Прикладная электроника. Материалы

Слайд 1

Слайд 2

Осциллограф Осциллограф — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте. Современные осциллографы позволяют исследовать сигнал гигагерцовых частот. Для исследования более высокочастотных сигналов можно использовать электронно-оптические камеры.

Слайд 3

История Первый осциллограф был изобретён французским физиком Андре Блонделем в 1893 году.

Слайд 4

Принцип работы электронно-лучевой трубки В аналогом осциллографе нагретый катод является источником электронов, которые далее ускоряются приложенным напряжением и фокусируются в луч. Луч направляется на флюоресцирующий экран и вызывает его свечение. Это принцип работы электронно-лучевой трубки (катодной трубки).

Слайд 5

Пластины горизонтального и вертикального отклонения Пластины, известны как пластины горизонтального и вертикального отклонения, поскольку приложенное к ним напряжение сдвигает электронный луч, рисуя «картинку» на экране. На пластины горизонтального отклонения подается пилообразный сигнал, который заставляет луч перемешаться по экрану слева направо, а затем «лететь обратно» и начинать новое движение. Луч перемешается, потому что электроны луча притягиваются к той из пластин, которая имеет положительный потенциал. Пластины вертикального отклонения луча применяются для того, чтобы показывать изменение напряжения сигнала во времени.

Слайд 6

Частота пилообразного сигнала , называемая частотой развертки, может быть выбрана либо автоматически, как это имеет место во многих анализаторах, или вручную на осциллографе. Сигнал от контрольной точки может быть усилен или ослаблен. Момент начала подачи напряжения развертки (другими словами, момент, когда начинается движение пятна по экрану) может быть задан внутренней схемой осциллографа или внешним сигналом. В работе анализатора двигателя запуск луча является, как правило, внешним - луч запускается каждый раз, когда проскакивает искра какой-либо отдельной свечи зажигания или когда искру даёт свеча номер один.

Слайд 7

Осциллограф с дисплеем на базе ЭЛТ состоит из электронно-лучевой трубки, блока горизонтальной развёртки и входного усилителя (для усиления слабых входных сигналов). Также содержатся вспомогательные блоки: блок управления яркости, блок вертикальной развёртки, калибратор длительности, калибратор амплитуды. В современных осциллографах чаще всего используются ЖК-дисплеи. Схема электронно-лучевой трубки осциллографа: 1 — отклоняющие пластины, 2 — электронная пушка, 3 — пучок электронов, 4 — фокусирующие катушки, 5 — экран

Слайд 8

Экран Осциллограф имеет экран, на котором отображаются графики входных сигналов (у цифровых осциллографов изображение выводится на дисплей (монохромный или цветной) в виде готовой картинки, у аналоговых осциллографов в качестве экрана используется электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением). На экран обычно нанесена разметка в виде координатной сетки

Слайд 9

Для работы с осциллографом предварительно необходимо произвести калибровку его канала (каналов). Калибровка производится после прогрева прибора (примерно минут 5). Калибратор встроен в большинство осциллографов. Для калибровки высокочастотных моделей желательно иметь шнур с двумя разъемами (на выход калибратора и на вход осциллографа) иначе возможны искажения сигнала. Для низкочастотных моделей возможно просто коснуться щупом выхода калибратора. Далее ручка вольт/дел. ставится так, чтобы сигнал калибратора занимал 2—4 деления на экране (то есть, если калибратор 1 вольт,- то на 250 милливольт). После этого канал включается на переменное напряжение и на экране появится сигнал. Далее, в зависимости от частоты калибратора, ручка развёртки ставится в положение при котором видно не менее 5—7 периодов сигнала .. Настройка

Слайд 10

Для частоты 1 килогерц частота развёртки, при которой каждый период занимает одно деление экрана, равен 1 мс (одна миллисекунда). Далее необходимо убедиться, чтобы сигнал на протяжении этих 5-7 периодов попадал точно по делениям экрана. Для аналоговых осциллографов нормируется как правило ±4 деления от центра экрана, то есть на протяжении восьми делений должен совпадать точно. Если не совпадает, следует поворачивать ручку плавного изменения развёртки добиваясь совпадения. Заодно проверяется амплитуда (размах) сигнала — она должна совпадать с тем, что написано на калибраторе. Если не совпадает, то необходимо добиться совпадения, поворачивая ручку плавного изменения чувствительности вольт/дел. Необходимо помнить, что если установлена чувствительность канала в 250 милливольт, то сигнал в 1 вольт занимает при правильной настройке 4 деления. После калибровки прибор будет показывать сигнал точно. Теперь можно не только смотреть, но и измерять сигналы

Слайд 1

Слайд 2

Осциллограф преобразует электрические входные сигналы в видимую форму , отображаемую на экране , т. е. преобразует электричество в свет . Осциллограф динамически строит графики электрических сигналов , изменяющихся по времени , в двух измерениях ( обычно напряжение и время ). Инженеры и технические специалисты используют осциллографы для тестирования , проверки и отладки электросхем . Осциллограф является основным прибором , используемым в электротехнических / физических лабораториях для проведения запланированных экспериментов .

Слайд 3

Другие варианты названия Осциллограф — наиболее распространенный термин . DSO — D igital S torage O scilloscope ( цифровой запоминающий осциллограф ). Цифровой осциллограф Оцифровывающий осциллограф Аналоговый осциллограф — осциллограф на базе устаревшей технологии , который по-прежнему используется . CRO – C athode R ay O scilloscope ( электронно-лучевой осциллограф ). Несмотря на то , что в большинстве осциллографов больше не используются электронно-лучевые трубки для отображения сигналов , австралийцы и новозеландцы по-прежнему обозначают их термином CRO. Вариант написания на английском языке O-Scope MSO — M ixed S ignal O scilloscope ( осциллограф смешанных сигналов содержат каналы сбора данных логического анализатора )

Слайд 4

Основы проведения измерений Пробники передают сигнал с тестируемого устройства на входы BNC осциллографа . Существует множество различных пробников , которые используются в разных и особых целях ( для высоких частот , высокого напряжения , тока и т. п. ). Наиболее широко используемым типом пробника является " пассивный пробник 10:1 делителя напряжения ".

Слайд 5

Пассивный означает отсутствие активных элементов , например транзисторов или усилителей . 10:1 означает , что амплитуда сигнала , подаваемого на вход BNC осциллографа , уменьшается на коэффициент , равный 10. Кроме того , входной импеданс увеличивается в 10 раз . Примечание . Все измерения должны выполняться относительно точки заземления ! Модель пассивного пробника 10:1 Пассивный пробник 10:1 делителя напряжения

Слайд 6

Низкочастотная модель / модель для постоянного тока должна быть упрощена до резистора 9 МОм с последовательным сопротивлением входа осциллографа на 1 МОм . Коэффициент затухания пробника Некоторые осциллографы , например Agilent 3000 серии X, автоматически определяют пробники 10:1 и настраивают все параметры отклонения и измерения напряжения относительно наконечника пробника . Для некоторых осциллографов , например Agilent 2000 серии X, требуется ввести коэффициент затухания пробника 10:1 вручную . Модель пассивного пробника 10:1 Низкочастотная модель / модель для постоянного тока

Слайд 7

Описание дисплея осциллографа Область отображения сигнала представлена сеткой ( или делениями ). Расстояние между вертикальными линиями сетки соответствует настройке числа вольт на деление . Расстояние между горизонтальными линиями сетки соответствует настройке числа секунд на деление . Вольты Время Отклонение = 1 В/ деление Развертка = 1 мкс / деление 1 деление 1 деление

Слайд 8

Выполнение измерений методом визуальной оценки Период (T) = 4 деления x 1 мкс / деление = 4 мкс , Част = 1/T = 250 кГц . V парный импульс = 6 делений x 1 В/ деление = 6 В при парном импульсе V макс = +4 деления x 1 В/ деление = +4 В, V мин = ? V парный импульс Период Отклонение = 1 В/ деление Развертка = 1 мкс / деление V макс Индикатор уровня заземления (0,0 В) Наиболее распространенный метод измерения

Слайд 9

Выполнение измерений с помощью курсоров Вручную установите курсоры X и Y в необходимые точки измерения . Осциллограф автоматически умножит значения на коэффициенты масштабирования по вертикали и горизонтали для получения абсолютных значений и их разности . Курсор X1 Курсор X2 Курсор Y1 Курсор Y2 Δ показаний Абсолютное значение V и T Элементы управления курсорами

Слайд 10

Выполнение измерений с помощью автоматических параметрических измерений осциллографа Выберите не более 4 автоматических параметрических измерения с постоянно обновляемыми показаниями. Показание

Слайд 11

Основные элементы управления настройкой осциллографа Масштабирование по горизонтали ( s/div ( с/ деление )) Положение по горизонтали Положение по вертикали Масштабирование по вертикали ( V/div ( В/ деление )) Входы BNC Trigger Level ( Уровень запуска ) Осциллографы Agilent InfiniiVision 2000 и 3000 серии X

Слайд 12

Надлежащее масштабирование сигнала Поворачивайте ручку V/div (В/ деление ), пока форма сигнала не заполнит большую часть экрана по вертикали . Поворачивайте ручку положения по вертикали , пока форма сигнала не будет выровнена по центру относительно вертикали . Поворачивайте ручку S/div (C/ деление ) , пока по горизонтали не отобразится лишь несколько циклов . Поворачивайте ручку Trigger Level ( У ров е н ь запуска ) , пока уровень не будет находиться около центра формы сигнала по вертикали . - Отображается слишком много циклов . - Слишком малый масштаб амплитуды . Исходная настройка (пример) Оптимальная настройка Уровень запуска Настройка масштабирования сигнала осциллографа — это повторяющийся процесс использования элементов на передней панели для получения оптимального изображения на экране .

Слайд 13

Принцип работы осциллографа Блок-схема DSO Желтый = блоки канала Голубой = блоки системы (поддержка всех каналов)

Слайд 14

Характеристики работы осциллографа Все осциллографы обладают амплитудно-низкочастотной характеристикой . Частота , при которой входной сигнал с синусоидальной волной затухает на 3 дБ , определяет полосу пропускания осциллографа . -3 дБ равняется приблизительно -30% амплитудной погрешности (-3 дБ = 20 Log ). Гауссова амплитудно-частотная характеристика осциллографа Полоса пропускания является наиболее важной характеристикой осциллографа

Слайд 15

Выбор нужной полосы пропускания Требуемая полоса пропускания для аналоговых приборов — по меньшей мере в 3 раза выше частоты синусоидальной волны . Требуемая полоса пропускания для цифровых приборов — по меньшей мере в 5 раз выше тактовой частоты цифрового сигнала . Более точное определение полосы пропускания основывается на скоростях фронтов сигнала ( см . приложение " Полоса пропускания " в конце презентации ) Отклик при использовании осциллографа с полосой пропускания 100 МГц Вход = цифровой тактовый сигнал с частотой 100 МГц Отклик при использовании осциллографа с полосой пропускания 500 МГц

Слайд 16

Другие важные характеристики осциллографа Частота дискретизации ( проб /с) — по меньшей мере в 4 раза больше полосы пропускания Объем памяти определяет максимальную длину сигнала , которую можно зарегистрировать , не прерывая отбор проб с максимальной частой дискретизации осциллографа . Число каналов — обычно 2 или 4. В модели MSO добавлено от 8 до 32 каналов сбора цифровых данных с разрешением 1 бит ( высоким и низким ). Скорость обновления сигнала — более высокая скорость увеличивает вероятность регистрации редких проблем в цепи . Качество изображения дисплея — размер , разрешение , число уровней яркости дисплея . Расширенные режимы запуска — классифицированные по времени длительности импульса , по шаблону , видеосигналу , последовательному сигналу , нарушению сигнала ( скорость фронта , время настройки / удержания , короткий пакет ) и т. д.