Oscyloskop to urządzenie, które demonstruje natężenie prądu, napięcie, częstotliwość i przesunięcie fazowe obwodu elektrycznego. Urządzenie wyświetla stosunek czasu i natężenia sygnału elektrycznego. Wszystkie wartości są pokazane za pomocą prostego dwuwymiarowego wykresu.
Zawartość
Do czego służy oscyloskop?
Oscyloskop jest używany przez elektroników i radioamatorów do pomiaru:
- amplituda sygnału elektrycznego - stosunek napięcia do czasu;
- analizować przesunięcie fazowe;
- zobacz zniekształcenie sygnału elektrycznego;
- na podstawie wyników obliczyć częstotliwość prądu.
Pomimo tego, że oscyloskop demonstruje charakterystykę analizowanego sygnału, coraz częściej wykorzystywany jest do identyfikacji procesów zachodzących w obwodzie elektrycznym.Dzięki oscylogramowi specjaliści otrzymują następujące informacje:
- kształt sygnału okresowego;
- wartość biegunowości dodatniej i ujemnej;
- zakres zmian sygnału w czasie;
- czas trwania dodatniego i ujemnego półcyklu.
Większość tych informacji można uzyskać za pomocą woltomierza. Jednak wtedy będziesz musiał dokonywać pomiarów z częstotliwością kilku sekund. Jednocześnie procent błędów obliczeniowych jest duży. Praca z oscyloskopem pozwala zaoszczędzić sporo czasu na pozyskiwaniu niezbędnych danych.
Zasada działania oscyloskopu
Oscyloskop wykonuje pomiary za pomocą lampy elektronopromieniowej. Jest to lampa, która skupia analizowany prąd w wiązce. Uderza w ekran urządzenia, odchylając się w dwóch prostopadłych kierunkach:
- pionowy - pokazuje badane napięcie;
- poziomo - pokazuje upływ czasu.
Za odchylanie wiązki odpowiadają dwie pary płyt kineskopu. Te, które znajdują się pionowo, są zawsze pod napięciem. Pomaga to rozłożyć wartości polaryzacji. Przyciąganie pozytywne zbacza w prawo, a przyciąganie negatywne w lewo. W ten sposób linia na ekranie przyrządu przesuwa się od lewej do prawej ze stałą prędkością.
Na płytki poziome działa również prąd elektryczny, który odchyla wskaźnik napięcia wiązki. Ładunek dodatni jest w górę, ładunek ujemny jest w dół. Tak więc na wyświetlaczu urządzenia pojawia się liniowy dwuwymiarowy wykres, który nazywa się oscylogramem.
Odległość, jaką pokonuje wiązka od lewej do prawej krawędzi ekranu, nazywana jest przemiataniem. Za czas pomiaru odpowiada pozioma linia.Oprócz standardowego wykresu liniowego 2D dostępne są również przeciągnięcia kołowe i spiralne. Jednak korzystanie z nich nie jest tak wygodne, jak klasyczne oscylogramy.
Klasyfikacja i rodzaje
Istnieją dwa główne typy oscyloskopów:
- analogowe - urządzenia do pomiaru sygnałów średnich;
- cyfrowe - urządzenia przetwarzają odebraną wartość pomiaru na format „cyfrowy” w celu dalszej transmisji informacji.
Zgodnie z zasadą działania istnieje następująca klasyfikacja:
- Modele uniwersalne.
- Specjalny sprzęt.
najbardziej popularny są urządzeniami uniwersalnymi. Oscyloskopy te służą do analizy różnego rodzaju sygnałów:
- harmoniczny;
- pojedyncze impulsy;
- pakiety impulsowe.
Urządzenia uniwersalne przeznaczone są do różnych urządzeń elektrycznych. Pozwalają mierzyć sygnały w zakresie kilku nanosekund. Błąd pomiaru wynosi 6-8%.
Oscyloskopy uniwersalne dzielą się na dwa główne typy:
- monoblok - mają wspólną specjalizację pomiarową;
- z wymiennymi klockami - dostosuj do konkretnej sytuacji i rodzaju urządzenia.
Opracowywane są specjalne urządzenia dla określonego rodzaju sprzętu elektrycznego. Są więc oscyloskopy do sygnału radiowego, transmisji telewizyjnej lub technologii cyfrowej.
Urządzenia uniwersalne i specjalne dzielą się na:
- szybki - stosowany w urządzeniach o dużej prędkości;
- pamięć - urządzenia przechowujące i odtwarzające wcześniej wykonane wskaźniki.
Wybierając urządzenie, należy dokładnie przestudiować klasyfikacje i typy, aby kupić urządzenie do konkretnej sytuacji.
Urządzenie i główne parametry techniczne
Każde urządzenie ma szereg następujących cech technicznych:
- Współczynnik możliwego błędu przy pomiarze napięcia (dla większości urządzeń wartość ta nie przekracza 3%).
- Wartość linii bazowej urządzenia – im większa ta cecha, tym dłuższy okres obserwacji.
- Charakterystyka synchronizacji zawierająca: zakres częstotliwości, poziomy maksymalne i niestabilność systemu.
- Parametry odchylenia pionowego sygnału z pojemnością wejściową urządzenia.
- Wartości odpowiedzi krokowej pokazujące czas narastania i przeregulowanie.
Oprócz podstawowych wartości wymienionych powyżej oscyloskopy posiadają dodatkowe parametry w postaci charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej, która pokazuje zależność amplitudy od częstotliwości sygnału.
Oscyloskopy cyfrowe mają również dużo pamięci wewnętrznej. Ten parametr odpowiada za ilość informacji, które urządzenie może rejestrować.
Jak dokonywane są pomiary
Ekran oscyloskopu podzielony jest na małe komórki zwane podziałami. W zależności od urządzenia każdy kwadrat będzie miał określoną wartość. Najpopularniejsze oznaczenie: jedna dywizja - 5 jednostek. Ponadto w niektórych urządzeniach dostępne jest pokrętło do sterowania skalą wykresu, dzięki czemu pomiary są wygodniejsze i dokładniejsze.
Przed rozpoczęciem jakiegokolwiek pomiaru należy podłączyć oscyloskop do obwodu elektrycznego. Sonda jest podłączona do dowolnego z wolnych kanałów (jeśli urządzenie ma więcej niż 1 kanał) lub do generatora impulsów, jeśli jest dostępny w urządzeniu. Po podłączeniu na wyświetlaczu urządzenia pojawią się różne obrazy sygnału.
Jeśli sygnał odbierany przez urządzenie jest przerywany, problem tkwi w podłączeniu sondy. Niektóre z nich wyposażone są w miniaturowe śruby, które należy dokręcić. Również w oscyloskopach cyfrowych fikcja automatycznego pozycjonowania rozwiązuje problem przerywanego sygnału.
Pomiar prądu
Podczas pomiaru prądu oscyloskopem cyfrowym powinieneś dowiedzieć się, który rodzaj prądu należy przestrzegać. Oscyloskopy mają dwa tryby pracy:
- Prąd stały („DC”) dla prądu stałego;
- Prąd przemienny („AC”) dla zmiennej.
Prąd stały jest mierzony przy włączonym trybie „Prąd stały”. Sondy urządzenia należy podłączyć do zasilania zgodnie z biegunami. Czarny krokodyl dołącza do minusa, czerwony krokodyl do plusa.
Na ekranie urządzenia pojawi się linia prosta. Wartość osi pionowej będzie odpowiadać parametrowi stałego napięcia. Natężenie prądu można obliczyć zgodnie z prawem Ohma (napięcie podzielone przez rezystancję).
Prąd przemienny jest sinusoidą, ponieważ napięcie jest również zmienne. Dlatego jego wartość można zmierzyć tylko w określonym czasie. Parametr jest również obliczany przy użyciu prawa Ohma.
Pomiar napięcia
Aby zmierzyć napięcie sygnału, potrzebujesz pionowej osi współrzędnych liniowego dwuwymiarowego wykresu. Z tego powodu cała uwaga zostanie zwrócona na wysokość przebiegu. Dlatego przed rozpoczęciem obserwacji należy wygodniej wyregulować ekran do pomiaru.
Następnie przenosimy urządzenie w tryb DC. Podłączamy sondy do obwodu i obserwujemy wynik. Na wyświetlaczu urządzenia pojawi się linia prosta, której wartość będzie odpowiadać napięciu sygnału elektrycznego.
Pomiar częstotliwości
Zanim zrozumiesz, jak mierzyć częstotliwość sygnału elektrycznego, powinieneś wiedzieć, czym jest okres, ponieważ te dwa pojęcia są ze sobą powiązane. Jeden okres to najmniejszy okres czasu, po którym amplituda zaczyna się powtarzać.
Łatwiej jest zobaczyć okres na oscyloskopie na poziomej osi czasu. Trzeba tylko zauważyć, po jakim czasie wykres liniowy zaczyna powtarzać swój wzór. Lepiej jest traktować początek okresu jako punkty kontaktu z osią poziomą i koniec powtórzenia tej samej współrzędnej.
Aby wygodniej mierzyć okres sygnału, zmniejsza się prędkość przemiatania. W tym przypadku błąd pomiaru nie jest tak duży.
Częstotliwość jest wartością odwrotnie proporcjonalną do analizowanego okresu. Oznacza to, że aby zmierzyć wartość, musisz podzielić jedną sekundę czasu przez liczbę okresów występujących w tym okresie. Wynikowa częstotliwość jest mierzona w hercach, standardem dla Rosji jest 50 Hz.
Pomiar przesunięcia fazowego
Rozważane jest przesunięcie fazowe - względne położenie dwóch procesów oscylacyjnych w czasie. Parametr mierzony jest w ułamkach okresu sygnału, dzięki czemu niezależnie od charakteru okresu i częstotliwości te same przesunięcia fazowe mają wspólną wartość.
Pierwszą rzeczą do zrobienia przed pomiarem jest ustalenie, który z sygnałów pozostaje w tyle za drugim, a następnie określenie wartości znaku parametru. Jeśli prąd płynie, to parametr przesunięcia kąta jest ujemny. W przypadku wyprzedzenia napięcia znak wartości jest dodatni.
Aby obliczyć stopień przesunięcia fazowego, należy:
- Pomnóż 360 stopni przez liczbę komórek siatki między początkiem okresów.
- Podziel wynik przez liczbę działów zajmowanych przez jeden okres sygnału.
- Wybierz znak ujemny lub dodatni.
Pomiar przesunięcia fazowego w oscyloskopie analogowym jest niewygodny, ponieważ wykresy wyświetlane na ekranach mają ten sam kolor i skalę. Do tego rodzaju obserwacji stosuje się albo urządzenie cyfrowe, albo urządzenia dwukanałowe, aby umieścić różne amplitudy na osobnym kanale.
Podobne artykuły:
