Een oscilloscoop is een apparaat dat stroom, spanning, frequentie en fasevooruitgang van een elektrisch circuit weergeeft. Het toestel toont de relatie tussen de tijd en de intensiteit van een elektrisch signaal. Alle waarden worden weergegeven in een eenvoudige tweedimensionale grafiek.
Inhoud
Waar is een oscilloscoop voor?
Een oscilloscoop wordt gebruikt door elektronica technici en radioamateurs om te meten
- Amplitude van een elektrisch signaal - Verhouding tussen spanning en tijd;
- de faseverschuiving analyseren;
- om de vervorming van een elektrisch signaal te zien
- bereken de frequentie van de stroom uit de resultaten.
Hoewel de oscilloscoop de karakteristieken van het geanalyseerde signaal laat zien, wordt hij meer gebruikt om de processen die in een elektrisch circuit plaatsvinden te identificeren. Met een oscilloscoop kunnen technici de volgende informatie verkrijgen
- de golfvorm van het periodieke signaal;
- Positieve en negatieve polariteitswaarden;
- het bereik van de variatie van het signaal in de tijd;
- de duur van de positieve en negatieve halve periode.
De meeste van deze gegevens kunnen worden verkregen met behulp van een voltmeter. De metingen zouden dan echter met een frequentie van enkele seconden moeten worden verricht. Het foutenpercentage in de berekeningen is hoog. Werken met een oscilloscoop bespaart veel tijd bij het verkrijgen van de benodigde gegevens.
Hoe werkt een oscilloscoop
Een oscilloscoop meet met een kathodestraalbuis. Dit is een lamp die de te analyseren stroom in een bundel bundelt. Deze bereikt het scherm van het instrument en buigt af in twee loodrecht op elkaar staande richtingen:
- verticaal - het toont de spanning die wordt geanalyseerd;
- Horizontaal - het toont de verstreken tijd.
Twee paar elektronenstraalbuisplaten zijn verantwoordelijk voor het afbuigen van de straal. Degene die verticaal staan, staan altijd onder stroom. Dit helpt om de verschillende poolwaarden te verdelen. De positieve aantrekkingskracht buigt naar rechts af, de negatieve naar links. Op die manier beweegt de lijn op het scherm van het instrument van links naar rechts met een constante snelheid.
Er werkt ook een elektrische stroom op de horizontale platen, die de spanningsindicator van de aantonende straal afbuigt. De positieve lading is naar boven, de negatieve naar beneden. Op deze wijze verschijnt een lineaire tweedimensionale grafiek, oscillogram genaamd, op het display van het toestel.
De afstand die de straal aflegt van de linker- naar de rechterrand van het scherm wordt de sweep genoemd. De horizontale lijn is verantwoordelijk voor de meettijd. Naast de standaard lineaire tweedimensionale grafiek zijn er ook cirkelvormige en spiraalvormige sweeps. Zij zijn echter niet zo handig in het gebruik als de klassieke oscilloscoop-golfvormen.
Indeling en typen
Er zijn twee hoofdtypen oscilloscopen:
- Analoog - apparaat voor het meten van gemiddelde signalen;
- Digitaal - de instrumenten zetten de meetwaarde om in een "digitaal" formaat voor verdere overdracht van informatie.
Naar gelang van het werkingsprincipe zijn er de volgende indelingen:
- Universele modellen.
- Speciale uitrusting.
De meest populaire zijn universele apparaten. Deze oscilloscopen worden gebruikt om verschillende soorten signalen te analyseren:
- Harmonisch;
- Enkele impulsen;
- Pulse packs.
Universele oscilloscopen zijn ontworpen voor een grote verscheidenheid van elektrische apparaten. Zij kunnen signalen meten van enkele nanoseconden. De meetfout is 6-8%.
Universele oscilloscopen worden in twee hoofdtypen onderverdeeld:
- Monoblock - hebben een algemene specialisatie van metingen;
- met verwisselbare eenheden - aanpasbaar aan de specifieke situatie en het type instrument.
Speciale eenheden zijn ontworpen voor een specifiek type elektrisch materieel. Zo zijn er oscilloscopen voor radio, TV-uitzendingen of digitale technologie.
Universele en speciale apparaten zijn onderverdeeld in:
- Hoge snelheid - gebruikt in snelwerkende instrumenten;
- Opslag - apparatuur die eerder gedane metingen opslaat en weer ophaalt.
Bij de keuze van een instrument moeten de classificaties en types zorgvuldig worden bestudeerd om het voor de situatie meest geschikte instrument te kiezen.
Ontwerp en voornaamste technische parameters
Elk instrument heeft een aantal van de volgende technische kenmerken:
- De coëfficiënt van de mogelijke fout bij het meten van de spanning (de meeste toestellen hebben een waarde van niet meer dan 3%).
- De sweep line waarde van het toestel - hoe groter deze eigenschap is, hoe langer de waarnemingstijd is.
- Het synchronisatiekenmerk met: frequentiebereik, maximumniveaus en systeeminstabiliteit.
- De verticale afwijkingsparameters van het signaal met de ingangscapaciteit van de apparatuur.
- Transiënte responswaarden met stijgtijd en overshoot.
Naast de hierboven genoemde basiswaarden beschikken oscilloscopen over aanvullende parameters in de vorm van een amplitude-frequentierespons die de afhankelijkheid van de amplitude van de frequentie van het signaal aangeeft.
Digitale oscilloscopen hebben ook een interne geheugenwaarde. Deze parameter geeft de hoeveelheid informatie aan die het instrument kan opnemen.
Hoe metingen worden verricht
Het scherm van een oscilloscoop is verdeeld in kleine vierkantjes die divisies worden genoemd. Afhankelijk van het instrument is elk vierkantje gelijk aan een bepaalde waarde. De meest populaire benaming is: één divisie is gelijk aan 5 eenheden. Ook is er op sommige instrumenten een knop om de schaal van de grafiek te regelen, zodat gebruikers comfortabeler en nauwkeuriger metingen kunnen verrichten.
Voordat met een meting kan worden begonnen, moet de oscilloscoop op een elektrisch circuit worden aangesloten. De sonde wordt aangesloten op een van de vrije kanalen (als er meer dan 1 kanaal in het toestel is) of naar de pulsgenerator, als de oscilloscoop er een heeft. Na aansluiting verschijnen er verschillende signaalbeelden op het display van het toestel.
Indien het door het instrument ontvangen signaal abrupt is, zit het probleem in de aansluiting van de sonde. Sommige zijn voorzien van miniatuurschroefjes die moeten worden aangedraaid. Ook digitale oscilloscopen hebben een automatische positioneringsfunctie om het probleem van een zwervend signaal op te lossen.
Huidige meting
Wanneer je stroom meet met een digitale oscilloscoop, moet je weten wat type stroom in acht moeten worden genomen. Oscilloscopen hebben twee werkingsmodi:
- Gelijkstroom ("DC") voor gelijkstroom;
- Wisselstroom ("AC") voor alternating current (wisselstroom).
Gelijkstroom wordt gemeten wanneer de gelijkstroomfunctie is ingeschakeld. Sluit de tasters van de machine aan op de stroomvoorziening in directe lijn met de polen. De zwarte krokodil is verbonden met de min, de rode met de plus.
Er verschijnt een rechte lijn op het display. De waarde van de verticale as komt overeen met de gelijkspanningsparameter. De stroom kan worden berekend volgens de wet van Ohm (spanning gedeeld door weerstand).
Wisselstroom is een sinusgolf, omdat de spanning ook variabel is. Daarom kan de waarde ervan slechts over een bepaalde periode worden gemeten. Het wordt ook berekend met de wet van Ohm.
Spanningsmeting
Om de signaalspanning te meten heeft men de verticale coördinatenas van een lineaire tweedimensionale grafiek nodig. Daarom zal alle aandacht uitgaan naar de hoogte van het oscillogram. Daarom moet u het scherm beter afstellen voor de meting voordat u gaat waarnemen.
Zet het apparaat dan in de DC modus. Sluit de sondes aan op de stroomkring en observeer het resultaat. Op het display van het toestel verschijnt een rechte lijn waarvan de waarde overeenkomt met de spanning van het elektrische signaal.
Frequentiemeting
Voordat u begrijpt hoe u de frequentie van een elektrisch signaal kunt meten, moet u weten wat een periode is, aangezien deze twee begrippen met elkaar verband houden. Een periode is het kleinste tijdsinterval waarna de amplitude zich begint te herhalen.
Het is gemakkelijker om de periode op een oscilloscoop te zien met behulp van de horizontale tijdcoördinatenas. U hoeft alleen maar te zien na welk tijdsinterval de lijngrafiek zijn patroon begint te herhalen. Het is beter het begin van de periode te beschouwen als het raakpunt met de horizontale as, en het einde als de herhaling van hetzelfde coördinaat.
De sweepsnelheid wordt verlaagd om de periode van het signaal gemakkelijker te kunnen meten. In dit geval is de meetfout niet zo groot.
Frequentie is de waarde die omgekeerd evenredig is met de geanalyseerde periode. Dat wil zeggen, om een waarde te meten, moet men één seconde van de tijd delen door het aantal perioden die tijdens dat interval voorkomen. De resulterende frequentie wordt gemeten in Hertz, de standaard voor Rusland is 50 Hz.
Meting van faseverschuiving
Faseverschuiving wordt beschouwd als de relatieve positionering van twee oscillerende processen in de tijd. Zij wordt gemeten in fracties van de signaalperiode, zodat ongeacht de aard van de periode en de frequentie, dezelfde faseverschuivingen een gemeenschappelijke waarde hebben.
Alvorens te meten moet eerst worden nagegaan welk signaal achterloopt op het andere en moet vervolgens de waarde van het parameterteken worden bepaald. Als de stroom voorloopt, is de parameter hoekverschuiving negatief. Als de spanning oploopt, is het teken van de waarde positief.
Om de graad van faseverschuiving te berekenen volgt hieronder:
- Vermenigvuldig 360 graden met het aantal rastercellen tussen de beginpunten van de perioden.
- Deel het resultaat door het aantal divisies dat één periode van het signaal in beslag neemt.
- Kies een negatief of positief teken.
Het meten van faseverschuiving in een analoge oscilloscoop is onhandig omdat de weergegeven grafieken dezelfde kleur en schaal hebben. Voor dit soort waarnemingen wordt gebruik gemaakt van een digitaal toestel of van instrumenten met twee kanalen om de verschillende amplitudes op een afzonderlijk kanaal te plaatsen.
Verwante artikelen:
