Осциллограф является одним из основных инструментов, предназначенным для тестирования электронных схем. Этот измерительный прибор отображает форму электрических сигналов, показывает изменение напряжения с течением времени и позволяет понять, что же на самом деле происходит в схеме. Многие из параметров, измеряемых осциллографом, невозможно получить, используя обычный мультиметр. Базовый принцип, лежащий в основе любых осциллографов, один и тот же, но существует целый ряд отличий в способах обработки сигнала. Эти отличия и формируют различные категории осциллографов.
Осциллограмма на экране прибора с цифровым люминофором
Наиболее общее деление можно произвести, выделив аналоговые и цифровые приборы. Последние, в свою очередь, делятся на цифровые осциллографы, цифровые запоминающие осциллографы, осциллографы с цифровым люминофором и цифровые стробоскопические осциллографы.
Аналоговый осциллограф
Первоначально все осциллографы были исключительно аналоговыми. Как следует из их названия, они используют аналоговые методы для создания изображения на экране. Обычно они используют электронно-лучевую трубку, где напряжение подаваемое на оси X и Y заставляет точку двигаться по экрану. По горизонтали мы имеем зависимость от времени, в то время как по вертикали отображение пропорционально входному сигналу. По существу, сигнал усиливается и подается на электроды, отклоняющие электроны по оси Y электронно-лучевой трубки с использованием аналоговой технологии.
Аналоговый осциллограф
Хотя эта технология в настоящее время уже несколько устарела, в некоторых приборах она все еще используется, так как позволяет наблюдать на экране даже высокочастотный сигнал без искажений, связанных с его оцифровкой, присущих исключительно цифровым приборам.
Цифровые осциллографы
Концепция цифрового осциллографа несколько отличается от его аналогового собрата. Вместо того, чтобы обрабатывать сигналы в аналоговом виде, этот тип осциллографа преобразует сигнал в цифровой формат с помощью аналого-цифрового преобразователя, а затем уже обрабатывает результат в цифровой форме. Аппаратное и программное обеспечение для цифровой обработки сигналов становится все более мощным, что позволяет обрабатывать сигналы более гибко и создает множество дополнительных возможностей, которые включаются в современные приборы. Обновления ПО и добавление функциональности могут быть произведены просто обновлением прошивки осциллографа.
Существует несколько различных типов цифровых осциллографов:
- Цифровой осциллограф/Цифровой запоминающий осциллограф. Граница между этими двумя типами осциллографов сильно размылась в последние годы. Первоначально, запоминающие осциллографы имели дополнительную память, позволяющую хранить сигналов. Теперь большинство приборов имеют память, которая уже включена в стандартную поставку, отличаясь только размером этой памяти. В результате, оба названия часто используются для описания одного и того же инструмента, и поэтому сейчас это, практически, синонимы. Цифровые или цифровые запоминающие осциллографы в настоящее время являются основным типом использующихся осциллографов, которые содержат все основные функции.
Цифровой запоминающий осциллограф
- Осциллограф с цифровым люминофором. Осциллограф с цифровым люминофором является весьма универсальным прибором, который использует параллельную архитектуру обработки, чтобы иметь возможность захватить и отобразить сигналы в специальном виде, который нельзя создать при помощи обычного цифрового осциллографа. Эти приборы записывают очень большое число «снимков сигнала» в единицу времени, что позволяет искать в сигналах редкие явления.
Осциллограф с цифровым люминофором
- Цифровой стробоскопический осциллограф. Эти осциллографы используются для анализа очень высокочастотных сигналов. Они предназначены для наблюдения за повторяющимися сигналами, частота которых выше, чем частота дискретизации осциллографа. Они производят выборку различных точек сигнала из его нескольких последовательных периодов, и, затем в процессе обработки, воссоздают исходную форму волны. Таким образом, эти осциллографы могут иметь возможность отображать сигналы на частотах 50 ГГц и более.
- Комбинированный осциллограф. Этот тип приборов позволяет работать как во временной области, отображая форму сигнала, а также в частотной области — отображая его спектр. Такой вид осциллографов очень полезен для разработки устройств, работающих с приемо-передающим оборудованием в радиочастотном диапазоне. Но особенно ценен он для поиска проблем в областях, где сигналы могут приводить к нежелательным или необычным явлениям в их спектрах. В результате, эти осциллографы находят все большую популярность в области систем сотовой связи, Wi-Fi, и при разработке/обслуживании многих других современных беспроводных систем связи и передачи данных.
Осциллограф с анализатором спектра
- Осциллограф смешанных сигналов. Этот тип осциллографов сочетает в себе функции цифрового осциллографа и логического анализатора. Это позволяет в проводить глубокие исследования работы цифровых схем. Цифровые схемы, в том числе под управлением микроконтроллеров становятся все более сложными, поэтому постоянно растет необходимость в более глубоком анализе сигналов в этих системах, используя большую функциональность. Осциллограф смешанных сигналов позволяет анализировать логические переходы и состояния одновременно с отображением формы сигнала.
Осциллограф смешанных сигналов
Подробно о применении осциллографов, их важных характеристиках, а также о том, как выбрать подходящий прибор можно почитать в статьях:
Зачем нужен осциллограф
Как выбрать осциллограф
Обзор осциллографа от Амперки:
Карманный осциллограф DSO Nano v3
— Гостевая статья от автора блога Роботоша Андрея Антонова