Elektrotechnická měření Osciloskop

Základní pojmy * osciloskopy jsou přístroje pro měření (snímání) napětí * mají vysokou vstupní impedanci (řádově M) a nezatěžují tak měřený obvod * mohou pracovat ve dvou základní režimech - y-t pozorování časových průběhů, měření v časové oblasti - x-y napětí přivedené k vertikálnímu vstupu je funkcí napětí přivedenému k horizontálnímu vstupu

Základní pojmy * účel použití osciloskopu - analýza časového průběhu a) měření napětí, U, stejnosměrné složky, špičkové hodnoty b) měření času, periody, frekvence, doby náběhu a poklesu, šířky pulzu - měření fázové posunu dvou průběhů napětí - měření V-A charakteristik elektronických prvků - měření hysterezní smyčky magnetických materiálů

Základní rozdělení osciloskopů 1. analogové - princip: elektrony, které jsou emitovány na žhavící elektrodě obrazovky, jsou cíleně vychylovány a usměrňovány na stínítko, které je pokryto luminoforem. Po dopadů elektronů přejde část záření do viditelného spektra.

Základní rozdělení osciloskopů 1. analogové - hlavní části a) obrazová elektronka b) vertikální zesilovač - zesílení signálu (vychýlení svazku elektronů) pro jeho optimální znázornění na obrazovce ve vertikálním směru c) časová základna - řízení pohybu elektronového svazku zleva doprava. Jedná se o generátor napěťových impulsů pilovitého tvaru. Některé osciloskopy mají možnost externí časové základny - vlastnosti * reagují bezprostředně na změny * nezachytí jednorázové děje * obtížně zobrazují pomalé děje * neumožňují zkoumat signál před příchodem spouštěcího impulsu * není možný záznam signálu

Příklad analogového osciloskopu

Základní rozdělení osciloskopů 2. digitální - princip: měřící signál je po úpravě ve vstupních obvodech (zesílení nebo zeslabení signálu) digitalizován v A/Č převodníku a ukládán do rychlé paměti. Rychlost převodu je dána vzorkovací frekvencí (počet měření za 1 sekundu). Vestavěný počítač provádí analýzu měřeného průběhu a jeho zobrazení na displej. Pro zobrazení je použita klasická obrazovka nebo LCD panel. Kvalitnější osciloskopy umožňují podrobnou analýzu signálu a export naměřených dat.

Základní pojmy digitálních osciloskopů Vzorkování: - řádově GHz - musí být vyšší, než frekvence měřeného signálu (běžně 10x)

Základní pojmy digitálních osciloskopů Vlastnosti: * umožňují vícekanálový záznam (většinou 2 nebo 4 kanály) * zachycují jednorázové (přechodové) děje * umožňují záznam signálu a jeho další zpracování * možnost sledování signálu před příchodem spouštěcí podmínky (přechodového děje) * možnost odečítání pomocí kurzorů, měření různých veličin * nemusí reagovat bezprostředně na změny v obvodu * možnost autonastavení

Základní pojmy digitálních osciloskopů Režimy sběru dat a zobrazení (n - poměr mezi počtem odebraných a využitých vzorků) - Sample - je zobrazen každý n-tý vzorek (běžné průběhy) - Peak Deteck - minima a maxima 2n vzorků (detekce špiček a rušení) - Hi res - snímá vše, zobrazí průměr z n vzorků

Sondy k osciloskopu Slouží k přivedení napěťové signálu na osciloskop - závisí na impedanci zdroje signálu - je třeba zohlednit vstupní impedanci osciloskopu - obsahuje koaxiální kabel a kompenzovaný dělič - umožňuje zvýšení vstupní impedance a zároveň zeslabení signálu * běžné sondy, převod 1:1 nebo 1:10 * vn sondy, převod 1:100 nebo 1:1000 - musí být správně kalibrována (trimr na sondě)

Zásady pro práci s osciloskopem - je nutné znát přibližnou velikost signálu, včetně případných špiček a podle toho zvolit sondu. U běžné sondy zkontrolovat, zda je sonda přepnuta na 1:10 nebo 1:1 - vstupní maximální napětí osciloskopu je podle typu (30-50)V  pro nízké (síťové) napětí používat vždy sondu 1:100 - na osciloskopu lze snímat pouze napětí - při měření proudu se využije snímací rezistor (nejlépe 1) nebo aktivní (proudová) sonda s převodníkem proud na napětí - zem sondy je spojen s kostrou osciloskopu  a) osciloskop připojit přes oddělovací transformátor nebo b) používat osciloskop s akumulátorem - při použití 2 a více sond v obvodu, musí mít svorky země stejný potenciál, jinak je zkrat přes kostru osciloskopu - při připojení dalších přístrojů k osciloskopu například pro analýzu dat je třeba dbát na elektrické (galvanické) oddělení nebo použít přístroj s akumulátorem

Postup při práci s analogovým osciloskopem Po zapnutí zdroje měřeného obvodu Základní nastavení 1. Upravit nastavení časové základny 2. Nastavit vertikální zesílení signálu (znázorněnou amplitudu průběhu) Další možnosti - jsou-li dva průběhu, lze nastavit jejich vzájemné vertikální posunutí - při odečítání amplitudy nebo frekvence zkontrolovat kalibraci, která je většinou na přepínači vertikálního zesílení nebo na časové základně (generátor osciloskopu - 5V/1kHz) - při požadavku poměrného odečítání (většinou na časové ose) nastavit kalibraci na vhodnou úroveň ke snadnému odečítání. Příklad - při nastavení úhlu harmonického průběhu je jedna půlperioda 1800, pak nastavit tak, že jedna půlperioda je 6 dílků  jeden dílek je 300.

Měření a odečítání z osciloskopu Analogový osciloskop: * nastavovací prvky je třeba mít v kalibrovaných polohách - kontrola kalibrace před měření 5V/1kHz (s výjimkou, kdy odečítáme relativní hodnotu, pak si lze například nastavit 100% periody na plný počet dílků) * pro orientační odečtení lze využít rast stínítka (například při použití sondy 1:10, nastavení vertikálního kanálu na 5V/dílek a maximální hodnoty 3,5 dílku je naměřená amplituda 175V) Digitální osciloskop: * měření podle rastru nebo podle kurzorů * podle typu osciloskopu lze automaticky měřit různé veličiny (efektivní hodnotu, amplitudu, periodu, frekvenci, …)

Postup při práci s digitálním osciloskopem Po zapnutí zdroje měřeného obvodu Základní nastavení 1. Využít možnost auto nastavení (nelze u snímání přechodových dějů) 2. Upravit nastavení časové základny 3. Nastavit vertikální zesílení signálu (znázorněnou amplitudu průběhu) Další možnosti - jsou-li dva průběhu, lze nastavit jejich vzájemné vertikální posunutí - při odečítání hodnot z průběhu lze využít a) kurzorů, požadovanou hodnotu snímané veličiny lze zpravidla přímo odečíst b) automatické měření zvolené veličiny (frekvence, doba periody, efektivní hodnota, maximální hodnota, … - možnost uložení a přenesení průběhu a) do PC, v některých případech lze s průběhem dále pracovat) (excel, speciální program) b) na flash disk

Materiály David Kosbuba Osciloskopy, základní principy Wiki skripta Osciloskopy