Oscilloskop

Mer kunskap om oscilloskop:

Ett oscilloskop är en typ av elektroniskt testinstrument som möjliggör observation av ständigt varierande signalspänningar, vanligtvis som en tvådimensionell graf över en eller flera elektriska potentialskillnader med hjälp av vertikal eller y-axel, ritad som en funktion av tiden (horisontell eller x-axel). Många signaler kan omvandlas till spänningar med ett oscilloskop och visas på detta sätt. Signaler är ofta periodiska och upprepas hela tiden, så att flera sampel av en signal som faktiskt varierar med tiden visas som en konstant bild. Många oscilloskop kan också spela in icke-repetitiva vågformer under en viss tid och visa en stabil vy över det fångade segmentet.

Oscilloskop används vanligtvis för att observera den exakta vågformen för en elektrisk signal. Oscilloskop kalibreras vanligtvis så att spänning och tid kan läsas så bra som möjligt vid ögat. Detta gör det möjligt att mäta topp-till-topp-spänningen i en vågform, frekvensen av periodiska signaler, tiden mellan pulser, den tid det tar för en signal att stiga till full amplitud och den relativa tidpunkten för flera relaterade signaler.

Oscilloskop används inom vetenskap, medicin, teknik och telekommunikationsindustrin. Vanligt använda instrument används för underhåll av elektronisk utrustning och laboratoriearbete. Oscilloskop för speciella ändamål kan användas för att analysera ett tändsystem för bilar eller visa hjärtslagets vågform som ett elektrokardiogram. Vissa datorljudprogramvara gör att ljudet kan lyssna på, visas på skärmen som med ett oscilloskop.

Innan digitala elektroniska oscilloskop kom, användes bildrör som deras displayelement och linjära förstärkare för signalbehandling. Mer avancerade oscilloskop använde speciella CRT -lagringsförhållanden för att bibehålla en stabil visning av en enda kort signal. Dessa oscilloskop ersattes senare till stor del av digitala lagringsoscilloskop (DSO) med tunna skärmar, snabba analog-till-digital-omvandlare och digitala signalprocessorer. DSO: er utan integrerade bildskärmar (även kända som digitaliserare) är tillgängliga till lägre kostnad och använder en digital dator för allmänt ändamål för att bearbeta och visa vågformer.

Det grundläggande oscilloskopet är vanligtvis uppdelat i fyra sektioner: displayen, vertikala kontroller, horisontella kontroller och triggerkontroller. Displayen är vanligtvis en CRT- eller LCD -panel som är upplagd med både horisontella och vertikala referenslinjer som kallas målat glas. Förutom skärmen är de flesta bildskärmsdelarna utrustade med tre grundläggande kontroller: en fokusknapp, en intensitetsknapp och en bom -knapp.

Den vertikala sektionen styr amplituden för den visade signalen. Det här avsnittet har en volt-per-division (volt / div) -ratt, en AC / DC / Ground-omkopplare och den vertikala (primära) ingången till instrumentet. Dessutom är denna sektion vanligtvis utrustad med knappen för vertikal stapelställning.

Den horisontella sektionen styr instrumentets tidsbas eller "svep". Den primära kontrollen är omkopplaren Seconds-per-Division (Sec / Div). En horisontell ingång för plot XY -axelsignaler ingår också. Den horisontella stångspositionsratten är i allmänhet placerad i detta avsnitt.

Utlösarsektionen styr startfallet med svepning. Utlösaren kan ställas in för att starta om automatiskt efter varje svep eller så kan den konfigureras för att svara på en intern eller extern händelse. De viktigaste kontrollerna i detta avsnitt kommer att vara käll- och kopplingsomkopplare. En extern triggeringång (EXT -ingång) och nivåinställning kommer också att inkluderas.

Förutom det grundläggande oscilloskopinstrumentet kommer de flesta oscilloskop med en sond. Sonden ansluter till valfri ingång på instrumentet och har vanligtvis ett motstånd på tio gånger oscilloskopets ingångsimpedans. Detta resulterar i en 0,1 (-10X) dämpningsfaktor, men hjälper till att isolera kapacitiv belastning som presenteras av sondkabeln från signalen som mäts. Vissa sonder har en omkopplare som gör det möjligt för operatören att kringgå motstånd när det är lämpligt.
De flesta moderna oscilloskop är lätta, bärbara instrument som är tillräckligt kompakta för att enkelt kunna bäras av en enda person. Förutom de bärbara enheterna, erbjuder marknaden en rad miniatyrbatteridrivna instrument för fältserviceapplikationer. Laboratorieoscilloskop, särskilt äldre enheter som använder vakuumrör, är i allmänhet bänkskivanordningar eller kan monteras i särskilda "matriser". Oscilloskop för specialändamål kan monteras i rack eller fastmonteras i ett anpassat instrumenthus.

Signalen som ska mätas appliceras på en av ingångarna, som vanligtvis är en koaxial kontakt, till exempel en BNC- eller UHF -typ. Bindningslägen eller bananpluggar kan användas för lägre frekvenser. Om signalkällan har sin egen koaxialkontakt, används en enkel koaxialkabel, annars kallas en specialiserad kabel för en "avståndssond", som följer med det använda oscilloskopet. I allmänhet är rutinmässig användning en öppen trådtestkabel för anslutning till den punkt som observeras inte tillfredsställande och en sond krävs generellt. Vanligt använda oscilloskop presenterar vanligtvis en ingångsimpedans på 1 megaohm parallellt med en liten men känd kapacitans såsom 20 picofarads. Detta tillåter användning av vanliga oscilloskopprober. Oscilloskop för användning med mycket höga frekvenser kan ha 50 ohm ingångar,som antingen måste anslutas direkt till en 50-ohm signalkälla eller användas med Z0 eller aktiva givare.

Mindre vanliga ingångar inkluderar en (eller två) för att utlösa svep, horisontell avböjning för XY-lägesdisplayer och spåra ljusare / mörkare, ibland kallade Z '-axingångar.

Öppna trådtestkablar (trådändar) kommer sannolikt att ta emot störningar, så de är inte lämpliga för lågnivåsignaler. Dessutom har de en hög induktans, så de är inte lämpliga för höga frekvenser. Att använda en skärmad kabel (dvs. koaxialkablar) är bättre för signaler på låg nivå. Koaxialkabel har också lägre induktans, men den har högre kapacitet: en typisk 50 ohm kabel har cirka 90 pF per meter. Därför kommer en en meter direkt (1X) koaxial sond att ladda en krets med en kapacitet på cirka 110 pF och ett motstånd på 1 megaohm.

För att minimera belastningen, använd en dämpare (t.ex. 10X givare). En typisk sond använder ett motstånd i 9 megohm -serien som shuntas av en kondensator med lågt värde för att göra en RC -kompenserad avdelare med kabelkapacitans och ingångsintervall. RC -tidskonstanter justeras för att matcha. Till exempel shuntas motståndet i 9 megohm -serien med en 12,2 pF kondensator under en tidskonstant på 110 mikrosekunder. Kabeldragen kapacitans på 90 pF parallellt med appliceringseffekten 20 pF och 1 megaohm (total kapacitet 110 pF) ger också en tidskonstant på 110 mikrosekunder. I praktiken kommer det att ske en justering så att operatören exakt kan matcha lågfrekvenstidskonstanten (kallas kompensera sonden). Matchande tidskonstanter gör dämpning oberoende av frekvens. Vid låga frekvenser (där motstånd R är mycket mindre än reaktans C),ser kretsen som en resistiv partition, vid höga frekvenser (motstånd mycket större än reaktans), liknar kretsen en kapacitiv avdelare.

Resultatet är en frekvenskompenserad sond för blygsamma frekvenser som presenterar en belastning på cirka 10 megaohm med en effekt på 12 pF. Även om en sådan sond är en förbättring, spelar det ingen roll när tidsskalan krymper till flera kabeltransittider (transittiden är vanligtvis 5 ns). I den här tidsramen ser kabeln ut som dess karakteristiska impedans och det kommer att finnas reflektioner från överföringsledningens felanpassning av intervallet för ingång och sond som orsakar ringen. [7] Den moderna räckviddssonden använder förlorande lågkapacitansöverföringsledningar och sofistikerade nätverk för att få 10X -sonden att fungera bra vid hundratals megahertz. Därför finns det andra justeringar för att slutföra bytet.

Prober med 10: 1-dämpning är överlägset vanligast, för stora signaler (och något mindre kapacitiv belastning) är 100: 1-sonder inte ovanliga. Det finns också prober som innehåller omkopplare för att välja 10:01 eller direkta (1: 1) förhållanden, men var medveten om att inställningen 1: 1 har betydande kapacitans (tio pF) vid sondspetsen eftersom kapacitansen för hela kabeln är nu direkt ansluten.

Bra oscilloskop möjliggör sonddämpning, vilket enkelt visar en effektiv känslighet vid spetsens spets. Några av de bästa av dem har indikatorlampor bakom genomskinliga fönster i panelen för att be användaren att läsa effektiv känslighet. Sondkontakterna (modifierade BNC) har en extra omkopplare för att definiera sondens dämpning.

Det finns speciella högspänningssonder som också bildar kompenserade dämpare med oscilloskopingång; Sondkroppen är fysiskt stor, och vissa kräver att en behållare som omger seriemotståndet fylls med flyktigt flytande fluorkol för att förflytta luft. Vid oscilloskopänden finns en låda med flera vågformstrimningsjusteringar. För säkerhets skull håller en barriärskiva fingrarna borta från platsen som undersöks. Maximal spänning är i de låga tiotals kV.

Det finns också strömprober, med kärnor som omger ledaren och transporterar ström som ska undersökas. En typ har ett hål för ledaren, och kräver att tråden passerar genom hålet, de är för semi-permanent eller permanent montering. Men andra typer, för testning, har en tvådelad kärna som gör att de kan placeras runt en tråd. Inuti sonden ger en spole runt kärnan en ström i en lämplig last, och spänningen över denna last är proportionell mot strömmen. Denna typ av sond kan dock bara känna av AC.

En mer sofistikerad sond inkluderar en magnetisk flödessensor (Hall -effektsensor) i magnetkretsen. Sonden är ansluten till en förstärkare som matar (lågfrekvent) ström in i spolen för att avbryta det avkända området; storleken på denna ström ger den lågfrekventa delen av strömvågformen ända ner till DC. Spolen tar fortfarande upp höga frekvenser. Det finns ett kombinationsnätverk som liknar en högtalarkorsning.