Oscyloskop to urządzenie, które wyświetla natężenie prądu, napięcie, częstotliwość i wyprzedzenie fazowe obwodu elektrycznego. Urządzenie wyświetla zależność między czasem a natężeniem sygnału elektrycznego. Wszystkie wartości są przedstawiane za pomocą prostego wykresu dwuwymiarowego.
Spis treści
Do czego służy oscyloskop
Oscyloskop jest używany przez elektroników i radioamatorów do pomiarów
- Amplituda sygnału elektrycznego - stosunek napięcia do czasu;
- przeanalizować przesunięcie fazowe;
- aby zobaczyć zniekształcenie sygnału elektrycznego
- na podstawie wyników obliczyć częstotliwość prądu.
Chociaż oscyloskop pokazuje charakterystykę analizowanego sygnału, jest on częściej używany do identyfikacji procesów zachodzących w obwodzie elektrycznym. Za pomocą oscyloskopu technicy mogą uzyskać następujące informacje
- kształt fali sygnału okresowego;
- Wartości polaryzacji dodatniej i ujemnej;
- zakres zmienności sygnału w czasie;
- czas trwania dodatniego i ujemnego półokresu.
Większość z tych danych można uzyskać za pomocą woltomierza. Jednak wtedy pomiary musiałyby być wykonywane z częstotliwością kilkusekundową. Procent błędów w obliczeniach jest wysoki. Praca z oscyloskopem pozwala zaoszczędzić wiele czasu przy uzyskiwaniu wymaganych danych.
Jak działa oscyloskop
Oscyloskop mierzy za pomocą lampy kineskopowej. Jest to lampa, która skupia analizowany prąd w wiązkę. Dociera ona do ekranu instrumentu i odchyla się w dwóch prostopadłych kierunkach:
- pionowa - pokazuje analizowane napięcie;
- Poziomo - pokazuje czas, który upłynął.
Za odchylanie wiązki odpowiedzialne są dwie pary płytek lampy elektronowej. Te, które są ustawione pionowo, są zawsze pod napięciem. Pomaga to rozdzielić różne wartości biegunów. Przyciąganie dodatnie odchyla się w prawo, a ujemne w lewo. W ten sposób linia na ekranie urządzenia przesuwa się ze stałą prędkością od lewej do prawej strony.
Na płytki poziome działa również prąd elektryczny, który powoduje odchylenie wskaźnika napięcia wiązki demonstracyjnej. Ładunek dodatni jest skierowany ku górze, a ładunek ujemny ku dołowi. W ten sposób na wyświetlaczu urządzenia pojawia się liniowy, dwuwymiarowy wykres, zwany oscylogramem.
Odległość, jaką wiązka pokonuje od lewej do prawej krawędzi ekranu, nazywa się przemiataniem. Linia pozioma odpowiada za czas pomiaru. Oprócz standardowego dwuwymiarowego wykresu liniowego dostępne są również wykresy kołowe i spiralne. Nie są one jednak tak wygodne w użyciu jak klasyczne przebiegi oscyloskopowe.
Klasyfikacja i rodzaje
Istnieją dwa główne typy oscyloskopów:
- Analogowe - aparatura do pomiaru sygnałów średnich;
- Cyfrowe - przyrządy przetwarzają wartość pomiaru na format "cyfrowy" w celu dalszego przesyłania informacji.
Istnieją następujące klasyfikacje w zależności od zasady działania:
- Modele uniwersalne.
- Wyposażenie specjalne.
Najpopularniejsze są urządzeniami uniwersalnymi. Oscyloskopy te są używane do analizy różnych typów sygnałów:
- Harmonia;
- Pojedyncze impulsy;
- Pakiety impulsowe.
Oscyloskopy uniwersalne są przeznaczone do pracy z wieloma różnymi urządzeniami elektrycznymi. Mogą one mierzyć sygnały o czasie trwania od kilku nanosekund. Błąd pomiaru wynosi 6-8%.
Oscyloskopy uniwersalne dzielą się na dwa główne typy:
- Monobloki - mają ogólną specjalizację pomiarów;
- z wymiennymi jednostkami - możliwość dostosowania do konkretnej sytuacji i typu instrumentu.
Zespoły specjalne są przeznaczone do określonego typu urządzeń elektrycznych. Są więc oscyloskopy dla radia, telewizji i techniki cyfrowej.
Urządzenia uniwersalne i specjalne dzielą się na:
- Szybkobieżne - stosowane w przyrządach szybko działających;
- Pamięć masowa - urządzenia, które przechowują i odtwarzają wcześniej dokonane odczyty.
Przy wyborze instrumentu należy dokładnie zapoznać się z klasyfikacjami i typami, aby wybrać ten, który najlepiej nadaje się do danej sytuacji.
Konstrukcja i główne parametry techniczne
Każdy instrument posiada szereg następujących cech technicznych:
- Współczynnik możliwego błędu przy pomiarze napięcia (w większości urządzeń wartość ta nie przekracza 3%).
- Wartość linii przemiatania urządzenia - im większa jest ta charakterystyka, tym dłuższy jest czas obserwacji.
- Charakterystyka synchronizacji zawierająca: zakres częstotliwości, maksymalne poziomy i niestabilność systemu.
- Parametry odchylenia pionowego sygnału o pojemności wejściowej urządzenia.
- Wartości odpowiedzi w stanie przejściowym z uwzględnieniem czasu narastania i przekroczenia.
Oprócz podstawowych wartości wymienionych powyżej, oscyloskopy mają dodatkowe parametry w postaci odpowiedzi amplitudowo-częstotliwościowej, pokazującej zależność amplitudy od częstotliwości sygnału.
Oscyloskopy cyfrowe mają również wewnętrzną pamięć wartości. Ten parametr określa ilość informacji, jaką może zarejestrować urządzenie.
Jak dokonuje się pomiarów
Ekran oscyloskopu jest podzielony na małe kwadraty, które są nazywane podziałami. W zależności od instrumentu, każdy kwadrat będzie miał określoną wartość. Najbardziej popularne oznaczenie to: jeden oddział równa się 5 jednostkom. Na niektórych przyrządach znajduje się również pokrętło do regulacji skali wykresu, dzięki czemu użytkownicy mogą wygodniej i dokładniej wykonywać pomiary.
Przed rozpoczęciem jakiegokolwiek pomiaru oscyloskop musi być podłączony do obwodu elektrycznego. Sonda jest podłączona do dowolnego z wolnych kanałów (jeśli w urządzeniu jest więcej niż jeden kanał) lub do generatora impulsów, jeśli oscyloskop go posiada. Po podłączeniu na wyświetlaczu urządzenia pojawią się różne obrazy sygnałów.
Jeśli sygnał odbierany przez urządzenie jest przerywany, problem tkwi w podłączeniu sondy. Niektóre są wyposażone w miniaturowe śruby, które trzeba dokręcać. Również oscyloskopy cyfrowe mają funkcję automatycznego pozycjonowania, która rozwiązuje problem sygnału błądzącego.
Pomiar bieżący
Podczas pomiaru prądu za pomocą oscyloskopu cyfrowego należy wiedzieć, co typ prądu należy przestrzegać. Oscyloskopy mają dwa tryby pracy:
- Direct Current ("DC") - prąd stały;
- Alternating Current ("AC") - prąd zmienny.
Prąd stały jest mierzony, gdy włączony jest tryb prądu stałego. Podłącz sondy maszyny do zasilania w bezpośredniej linii z biegunami. Czarny krokodylek jest podłączony do minusa, a czerwony do plusa.
Na wyświetlaczu pojawi się linia prosta. Wartość na osi pionowej będzie odpowiadać parametrowi napięcia stałego. Prąd można obliczyć zgodnie z prawem Ohma (napięcie podzielone przez rezystancję).
Prąd zmienny jest sinusoidą, ponieważ napięcie jest również zmienne. Dlatego jego wartość można zmierzyć tylko w pewnym okresie czasu. Oblicza się ją również na podstawie prawa Ohma.
Pomiar napięcia
Do pomiaru napięcia sygnału potrzebna jest pionowa oś współrzędnych liniowego wykresu dwuwymiarowego. Z tego powodu cała uwaga zostanie zwrócona na wysokość oscylogramu. Dlatego przed rozpoczęciem obserwacji należy wyregulować ekran w celu wygodniejszego wykonania pomiaru.
Następnie ustaw urządzenie w trybie DC. Podłącz sondy do obwodu i obserwuj wyniki. Na wyświetlaczu urządzenia pojawi się linia prosta, której wartość odpowiada napięciu sygnału elektrycznego.
Pomiar częstotliwości
Zanim zrozumiemy, jak mierzyć częstotliwość sygnału elektrycznego, powinniśmy wiedzieć, co to jest okres, ponieważ te dwa pojęcia są ze sobą powiązane. Jeden okres to najmniejszy przedział czasu, po którym amplituda zaczyna się powtarzać.
Łatwiej jest zobaczyć okres na oscyloskopie, korzystając z poziomej osi współrzędnych czasu. Wystarczy zauważyć, po jakim odstępie czasu wykres liniowy zaczyna powtarzać swój wzór. Początek okresu lepiej jest traktować jako punkt styczności z osią poziomą, a koniec jako powtórzenie tej samej współrzędnej.
Prędkość przemiatania została zmniejszona, aby ułatwić pomiar okresu sygnału. W tym przypadku błąd pomiaru nie jest tak duży.
Częstotliwość jest wartością odwrotnie proporcjonalną do analizowanego okresu. Oznacza to, że aby zmierzyć wartość, należy podzielić jedną sekundę czasu przez liczbę okresów występujących w tym przedziale. Uzyskana w ten sposób częstotliwość jest mierzona w hercach, standardem w Rosji jest 50 Hz.
Pomiar przesunięcia fazowego
Za przesunięcie fazowe uważa się względne położenie w czasie dwóch oscylujących procesów. Mierzy się ją w ułamkach okresu sygnału, tak że niezależnie od charakteru okresu i częstotliwości, te same przesunięcia fazowe mają wspólną wartość.
Pierwszą rzeczą, którą należy zrobić przed pomiarem, jest ustalenie, który sygnał jest opóźniony w stosunku do drugiego, a następnie określenie wartości znaku parametru. Jeśli prąd jest z przodu, parametr przesunięcia kątowego jest ujemny. Jeśli napięcie jest z przodu, znak wartości jest dodatni.
Stopień przesunięcia fazowego oblicza się w następujący sposób:
- Pomnóż 360 stopni przez liczbę komórek siatki między początkami okresów.
- Podzielić wynik przez liczbę podziałów zajmowanych przez jeden okres sygnału.
- Wybierz znak ujemny lub dodatni.
Pomiar przesunięcia fazowego w oscyloskopie analogowym jest niewygodny, ponieważ wyświetlane wykresy mają ten sam kolor i skalę. Do tego rodzaju obserwacji stosuje się urządzenia cyfrowe lub aparaty dwukanałowe, które umieszczają różne amplitudy na oddzielnych kanałach.
Powiązane artykuły:
