciloskopiem ir automātiskās pozicionēšanas funkcija, lai atrisinātu klaiņojoša signāla problēmu.
Pašreizējais mērījums
Mērot strāvu ar digitālo osciloskopu, jums ir jāzina, ko strāvas veids jāievēro. Osciloskopiem ir divi darbības režīmi:
- Līdzstrāva ("DC") - līdzstrāva;
- maiņstrāva ("AC") - maiņstrāva.
Līdzstrāvas strāva tiek mērīta, ja ir ieslēgts līdzstrāvas režīms. Ierīces zondēm jābūt savienotām ar barošanas avotu tieši vienā līnijā ar poliem. Melnais krokodils ir savienots ar mīnusu, sarkanais - ar plusu.
Displejā parādīsies taisna līnija. Vertikālās ass vērtība atbilst līdzstrāvas sprieguma parametram. Strāvu var aprēķināt saskaņā ar Oma likumu (spriegums dalīts ar pretestību).
Maiņstrāva ir sinusoidāls vilnis, jo arī spriegums ir mainīgs. Tāpēc tās vērtību var izmērīt tikai noteiktā laika periodā. To aprēķina, izmantojot Oma likumu.
Sprieguma mērīšana
Lai izmērītu signāla spriegumu, jums būs nepieciešama lineārā divdimensiju grafika vertikālā koordinātu ass. Tāpēc visa uzmanība tiks pievērsta oscilogrammas augstumam. Tāpēc pirms novērošanas uzsākšanas ekrāns ir ērtāk jāpielāgo mērījumiem.
Pēc tam iestatiet ierīci līdzstrāvas režīmā. Pievienojiet zondes ķēdei un novērojiet rezultātu. Ierīces displejā parādīsies taisna līnija, kuras vērtība atbilst elektriskā signāla spriegumam.
Frekvences mērīšana
Pirms saprast, kā izmērīt elektriskā signāla frekvenci, jums jāzina, kas ir periods, jo abi jēdzieni ir savstarpēji saistīti. Viens periods ir mazākais laika intervāls, pēc kura amplitūda sāk atkārtoties.
Periodu osciloskopā ir vieglāk redzēt, izmantojot horizontālo laika koordinātu asi. Jums tikai jāatzīmē, pēc kāda laika intervāla līnijas grafiks sāk atkārtoties. Labāk ir uzskatīt perioda sākumu par saskares punktu ar horizontālo asi, bet beigas - par tās pašas koordinātas atkārtojumu.
Lai būtu vieglāk izmērīt signāla periodu, tiek samazināts slaucīšanas ātrums. Šajā gadījumā mērījumu kļūda nav tik liela.
Biežums ir vērtība, kas ir apgriezti proporcionāla analizējamajam periodam. Tas nozīmē, ka, lai izmērītu vērtību, viena sekundes daļa ir jādala ar šajā intervālā notikušo periodu skaitu. Iegūto frekvenci mēra hercos, un Krievijas standarts ir 50 Hz.
Fāzes pārvietojuma mērīšana
Fāzes nobīdi definē kā divu svārstību procesu relatīvo pozīciju laikā. To mēra signāla perioda daļās, lai neatkarīgi no perioda un frekvences rakstura vienādiem fāžu nobīdēm būtu vienāda vērtība.
Pirms mērīšanas vispirms ir jānoskaidro, kurš signāls atpaliek no otra, un pēc tam jānosaka parametra zīmes vērtība. Ja strāva ir priekšā, leņķa nobīdes parametrs ir negatīvs. Ja spriegums ir priekšā, vērtības zīme ir pozitīva.
Lai aprēķinātu fāzes nobīdes pakāpi, ir šādi:
- 360 grādus reiziniet ar režģa šūnu skaitu starp periodu sākumiem.
- Rezultātu daliet ar signāla viena perioda dalījumu skaitu.
- Izvēlieties negatīvu vai pozitīvu zīmi.
Fāzes nobīdes mērīšana analogajā osciloskopā ir neērta, jo attēlotie grafiki ir vienas krāsas un skalas. Šāda veida novērojumiem izmanto digitālu ierīci vai divkanālu instrumentus, lai dažādas amplitūdas novietotu atsevišķā kanālā.
Saistītie raksti:
