Osciloskop je zariadenie, ktoré zobrazuje prúd, napätie, frekvenciu a fázový posun elektrického obvodu. Zariadenie zobrazuje vzťah medzi časom a intenzitou elektrického signálu. Všetky hodnoty sú znázornené pomocou jednoduchého dvojrozmerného grafu.
Obsah
Na čo slúži osciloskop
Osciloskop používajú elektronici a rádioamatéri na meranie
- Amplitúda elektrického signálu - pomer napätia a času;
- analyzovať fázový posun;
- vidieť skreslenie elektrického signálu
- vypočítať frekvenciu prúdu z výsledkov.
Hoci osciloskop zobrazuje vlastnosti analyzovaného signálu, častejšie sa používa na identifikáciu procesov prebiehajúcich v elektrickom obvode. Pomocou osciloskopu môžu technici získať tieto informácie
- priebeh periodického signálu;
- Kladné a záporné hodnoty polarity;
- rozsah zmien signálu v čase;
- trvanie kladného a záporného polčasu.
Väčšinu týchto údajov možno získať pomocou voltmetra. Merania by sa však potom museli vykonávať s frekvenciou niekoľkých sekúnd. Percento chýb vo výpočtoch je vysoké. Práca s osciloskopom šetrí veľa času pri získavaní požadovaných údajov.
Ako funguje osciloskop
Osciloskop meria pomocou katódovej trubice. Ide o lampu, ktorá sústreďuje analyzovaný prúd do lúča. Tá sa dostane na obrazovku prístroja a vychýli sa v dvoch na seba kolmých smeroch:
- vertikálne - zobrazuje analyzované napätie;
- Horizontálne - zobrazuje uplynulý čas.
Dva páry elektrónových trubíc sú zodpovedné za vychýlenie lúča. Tie, ktoré sú umiestnené vertikálne, sú vždy pod napätím. To pomáha rozdeliť rôzne hodnoty pólov. Kladná príťažlivosť sa odkláňa doprava, záporná doľava. Týmto spôsobom sa čiara na obrazovke prístroja pohybuje zľava doprava konštantnou rýchlosťou.
Na vodorovné dosky pôsobí aj elektrický prúd, ktorý vychýli ukazovateľ napätia demonštračného lúča. Kladný náboj smeruje nahor, záporný smerom nadol. Týmto spôsobom sa na displeji prístroja zobrazí lineárny dvojrozmerný graf, nazývaný oscilogram.
Vzdialenosť, ktorú lúč prejde od ľavého po pravý okraj obrazovky, sa nazýva rozsah. Vodorovná čiara je zodpovedná za čas merania. Okrem štandardného lineárneho dvojrozmerného grafu sú k dispozícii aj kruhové a špirálové švihy. Nie sú však také pohodlné na používanie ako klasické priebehy osciloskopu.
Klasifikácia a typy
Existujú dva hlavné typy osciloskopov:
- Analógové - prístroje na meranie priemerných signálov;
- Digitálne - prístroje konvertujú nameranú hodnotu do "digitálneho" formátu na ďalší prenos informácií.
Podľa princípu fungovania existujú tieto klasifikácie:
- Univerzálne modely.
- Špeciálne vybavenie.
Najobľúbenejšie sú univerzálne zariadenia. Tieto osciloskopy sa používajú na analýzu rôznych typov signálov:
- Harmonické;
- Jednotlivé impulzy;
- Pulzné balíčky.
Univerzálne osciloskopy sú určené pre širokú škálu elektrických zariadení. Dokážu merať signály v rozsahu niekoľkých nanosekúnd. Chyba merania je 6-8 %.
Univerzálne osciloskopy sa delia na dva hlavné typy:
- Monoblok - má všeobecnú špecializáciu meraní;
- s vymeniteľnými jednotkami - prispôsobiteľnými konkrétnej situácii a typu prístroja.
Špeciálne jednotky sú určené pre konkrétny typ elektrického zariadenia. Existujú teda osciloskopy pre rozhlas, televízne vysielanie alebo digitálnu technológiu.
Univerzálne a špeciálne zariadenia sa delia na:
- Vysokorýchlostný - používa sa v rýchlo pôsobiacich prístrojoch;
- Ukladanie - zariadenia, ktoré ukladajú a načítavajú predtým vykonané čítania.
Pri výbere nástroja je potrebné dôkladne preštudovať klasifikácie a typy, aby bolo možné vybrať ten, ktorý je pre danú situáciu najvhodnejší.
Konštrukcia a hlavné technické parametre
Každý prístroj má niekoľko nasledujúcich technických vlastností:
- Koeficient možnej chyby pri meraní napätia (väčšina zariadení má túto hodnotu maximálne 3 %).
- Hodnota čiary rozptylu zariadenia - čím je táto charakteristika väčšia, tým dlhšie je časové rozpätie pozorovania.
- Synchronizačná charakteristika obsahujúca: frekvenčný rozsah, maximálne úrovne a nestabilitu systému.
- Parametre vertikálnej odchýlky signálu so vstupnou kapacitou zariadenia.
- Hodnoty prechodovej odozvy zobrazujúce čas nábehu a prekročenie.
Okrem uvedených základných hodnôt majú osciloskopy ďalšie parametre v podobe amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky, ktorá zobrazuje závislosť amplitúdy od frekvencie signálu.
Digitálne osciloskopy majú tiež vnútornú pamäťovú hodnotu. Tento parameter udáva množstvo informácií, ktoré môže prístroj zaznamenať.
Ako sa vykonávajú merania
Obrazovka osciloskopu je rozdelená na malé štvorce, ktoré sa nazývajú delenia. V závislosti od nástroja sa každý štvorec rovná určitej hodnote. Najobľúbenejšie označenie je: jedno delenie sa rovná 5 jednotkám. Na niektorých prístrojoch sa nachádza aj gombík na ovládanie mierky grafu, aby používatelia mohli pohodlnejšie a presnejšie merať.
Pred začatím akéhokoľvek merania musí byť osciloskop pripojený k elektrickému obvodu. Sonda je pripojená k niektorému z voľných kanálov (ak je v zariadení viac ako 1 kanál) alebo na generátor impulzov, ak ho osciloskop má. Po pripojení sa na displeji zariadenia zobrazia rôzne obrazy signálu.
Ak je signál prijímaný prístrojom náhly, problém je v pripojení sondy. Niektoré sú vybavené miniatúrnymi skrutkami, ktoré je potrebné dotiahnuť. Aj digitálne osciloskopy majú funkciu automatického polohovania, ktorá rieši problém rozptýleného signálu.
Aktuálne meranie
Pri meraní prúdu pomocou digitálneho osciloskopu musíte vedieť, čo typ prúdu by sa mali dodržiavať. Osciloskopy majú dva pracovné režimy:
- Direct Current ("DC") pre jednosmerný prúd;
- Striedavý prúd ("AC") pre striedavý prúd.
Jednosmerný prúd sa meria, keď je zapnutý režim jednosmerného prúdu. Pripojte sondy stroja k napájaniu v priamej rovine s pólmi. Čierny krokodíl je pripojený k mínusu, červený k plusu.
Na displeji sa zobrazí rovná čiara. Hodnota vertikálnej osi bude zodpovedať parametru jednosmerného napätia. Prúd možno vypočítať podľa Ohmovho zákona (napätie delené odporom).
Striedavý prúd je sínusoida, pretože aj napätie je premenlivé. Preto sa jeho hodnota dá merať len v určitom časovom období. Vypočíta sa aj pomocou Ohmovho zákona.
Meranie napätia
Na meranie napätia signálu budete potrebovať vertikálnu súradnicovú os lineárneho dvojrozmerného grafu. Z tohto dôvodu bude všetka pozornosť venovaná výške oscilogramu. Pred začatím pozorovania by ste preto mali obrazovku pohodlnejšie nastaviť na meranie.
Potom nastavte zariadenie do režimu jednosmerného prúdu. Pripojte sondy k obvodu a pozorujte výsledok. Na displeji spotrebiča sa zobrazí priama čiara, ktorej hodnota zodpovedá napätiu elektrického signálu.
Meranie frekvencie
Skôr ako pochopíte, ako merať frekvenciu elektrického signálu, mali by ste vedieť, čo je to perióda, pretože tieto dva pojmy spolu súvisia. Jedna perióda je najmenší časový interval, po ktorom sa amplitúda začne opakovať.
Na osciloskope je jednoduchšie vidieť periódu pomocou horizontálnej osi časových súradníc. Stačí si len všimnúť, po akom časovom intervale sa začne opakovať vzorec čiarového grafu. Začiatok periódy je lepšie považovať za bod dotyku s horizontálnou osou a koniec za opakovanie tej istej súradnice.
Rýchlosť zametania sa zníži, aby sa uľahčilo meranie periódy signálu. V tomto prípade nie je chyba merania taká vysoká.
Frekvencia je hodnota nepriamo úmerná analyzovanému obdobiu. To znamená, že ak chcete zmerať hodnotu, musíte vydeliť jednu sekundu času počtom periód, ktoré sa vyskytli počas tohto intervalu. Výsledná frekvencia sa meria v hertzoch, štandardom pre Rusko je 50 Hz.
Meranie fázového posunu
Fázový posun je definovaný ako relatívna poloha dvoch kmitajúcich procesov v čase. Meria sa v zlomkoch periódy signálu, takže bez ohľadu na charakter periódy a frekvencie majú rovnaké fázové posuny spoločnú hodnotu.
Pred meraním je potrebné najprv zistiť, ktorý signál zaostáva za druhým, a potom určiť hodnotu znamienka parametra. Ak je prúd vpredu, parameter uhlového posunu je záporný. Ak je napätie vpredu, znamienko hodnoty je kladné.
Výpočet stupňa fázového posunu je nasledovný:
- Vynásobte 360 stupňov počtom buniek mriežky medzi začiatkami periód.
- Výsledok vydeľte počtom delení, ktoré zaberá jedna perióda signálu.
- Vyberte záporné alebo kladné znamienko.
Meranie fázového posunu v analógovom osciloskope je nepohodlné, pretože zobrazené grafy majú rovnakú farbu a stupnicu. Na tento druh pozorovania sa používa buď digitálne zariadenie, alebo dvojkanálové prístroje, ktoré umiestňujú rôzne amplitúdy na samostatný kanál.
Súvisiace články:
