Поймать сигнал: лучшие портативные осциллографы. Недорогой USB осциллограф ISDS205A

Серию публикаций, посвященных осциллографам. Сегодня я расскажу о том какие основные типы осциллографов бывают, расскажу об их преимуществах и недостатках, рассмотрю основные характеристики осциллографов и постараюсь дать советы по поводу того, как подобрать инструмент, соответствующий решаемым задачам.

Выбрать новый осциллограф может оказаться довольно сложной задачей, так как в настоящий момент на рынке представлено довольно много моделей. Вот некоторые основные моменты, которые помогут вам принять правильное решение и понять, что вам действительно необходимо.

Перед тем как собраться купить новый осциллограф, постарайтесь ответить для себя на следующие вопросы:

  1. Где вы собираетесь использовать прибор?
  2. Сигналы в скольких точках схемы вам потребуется измерять одновременно?
  3. Какова амплитуда сигналов, которые вы, как правило, измеряете?
  4. Какие частоты присутствуют в измеряемых вами сигналах?
  5. Вам необходимо измерять периодические или одиночные сигналы?
  6. Исследуете ли вы сигналы в частотной области и нужна ли вам функция быстрого преобразования Фурье?

Аналоговый или цифровой осциллограф?

Вы можете все еще быть поклонником аналоговых приборов, но в современном цифровом мире их особенности не могут сравниться с возможностями современных цифровых запоминающих осциллографов. Кроме того, в аналоговых моделях может применяться устаревшая технология с весьма ограниченными возможностями. Также могут возникнуть проблемы с наличием запчастей.

Преимуществом аналогового осциллографа является отсутствие шумов, имеющих по свей сути цифровую природу, а именно отсутствует шум АЦП, который проявляется в виде ступенчатой осциллограммы на цифровых приборах. Если для вас очень важна точность в передаче формы исследуемого сигнала, тогда ваш выбор — аналоговый прибор.

Преимущества цифрового осциллографа очевидны:

Цифровые осциллографы также дают возможность для высокоскоростного сбора данных и могут быть интегрированы в системы автоматического тестирования (актуально для производств).

Также, зачастую цифровые приборы могут включать в одном корпусе дополнительные устройства:

  • Цифровой (логический) анализатор (эти устройства позволяют плюс ко всему анализировать пакеты цифровых данных, например передаваемых через различные интерфейсы I 2 C , USB , CAN , SPI и прочие)
  • Генератор функций (сигналов произвольной формы)
  • Генератор цифровых последовательносетй

Если осциллограф выполнен в виде переносного устройства, то часто он совмещается с мультиметром, их еще называют скопметрами (иногда очень даже с неплохими характеристиками). Неоспоримыми преимуществами таких устройств являются независимость от питающей сети, компактность, мобильность и универсальность.

USB-осциллографы

Осциллографы на базе ПК, или как их еще называют, USB-осциллографы, становятся все более популярными, поскольку они дешевле традиционных. Используя компьютер, они предлагают преимущества большого цветного дисплея, быстрого процессора, возможности сохранения данных на диск и работы на клавиатуре. Другим большим преимуществом является возможность быстрого экспорта данных в электронные таблицы.

Среди USB-приставок часто попадаются настоящие комбайны, совмещающие несколько устройств в одном корпусе: осциллограф, цифровой анализатор, генератор сигналов произвольной формы и генератор цифровых последовательносетй.

Ценой удобству и универсальности является худшие характеристики, нежели у их автономных собратьев.

Важные характеристики осциллографов

Разберем на какие характиристики приборов следует обращать внимание при выборе осциллографа.

1. Полоса пропускания (bandwidth)

Выбирайте осциллограф, имеющий достаточную полосу пропускания, которая бы захватывала верхние частоты, содержащиеся в измеряемых вами сигналах.

Полоса пропускания является, пожалуй, наиболее важной характеристикой осциллографа. Именно она определяет диапазон сигналов, которые вы планируете исследовать на экране своего осциллографа, и именно этот параметр, в значительной степени влияет на стоимость измерительного прибора.

Для осциллографов с полосой пропускания 1ГГц и ниже, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства представляет из себя, так называемую, гауссовскую АЧХ, которая является АЧХ однополюcного фильтра нижних частот. Этот фильтр пропускает все частоты ниже некоторой (которая и является частотой пропускания осциллографа) и подавляет все частоты, присутствующие в сигнале, превышающие эту частоту среза.

Частота, на которой входной сигнал ослабляется на 3 дБ считается полосой пропускания осциллографа. Ослабление сигнала на 3 дБ означает примерно 30% амплитудной ошибки! Другими словами, если на входе осциллографа у вас 100 МГц синусоидальный сигнал, а полоса пропускания осциллографа также 100 МГц, то измеряемое напряжение размаха амплитуды величиной в 1В с помощью этого осциллографа составит около 700 мВ (-3 дБ = 20 lg (0.707 / 1.0). По мере того, как частота вашей синусоиды будет повышаться (при сохранении постоянной амплитуды), измеряемая амплитуда понижается. Таким образом, нельзя провести точные измерения сигналов, которые имеют верхние частоты вблизи частоты пропускания вашего осциллографа.

Так как же определить необходимую пропускную полосу прибора? Для измерений чисто аналоговых сигналов необходим осциллограф, который имеет заявленную полосу пропускания, по крайней мере, в три раза выше, чем самые высокие частоты синусоидальных волн, которые вам, возможно необходимо будет измерить. В 1/3 от величины полосы пропускания осциллографа, уровень ослабления сигнала минимален. Для того, чтобы измерить более точно, используйте следующее правило: ширина полосы пропускания, деленная на 3 — это примерно 5% ошибка, а деленная на 5 — 3% ошибка. Другими словами, если вы будете измерять частоты 100МГц, выбирайте осциллограф, по крайней мере, 300МГц, а лучше всего 500МГц. Но, к сожалению, это повлечет за собой увеличение цены...

А как насчет требуемой полосы пропускания для цифровых приложений, где в основном и используются современные осциллографы? Как правило, нужно выбирать осциллограф, который имеет пропускную способность, по крайней мере в пять раз больше, чем частота процессора/контроллера/шины в вашей системе. Например, если максимальная частота в собственных проектах составляет 100 МГц, то вы должны выбрать осциллограф с полосой пропускания 500 МГц и выше. Если осциллограф отвечает этому критерию, он сможет захватить до пятой гармоники с минимальным затуханием сигнала. Пятая гармоника сигнала имеет решающее значение в определении общей формы ваших цифровых сигналов. Рассмотрю пример: 10 мегагерцовый меандр состоит из суммы 10-ти мегагерцового синусоидального сигнала + 30-ти мегагерцового синусоидального сигнала + 50-ти мегагерцового синусоидального сигнала и т.д. В идеале нужно выбирать прибор, который имеет полосу пропускания не ниже частоты 9-ой гармоники. Так, что если основные сигналы с которыми вы работаете — это меандры, то лучше взять прибор с полосой пропускания не менее 10 кратной частоты ваших меандров. Для меандров 100МГц, выбирайте прибор 1ГГц, но, к сожалению это значительно увеличит его стоимость...

Если вы не будете иметь под рукой осциллограф с надлежащим значением полосы частот, то при исследовании сигналов прямоугольной формы, вы увидите на экране закруглённые углы вместо чётких и ясных краёв, характеризующих высокую скорость нарастания фронта импульса. Совершенно очевидно, что такое отображение сигналов, в целом негативно влияет на точность выполняемых измерений.

Искажения формы сигнала при недостаточной полосе пропускания (на входе — прямоугольный сигнал)

Меандры имеют достаточно крутые временные подъемы и спады. Есть простое правило, чтобы узнать необходимую полосу пропускания для вашего прибора, если эти подъемы и спады важны для вас. Для осциллографа с полосой пропускания ниже 2.5ГГц, крутой подъем (спад) может измеряться как 0.35, деленное на ширину полосы частот. Так, осциллограф 100МГц может измерять подъем до 3.5нс. Для осциллографа от 2.5ГГц до 8ГГц, используйте 0.4, деленное на ширину полосы частот и для осциллографов выше 8ГГц, используйте 0.42, деленное на ширину полосы частот. Если ваш подъем является начальной точкой для вычислений, то используйте обратную схему: если вам нужно измерить подъем 100пс, вам необходим осциллограф с полосой пропускания 0.4/100пс = 4ГГц.

2. Частота дискретизации (sample rate)

Выбирайте осциллограф, имеющий достаточную частоту дискретизации по каждому из каналов, для того чтобы обеспечить заявленную полосу пропускания устройства в реальном времени.

Также этот параметр иногда называют частотой выборки или частотой сэмплирования .

Тесно связанной с полосой пропускания осциллографа в режиме реального времени является его максимально допустимая частота дискретизации. «В реальном времени» означает, что осциллограф может захватывать и отображать единожды полученные (не повторяющиеся) сигналы, соизмеримые с полосой пропускания прибора.

Чтобы перейти к определению частоты дискретизации, необходимо вспомнить теорему Котельникова (на западе больше известна как теорема Найквиста-Шеннона или теорема отсчетов ), которая гласит, что в случае,

если аналоговый сигнал имеет ограниченную ширину спектра, то он может быть без потерь однозначно восстановлен по своим отсчетам, взятым с частотой title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="84" style="vertical-align: -4px;">, где — максимальная частота, которой ограничен спектр сигнала и его можно представить в виде ряда

где и интервал дискретизации удовлетворяет условию

Если же максимальная частота в сигнале превышает половину частоты дискретизации, то восстановить сигнал без искажений невозможно.

Ошибочным будет считать, что — это и есть частота пропускания осциллографа При таком предположении, минимальная требуемая частота дискретизации для осциллографа для заданной полосы пропускания является лишь удвоенной полосой пропускания осциллографа в режиме реального времени.

Искажение частотные составляющие, когда полоса пропускания осциллографа равна половине его частоты дискретизации для случая гауссовой АЧХ

как показано на рисунке, это не то же самое, что , если, конечно, фильтр осциллографа не работает как кирпичная стена (не обрезает частоты выше резко до нулевой амплитуды).

Как я уже упоминал, осциллографы с полосой пропускания 1 ГГц и ниже, как правило, имеют гауссову частотную характеристику. Это означает, что, хотя осциллограф ослабляет амплитуду сигнала с частотами выше точки -3 дБ, он не полностью устраняет эти более высокие частотные составляющие. Искаженные частотные составляющие показаны красной штриховкой на рисунке. Поэтому всегда выше, чем полоса пропускания осциллографа .

Рекомендуется выбирать максимальную частоту дискретизации осциллографа, по крайней мере, в четыре-пять раз выше, чем полоса пропускания оциллографа в режиме реального времени, как показано на рисунке ниже. С таким параметром, восстанавливающий фильтр осциллографа может точно воспроизводить форму высокоскоростных сигналов с разрешением в диапазоне десятков пикосекунд.

Искаженные частотные составляющие когда полоса пропускания осциллографа определена как ¼ частоты дискретизации прибора

Многие широкополосные осциллографы имеют более резкий срез АЧХ, как на рисунке ниже. Это «максимально плоская» АЧХ. Поскольку осциллограф с максимально плоской АЧХ ослабляет частотные компоненты за пределами гораздо сильнее, и начинает приближаться к идеальной характеристике теоретического фильтра «кирпичная стена», не так много точек выборки требуется для хорошего представления входного сигнала при использовании цифровой фильтрации для восстановления формы сигнала. Для осциллографов с этим типом АЧХ теоретически можно указать полосу пропускания равную .

Искаженные частотные составляющие, когда полоса пропускания осциллографа задана в 1 / 2.5 от частоты его дискретизации для приборов с «максимально плоской» частотной характеристикой.

3.Глубина памяти (memory depth)

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточную глубину памяти для получения самых сложных ваших сигналов с высоким разрешением

Тесно связаной с максимальной частотой дискретизации осциллографа является его максимально возможная глубина памяти. Даже при том, что рекламный буклет с техническими характеристиками осциллографа может заявлять высокую максимальную частоту дискретизации, это не означает, что осциллограф всегда сэмплирует с этой высокой скоростью. Осциллограф производит выборку сигнала на максимальной скорости, когда развертка установлена ​​на одном из быстрых временных диапазонов. Но когда развертка установлена ​​на медленный диапазон, для того, чтобы захватить больший временной интервал, растянув его на экране осциллографа, прибор автоматически уменьшает частоту дискретизации, основываясь на доступной глубине памяти.

Например, давайте предположим, что осциллограф имеет максимальную частоту дискретизации 1 Гигасэмпл/с и глубиной памяти в 10 тысяч точек. Если развертка осциллографа установлена в 10 нс/дел, то для того, чтобы захватить 100 нс сигнала на экране осциллографа (10 нс/дел х 10 секций = 100 нс промежуток времени), осциллографу, нужно всего 100 точек памяти на весь экран. На своей максимальной частоте дискретизации 1 Гигасэмпл/с: 100 нс промежуток времени х 1 Гигасэмпл/с = 100 точек. Нет проблем! Но если вы установите развертку осциллографа на 10 мкс/дел для захвата 100 мкс сигнала, осциллограф автоматически уменьшит свою частоту дискретизации до 100 Мегасэмплов/с (10 тысяч точек / 100 мкс временной промежуток = 100 Мегасэмплов/с). Для поддержания большой частоты дискретизации осциллографа на медленных диапазонах времени требуется, чтобы прибор имел дополнительную память. В определении требуемого количества памяти поможет довольно простое уравнение, основанное на самом длинном промежутке времени сложного сигнала, который вы должны захватить и максимальной частотой дискретизации, с которой вы хотите чтобы осциллограф произвел сэмплирование.

Память = Временной интервал x Частота дискретизации

Хотя, вы можете интуитивно думать, больше памяти — всегда лучше, однако, осциллографы с большой глубиной памяти, как правило, стоят дороже. Во-вторых, для обработки длинных сигналов, используя память, требуется дополнительное время. Обычно это означает, что скорость обновления осциллограмм будет снижена, иногда весьма значительно. По этой причине, большинство осциллографов на рынке сегодня имеют ручной выбор глубины памяти, и типичная установка глубины памяти по умолчанию, как правило, относительно небольшая (от 10 до 100 тысяч точек). Если вы хотите использовать глубокую память, то вы должны вручную включить ее и идти на компромисс со скоростью обновления осциллограмм. Это означает, что вы должны знать, когда нужно использовать глубокую память, а когда — нет.

Сегментация памяти

Некоторые осциллографы имеют специальный режим работы под названием «сегментация памяти». Сегментированная память может эффективно расширить время для сбора, путем деления доступной памяти на более мелкие сегменты, как показано на рисунке ниже. Осциллограф затем выборочно оцифровывает только важные части формы исследуемого сигнала с высокой частотой дискретизации и затем устанавливает временные метки, чтобы вы знали точное время между каждым возникновением события запуска. Это позволяет осциллографу захватить много последовательных однократных сигналов с очень коротким временем повторения, при этом не пропуская важную информацию. Этот режим работы особенно полезен при захвате вспышек сигнала. Примерами сигналов импульсного типа являются импульсный радар, вспышки лазера, а также пакетированные сигналы последовательной шины данных.

4. Количество каналов

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточное количество каналов для того, чтобы производить критичные по времени измерения, между коррелированными (связанными) между собой сигналами.

Число необходимых каналов в осциллографе будет зависеть от того, какое количество сигналов вам требуется одновременно наблюдать и сравнивать между собой. Сердцем большинства встраиваемых систем, на сегодняшний день, является (MCU), как упрощенно показано на рисунке ниже. Многие микроконтроллерные системы, на самом деле, являются устройствами смешанных сигналов с несколькими аналоговыми, цифровыми сигналами и последовательными шинами ввода/вывода для взаимодействия в внешним миром, который, по своей природе, всегда аналоговый.

Сегодняшние конструкции смешанных сигналов становятся все более сложными, поэтому может потребоваться больше каналов в осциллографе для их захвата и отображения. Двух и четырехканальные осциллографы являются сегодня востребованными. Увеличение числа каналов с 2 до 4 не приводит к двукратному увеличению цены прибора, но все же цена растет ощутимо. Два канала — оптимально, большее число каналов — зависит от ваших потребностей и финансовых возможностей. Более четырех аналоговых каналов встречается очень редко, но есть и другой интересный вариант — это осциллограф смешанных сигналов.

Осциллографы смешанных сигналов объединяют в себе все измерительные возможности осциллографов с некоторыми возможностями логических анализаторов и анализаторов протоколов последовательных шин. Наиболее важной является способность этих приборов одновременно захватывать несколько аналоговых и логических сигналов с одновременным отображением формы этих сигналов. Представьте это, как наличие нескольких каналов с высоким разрешением по вертикали (обычно 8 бит) плюс несколько дополнительных каналов с очень низким разрешением по вертикали (1 бит).

На рисунке ниже приведен пример захвата сигнала входа цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) при помощи цифровых каналов осциллографа, одновременно с мониторингом выхода сигнала ЦАП при помощи одного аналогового канала. В этом примере, осциллограф смешанных сигналов настроен таким образом, что он запускается, если логическое состояние входа ЦАП примет самое низкое значение 0000 1010.

Осциллограф смешанных сигналов может захватывать и отображать множество аналоговых и цифровых сигналов одновременно, обеспечивая общую картину коррелированных процессов

5. Скорость обновления осциллограмм

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточно высокую скорость обновления сигнала для того, чтобы захватить случайные и редкие события, для более быстрой отладки проектов

Скорость обновления осциллограмм может быть также важна, как и уже рассмотренные нами пропускная способность, частота дискретизации и глубина памяти, хотя этот параметр часто упускается из виду при сравнении различных осциллографов перед покупкой. Даже при том, что скорость обновления сигнала осциллографа может казаться высокой при просмотре повторно захваченных сигналов на дисплее вашего осциллографа, эта «высокая скорость» является относительной. Например, обновление в несколько сотен сигналов в секунду, конечно достаточно быстро, но c точки зрения статистики, это может оказаться недостаточным, чтобы захватить случайное или редкое событие, которое может произойти только один раз на миллион захваченных сигналов.

При отладке новых проектов, скорость обновления осциллограмм может иметь решающее значение — особенно, когда вы пытаетесь найти и отлаживать редкие или прерывистые проблемы. Рост скорости обновления осциллограмм увеличивает вероятность захвата осциллографом «призрачных» событий.

Неотъемлемой характеристикой всех осциллографов является «мертвое время» (dead-time ) или «слепое время» (blind time ). Это время между каждым повторяющимся захватом сигнала осциллографом, в течение которого он обрабатывает ранее зарегистрированный сигнал. К сожалению, «мертвое время» осциллографа может иногда быть на несколько порядков больше, чем время захвата. В течение мертвого времени осциллографа, любая сигнальная активность, которая может произойти, будет пропущена, как показано на рисунке ниже. Обратите внимание на пару сигнальных выбросов, которые произошли во время простоя осциллографа, а не во время захвата (acquisition time).

Время захвата и «мертвое время» осциллографа

Из-за «мертвого времени», захват случайных и редких событий с помощью осциллографа становится азартной игрой — так же, как бросание игральных костей. Чем большее число раз вы бросите кости, тем выше вероятность получения определенной комбинации чисел. Точно так же, чем чаще обновляются сигналы осциллографа для заданного времени наблюдения, тем выше вероятность захвата и просмотра неуловимого события, о существовании которого вы даже можете по подозревать.

На рисунке ниже, показан выброс, который происходит примерно 5 раз в секунду. Некоторые осциллографы имеют максимальную скорость обновления сигнала более 1 миллиона осциллограмм в секунду, и такой осциллограф имеет 92% вероятность захвата этого выброса в течение 5 секунд. В этом примере, осциллограф захватил выброс несколько раз.

Регистрация выбросов в осциллографе со скоростью 1 миллион обновлений сигнала в секунду

Для осциллографов с обновлением 2-3 тысячи раз в секунду, вероятность захвата таких выбросов в течение 5 секунд составляет менее 1%.

6.Триггер

Выбирайте осциллограф, имеющий различные типы запуска, которые могут понадобиться, чтобы помочь выделить захват сигнала на самых сложных сигналах.

Если запуск развертки осциллографа никак не связан с исследуемым сигналом, то изображение на экране будет бежать или быть смазанным. В этом случае осциллограф отображает различные участки наблюдаемого сигнала на одном и том же месте. Для получения стабильного изображения все осциллографы содержат систему, называемую триггером. Триггер задерживает запуск развертки осциллографа до тех пор, пока не будут выполнены определенные условия.

Возможность триггерного запуска является одной из важнейших сторон осциллографа. Триггерный запуск позволяет синхронизировать захват осциллографом сигнала и отображать отдельные части сигнала. Вы можете представить триггерный запуск осциллографа как синхронизированное выполнение снимков.

Наиболее распространенным типом запуска осциллографа является срабатывание при пересечении определенного уровня. Например, запуск по фронту канала 1, когда сигнал пересекает определенный уровень напряжения (уровень запуска) в положительном направлении, как показано на рисунке ниже. Все осциллографы имеют такую возможность, и это, вероятно, наиболее часто используемый тип запуска. Но, по мере усложнения цифровых проектов, вам, возможно, потребуется дополнительно определять/фильтровать запуск осциллографа специфическими комбинациями входных сигналов для того, чтобы захватывать сигнал «в нуле», а также просматривать нужную часть сложного входного сигнала.

Запуск осциллографа по фронту цифрового импульса

Некоторые осциллографы имеют возможность запуска по импульсам, с конкретными временными характеристиками. Например, запускаться только тогда, когда импульс шириной менее 20 нс. Этот тип запуска (с уточненной шириной импульса) может быть очень полезен для запуска на непредвиденных сбоях.

Другой тип запуска, который применяется в большинстве современных осциллографов, это запуск по шаблону. Режим запуска по шаблону позволяет настроить триггер осциллографа на запуск по логической/булевой комбинации высоких уровней (единиц) и низких уровней (нулей) в двух или более входных каналах. Это может быть особенно полезным при использовании осциллографа смешанных сигналов, который может иметь до 20 аналоговых и цифровых каналов.

Более продвинутые осциллографы даже обеспечивают запуск, который синхронизируется сигналами, имеющими параметрические нарушения. Другими словами, осциллограф запускается, только если входной сигнал нарушает конкретное параметрическое состояние, такое как снижение амплитуды импульса («запуск коротышкой»), нарушение скорости края (времени нарастания/спада), или, возможно, нарушения времени длительности периода данных (триггер времени установки и удержания).

На рисунке ниже показан запуск осциллографа положительным импульсом с уменьшенной амплитудой, используя режим запуска «коротышкой». Если это импульс-коротышка происходит только один раз за миллион циклов импульсов цифрового потока, то захват этого сигнала, используя стандартный запуск по фронту, это все равно что поиск иголки в стоге сена. Также возможно производить запуск отрицательными «коротышками», а также импульсами-коротышками с определенной длительностью.

Запуск осциллографа импульсом-коротышкой

7. Работа с последовательными интерфейсами

Последовательные интерфейсы, такие как I 2 C , SPI , CAN , USB и т.д., широко распространены во многих современных разработках, использующих цифровые и смешанные сигналы. Для проверки правильности передачи сообщения по шине, а также для аналоговых измерений сигнала требуется осциллограф. Многие специалисты для проверки последовательной шины при помощи осциллографа, используют методику, известную как «визуальный подсчет битов». Но этот ручной метод декодирования последовательной шины достаточно трудоемок и приводит к частым ошибкам.

Многие из современных цифровых осциллографов и осциллографов смешанных сигналов имеют дополнительные возможности по декодированию протокола последовательной шины и триггерного запуска. Если вы планируете плотно работать с последовательной шиной, то обратите внимание на осциллографы, которые могут декодировать и запускаться данными с последовательной шины, что может значительно сэкономить ваше время при отладке устройств.

8. Измерения и анализ сигналов

Одним из основных преимуществ современного цифрового запоминающего осциллографа, по сравнению с аналоговыми приборами, является возможность выполнять различные автоматические измерения и производить анализ оцифрованных сигналов. Практически все современные цифровые осциллографы имеют возможность ручных курсорных/маркерных измерений, а также минимальный набора автоматических измерений параметров импульса, таких как время нарастания, время спада, частоту, длительность импульса, и т.д.

В то время, как для измерений параметров импульса обычно выполняются временные или амплитудные измерения амплитуды для небольшой части сигнала, то чтобы обеспечить «ответ», например, времени нарастания или размаха напряжения, математические функции осциллографа выполняют математическую операцию по всей осциллограмме или пары сигналов для получения еще одного сигнала.

На рисунке ниже показан пример математической функции быстрого преобразования Фурье (БПФ), которое было применено к тактовому сигналу (желтая кривая). БПФ перевело сигнал в частотную область (серая кривая), которая изображает по вертикальной оси амплитуду в дБ в зависимости от частоты в Гц по горизонтальной оси. Другие математические операции, которые можно выполнять для оцифрованных сигналов - суммирование, разность, дифференцирование, интегрирование и т.д.

Хотя математические функции над сигналом также можно выполнить в автономном режиме на ПК (например в MatLab), имея такую встроенную в осциллограф возможность можно не только упростить выполнение этих операций, но и понаблюдать за поведением сигнала в динамике.

9. Осциллографические пробники (измерительные щупы)

Качество измерений очень сильно зависит от того, что за пробник вы подключили к BNC-входу осциллографа. Когда вы подключаете любую измерительную систему к исследуемой схеме, измерительный прибор (и щуп) становится частью тестируемого устройства. Это означает, что можно «нагрузить» или изменить в некоторой степени поведение ваших сигналов. Хорошие щупы не должны нарушать входной сигнал и в идеале должны передать в осциллограф точный дубликат сигнала, который присутствовал в точке измерения.

Когда вы покупаете новый осциллограф, то он, как правило, поставляется со стандартным набором щупов с высоким входным сопротивлением — один пробник для каждого входного канала осциллографа. Эти типы пассивных щупов общего назначения являются наиболее распространенными и позволяют измерять широкий диапазон сигналов относительно земли. Но эти щупы имеют некоторые ограничения. На рисунке ниже показана эквивалентная схема типичного 10:1 пассивного щупа, подключенного к высокоомному входу осциллографа (вход осциллографа 1МОм).

Типичная модель пассивного пробника 1:10

Электрическая модель любого пробника (пассивного или активного) и осциллографа может быть упрощена до комбинации одного резистора и одного конденсатора, подключенных параллельно. На рисунке ниже показана типичная схема замещения осциллограф/пробник для 10: 1 пассивного щупа. Для низких частот или для постоянного тока, в нагрузке преобладает сопротивление 10МОм, которое, в большинстве случаев, не должно стать проблемой. Хотя 13.5 пФ не кажется большой емкостью, на высоких частотах нагрузка, полученная при помощи этой емкости, может быть значительной. Например, на частоте 500 МГц реактивное сопротивление конденсатора емкостью 13.5 пФ в этой модели составляет 23.6 Ом, которые уже являются значительной нагрузкой и может привести к искажению сигнала.

Для высокочастотных измерений необходимо использовать активные щупы. «Активный» означает, что пробник включает в себя усилитель, расположенный за наконечником щупа. Он позволяет существенно уменьшить емкостную нагрузку и увеличить полосу пропускания для пробника. К недостаткам высокочастотных активных пробников можно отнести их динамический диапазон, а также их стоимость.

Есть и другие специальные измерительные задачи, о которых хотелось бы упомянуть. Если вам нужно произвести измерения на высокоскоростной дифференциальной последовательной шине, то вы должны рассмотреть возможность использования высокочастотного дифференциального активного пробника. Если вам нужно померить сигналы, имеющие очень высокое напряжение, вам понадобится специальный пробник, рассчитанный на высокое напряжение. Если вам нужно измерить ток, вы должны рассмотреть возможность использования датчика тока.

В настоящее время тяжело угнаться за новейшими технологиями радиоэлектроники. Разнообразные электронные устройства можно теперь модифицировать по своему вкусу из одного в другое. Было бы желание и умение. Даже из старых электронных часов можно сделать простой тестер для многих деталей электросхемы, не говоря уже о планшетах и компьютерах. Многим радиолюбителям и профессионалам часто приходиться пользоваться точными электронными приборами, среди которых очень популярен осциллограф . Такой хороший прибор стоит недёшево. Хотя сделать его своими руками на основе планшета и андроида не составит особого труда даже радиолюбителю.

Что представляет собой осциллограф и его функции

Для тех кто не особо знаком с работой осциллографа и его визуальными видами поясню. Это прибор (в старом варианте типа мини-телевизора, в новом - дизайн планшета и т. п.), который измеряет и отслеживает частотные колебания в электрической сети. На практике он широко используется многими специализирующимися лабораториями и профессиональными радиотелемастерами. Поскольку точные настройки многих электроприборов производятся только с его помощью.

Его показания в электронной или бумажной форме позволяют видеть синусоидальные формы сигнала. Частота и интенсивность этого сигнала, в свою очередь, позволяет определить неисправность или неправильную сборку электросхемы. Сегодня мы рассмотрим двухканальный осциллограф, который можно собрать своими руками на основе действующих схем смартфона, планшета и соответственного программного обеспечения.

Сборка карманного осциллографа на основе «Андроида»

Замеряемая частота должна быть слышимой человеческим ухом, а уровень сигнала не должен превышать стандартного микрофонного звука. В этом случае, собрать осциллограф на основе «Андроида» своими руками можно и без дополнительных модулей. Разбираем гарнитуру , на которой присутствует микрофон. При отсутствии этой гарнитуры необходимо приобрести звуковой штекер на 3,5 мм с четырьмя контактами. Щупы припаять согласно разъёмам вашего гаджета.

Загрузить программное обеспечение из «Маркета», которое будет замерять частоту микрофонного входа и вырисовывать график на основе этого сигнала. Представленных вариантов будет достаточно, чтобы выбрать оптимальный. После калибровки приложения - осциллограф будет готов к использованию.

Плюсы и минусы «Андроидной» сборки:

Сборка осциллографа из планшета

Для стабилизации сигнала и расширения диапазона входного напряжения можно использовать схему осциллографа для планшета. Она долго и успешно используется для сборки устройств для компьютера.

Для этого применяются стабилитроны КС 119 А с резисторами на 10 и 100 кОм. Первый резистор и стабилитроны подключают параллельно. Второй и более мощный резистор подключается на вход электросхемы. Это расширяет максимальный диапазон напряжений. В конечном счёте пропадают дополнительные помехи и повышается напряжение до 12 вольт.

Особенностью осциллографа из планшета является то, что он работает напрямую со звуковыми импульсами и лишние помехи (экранирование) схемы и щупов в этом случае будут нежелательны.

Нужное программное обеспечение для сборки осциллографа на основе планшета и андроида

Чтобы работать с подобной схемой потребуется программа, которая способна нарисовать графики на основе входящего звукового сигнала. Множество таких вариантов легко найти в «Маркете». С помощью них можно выбрать дополнительную калибровку и добиться максимальной точности для профессионального осциллографа из планшета или другого функционального устройства.

Широкодиапазонная частота с помощью отдельного гаджета

Широкий диапазон частот с помощью отдельного гаджета достигается его приставкой с аналогово-цифровым преобразователем, который обеспечивает передачу сигнала в цифровом варианте. За счёт этого достигается более высокая точность измерений. На практике - это портативный дисплей, который аккумулирует информацию с отдельных устройств.

Осциллограф из планшета на «Андроид»

Bluetooth-канал

В настоящее время электронного прогресса в магазинах появляются приставки, которые выполняют функции осциллографа. Они передают сигнал с помощь Bluetooth-канала на планшет или смартфон. Такой осциллограф - приставка, подключаемая, к планшету через Bluetooth имеет свои особенности. Предел измеряемой частоты, составляющий 1 МГц, напряжение щупа 10 В и радиус действия порядка 10 метров не всегда хватают для профессионального диапазона рабочей деятельности. В таких случаях можно использовать осциллограф - приставку с передачей данных с помощью Wi-Fi.

Передача данных с помощью Wi-Fi

Wi-Fi значительно расширяет возможности измерительных устройств. Такой вид обмена информацией между планшетом и приставкой особо популярен. Это не дань моде , а чистая практичность. Поскольку измеряемая информация передаётся без задержек на планшет, который моментально выводит любой график на свой монитор.

Понятное пользовательское меню позволяет быстро и легко ориентироваться в управлении и настройках электронного устройства. А записывающее устройство позволяет воспроизводить и передавать информацию в реальном времени и во все точки для всех участников этого процесса.

Обычно вместе с покупной осциллограф - приставкой поставляется и диск с программным обеспечением. Эти драйвера и программу можно быстро скачать на планшет или смартфон. Если такого диска нет - найдите эти данные в магазине приложений или поищите в интернете на форумах и специализированных сайтах.

USB осциллограф своими руками схема

Сборка USB осциллографа обойдётся вам всего в 250–300 рублей и сделать вы его можете своими руками.

Плюсами этого устройства являются его низкая себестоимость, мобильность и малогабаритность. А вот существенных минусов, к сожалению, побольше. Это малая частота дискретизации, наличие ПК, малая полоса пропускания и глубина памяти.

Для профессионалов такая электронная «игрушка» явно не подойдёт. А для начинающих радиолюбителей - это очень даже неплохой симулятор осциллографа для приобретения определённых практических навыков.

Многообразие функциональных возможностей современной бытовой техники требует от обслуживающего ее персонала (сервисных центров, ремонтных мастерских, аналитических центров) решения многих вопросов, связанных с ее радиоэлектронной начинкой (восстановление, настройка, регулировка). Большинство этих задач невозможно решить без использования специальных контрольно-измерительных, исследовательских приборов, среди которых важную роль играет осциллограф. В статье расскажем, как выбрать осцилограф для ремонта, рассмотрим характеристики прибора.

Назначение, сферы применения

Посредством осциллографа производятся исследования параметров электросигналов, подводимых на вход прибора. Он преобразует принимаемые данные в графическое изображение, по которому можно производить анализ. С помощью полученной «картинки» анализируется зависимость сигнала, например, напряжения от времени. Прибор может одновременно принимать от 1 до нескольких лучей (сигналов). Каждый из них поступает на отдельный вход и отображается отдельным графиком на экране (дисплее). Таким образом, приборы бывают однолучевыми, двулучевыми, многолучевыми (многоканальными).

Сфера применения прибора:

  • изучение колебаний значений сигналов электросети или их мгновенных показателей;
  • сигналов, изменяющихся во времени;
  • характеристик схем электроники и ее составляющих элементов.

Наиболее распространенными типами приборов являются аналоговые, цифровые и USB осциллографы.

Аналоговые модели осциллографов

В основе прибора лежит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), проходя через которую сигнал преобразуется в графическую форму. Многие специалисты до сих пор предпочитают пользоваться именно этими моделями, считая их более привычными и надежными. Такие приборы имеют ряд достоинств, но и отрицательных моментов в их конструкции содержатся немало. Для удобства восприятия, информация сведена в таблицу:

Преимущества Недостатки
Привычная панель, простота пользования Зависимость от частоты сигнала (мигание, тусклость изображения) и, как следствие невысокая точность
Изображение реальной «картинки» с отображением происходящих во времени изменений Полоса пропускания ограничена
При постоянном использовании управление настройками становится знакомым и понятным Анализ характеристик поступающих данных ограничен средствами
Невысокий ценовой сегмент
Аналоговый осциллограф способен решать некоторые задачи не хуже цифровых моделей

Однако нельзя ставить низкую стоимость во главу угла – для дела важна функциональность . Большинство пользователей продолжают использовать аналоговые модели в связи с их наличием. Тем не менее, при случае, предпочитают обзавестись более современными изделиями. Читайте также статью: → « ».

Цифровые приборы для ремонта техники

Развитие и совершенствование электронной техники усложняет процесс ее обслуживания, но вместе с тем, параллельный рост цифровых технологий дает возможность широкого использования достигнутых результатов в создании новых контрольно-измерительных приборов. Не являются исключением и цифровые осциллографы, которые становятся более функциональными и удобными в применении.


 Цифровой прибор дает больше возможностей для изучения параметров и формы сигналов

Преимущества и недостатки сведены в таблицу:

Преимущества Недостатки
Доступность остановки картинки на нужное время Высокие ценовые значения
Высокая измерительная точность Сложность управления
Полоса пропускания гораздо шире, чем у аналоговых моделей Недостаточная частота оцифровки затирает некоторые детали сигнала
Экран яркий, защищен от мерцаний
Доступность обнаружения импульсных сетевых помех
Допустимость коммутации с компьютером
Возможность дополнительной обработки полученных данных

Некоторые модели не имеют собственного дисплея. Они применяются путем подключения к компьютеру и передают данные на его монитор.

USB осциллографы для работы с компьютером

Такие компактные устройства относятся к цифровым моделям, однако работают только в совокупности с персональным компьютером (ноутбуком), на который передают принимаемый сигнал для последующего изучения.

Преимуществами этих приборов являются:

  • небольшие размеры;
  • доступность сохранения и распечатки полученных данных;
  • возможность быстрой обработки с помощью компьютера.

Единственным недостатком, хотя и довольно значительным, является не совсем точное отображение формы сигнала.


 USB осциллограф хороший помощник при совершении измерений в электронных схемах

Если планируется применение осциллографа только в целях контроля и проверки определенных параметров, а особая точность не имеет решающего значения, то прибор-приставка к ПК – правильный выбор.

Обзор популярных моделей, сравнительный анализ

Tektronix 2465 B (аналоговый) – один из самых достойных представителей своего класса с полосой пропускания 400 МГц. Основные характеристики:

  • прибор многоканальный (4 канала);
  • чувствительность от 2 мВ до 5 В на деление;
  • предусмотрен частотомер;
  • дисплей 6 дюймов;
  • габариты: передняя панель 330х160 мм, длина – 434 мм, вес 9,3 кг.

Кроме того модель предусматривает систему измерений ТВ сигналов. Управление режимами электронное, поэтому все регулировки производятся плавно.

RIGOL MSO 4052 (цифровой) – обладает широкой полосой пропускания 500 МГц. Эксплуатационные характеристики:

  • прибор 2-канальный, оснащенный логическим анализатором на 16 каналов;
  • чувствительность от 1 мВ до 5 В/деление;
  • функция записи осциллограмм до 110,000 в секунду;
  • анализ показателей в реальном времени;
  • жидкокристаллический дисплей 9 дюймов (цветной);
  • габариты 440х218х130 мм, вес 5 кг.

Устройство способно взаимодействовать с ПК, поэтому комплектуется диском с программным обеспечением и кабелем USB.

UNI — T UTD 4302 C (цифровой) – полоса пропускания 300 МГц. Обладает следующими параметрами:

  • прибор двухканальный + логический анализатор на 16 каналов;
  • чувствительность 2мВ – 5 В на деление;
  • предусмотрена опция мультиметра;
  • дисплей ЖК цветной 5,7 дюйма;
  • размеры 330х165х165 мм, масса 3,8 кг.

Прекрасный тестовый прибор для производства измерений и выявления неполадок.

Hantek DSO 3204 (USB осциллограф) – полоса пропускания 200 МГц. Высокие эксплуатационные показатели:

  • прибор имеет 4 канала;
  • чувствительность от 10 мВ/деление до 5 В/деление;
  • функция мультиметра;
  • программное обеспечение совместимо с 6 системами;
  • размеры 190х45х255 мм, масса 1 кг.

Идеально совмещается с портативными ПК и планшетами. Может использоваться на выездах. Защищен корпусом из алюминиевого сплава.

Hantek 6204 BD (модель USB) с пропускной полосой 200 МГц, оснащен независимым дисплеем 2,9 дюйма. Рабочие параметры:

  • прибор четырехканальный;
  • чувствительность 2 мВ – 5 В на деление;
  • ПО совместимо с Windows 7, 8, 10.

Предусмотрена возможность подключения нескольких осциллографов к одному компьютеру, что при необходимости позволяет увеличить количество каналов. Читайте также статью: → « ».

Порядок применения, пошаговая инструкция

Наиболее часто осциллограф применяется для исследования значений напряжения на разных участках электронных схем. Поэтому для примера будет описываться порядок действий при измерении этой величины:

  1. Включить прибор. Выставить настройки интерфейса: яркость экрана, фокус изображения, освещение шкалы
  2. Устройство имеет два проводника «фаза» и «земля» (корпус), к которым подсоединяются щупы. Для определения «земли» нужно коснуться одного из проводников рукой. Если на дисплее появилась горизонтальная линия, то определение верно, если появилась сильно искаженная синусоида – проводник «фаза».
  3. Чтобы проверить точность работы прибора, можно воспользоваться обычной батарейкой. На панели управления следует выставить предполагаемый предел значений напряжения. Лучше избрать его с запасом. Сигнальный щуп «фазу» прилагаем к плюсу, а корпусный – к минусу батарейки. На экране сразу должен появиться график соответствующий номинальному напряжению объекта (например, 1,5 В).
  4. Далее можно переходить к измерениям на схеме. Земляной проводник соединяется с минусом (нулевым потенциалом) или общим проводом, а сигнальным щупом касаются интересующих участков . Если общий или заземляющий провод не просматривается, то корпус можно подсоединить к одной из точек, между которыми проводится измерение.
  5. Используя формулу:

зная величину резистора в измеряемой цепи, можно легко высчитать значение силы тока:

Установив несовпадение, можно принимать решение о замене сопротивления. Схематично можно изобразить подключение осциллографа в цепь следующим образом:


 Схема подключения прибора в цепь без использования общего (заземляющего) провода

Проверка малых значений

Зная величину допустимых помех на участке проверяемой схемы, можно проверить их соответствие. В качестве примера используется блок питания компьютера:

  1. При напряжении 12 В, допустимые помехи не должны превышать 0,3В. При проверке обычным способом, такое значение будет совершенно незаметным.
  2. Необходимо переключить тумблер входа из положения прямых измерений в емкостные, то есть, пропуская изучаемый сигнал через конденсатор.
  3. Основное постоянное напряжение 12 В, останутся на конденсаторе, а переменное значение помех 0,3 В отобразится на дисплее, где его можно увеличить с помощью коэффициента усиления Y и изучить.

Описанный в п.2 тумблер, присутствует во всех моделях, но может иметь другое оформление (кнопка, переключатель). Установить это можно из инструкции.

Применение двухканального осциллографа

Двухканальное (двулучевое) устройство может демонстрировать графики двух измеряемых параметров одновременно. Такие приборы имеют два входа, у которых гнезда «земля» заперемычены между собой и корпусом изделия. Таким образом, при производстве измерений, нужно следить, чтобы противоположные проводники не оказались подключенными к одной точке, чтобы избежать сбоев в работе контрольно-измерительной техники.


 Схемы подключения прибора, где «земля» соединена: а – неправильно, б – правильно

Средний срок службы осциллографа

Согласно советскому ГОСТ, рассматриваемые контрольно-измерительные исследовательские приборы, должны иметь гарантийный срок службы не менее 18 месяцев со дня ввода в эксплуатацию. Однако этим же документом предусмотрена регулярность проверок приборов, которые должны проводиться каждые 5 лет. То есть минимальный рабочий ресурс осциллографа хотя бы при двух проверках, должен составлять 10 лет.

Как показывает практика, при правильной эксплуатации, осциллограф способен прослужить гораздо больший период времени. Однако нельзя отрицать тот факт, что в процессе длительной эксплуатации, приборы утрачивают первоначальные настройки и их показатели нуждаются в корректировке. Читайте также статью: → « ».


Учитывая количество предлагаемых в продажу устройств б/у 80-х годов выпуска, можно предположить, что сроки службы этих изделий значительно превышают ранее обозначенные временные границы.

Актуальные вопросы по теме

Вопрос №1. Какие измерения можно делать осциллографом помимо напряжения?

Можно измерять любые параметры в электронных схемах вплоть до периодичности импульсов, искажения сигналов, амплитудных характеристик. Все навыки приходят с опытом работы.

Вопрос №2. Какую роль играет регулятор развертки, кроме перемещения графика по экрану?

В этом и заключается его основная польза. Перемещая изображение, можно подогнать его под деление сетки, чтобы удобнее было производить точные расчеты.

Вопрос №3. Как наиболее эффективно использовать регулятор «Длительность»?

С помощью этого регулятора можно определять частоту развертки – чем меньше интервал, тем более высокой частоты сигнал становится различим. Просчитав по клеткам и делениям ширину параметра, умножив его на масштаб X, определяется длительность сигнала, а зная ее, можно просчитать и частоту.

Вопрос №4. Нужно ли сразу приобретать многоканальный, дорогой осциллограф?

Если финансовое положение позволяет, то можно купить самый дорогой прибор. Однако без умения пользоваться его возможностями, он не принесет никакой пользы и останется простым вольтметром. Такие приборы востребованы опытными электронщиками. Для начинающих специалистов, на первых порах, достаточно экземпляров, имеющихся в лаборатории. Хотя если стремление роста присутствует, то функциональный прибор станет хорошим подспорьем.

Добрый день!
Предлагаю вниманию уважаемой аудитории обзор осциллографа/логического анализатора Hantek6022BL.

Заинтересованных прошу под кат.

Технические характеристики

Осциллограф:

  • каналов: 2
  • полоса пропускания: 20 МГц
  • частота дискретизации: 48 Msa/s
  • объем памяти: 1Ms
  • интерфейс: USB 2.0

Логический анализатор:

  • логических каналов: 16
  • пропускная способность: 10 МГц
  • объем памяти: 48Msa
  • глубина памяти: 1 Ms
  • размеры: 205 х 120 х35
  • питание: от порта USB
  • вес: 0,382 кг

Внешний вид

Внешний вид однозначно на 5. Блестящий и стильный алюминиевый корпус, пластиковые накладки, зеркальная надпись Hantek. Сразу видно, на дизайне здесь не экономят.



Вид спереди. Два BNC-разъема для щупов, разъем логического анализатора, контакты для калибровки. Всё предсказуемо.



USB, загадочная кнопка и не менее загадочный лючок с надписью USBXI, под которым прячется странный разъём.

Комплектация

В комплект входит сам осциллограф, шнур USB, два шлейфа к логическому анализатору, 20 зажимов для логического анализатора, два щупа к осциллографу в комплекте с разноцветными маркировочными колечками и отвёрточками для подстройки частотной характеристики щупа. Щупы носят название PP-80, однако имеют полосу пропускания 60 МГц, а не 80, как можно было бы подумать. Причины этому кроются, как мне кажется, в свойствах сумрачного китайского гения.
Также есть диск с ПО, малополезная в наши дни вещь.

Субъективные впечатления

На первый взгляд, превосходная вещь. Компактный, легкий прибор, а очень качественном алюминиевом корпусе (как Ipad, пишет на aliexpress продавец).
Помимо перечисленных интерфейсов, на корпусе устройства имеется кнопка с фиксацией (и это не выключатель питания, как можно было бы подумать) и разъем с маркировкой USBXI, не описанный в документации, и, вероятно, предназначенный для соединения нескольких устройств между собой. Также есть контакты встроенного калибровочного генератора.
Настала пора установить ПО и включить устройство.

Начало работы

Программное обеспечение проще всего скачать с русского сайта hantek.ru , даже не требуется регистрация, в отличие от «главного» сайта hantek.com . Инструкция на английском языке, программное обеспечение тоже, хотя на сайте есть и русификации.
Итак, ПО скачано, установлено, прибор подключен к компьютеру. Подключаем щупы, подсоединяем их к контактам калибровочного генератора и запускаем программу осциллографа. Видим два сигнала прямоугольной (почти) формы. Отверточкой подстраиваем щупы так, чтобы сигналы приобрели идеальную прямоугольную форму.
После того, как прибор прогрелся в течение 20 минут (по инструкции), делаем самокалибровку. Вроде бы ничего не изменилось, но на душе стало спокойнее.

Поиграв немного ручками чувствительности каналов и времени развёртки (здесь не придумано ничего нового), перейдем к более глубокому изучению ПО.


Развёртка

Триггер имеет единственный режим запуска: Edge (по фронту), пользователь может выбрать источник (канал 1 или канал 2 и фронт, положительный или отрицательный).
<лирическое отступление>
Позволю себе лирическое отступление. Когда я учился в институте, некоторые преподаватели очень не любили выражения типа «передний фронт» и «задний фронт». Фронт бывает только передним, по определению, говорили они, поэтому нужно говорить просто «фронт», а то, что называют «задним фронтом», правильно называть «спадом». В глубине души я с ними согласен, но здесь я буду употреблять словосочетания «передний фронт» и «задний фронт».

Предусмотрен автозапуск, режим «Normal», и однократный запуск. Больше никаких «хитрых» режимов триггер не имеет.

Горизонтальная развёртка настраивается в пределах от 1 ns (совершенно бесполезный диапазон для данного прибора) до 3000 секунд. Есть режим отображения с горизонтальной развёрткой (x(t), y(t)) и с режим X-Y (удобен, например, для фигур Лиссажу).

Чувствительность каналов

Чувствительность каналов настраивается в пределах 200mV/дел до 5V/дел при коэффициенте щупа 1:1, и позволяет работать с щупами с делителями до 1:10000 (честно, никогда таких не видел, это должна быть очень высоковольтная штука).

Уровень срабатывания триггера и сдвиг по горизонтали можно менять просто мышкой, но значения этих величин нигде не отображаются. Момент срабатывание триггера не привязан ни к каким делениям на осциллогамме, ни к центру экрана, ни к чему вообще.

Канал «математики»

Отображается в виде третьей осциллограммы и может отображать сумму, разность, произведение и частное значений сигнала в каналах A и B, а также спектр (FFT). Для FFT можно выбрать тип окна: прямоугольное, Хэмминг, Хэннинг, Блэкман. Можно выбрать линейную или логарифмическую шкалу амплитуд.

«Ref» канал

На самом деле это не какой-то особый канал, это просто отображение на экране ранее сохранённого сигнала рядом с текущими, например, для сравнения.

Режим измерений
«Горизонтальные» измерения

Измеряется период и частота сигнала, время нарастания и спада сигнала, ширина импульса и ширина промежутка между импульсами в единицах времени и в процентах к полному периоду.

«Вертикальные» измерения

Максимальное и минимальное значение сигнала, напряжение «от пика до пика», напряжение «вершины» и «основания» импульса, среднее значение, среднеквадратичное значение, положительный и отрицательный выброс в процентах.

Режим курсорных измерений

Пожалуй, единственный режим, который в «виртуальном» осциллографе удобнее чем в «настоящем». Просто выделяем мышкой прямоугольник на экране и видим deltaT и deltaV. Курсорных режимов три: вертикальный, горизонтальный и “cross”, то есть и тот, и другой сразу. Зачем при этом нужны первые два, непонятно.

Автоустановка

«Волшебная» кнопка, которая настраивает оптимальный (по мнению программы) режим отображения.

Интерполяция

В силу дискретной природы измерений, отображаемые данные могут быть интерполированы следующим образом: «ступенчатый» режим, то есть отсутствие интерполяции, «линейный» режим и интерполяция вида sin(x)/x, которая, теоретически, должна быть наиболее точной. К сожалению, эффекта от её включения увидеть так и не удалось.

Настройки отображения

Отображение векторами или точками, отображение координатной сетки, яркость осциллогамм и сеток, ничего необычного.

Сохранение данных

Осциллограммы можно сохранять в разных форматах: txt, xls, doc и bmp. Первые три представляю собой просто значения отсчётов в текстовом виде, последний является скриншотом осциллограмм. Еще есть ref-формат, предназначенный для работы с ref-каналом.

На картинке выше показан интерфейс программы с двумя сигналами по входам А и В, с каналом математики, в который выводится FFT, с курсорами и с включенным режимом измерений.

В целом, осциллограф как осциллограф, только простейшие функции, но работают нормально. Можно было сделать лучше. Оценка 4.

Логический анализатор

Логический анализатор отображается в отдельном окне.

Мы видим 16 сигналов и … всё. Никаких настроек, никаких условий запуска, ничего вообще. Запуск захвата сигналов производится вручную кнопкой. Впрочем, одна настройка есть, SampleRate можно выбрать в пределах от 100 kSa/s до 48 kSa/s. Захват сигналов происходит до заполнения памяти (1M сэмплов).



Логический анализатор никак не связан с осциллографом, не может ни запускаться от его триггера, ни запускать его триггер, не может запускаться ни по фронту какого-либо логического сигнала, ни, тем более, ни по более сложным событиям и условиям.
Интерфейс анализатора после захвата сигналов начинает безбожно тормозить.
Те, кто работал с настоящими анализаторами, заплачут горючими слезами.

В общем, за анализатор оценка 2 с плюсом (всё-таки хоть что-то работает). Может быть, есть некоторая надежда, что логический анализатор будет работать лучше в следующей версии ПО.

Альтернативное ПО

Ничего хорошего в этом плане пока нет. Есть альтернативное ПО для DSO-6022BE, но оно не заработало с этой моделью. К тому же оно практически ничем не отличается от родного, кроме небольших изменений в дизайне GUI.
Есть ПО для приборов Hantek под Linux, но оно вообще не поддерживает линейку DSO-6000.

Драйвера

Windows 7 автоматически ничего не нашла, конечно же, пришлось ей указывать папку с драйверами вручную.

Загадочная кнопка и разъём на задней панели

Насколько можно понять из руководства, эта кнопка предназначена для вызова ПО. Однако она этой функции не выполняет, и является на данный момент просто кнопкой-для-красоты. То же самое можно сказать и о разъеме USBXI. Даже если он и предназначен для объединения нескольких приборов в один, то ни кабеля, ни каких-либо следов поддержки этой функции в ПО найти не удалось.

Общая оценка

Это, конечно, игрушка. Если использование осциллографа является вашим повседневным делом, то лучше купить нормальный осциллограф, без приставки «USB». Даже недорогой осциллограф имеет гораздо больше возможностей и функций. Не говоря уже об логическом анализаторе.
Однако, если осциллограф вам нужен редко, или если у вас очень ограничен бюджет, то работать с этой моделью можно.

SDK

Производитель выложил SDK, что может открывать некие нетривиальные возможности использования прибора, например, в автоматизированных измерительных комплексах. Но SDK я пока не смотрел.

Гикпорн

Что же у него внутри?

Снимаем пластиковые накладки и отвинчиваем переднюю и заднюю крышки. Теперь можно вынуть плату.




Фото платы

Что есть что на этой плате? Я обозначил цифрами все микросхемы. Давайте посмотрим, что есть что.

1. «Мозгами» является микроконтроллер Cypress cy7c68013a-100axc (http://www.cypress.com/?docID=45142). Микроконтроллер на ядре 8051 с интерфейсом High-speed USB. В принципе, понятный выбор. Высокой скорости от процессора не нужно, т. к. вся обработка происходит на стороне компьютера, но нужен быстрый USB.

Hantek 6022BE — USB-осциллограф, предназначенный для эксплуатации в полевых условиях. Прибор отлично работает с замедленными сигналами, для которых неважна высокая точность. Выпуском осциллографа Hantek 6022BE занимается китайская компания Hantek, специализирующаяся на производстве цифрового оборудования.

Приборы такого типа применяются в условиях отсутствия возможности подключения к стационарной сети и прекрасно улавливают замедленные сигналы, приём которых не требует повышенной точности фиксации.

Дизайн

Корпус осциллографа выполнен из серебристого алюминия, перемежаемого пластиковыми накладками и зеркальной надписью Hantek. На передней панели располагаются разъёмы для щупов и логического анализатора и контакты для калибровки: весьма предсказуемый внешний вид.

Корпус Hantek 6022BE оснащён кнопкой, разъёмом USB и небольшим люком с надписью USBXI, за которым скрыт дополнительный разъём.

Комплект поставки

Комплектация прибора стандартная: осциллограф, кабель USB, шлейфы для логического анализатора и 20 зажимов для него же, два щупа к осциллографу, маркировочные кольца разных цветов и отвёртки для корректировки частотной характеристики, инструкция к Hantek 6022BE. Несмотря на то, что в наименовании щупов — РР-80 - указана цифра 80, их полоса пропускания - всего 60 МГц. В комплекте также поставляется диск с программным обеспечением.

Эксплуатация

Несмотря на то, что программное обеспечение для Hantek 6022BE поставляется на носителе в комплекте, его можно скачать отдельно с официального ресурса компании-производителя. И софт, и инструкция по эксплуатации - на английском языке, однако на сайте имеются и русскоязычные версии.

После подключения осциллографа к компьютеру к самому прибору и контактам калибровочного генератора подсоединяются щупы. После запуска программы на монитор выводятся два сигнала прямоугольной формы, которая настраивается до идеального прямоугольника при помощи идущей в комплекте отвёртки.

Перед самокалибровкой Hantek 6022BE должен прогреться в течение 20 минут, что указано в инструкции по эксплуатации. Только после этого можно запускать калибровку устройства.

Развёртка

Режим запуска триггера только один — Edge, в котором пользователь может выбрать источник сигнала: канал 1, канал 2 или положительный/отрицательный фронт.

Функционал осциллографа предусматривает автоматический запуск, однократный запуск и работу в режиме Normal. Никаких других режимов работы триггер не имеет.

Чувствительность каналов

При коэффициенте щупа 1:1 чувствительность каналов может варьироваться в диапазоне от 200 mV/дел до 5 V/дел. Столь широкий разброс позволяет использовать щупы с делителями до 1:10 000.

Сдвиг по горизонтали и уровни срабатывания триггера могут корректироваться движением мышки, однако значения обеих величин в программе не отображаются: момент срабатывания триггера не привязан ни к одним данным, выводимым на экран.

Математический канал

Отображает разность, сумму, частное и произведение сигналов в обоих каналах и спектр FFT. Представлен в виде третьей осциллограммы. Для FFT может настраиваться тип окна. Так же выбирается шкала амплитуд — логарифмическая либо линейная.

Измерения

В горизонтальные измерения входят измерения частоты и периода сигнала, времени, за которое сигнал нарастает и спадает, ширины импульса и промежутка между импульсами в процентах ко всему периоду и во временных значениях.

Вертикальные - измерение минимального и максимального уровня сигнала, пикового напряжения, напряжения «основания» и «вершины» импульса, отрицательного и положительного выброса, среднего и среднеквадратичного значения.

Курсорные измерения - единственный режим, работа в котором на виртуальном осциллографе Hantek 6022BE значительно проще, чем на реальном. На экране выделяется необходимая область, после чего появляются deltaV и deltaT. Всего предусмотрено три курсорных режима: горизонтальный, вертикальный и cross, являющийся объединением первых двух.

Интерполяция

Отображаемые осциллографом данные в силу своей дискретной природы могут интерполироваться разными способами: в линейном режиме, в ступенчатом режиме при отсутствии интерполяции и в интерполяции вида sin (x)/x, которая является наиболее точной в теории. На практике, однако, особого эффекта от её использования замечено не было.

Сохранение информации

Сохранение снятых осциллограмм осуществляется в нескольких форматах: xls, doc, bmp и txt. В формате bmp сохраняется скриншот осциллограмм, в то время как остальные три представляют собой только текстовое отображение измерений. Для работы с ref-каналом используется отдельный формат ref.

Логический анализатор

Данные с анализатора отображаются в отдельном окне программы.

Софт не предусматривает для логического анализатора никаких настроек: на экран выводятся только сигналы в количестве 16 штук. Захват сигналов запускается вручную нажатием кнопки. Единственная имеющаяся у Hantek DSO 6022BE настройка — Samplerate, варьирующаяся от 100 kSa/s до 48 kSa/s. Сигналы захватываются до тех пор, пока не будет заполнена вся память устройства.

Логический анализатор не связан с самим осциллографом и работает полностью автономно. Судя по отзывам о Hantek 6022BE, недостатком анализатора является сильное торможение его работы после начала захвата сигналов.

Альтернативное программное обеспечение

Для Hantek DSO 6022BE имеется отдельное программное обеспечение, однако оно не работает со стандартной моделью осциллографа. Единственным его отличием от родного является изменение дизайна GUI.

Разъёмы и кнопка на задней панели

Сзади осциллографа располагается клавиша, которая, как указано в инструкции, вызывает программное обеспечение. Несмотря на это, своей функции она не выполняет и является разве что украшением. Разъём USBXI также не выполняет своей задачи: изначально он предназначался для объединения нескольких приборов, однако в комплекте к осциллографу не идёт ни кабель, ни какие-либо другие аксессуары.

Преимущества цифрового оборудования

Аналоговые приборы обладают следующими достоинствами:

  • АЦП работает практически бесшумно, не превышая допустимые значения.
  • Форма сигнала передаётся с высокой точностью.

Преимущества осциллографа Hantek

  • Малый вес, благодаря чему портативный прибор можно легко транспортировать.
  • Компактные габариты.
  • Функция измерения одиночных сигналов, что очень удобно в работе.
  • Интуитивно понятный и удобный интерфейс.
  • Цветной дисплей.
  • Все исследуемые данные и сведения о захваченных сигналах сохраняются в памяти осциллографа.
  • Возможность распечатки сохранённых данных.
  • Возможность создания AC-входа Hantek 6022BE своими руками.
  • Высокая скорость обработки данных.
  • Можно устанавливать

Стоимость осциллографа

Цена прибора на официальном русскоязычном сайте производителя составляет 4400 рублей. В специализированных магазинах стоимость начинается от 3800 рублей.

Итоги

Прибор Hantek 6022BE является весьма неплохим осциллографом, функционал которого позволяет раскуривать цифровые сигналы. Осуществляется это посредством настроек триггера по источнику, уровню и фронту, то есть по одному из имеющихся каналов.

Триггер может работать в автоматическом режиме (в нём осциллограф сильно напоминает старый аналоговый по принципу работы), нормальном режиме (обновление экрана и сведений осуществляется только в случае, если все условия срабатывания триггера соблюдаются) и одиночном режиме (экран обновляется один раз, для продолжения необходимо нажать на клавишу Start и вывести прибор из ожидания).

Нормальный и одиночный режимы работы позволяют легко зафиксировать необходимые данные и тщательно их изучать впоследствии по разным шинам, к примеру по USART.

Среди дополнительных функций отдельно можно выделить возможность проведения измерений непосредственно на экране — на остановленной осциллограмме можно выделять отдельные точки курсором и фиксировать период, амплитуду и прочие параметры записанного сигнала.

Осциллограф Hantek 6022BE можно использовать для работы с неспешными цифровыми сигналами до 100 МГц — шинами данных, микроконтроллерами и прочими устройствами. Изучение аналоговых сигналов ему даётся сложнее, поскольку во всей красе проявляются цифровые шумы.