Общее описание осциллографа

Осциллограф (лат. oscillo — качаюсь и graph – пишу) – контрольно–измерительный прибор для исследования и визуализации электрических сигналов, а также определения их параметров в реальном времени. Осциллограф, позволяет проводить визуальный контроль таких характеристик, как форма, период, амплитуда, полярность или длительность сигнала, а и значительно упростить процедуру настройки электронных устройств.

Основная задача осциллографа – построение временной зависимости напряжения сигнала U(t)осциллограммы. И если первые осциллографы давали только качественную информацию о форме сигнала, то последующие модели дали возможность количественного отображения графической формы на откалиброванных осях, такие как изменение амплитуды сигнала или оценка скорости этих изменений. Следующим этапом развития этого прибора были многоканальные осциллографы, которые позволили проводить временные сравнения и анализ различных типов сигналов.

Как любой контрольно-измерительный прибор, осциллограф прошел через многие этапы развития и улучшения всевозможных функций и возможностей, таких как обработка сигнала, улучшение синхронизации, высокая дискретность, функции контроля и т.д.

Классификация осциллографов возможна по нескольким параметрам, например, по способу обработки входного сигнала, они делятся на аналоговые и цифровые (обычные и стробоскопические), по количеству лучей – на однолучевые, двулучевые и т.д. (N-лучевой осциллограф имеет N сигнальных входов и может одновременно отображать на экране N графиков).

Основная полезная для пользователя информация выводится на дисплей осциллографа, который находится на передней панели вместе с контрольными кнопками, выводами, рычагами. Для удобства использования во всех приборах на дисплеи нанесено разметку в виде градуированной координатной сетки – по горизонтали находится временная шкала X в s (сек), по вертикали шкала напряжения Y в V (В), иногда также говорят о третьей шкале Z, которую привязывают к интенсивности или яркости дисплея .

С графика на экране пользователь легко может:

• Определить значения напряжения и времени сигнала;
• Подсчитать частоту колебаний периодического сигнала;
• Исследовать сигнал на протекание постоянного или переменного тока;
• Судить о наличие шума на фоне сигнала, а также проводить мониторинг изменения во времени этого шума.

Кроме дисплея, на передней панели осциллографа находится контрольная панель прибора, которая, как правило, разделена на три секции для управления измерениями: для вертикальной развертки, для горизонтальной развертки, а также для уровня синхронизации. Кроме того, на панели присутствуют элементы управления дисплеем и разъемы двух каналов и канала внешней синхронизации.

Современные осциллографы оснащены, как минимум двумя входными каналами, что позволяет одновременно в процессе работы отслеживать изменения двух электрических сигналов или же проводить сравнение исследуемого сигнала с прокалиброванным сигналом. При наличии нескольких каналов, существует также возможность отображения изменения напряжений одного сигнала по отношению к другому. Такие возможности особенно полезны при работе с полупроводниковыми элементами, например диодами, в случае которых можно отобразить зависимость изменения силы тока от напряжения, так званые фигуры Лиссажу.

Отдельно стоит обратить внимание на кабеля входных каналов (измерительные кабеля), которые соответственно маркируются и имеют свои названия. Основными двумя типами есть прямой и аттенюаторный. Каждый из этих кабелей является «коаксиальным» кабелем. С тем различием, что первый из них при подключении к измеряемой схеме использует зажимы типа «крокодил», а второй из перечисленных имеет щуп, в котором содержится резистор с большим сопротивлением, функцией которого есть вместе с входным резистором осциллографа сформировать делитель напряжений, а значит выполнить ослабление сигнала. Преимуществом такого кабеля является то, что он создает меньшую емкостную нагрузку для схем высокой частоты, позволяя визуализировать высокочастотные сигналы и сложные формы сигнала. Тем не менее, взамен имеет место потери амплитуды сигнала, которая может обычно компенсироваться увеличением усиления осциллографа. Чтобы получить корректное измерение амплитуды сигнала, в настройках осциллографа, выставляют соответственный умножитель 10Х или 100Х