14 критериев выбора осциллографа

Версия для печати

Какой осциллограф выбрать?

Современный рынок контрольно-измерительных приборов предлагает огромный выбор осциллографов от простых аналоговых моделей отечественного производства до мощных многофункциональных комплексов, способных решать обширный круг задач. Поэтому возникают трудности при выборе подходящего осциллографа.
Рассмотрим основные параметры осциллографов и сформируем алгоритм подбора прибора.

Содержание статьи

1. С чего начать выбор осциллографа
2. Типы осциллографов
Аналоговые осциллографы
Цифровые запоминающие осциллографы
Осциллографы с цифровым люминофором
Осциллографы смешанных сигналов
3. Полоса пропускания
4. Частота дискретизации или частота выборки
5. Время нарастания
6. Скорость захвата сигнала
7. Длина записи
8. Количество и качество каналов
9. Пределы развертки
10. Класс и тип пробника
11. Расширенная система запуска
12. Набор автоматических измерений
13. Интерфейс управления
14. Интерфейсы связи и программное обеспечение

1. С чего начать выбор осциллографа

Для того, чтобы выбрать осциллограф, в первую очередь необходимо ответить на три вопроса:

  1. Для чего вы будете использовать осциллограф?
  2. В каких условиях работать?
  3. На каком оборудовании проводить измерения?

Чёткое понимание потребностей позволит сделать правильный выбор и не упустить всех нюансов.

2. Типы осциллографов

Выделяют 4 типа осциллографов, которые отличаются по принципу работы. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки.

Аналоговые осциллографы. Исследуемый сигнал в таких осциллографах отображается с помощью электронно-лучевой трубки. Фотолюминесцентный люминофор, которым покрыт экран, светится под воздействием электронов и отображает сигнал в реальном времени.

Достоинства:

  • Свечение люминофора исчезает не моментально. Это позволяет наблюдать несколько осциллограмм, которые накладываются друг на друга, фиксировать динамику изменения сигнала, а также глитчи и специфические аномалии;
  • Отсутствие шумов внутренних цифровых схем осциллографа, в особенности АЦП прибора;
  • Невысокая стоимость.

Недостатки:

  • Невозможно зафиксировать изображение на экране и хранить осциллограмму в течение определенного периода времени, так как люминофор гаснет и часть сигнала теряется;
  • Только ручной режим измерения параметров сигнала путем просчета клеток на дисплее;
  • Ограничен верхний предел скорости вертикальной и горизонтальной развертки электронного луча, что говорит о невозможности отображения всех типов сигнала.

Разделитель текста

Цифровые запоминающие осциллографы. На вход осциллографа подается сигнал, который оцифровывается с помощью АЦП, записывается в память, обрабатывается микропроцессором и отображается на дисплее.

Достоинства:

  • Автоматическое масштабирование сигнала;
  • Автоматический расчёт показателей амплитуды, частоты, max/min значения сигнала;
  • Вычисления математических функций при работе с несколькими входными сигналами: сложение и вычитание, умножение и деление, преобразование Фурье и интерполяция;
  • Широкая полоса пропускания по частоте сигнала;
  • Захват и отображение быстрых событий, например, переходных процессов;
  • Анализ и передача сохраненных данных на ПК;
  • Небольшой вес и размер прибора.

Недостатки:

  • Невозможно наблюдать динамику изменения сигнала, т.к отображаемая осциллограмма выгружается на экран из памяти прибора с некоторой задержкой во времени. В течении этого периода прибор обрабатывает только что захваченные данные, сбрасывает память и ждёт следующее событие запуска. В этот момент осциллограф не воспринимает изменения сигнала.

Разделитель текста

Осциллографы с цифровым люминофором. Приборы данного типа захватывают, обрабатывают, анализируют и воспроизводят сигнал по параллельному алгоритму, совмещая достоинства аналоговой и цифровой схемы отображения осциллограммы.

Достоинства:

  • Высокое качество отображения сигнала за счёт применения быстродействующей микроэлектроники;
  • Возможность наблюдать живые сигналы по градации яркости в режиме реального времени. Таким образом, можно визуально различить сигнал, захваченный при первом запуске или при каждом, например, 50-ом запуске.

Недостатки:

  • Высокая стоимость.

Разделитель текста

Осциллографы смешанных сигналов. Осциллографы данного вида способны показывать и анализировать как аналоговые, так и цифровые сигналы. Такие приборы имеют несколько аналоговых и цифровых входов, что необходимо при настройке цифровых схем.

Достоинства:

  • Запуск цифровых и аналоговых сигналов в едином масштабе времени;
  • Функционал для анализа сигналов.

Недостатки:

  • Высокая стоимость.

Некоторые осциллографы могут выполнять функции других измерительных приборов. Выделим несколько типов таких осциллографов:
- Со встроенным мультиметром и отдельными входами для измерительных щупов. С дополнительным генератором сигналов для настройки уровня тока и напряжения, а также формы выдаваемого сигнала.
- С функциями спектроанализатора и анализатора качества электроэнергии. Дополнительный функционал осциллографа усложняет интерфейс, что приводит к увеличению стоимости.

3. Полоса пропускания

Полоса пропускания осциллографа

Одной из главных характеристик при выборе осциллографа является полоса пропускания. Этот параметр показывает максимальный диапазон частот измеряемого сигнала, в котором прибор обеспечивает необходимую точность.
Если полоса пропускания ниже частоты сигнала, то полученная осциллограмма будет иметь искажённую форму с заваленной амплитудой и фронтами. Такая осциллограмма бесполезна для дальнейшего анализа. В идеале осциллограф захватывает основную, третью и пятую гармоники. Поэтому при выборе прибора следует использовать правило «пятикратного превышения» – максимальная частота полосы пропускании должна в пять раз превышать максимальную частоту исследуемого сигнала.

4. Частота дискретизации или частота выборки

Частота дискретизации показывает, как часто осциллограф фиксирует мгновенное состояние сигнала, проще говоря, сколько кадров в секунду прибор создает.
Следовательно, чем выше частота выборки, тем чётче картинка и больше вероятность обнаружить случайные быстродействующие процессы. При этом память прибора заполняется быстрее и временной интервал уменьшается. Поэтому для медленных сигналов частота дискретизации уменьшается автоматически, чтобы сохранить заданное количество точек на кривой.

5. Время нарастания сигнала

Время нарастания сигнала осциллографа

Время нарастания, или длительность фронта, характеризует минимальный интервал времени, на котором осциллограф способен точно отразить фронт или спад сигнала. Чем меньше время нарастания, тем точнее отображаются быстрые перепады. Особенно необходим данный параметр при исследовании импульсных сигналов.

6. Скорость захвата сигнала

Архитектура современного осциллографа построена таким образом, что сначала сигнал считывается и обрабатывается, а затем выводится на экран.
Пока ведется сбор данных, прибор неактивен. Время такой задержки и называют скоростью захвата, которая измеряется в осциллограммах в секунду. Не следует путать данный показатель с частотой выборки. Частота выборки указывает, насколько часто система захватывает мгновенные значения в пределах одной осциллограммы. Скорость захвата определяет время захвата целой развёртки или осциллограммы.

7. Длина записи

Это количество точек, из которых состоит осциллограмма. Следовательно, чем выше длина записи, тем чётче и подробнее изображение формы сигнала. Длина записи напрямую зависит от аппаратных возможностей прибора – процессора, памяти, АЦП и т.д. Завышение этих параметров ведет к увеличению стоимости осциллографа.

8. Количество и качество каналов

Количество каналов

Чем больше аналоговых и цифровых входов будет у осциллографа, тем больше контрольных точек на плате вы сможете наблюдать одновременно.
Для сохранения скорости обработки каждый канал должен иметь собственную систему дискретизации. Иначе частота дискретизации будет делиться между каналами поровну. Обратите внимание на наличие у прибора изолированных каналов. Изолированные каналы позволяют измерять в контурах с различными потенциалами земли без использования дополнительной гальванической развязки, а также защищают пользователей от риска возникновения контуров короткого замыкания.

9. Пределы развёртки

Пределы развертки осциллографа

Развёртка по вертикали или чувствительность указывает минимальное и максимальное значение напряжения, с которым способен работать осциллограф. Измеряется в мВ на деление. Диапазон измерения 1 мВ – 20 В.
Развёртка по горизонтали или скорость измеряется в секундах на деление. Диапазон измерений 1 нс/дел – 5 с/дел. Развертка по горизонтали отображает мельчайшие детали осциллограммы во временной области.

10. Класс и тип пробника

Класс и тип пробников осциллографа

При проведении измерений пробник или щуп осциллографа становится частью исследуемой цепи, поэтому он вносит некоторые изменения в полученный сигнал за счёт собственного сопротивления, ёмкости и индуктивности. Чтобы минимизировать эти негативные влияния необходимо подбирать пробники, подходящие к осциллографу по полосе пропускания. В комплекте с прибором чаще всего идут пассивные пробники. Такие щупы имеют активное сопротивление от 10 МОм и компенсационную ёмкость в пределе от 10 до 15 пФ. Этого достаточно для проведения точных измерений на частотах приблизительно до 500 МГц. Для работы в ГГц диапазоне предпочтительней использовать активные пробники, оснащённые дополнительными специальными усилителями. Также пробник укомплектовывают делителями напряжения 1:10, 1:100, что позволяет работать напрямую с сигналами большей амплитуды. Для наблюдения за цифровыми сигналами используют логические пробники.

11. Расширенная система запуска

Стабилизация и удержание исследуемого сигнала на экране осциллографа достигается за счет расширенной системы запуска, которая отслеживает конкретный фрагмент сигнала. Чем разнообразнее будет набор таких условий запуска в приборе, тем больше видов сигналов отобразится.

12. Набор автоматических измерений

Функция автоматических измерений осциллографом

На аналоговых осциллографах параметры сигнала вычисляются вручную с использованием формул. Теперь, благодаря расширенным аппаратным и программным возможностям осциллографы способны самостоятельно выводить десятки значений сигналов от простейшей частоты до преобразования Фурье. Автоматические вычисления увеличивают скорость анализа полученной кривой.

13. Интерфейс управления

Современные осциллографы обладают сложной архитектурой и многочисленными возможностями, обусловленными набором автоматических функций. Поэтому важно, чтобы интерфейс прибора был интуитивно понятен и прост в управлении. Большой контрастный дисплей, автоматические настройки, встроенный справочник функционала и подсказки, простое меню быстрого доступа – обязательные атрибуты современного осциллографа.

13. Интерфейсы связи и программное обеспечение

Обмен данными осциллографа с ПК

Осциллограф - это аналитический инструмент, поэтому возникает потребность аккумулировать информацию, полученную во время измерений, и передавать её на ПК для дальнейшей обработки. Обмен данными с ПК происходит с помощью USB, RS, Ethernet и специализированного ПО. При таком подходе обработка и анализ сигнала выполняется без значительных затрат времени.

Мы предлагаем цифровые запоминающие осциллографы с официальной гарантией от производителя Uni-T.

25.10.2018