Что такое осциллограф

Осциллограф — это устройство, который отображает формы напряжения за определенный временной отрезок. Благодаря ему можно измерить ряд параметров, в том числе силу тока, частоту, углы сдвигов фаз и пр. Его основная особенность – возможность видеть форму сигнала, который отражает все происходящее в просматриваемой цепи, так как в устройство встроен генератор напряжения.

Напряжение бывает постоянным либо переменным, график переменного, определенный прибором, будет значительно отличаться от правильной синусоиды. Как правило, этот сигнал принимается вольтметрами неточно, к тому же стрелочные вольтметры часто дают показатели, отличающиеся от показателей. Осциллографы же дают наиболее точные значения.

Особенности и принцип работы

Современные цифровые осциллографы воспроизводят сигнал на монитор, тут же записывают полученные параметры, которые формируют осциллограмму.

По ней можно определить:

• Тип сигнала.
• Типы значений на входе.
• Скорость изменения значения.
• Продолжительность импульса и паузы.

Помимо того, он помогает изучать сигнал периодических и прямоугольных импульсов.

Основная часть конструкции — электронно-лучевая трубка. По сути, это вакуумная радиолампа. На катоде излучаются электроны, они формируются в луч. При воздействии на люминофор, которым покрыт экран устройства изнутри, выделяется свет, который снаружи выглядит как светлая точка по центру дисплея.

В ЭЛТ расположены две пластинки, они направляют луч электронов в требуемую сторону. Он смещается в перпендикулярных по отношению друг к другу направлениях, благодаря чему формируется две системы координат.

Для демонстрации показателей напряжения на мониторе ЭЛТ нужно:

1. По горизонтали произвести отклонения луча, чтобы показания оказались прямо пропорциональны времени.
2. По вертикали показания должны быть пропорциональны напряжению.
3. Работа импортным и отечественным аппаратом

Измерение силы тока импортными приборами производится двумя клеммами:

• Одна подключается непосредственно на вход усилителя.
• Другая – это общий провод, идет на корпус.

Таким образом происходит фазовое измерение относительно уровня «земли». Для правильной эксплуатации устройства нужно определить, какая клемма является фазой. Обычно она выглядит как игла, а общая напоминает прищепку, так называемого «крокодил».

Существуют отличия в том, как пользоваться осциллографом отечественного производства. Стандарты наших изготовителей отличаются от зарубежных, поэтому подключение приборов иначе. Устройство имеет одинаковые штекеры диаметром 4 мм, поэтому приходится дополнительно выяснять, какой из них является фазой, чтобы произвести верное подключение:

1. Минус обычно длиннее фазы.
2. У «земли» есть оплетка черного или коричневого цвета.
3. Также на «земле» должна быть соответствующая маркировка, например «заземление».

Но зажимы часто ремонтируются, и вместо старых устанавливаются те штекеры, которые есть на данный момент. Чтобы определить, какой провод является фазой, а какой – «земле», до них надо поочередно дотронуться. При прикосновении к минусу экран покажет ровную полосу, к фазе – график в вид неровной синусоиды с помехами.

После определения назначения клемм можно проводить замеры в цепи. Обычно в ней есть общий провод, часто объединенный с заземлением. Если обнаружить его визуально не удается, подключаться придется к точкам, между которыми необходимо провести замер напряжения. Измерять можно после подключения токовое сопротивление с меньшим, чем у остальных, значением.

Очень удобен осциллограф с двумя каналами, или двухлучевой, он демонстрирует импульсы двух источников и сдвиг фаз. Часто при работе необходимо одновременно держать под контролем и ток, и напряжение цепи, для чего нужен осциллограф именно такого такого типа. Каналы отмечаются цифрами I и II, «земля» выведена на корпус. Так как минусы идут на корпус, нельзя подключать их к разным участкам цепи. Существенный недостаток этой модели – невозможность наблюдать за разными напряжениями и получение недостоверных сведений из-за возникновения короткого замыкания в цепи.

Конструкция подобных приборов имеет небольшую асимметрию, поэтому синхронизация канала I обычно лучше, чем II. Поэтому рекомендуется канал I использовать для замеров напряжения, II – тока.

Устройство аппарата

На лицевой части прибора расположены регуляторы настройки, а также потенциометры, которые управляют каналами. Там же находятся регуляторы яркости, фокусировки, синхронизации и развертки, а также переключатель, на который нанесены символы в виде прямой и волнистой черты, он переводит аппарат в разные состояния. При переключении регулятора вверх происходит поступление и переменного, и постоянного тока, вниз – только переменного. Это позволяет измерять даже крайне небольшое малое напряжение при больших показателях постоянного. Чтобы провести такие замеры, нужно подключить конденсатор к входу усилителя. В этом случае вход будет закрыт, а низкочастотные сигналы будут малозаметны, чтобы их измерить, вход открывают.

Также есть среднее положение тумблера, при нем усилитель отключают от входа, замыкание идет на корпус, таким образом устанавливается развертка.

Там же, на передней части, располагается экран с секторами, к которым происходит привязка масштаба в горизонтальной и вертикальной плоскости. По горизонтали он измеряется в секундах, по вертикали – в вольтах на деление. Всего есть 6-10 секторов горизонтально, 4-8 вертикально. На линии, идущие по центру, нанесены деления, которые разбивают их на 5 или 10 равных частей, это помогает более точным расчетам.

Вертикальный масштаб регулируется настройками чувствительности измеряемого канала. Его можно менять как плавно, так и ступенчато, возможные значения, которые можно задать, отражены рядом с монитором.

Ручка с рисунком в виде двунаправленной стрелки нужна, чтобы перемещать графики канала вниз и вверх. Рядом с ручкой графически указано, куда ее нужно повернуть, чтобы уменьшить или увеличить значение. Ручки регулировки одинаковы для обоих каналов. Цифровой осциллограф имеет ряд дополнительных настроек. Следует отметить, что они стали очень популярны, так как намного проще в управлении, чем аналоговые, которые уже уходят в прошлое.

Проведение измерений

Так как любой осциллограф замеры делает визуально, образуется риск появления высокой погрешности. Развертка имеет низкую линейность, вследствие чего погрешность в 5 % образуется при замерах частоты и сдвигов фаз. Этот минус нивелируется при увеличении графика на 90 % экранной площади, а при замерах частоты и напряжения тумблеры усиления сигнала на вход и скорость развертки должны находиться в крайнем положении справа.

При проведении замеров смотрят значения масштаба по вертикали. Для этого нужно:

• Соединить обе клеммы на входе.
• Тумблер переключить в режим, подходящий соединению. Переключателем со стрелкой привести линию развертки к горизонтальной отметке на дисплее.
  
• После того как вы переключили прибор в режим измерения на вход, будет подан импульс, который необходимо исследовать. Одновременно нужно использовать тумблеры, регулирующие режимы. Карманные модификации прибора сложнее тем, что имеют большее количество доступных регулировок.
• После этих действий на монитор параметры выводятся в виде графика. Для расчета высоты нужно переключателем с рисунком двусторонней стрелки совместить высшую точку синусоиды с вертикальной линией, идущей по центру. На этой линии есть градуировка, благодаря которой легко рассчитать данные в цепи.

Прибор может измерять временные периоды, в том числе для сигнала, частота которого пропорциональна периоду и может быть измерена на любом промежутке графика. Более точные данные, и при этом более удобным способом, можно получить, используя точки пересечения графика с горизонтальной линией. Для этого развертка до начала работы должна быть установлена на горизонтальной оси. Тем же переключателем начало периода нужно перенести на последнюю линию слева на мониторе, затем рассчитать частоту при помощи формулы: единица, деленная на вычисленный период.

Для увеличения точности график нужно растягивать в горизонтальном направлении. При этом увеличение периода приведет к уменьшению частоты и наоборот. Погрешность считается низкой при показателях не больше процента, но такие показатели могут быть только при использовании цифровой модели.

Кроме этого, прибор позволяет узнать сдвиги фаз – то есть показатель расположения двух колебательных процессов по отношению друг к другу в частях периода. В этом случае единицей измерения будет единица угла. При одинаковом расположении сдвиг фаз у импульсов будет один и тот же, вне зависимости от частоты и периода. Точность обеспечивается тем же образом, что и при остальных замерах – максимальном увеличении графика на дисплее.

Обратите внимание, что аналоговые устройства для каждого канала графики импульса будут одного цвета и яркости, поэтому для них рекомендуется задавать собственную амплитуду, делая напряжение канала I как можно больше для лучшей синхронизации.

Разные моделей имеют небольшую разницу в работе, заметные отличия есть только у цифровых и аналоговых приборов. Выбирать, особенно новичку в работе с этим устройством, лучше цифровой, так как он проще в понимании и точнее в работе.