Digitala oscilloskop
(442)Det är svårt att föreställa sig en elektroniktekniker som aldrig haft kontakt med ett oscilloskop. Dessa multifunktionella och exakta mätinstrument finns numera tillgängliga nästan uteslutande i digital version. Under de senaste decennierna har ett antal prisattraktiva modeller (ofta avsedda för användning av hobbyentusiaster, amatörer och studenter) dykt upp på marknaden. I och med att TMEs sortiment inte bara riktar sig till erfarna proffs presenteras nedan en allmän översikt över digitala oscilloskop med de viktigaste funktionerna och användningsområdena.
Vem använder oscilloskop?
Oscilloskop är bland de viktigaste mätinstrumenten, så svaret på en sådan fråga måste bli: alla som sysslar med elektronik. Med ett oscilloskop kan man se spänningens förändring över tiden vilket gör det möjligt att analysera elektriska och elektroniska kretsars funktion (t.ex. nätaggregat och omvandlare), kontrollera prototypers funktion, bedriva forskning och även undervisa om fysikens elementära lagar. Inom området radioelektronik där tillämpningarna ökar i takt med utvecklingen av trådlösa kommunikationsmetoder är det praktiskt taget omöjligt att arbeta utan ett oscilloskop, eftersom det hjälper till att få korrekta driftparametrar för sändare och mottagare. När det gäller digital elektronik används oscilloskop mindre ofta främst för att upptäcka störningar, studera PWM-signaler och driften av A/C- och D/A-omvandlare men det bör också betonas att oscilloskopens grundläggande funktioner ständigt utökas vilket gör dem användbara även för analys av kommunikationsprotokoll, osv.
Skillnaden mellan ett analogt och ett digitalt oscilloskop
Få elektronikingenjörer använder fortfarande analoga oscilloskop (vanligtvis på grund av vana och kostnad) men det är viktigt att komma ihåg att de under årtionden har varit det enda tillgängliga alternativet. Deras funktion baserades (i ett nötskal) på bearbetning och förstärkning av elektriska signaler så att de med hjälp av elektromagneter böjde en elektronstråle riktad mot skärmen. Strömförändringar i elektromagnetiska spolar (cyklisk för den horisontella axeln och beroende av ingångsspänningen för den vertikala axeln) orsakade en förflyttning av den punkt där elektronerna föll på bildrörets yta. Genom att anpassa frekvensen med vilken punktens horisontella koordinat ändrades till signalens frekvens, kunde man få en tydlig graf över spänningsförändringar under en given tidsperiod på skärmen. Med digitala oscilloskop görs som namnet antyder, mätningar med hjälp av analog/digitala omvandlare och de insamlade uppgifterna lagras i minnet och presenteras på skärmen inte direkt utan via programvara.
Fördelar och funktioner hos digitala oscilloskop
Eftersom mätresultaten lagras som data i digitala oscilloskop kan vi bearbeta dem via programvara och logiska kretsar. Detta gör det möjligt att skapa enheter med ett brett mätområde och analysera de erhållna värdena i detalj. Sådan forskning genomförs genom flera funktioner:
Registrering och visning av spänningsdiagram
Till skillnad från analoga enheter kan digitala oscilloskop visa ett diagram även för en enda puls eftersom den signal som mäts inte behöver vara periodisk. Det är dock också möjligt att spåra spänningsvärdena i realtid medan programvaran automatiskt tillhandahåller extrema värden och justerar provtagningsperioden. Det är också möjligt att förstora delar av diagrammet och justera dess skala separat för varje kanal.
Mät- och analysfunktioner
De grundläggande funktionerna i digitala oscilloskop gör det möjligt att mäta spänning och frekvens samt utföra matematiska operationer på valda värden och kurvor, vilket möjliggör verifiering av faser, klocksignaler eller PWM. Enheterna är ofta utrustade med FFT-funktion (Fast Fourier Transform) som gör att oscilloskopet kan tjäna som spektrumanalysator (vilket gör att man kan bl.a. identifiera störningar, brus och andra signaler i ett brett frekvensområde).
Utlösningsfunktioner
Digitala oscilloskop erbjuder användaren omfattande möjligheter när det gäller utlösningsinställningar, dvs. att definiera de villkor under vilka en mätning ska initieras. Inställningarna i detta område inkluderar överskridande av inställd nivå, puls, detektering av fallande eller stigande sluttning och till och med kurva. Enheterna utrustas också med kontroll av ”väntetid” eller ”död tid”, dvs. funktionen Holdoff Control. Med denna konstruktion kan oscilloskopet användas för att observera specifika vågformsfragment, anomalier och till och med övervaka seriella kommunikationslinjer.
Kommunikation och dataöverföring
Specialiserad programvara används oftast för att samla in och analysera stora datamängder. För att möjliggöra import av data från oscilloskopet är dessa enheter utrustade med standardiserade kommunikationsgränssnitt (USB, Ethernet, ibland även WiFi). Detta gör det möjligt att inte bara ladda ner information, utan också att observera mätningar i realtid och till och med fjärrstyra oscilloskopet. Sådana funktioner är särskilt användbara i laboratorietester och i prototypstadiet - särskilt om de utförs av ingenjörsteam där delning av resultat är en av de viktigaste aspekterna av arbetet.
Sonder och tillbehör
Ytterligare utvidgning av oscilloskopens användningsområden är specialiserade sonder som möjliggör testning av olika storheter, drift av energikällor och signaler. Dessa inkluderar: passiva (typiska) sonder utrustade med en dämpfaktoromkopplare (dvs. med en spänningsdelare för att begränsa känsligheten för brus), ström (för att registrera strömförändringar), differentiella (används främst för att mäta höga spänningar i kraftledningar) och aktiva (som kan erbjuda ytterligare funktioner eller ett utökat frekvensområde som kan testas).
Programvarubaserat gränssnitt
En stor fördel med digitala oscilloskop är deras rika gränssnitt, som inte bara utökar enheternas kapacitet, utan också gör dem enklare att använda. För det första gör den relativt högupplösta skärmen att detaljerad information kan visas, liksom "tips" och förklaringar av enskilda funktioner. För det andra gör användningen av pekmatriser användningen av oscilloskopet nästan intuitiv. För det tredje kan användaren anpassa instrumentets funktion till sina egna behov, t.ex. genom att spara inställningar för ofta upprepade mätningar. Slutligen måste det också betonas att tillverkarna ofta erbjuder programvarupatchar för sina oscilloskop vilket förbättrar deras funktionalitet och noggrannhet - separata firmware-paket är ibland tillgängliga mot en extra kostnad och erbjuder en betydande utvidgning av enheternas kapacitet.
Extra funktioner
Moderna oscilloskop är laboratorieinstrument vars funktioner sträcker sig långt utöver enbart mätning. De har ofta inbyggda funktionsgeneratorer med olika vågformer som kan avkoda signaler från kommunikationsprotokoll och kan även fungera som logikanalysatorer (registrerar tillståndet av flera linjer under en relativt lång tidsperiod). Dessa funktioner är särskilt användbara vid arbete med digital elektronik.
Användning av digitala oscilloskop
Tack vare dessa funktioner kan oscilloskop användas inom många områden - och de har dessutom blivit allt mer prisattraktiva. Dessutom kännetecknas även grundmodellerna av en hög arbetsfrekvens, god upplösning och noggrannhet. Detta har inte bara breddat användningsområdet för oscilloskop utan även användarkretsen.
Provning och service av elektroniska kretsar
Ett område där oscilloskop är oumbärlig utrustning är projektering och reparation av elektroniska enheter. Inom detta område är det viktigt att erhålla korrekta spännings-, ström- och frekvensvärden för projektet. Oscilloskopet gör det möjligt att upptäcka avvikelser från korrekta arbetsparametrar, identifiera fel eller felaktiga antaganden som gjorts i projekteringsskedet.
Signalanalys inom telekommunikation
Kommunikations- och telekommunikationsstandarder definierar strikt de acceptabla driftsspecifikationerna för enheter och komponenter. Vid störningar eller till och med fel gör oscilloskopet det möjligt att upptäcka orsakerna till detta - lokalisera störningskällan, mäta de tider som signalerna sänds, korrekta spänningsvärden mellan linjernaosv.
Strömkällans kvalitet
Ett annat viktigt användningsområde för digitala oscilloskop är provning av strömkällor och energikvalitet. Detta är typiska aktiviteter som utförs som en del av underhåll och inspektion av industrianläggningar, särskilt maskinparker där automatiserade system används. Här används oscilloskop för att verifiera spänningar i kraftledningar eller utgångar från växelriktare samt ström som matas till enskilda komponenter - för att säkerställa optimal systemdrift och maskinoperatörens säkerhet.
Forskning och utveckling
Eftersom digitala oscilloskop inte bara kännetecknas av sin multifunktionalitet utan också av sin höga känslighet används de ofta inom laboratorieforskning - i utvecklingscentra och på universitet. De används naturligtvis inom områdena fysik, elektroteknik, radioteknik, men även inom kemi, astronomi eller medicin - praktiskt taget alla grenar där elektroniska enheter spelar en allt viktigare roll.
Utbildning
Slutligen måste det understrykas att oscilloskop är ett utmärkt utbildningsverktyg. Tack vare det kan elever och studenter experimentellt undersöka och "se" en elektrisk ströms förlopp vilket är svårt att illustrera och ofta lärs ut genom ren teori - vilket inte alltid leder till tillfredsställande resultat.
Lager:
