Digitale oscilloskoper
(345)Det er svært at forestille sig en elektronikingeniør, der ikke er stødt på et oscilloskop. Oscilloskoper er multifunktionelle og præcise måleinstrumenter, som nu næsten udelukkende tilbydes i en digital version. I de sidste par årtier er der kommet mange prisbillige modeller på markedet (disse er oftest dedikeret til hobbyfolk, amatører og lærlinge). Da TME's tilbud ikke kun henvender sig til erfarne fagfolk, præsenterer vi nedenfor en oversigt over digitale oscilloskoper med fokus på deres vigtigste funktioner og anvendelser.
Hvem bruger oscilloskoper?
Oscilloskoper er blandt de vigtigste måleinstrumenter, så svaret på dette spørgsmål ville være: alle, der arbejder med elektronik. Med et oscilloskop kan du observere spændingsvariationer over tid, hvilket igen gør det muligt at analysere driften af elektriske og elektroniske kredsløb (såsom strømforsyninger og omformere), kontrollere driften af prototyper, udføre forskning samt undervise i fysikkens elementære love. Inden for RF-teknik, som får flere og flere anvendelser i takt med udviklingen af trådløse kommunikationsmetoder, er det praktisk talt umuligt at arbejde uden et oscilloskop, da det hjælper med at opnå de korrekte driftsparametre for sendere og modtagere. Inden for digital elektronik har oscilloskoper færre anvendelsesmuligheder, da de hovedsageligt bruges til interferensdetektering, kontrol af PWM-signaler og drift af A/D- og D/A-konvertere. Det skal dog også bemærkes, at udvalget af grundlæggende funktioner i oscilloskoper konstant udvides, hvilket gør dem nyttige også inden for analyse af kommunikationsprotokoller osv
Forskellen mellem analoge og digitale oscilloskoper
Der er ikke mange elektronikingeniører, der stadig bruger analoge oscilloskoper (normalt gør de det på grund af deres vaner og omkostninger), men vi skal huske, at de i årtier var den eneste tilgængelige mulighed. Kort sagt var deres funktion baseret på behandling og forstærkning af elektriske signaler, så de ved hjælp af elektromagneter kunne krumme en stråle af elektroner, der var rettet mod skærmen. Strømændringer i elektromagnetens spoler (cyklisk for den vandrette akse og afhængig af indgangsspændingen for den lodrette akse) forårsagede bevægelse af det punkt, hvor elektronerne faldt på overfladen af CRT'en. Ved at justere den frekvens, hvormed punktets vandrette koordinat ændrede sig, til signalets frekvens, kunne man se en klar graf over spændingsændringer over en given tidsperiode på skærmen. I tilfælde af digitale oscilloskoper, som navnet antyder, foretages målinger ved hjælp af analoge-til-digitale konvertere, og de indsamlede data gemmes i hukommelsen og præsenteres på skærmen, ikke direkte, men gennem software.
Fordele og funktioner ved digitale oscilloskoper
Da digitale oscilloskoper gemmer de målte resultater i form af data, kan vi behandle dem via software og ved hjælp af logiske kredsløb. Det gør det muligt for at fremstille enheder med et bredt måleområde og udføre en detaljeret analyse af de indhentede værdier. Sådanne undersøgelser udføres ved hjælp af visse funktionaliteter:
Lagring og visning af spændingsgrafen
I modsætning til analoge enheder kan digitale oscilloskoper fremstille grafen for selv en enkelt puls, da det målte signal ikke behøver at blive udstrakt over tid. Alligevel kan spændingsværdier også observeres i realtid, mens softwaren automatisk giver ekstremer og justerer prøvetagningsperioden. Det er også muligt at zoome ind på udvalgte dele af grafen og justere dens skala separat for hver kanal.
Måle- og analysefunktioner
De grundlæggende funktioner i digitale oscilloskoper gør det muligt at måle spændinger og frekvenser samt at udføre matematiske operationer på udvalgte værdier og kurver, hvilket gør det muligt at verificere faser og clock- eller PWM-signaler. Det er også almindeligt, at disse enheder har en FFT-funktion (Fast Fourier Transform), som gør, at oscilloskopet kan fungere som en spektrumanalysator (så det blandt andet kan identificere interferens, støj og andre signaler over et bredt frekvensspektrum).
Indstillinger for triggerfunktion
Digitale oscilloskoper giver brugeren en bred vifte af muligheder med hensyn til triggerindstillinger, dvs. bestemmelse af de betingelser, hvorunder målingen startes. Valgmulighederne i denne funktion omfatter: overskridelse af det aktuelle niveau, puls, registrering af en faldende eller stigende flanke og endda krumning. Enhederne er også udstyret med en "forsinkelse" eller "død" periode/tidskontrol, en funktion kaldet Holdoff-kontrol. På grund af dette design kan oscilloskopet bruges til at observere specifikke bølgeformfragmenter, anomalier og endda til at overvåge serielle kommunikationslinjer.
Forbindelse og datatransmission
For at kunne samle og analysere store mængder data bruges der ofte speciel computersoftware. For at lette importen af data fra oscilloskopet er sådanne enheder udstyret med standardkommunikationsgrænseflader (USB, Ethernet og nogle gange endda Wi-Fi). Takket være dette kan du downloade information samt observere målinger i realtid eller endda fjernstyre oscilloskopet. Sådanne forbedringer er især nyttige i laboratorieforskning og på prototypestadiet - især hvis de udføres af teams af ingeniører, hvor deling af arbejdsresultaterne er et af de vigtigste aspekter.
Prober og tilbehør
Specialiserede prober, som kan bruges til at undersøge forskellige værdier og drift af energikilder og signaler, udvider anvendelsesområdet for et oscilloskop. De omfatter: passive (typiske) prober, med en dæmpningsfaktorkontakt (dvs. med en spændingsdeler, der begrænser følsomheden over for støj), strømprober (til registrering af ændringer i strøm), differentielle prober (bruges primært til måling af højspændingsværdier i kraftledninger) og aktive prober (som kan give yderligere funktioner eller udvide udvalget af testede frekvenser).
Software-baseret grænseflade
Digitale oscilloskopers detaljerede grænseflade, som ikke kun udvider deres anvendelsesområde, men også gør det lettere at bruge dem, er helt sikkert en stor fordel. For det første gør den relativt høje skærmopløsning det muligt at vise detaljerede oplysninger samt "hints" og forklaringer på de enkelte funktioner. For det andet gør brugen af touchscreens betjeningen af oscilloskopet næsten intuitiv. For det tredje kan brugeren tilpasse betjeningen af apparatet til sine behov, for eksempel ved at gemme indstillingerne for ofte gentagne målinger. Endelig skal det også bemærkes, at producenter ofte tilbyder softwareopdateringer til deres oscilloskoper, hvilket forbedrer deres funktionalitet og nøjagtighed - separate firmwarepakker er undertiden tilgængelige mod et ekstra gebyr og tilbyder en betydelig udvidelse af enhedernes muligheder.
Yderligere funktioner
Nye modeller af oscilloskoper er faktisk laboratorieinstrumenter, hvis evner langt overstiger simpel testning. De har ofte indbyggede funktionsgeneratorer med forskellige bølgeformer, kan afkode signaler fra kommunikationsprotokoller og kan endda fungere som logikanalysatorer (ved at registrere tilstanden af flere linjer over en relativt lang periode). Disse funktioner er især nyttige, når det drejer sig om at arbejde med digital elektronik.
Anvendelser af digitale oscilloskoper
Takket være de funktioner, der er beskrevet ovenfor, kan oscilloskoper bruges inden for mange områder - de er også blevet mere prisvenlige. Desuden er selv de mest basale modeller kendetegnet ved høj driftsfrekvens, god opløsning og præcision. Som følge heraf er både anvendelsesområdet for oscilloskoper og målgruppen for deres brugere blevet udvidet.
Test og vedligeholdelse af elektroniske kredsløb
Oscilloskoper er en del af et vigtigt udstyr, når det drejer sig om design og reparation af elektroniske enheder. Her er det afgørende at få de korrekte værdier for spænding, strøm og frekvens, som er angivet i projektet. Ved hjælp af et oscilloskop kan du opdage afvigelser fra korrekte driftsparametre, identificere fejl eller unøjagtige antagelser, der er gjort i designfasen.
Analyse af telekommunikationssignaler
Kommunikations- og telekommunikationsstandarderne fastlægger nøje de acceptable specifikationer for driften af udstyr og komponenter. I tilfælde af interferens eller endda fejl giver et oscilloskop dig mulighed for at opdage årsagen til sådanne hændelser - ved at lokalisere interferenskilden, måle de tider, hvormed signaler transmitteres, de korrekte værdier for spændinger mellem linjer osv.
Strømforsyningens kvalitet
Et andet vigtigt anvendelsesområde for digitale oscilloskoper er test af strømforsyning og strømkvalitet. Dette er typiske operationer, der udføres som en del af vedligeholdelse og inspektion af industrianlæg, især maskinparker, hvor automatiserede systemer er implementeret. På dette område bruges oscilloskoper til at kontrollere spændinger i strømforsyningslinjer eller inverterudgange samt strømme, der leveres til individuelle komponenter - for at sikre optimal systemdrift og maskinoperatørernes sikkerhed.
Udvikling og forskning
Da digitale oscilloskoper ikke kun er multifunktionelle, men også har en høj følsomhed, bruges de ofte i laboratorieforskning - både i udviklingscentre og på universiteter. De bruges naturligvis inden for områder som fysik, elektroteknik, RF-teknik, men også kemi, astronomi og medicin - stort set alle discipliner, hvor elektronisk udstyr begynder at spille en større rolle.
Uddannelse
Endelig er det vigtigt at bemærke, at oscilloskoper er fremragende uddannelsesværktøjer. Med dem kan de studerende eksperimentelt undersøge og "se" forløbet af en elektrisk strøm, hvilket er vanskeligt at illustrere på anden vis og ofte læres gennem ren teori, som ikke altid omsættes til tilfredsstillende resultater.
Lagerbygning:
