OSCILOSKOP Ing Szanyi Alexander

Čo je osciloskop? Základný merací prístroj zobrazujúci priebeh napätia (signálu) v čase Analógový Číslicový Umožňuje zistenie: Tvaru signálu Napäťových parametrov Časových parametrov ...

Príklady signálov

Signály Periodické Neperiodické – pamäťový osciloskop AC, DC, AC + DC Synchrónne, asynchrónne Komplexné signály (modulované = nosná + modulačný) ...

Odčítanie parametrov Časové parametre Napäťové parametre

Odčítanie parametrov – fázový posun

Merané parametre

Princíp osciloskopu

Obrazovka osciloskopu Dynamická citlivosť Statická citlivosť Medzná frekvencia => rozprestrený systém

Vertikálny kanál Prispôsobiť merané signály vnútorným obvodom osciloskopu (obrazovke) Vstupná impedancia, typ. 1M, paralelne 5-40pF (niekedy aj 50 ohmov) POZOR: vstupná kapacita s vnútorným odporom v meranom bode obmedzuje šírku pásma!!!) Väzba: DC, AC, GND Citlivosť: cca. 1mV/d – 100V/d POZOR: plynulá regulácia citlivosti => nesprávne odčítanie => pri odčítavaní veľkosti vždy do CAL. polohy!!! Šírka pásma: dôležité vyjadrenie v časovej a frekvenčnej oblasti (20MHz – 500MHz) niekedy možnosť obmedzenia (BW limit) Nastavenie polohy grafu na obrazovke – vertikálny posun – pridanie DC napätia

Viac kanálov na jednoduchej obrazovke Zobrazenie viacerých kanálov – časový multiplex CHOP mode – po vzorkách (obyčajne stovky kHz až MHz), Alternate mode - striedavo po kanáloch)

Zjednodušená schéma

Osciloskopické sondy Sondy: Iba „vodič s meracím hrotom“ Napäťový delič - deliaci pomer 1:10, 1:100, 1:1000 Zmenšenie veľkých napätí Zväčšenie vstupnej impedancie Zmenšenie vstupnej kapacity Pozor na frekvenčnú kompenzáciu (!!!) Špeciálne sondy (prúd, výkon, neelektrické veličiny, ...

Kompenzácia sond Vstupný odpor vzrastie Vstupná kapacita klesne Prenos meraného napätia do osciloskopu cez sondu má byť frekvenčne nezávislý Praktická kompenzácia pomocou kalibrátora v osciloskope pravouhlý priebeh rôznej úrovne a frekvencie

Kompenzácia sond prakticky

Bloková schéma analog. osciloskopu

Časová základňa – generátor píly Generátor pílového priebehu nastavenie časovej mierky v horizontálnom smere – v súlade so šírkou pásma vertikálneho kanálu (obyčajne od cca 1s/d do ns/d) realizácia: integrátor s premennou časovou konštantou. !!!linearita => chyba v rámci rozsahu obrazovky režimy: auto (autotrigger) = AKO, Normal = MKO, Single (príprava = Reset, Arming) Časová lupa (zoom – 5x, 10x, ...) = zväčšenie rozkmitu píly zmenou zosilnenia horizont. zos. – problémy: Ktorá časť je zväčšená? Nárast nelinearity v X

Trigger

Dvojitá časová základňa hlavná úloha: detailne zobraziť detaily presne vybraného úseku signálu v čase dva zhodné generátory píly – vedľajší (B) synchronizovaný pílou z hlavného (A)  režimy: A = základný režim, prisvietenie – výber úseku pre zväčšenie (oneskorenie a pomer A k B) B = zobrazenie detailu – platí TB MIX – na obrazovke časť A zvyšok B

Meranie bez časovej základne Namiesto píly externý vychyľovací signál pre X = tzv. XY režim (mód) Často X je jeden z Y kanálov alebo špeciálny vstup Meranie závislosti dvoch veličín, napr. VA charakteristiky (X odvodené od U a Y od I) alebo amplitúdová frekv. charakteristika (X odvodené od okamžitej frekvencie, Y od výstupného napätia meraného štvorpólu, porovnávanie frekvencií signálov (Lissajousove obrazce), ...

Číslicové osciloskopy Signál sa neprivádza priamo na obrazovku ale najprv digitalizuje Pamäť – možnosť sledovať jednorázové deje Možnosť dodatočného spracovania, napr. automatické odčítanie frekvencie, DC, RMS, výpočet a zobrazenie spektra, štatistika, filtrácia – spriemerňovanie, ... Špeciálne spôsoby synchronizácie pre zložité signály Špeciálne spôsoby zobrazenia – farba, odtiene, tolerančné polia, kurzory, ... Kombinovaný osciloskop digitálny aj analógový v jednom (analógový doplnený digitálnou časťou, ktorú je možné zapnúť/vypnúť)

Spracovanie signálu Sériové (DSO) Paralelné (DPO) – sofistikované spracovanie (špeciálny DSP obvod)

Vzorkovanie Vzorkovanie v reálnom čase (Shannon) Dostatočný počet vzoriek na periódu/úsek (minimálne 12-16) Súvislosť časovej základne a vzorkovacej frekvencie (a pamäte) – väčšia pamäť – vyššia vzork. frekvencia

Aproximácia priebehu z bodov Aproximácia priamkami Aproximácia sinx/x Číslicová filtrácia, ...

Vzorkovanie v ekvivalentom čase Použiteľné iba pre periodické signály Jedna vzorka pripadá na niekoľko periód Koherentné – sequentional equivalent time Nekoherentné (náhodné) – random equivalent time Vzorky z rôznych periód sa pre zobrazenie vhodne usporiadajú

Koherentné a nekoherentné vzorkovanie väzba medzi meraným a vzorkovacím signálom (synchronizácia) Vzorky sa zobrazujú v poradí zachytenia Náhodné: Nutné pamätať si aj oneskorenie medzi spúšťacou udalosťou a vzorkovacím okamihom Vykreslenie podľa oneskorení

Bloková schéma číslicového osciloskopu

Zobrazovacie jednotky Analógová osciloskopická obrazovka (iba jas, znaky a poloha) – možnosť kombinovaného analógovo – číslicováho osciloskopu v jednom prístroji. LCD, TFT, ... – farba, sofistikované zobrazenia, ... Simulácia analógovej obrazovky: „predĺženie jasu“ (persistance)

Triggering Analógová – obdoba analógových osciloskopov Číslicová (smart, inteligentná) – vyhodnotenie digitalizovaných vzoriek rýchlym procesorom. Príklady: špičky (glitch), trvanie hrany impulzu (slew rate), šírka impulzu, spustenie po uplynutí času (time-out triggering), zachytenie malých impulzov s nedostatočnou amplitúdou (runt pulse triggering), spúštanie na logiké úrovne a kombinácie (logic triggering), synchronizácia podľa typických signálov v komunikáciách (eye diagram), tolerančné pole, ...

Pretriggering - predhistória zachytenie priebehu signálu pred spúšťacou udalosťou – predhistória N1 vzoriek. Použitie: analýza priebehu signálu pred dosiahnutím hodnoty použiteľnej pre „dobrú“ synchronizáciu. Nastavenie: voľbou N2 (N2 > 0!!!). Ak N2 > N, spúšťacia udalosť nie je zachytená.