Ett oscilloskop är en apparat som visar ström, spänning, frekvens och fasförflyttning i en elektrisk krets. Apparaten visar förhållandet mellan tiden och intensiteten hos en elektrisk signal. Alla värden visas med hjälp av ett enkelt tvådimensionellt diagram.
Innehåll
Vad ett oscilloskop är till för
Ett oscilloskop används av elektroniktekniker och radioamatörer för att mäta
- Amplitud av en elektrisk signal - förhållandet mellan spänning och tid;
- analysera fasförskjutning;
- för att se snedvridningen av en elektrisk signal
- Beräkna strömmens frekvens utifrån resultaten.
Även om oscilloskopet visar egenskaperna hos den signal som analyseras används det vanligare för att identifiera de processer som äger rum i en elektrisk krets. Med ett oscilloskop kan tekniker få följande information
- den periodiska signalens vågform;
- Positiva och negativa polaritetsvärden;
- signalens variationsområde över tiden;
- varaktigheten av den positiva och negativa halvperioden.
De flesta av dessa uppgifter kan erhållas med hjälp av en voltmeter. Mätningarna måste dock göras med en frekvens på några sekunder. Felprocenten i beräkningarna är hög. Att arbeta med ett oscilloskop sparar mycket tid för att få fram de nödvändiga uppgifterna.
Hur ett oscilloskop fungerar
Ett oscilloskop mäter med ett katodstrålerör. Detta är en lampa som fokuserar strömmen som ska analyseras till en stråle. Den når instrumentets skärm och avlänkas i två vinkelräta riktningar:
- vertikal - visar den spänning som analyseras;
- Horisontell - visar den förflutna tiden.
Två par elektronstrålerörplattor ansvarar för att avleda strålen. De som är vertikalt placerade har alltid energi. Detta hjälper till att fördela de olika polvärdena. Den positiva dragningskraften avleds till höger och den negativa dragningskraften till vänster. På detta sätt rör sig linjen på instrumentets skärm från vänster till höger med konstant hastighet.
Det finns också en elektrisk ström som verkar på de horisontella plattorna, vilket avleder spänningsindikatorn för den demonstrerande strålen. Den positiva laddningen är uppåt och den negativa laddningen är nedåt. På så sätt visas ett linjärt tvådimensionellt diagram, ett så kallat oscillogram, på apparatens display.
Den sträcka som strålen färdas från den vänstra till den högra kanten av skärmen kallas för svepning. Den horisontella linjen står för mättiden. Förutom den vanliga linjära tvådimensionella grafen finns det även cirkulära och spiralformade svepningar. De är dock inte lika bekväma att använda som de klassiska oscilloskopvågformerna.
Klassificering och typer
Det finns två huvudtyper av oscilloskop:
- Analog - apparat för mätning av genomsnittliga signaler;
- Digitalt - instrumenten omvandlar mätvärdet till ett "digitalt" format för vidare överföring av information.
Det finns följande klassificeringar enligt funktionsprincipen:
- Universella modeller.
- Särskild utrustning.
De mest populära är universella anordningar. Dessa oscilloskop används för att analysera olika typer av signaler:
- Harmonisk;
- Enstaka impulser;
- Pulspåsar.
Universella oscilloskop är utformade för en mängd olika elektriska apparater. De kan mäta signaler från några nanosekunder. Mätfelet är 6-8 %.
Universella oscilloskop är indelade i två huvudtyper:
- Monoblock - har en allmän specialisering av mätningar;
- med utbytbara enheter som kan anpassas till den specifika situationen och instrumenttypen.
Särskilda enheter är utformade för en specifik typ av elektrisk utrustning. Det finns oscilloskop för radio, TV-sändningar och digital teknik.
Universella och speciella anordningar delas in i:
- Höghastighet - används i snabbverkande instrument;
- Lagring - anordningar som lagrar och hämtar tidigare gjorda avläsningar.
När du väljer ett instrument bör du noggrant studera klassificeringar och typer för att välja det som bäst passar dina behov.
Utformning och huvudsakliga tekniska parametrar
Varje instrument har ett antal av följande tekniska egenskaper:
- Koefficienten för möjligt fel vid mätning av spänning (de flesta apparater har detta värde som inte överstiger 3 %).
- Enhetens värde för sveplinjen - ju större denna egenskap är, desto längre är observationstiden.
- Synkroniseringsegenskaper som innehåller: frekvensområde, maximala nivåer och systeminstabilitet.
- Signalens vertikala avvikelseparametrar med utrustningens ingångskapacitans.
- Värden för transient respons som visar stigningstid och översteg.
Utöver de grundläggande värden som anges ovan har oscilloskop ytterligare parametrar i form av ett amplitud-frekvenssvar som visar amplitudens beroende av signalens frekvens.
Digitala oscilloskop har också ett internt minnesvärde. Den här parametern anger hur mycket information som instrumentet kan registrera.
Hur mätningar görs
Skärmen på ett oscilloskop är indelad i små rutor som kallas divisioner. Beroende på instrumentet motsvarar varje ruta ett visst värde. Den vanligaste beteckningen är: en division motsvarar 5 enheter. På vissa instrument finns det också en ratt för att styra grafernas skala så att användarna kan göra mätningar på ett bekvämare och mer exakt sätt.
Innan du påbörjar någon form av mätning måste oscilloskopet anslutas till en elektrisk krets. Sonden är ansluten till någon av de fria kanalerna (om det finns mer än en kanal i enheten) eller till pulsgeneratorn, om oscilloskopet har en sådan. När den är ansluten visas olika signalbilder på enhetens display.
Om signalen som tas emot av enheten är abrupt är problemet i anslutningen av sonden. Vissa är försedda med miniatyrskruvar som måste dras åt. Digitala oscilloskop har också en automatisk positioneringsfunktion för att lösa problemet med strömsignaler.
Mätning av strömmen
När du mäter strömmen med ett digitalt oscilloskop måste du veta vad typ av ström. bör iakttas. Oscilloskop har två driftssätt:
- Direct Current ("DC") för likström;
- Alternating Current ("AC") för växelström.
Likström mäts när direktströmsläget är aktiverat. Apparatens sonder måste anslutas till strömförsörjningen i direkt linje med polerna. Den svarta krokodilen är ansluten till minus och den röda till plus.
En rak linje visas på displayen. Värdet på den vertikala axeln motsvarar parametern för likspänning. Strömmen kan beräknas enligt Ohm's lag (spänning dividerad med motstånd).
Växelström är en sinusvåg, eftersom spänningen också är variabel. Därför kan dess värde bara mätas under en viss tidsperiod. Den beräknas också med hjälp av Ohm's lag.
Spänningsmätning
För att mäta signalspänningen behöver du den vertikala koordinataxeln i ett linjärt tvådimensionellt diagram. Därför kommer all uppmärksamhet att ägnas åt oscillogrammets höjd. Du bör därför justera skärmen på ett bättre sätt för mätningen innan du börjar observera.
Ställ sedan in enheten i likströmsläge. Anslut proberna till kretsen och observera resultatet. En rak linje visas på apparatens display, vars värde motsvarar spänningen i den elektriska signalen.
Frekvensmätning
Innan du förstår hur man mäter frekvensen hos en elektrisk signal bör du veta vad en period är, eftersom de två begreppen hänger ihop. En period är det minsta tidsintervallet efter vilket amplituden börjar upprepas.
Det är lättare att se perioden på ett oscilloskop med hjälp av den horisontella tidskoordinataxeln. Du behöver bara lägga märke till efter vilket tidsintervall linjediagrammet börjar upprepa sitt mönster. Det är bättre att betrakta periodens början som kontaktpunkten med den horisontella axeln och slutet som en upprepning av samma koordinat.
Svephastigheten minskas för att göra det lättare att mäta signalens period. I detta fall är mätfelet inte lika stort.
Frekvens är det värde som är omvänt proportionellt mot den period som analyseras. För att mäta ett värde måste du alltså dividera en sekunds tid med antalet perioder som inträffar under det intervallet. Den resulterande frekvensen mäts i Hertz, standarden för Ryssland är 50 Hz.
Mätning av fasförskjutning
Fasförskjutning anses vara den relativa placeringen av två oscillerande processer i tiden. Det mäts i bråkdelar av signalperioden, så att samma fasförskjutningar har ett gemensamt värde oavsett period och frekvens.
Det första man måste göra före mätningen är att ta reda på vilken signal som släpar efter den andra och sedan bestämma värdet på parameterns tecken. Om strömmen går framåt är parametern för vinkelförskjutning negativ. Om spänningen är framåt är tecknet på värdet positivt.
För att beräkna graden av fasförskjutning gäller följande:
- Multiplicera 360 grader med antalet rutnätsceller mellan periodernas början.
- Dela resultatet med antalet divisioner som upptas av en period av signalen.
- Välj ett negativt eller positivt tecken.
Att mäta fasförskjutning i ett analogt oscilloskop är besvärligt eftersom de visade graferna har samma färg och skala. För denna typ av observation används antingen en digital enhet eller instrument med dubbla kanaler för att placera olika amplituder på en separat kanal.
Relaterade artiklar:
