Tu masz cały opis jak się posługiwać oscyloskopem.
Miernictwo
Oscyloskop – najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
CZĘŚĆ 9
W poprzednim odcinku omówione były podsta−
wowe właściwości sond oscyloskopu.
Niektóre zagadnienia zawarte w niniejszym od−
cinku przeznaczone są dla nieco bardziej zaawan−
sowanych, dotyczą bowiem zagadnień, których
zrozumienie wymaga pewnego przygotowania
i wiedzy. Nikomu jednak nie sprawi trudności przy−
swojenie sobie wniosków, wynikających z przepro−
wadzonej analizy .
Parametry sondy oscyloskopowej
W poprzednim odcinku wyjaśniono w ogólnym
zarysie, jak duże znaczenie ma zrozumienie para−
metrów sondy oscyloskopu, zwłaszcza kwestii po−
jemności wejściowej.
Przyjrzyjmy się bliżej tej sprawie.
Na rysunku 33 przedstawiono parametry katalo−
gowe pewnej sondy 1:1, a konkretnie przebieg re−
zystancji i reaktancji wejściowej. Taka sonda
Xc =
1
2πfC
Zdziwienie może budzić druga linia. Przedstawia
ona przebieg rezystancji wejściowej sondy w funk−
cji częstotliwości. Dlaczego ta rezystancja nie jest
stała (1MΩ)? Czy to nie jest pomyłka?
Nie! Rezystancja wejściowa sondy (a także re−
zystancja wejściowa samego oscyloskopu, wyno−
sząca 1MΩ dla prądu stałego) rzeczywiście zmniej−
sza się ze wzrostem częstotliwości. Ściślej biorąc,
chodzi o straty w dielektryku – ze wzrostem częstot−
liwości coraz większa ilość energii „obecnej w prze−
wodzie” zamienia się na ciepło. Inaczej mówiąc,
przy większych częstotliwościach z obwodu bada−
nego pobierana jest pewna energia, która zamienia
się na ciepło. Te straty są równoznaczne ze zmniej−
szaniem się rezystancji wejściowej sondy i słusznie
traktujemy je jako zmniejszanie się rezystancji.
Na marginesie trzeba dodać, że w przypadku re−
aktancji pojemnościowej nie mówimy o stratach –
choć przez reaktancję tę płynie prąd, nie występują
tam straty mocy (czynnej). Choć w przypadku prze−
pływu prądu przez reaktancję możemy jedynie mó−
wić o magazynowaniu energii i przesunięciu fazy
między prądem a napięciem, a nie o stratach mocy,
tym niemniej wpływ dołączenia tej pojemności do
badanego układu niewątpliwie jest negatywny.
W każdym razie rysunek 33 udowadnia, iż stra−
ty te są na tyle znaczne, że taka prosta sonda 1:1
zupełnie nie nadaje się do pracy przy częstotliwoś−
ciach większych niż 10...20MHz.
Rysunek 34 pokazuje przebieg rezystancji i reak−
tancji jakiejś sondy o tłumieniu 1:10. Tym razem,
Rys. 33. Charakterystyki sondy 1:1
w rzeczywistości jest po prostu odcinkiem kabla
współosiowego, zakończonym z jednej strony
zgrabnym chwytakiem, a z drugiej wtykiem BNC.
Mniej więcej takie parametry ma też metrowy od−
cinek kabla współosiowego – takiej prymitywnej
„sondy” dość często używa się w praktyce. Dlate−
go warto przeanalizować ten wykres. Jedna z linii
(prosta) określa przebieg reaktancji, czyli oporności
pojemnościowej. Tu sprawa jest jasna – ze wzros−
tem częstotliwości jednostajnie zmniejsza się reak−
tancja, zgodnie ze wzorem
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/97
Rys. 34. Charakterystyki sondy 1:10
33
Miernictwo
dzięki zastosowaniu „sztuczki” z dzielnikiem, pojem−
ność wejściowa i reaktancja pojemnościowa jest
mniejsza; mniejszy jest też wpływ strat rezystancyj−
nych w dielektryku. W sumie sonda o takich para−
metrach jest użyteczna w znacznie szerszym paśmie
częstotliwości, aż do prawie stu megaherców. Oczy−
wiście przy tak dużych częstotliwościach wypadko−
wa oporność sondy (wypadkowe połączenie rezys−
tancji i reaktancji) jest mała, ale mając świadomość,
jakie dodatkowe obciążenie dla układu stanowi dołą−
czona sonda, można jednak przeprowadzać sensow−
ne pomiary przy częstotliwościach do 100MHz.
Rysunek 35 pokazuje charakterystyki sondy 1:100.
Jak widać, tym razem użyteczny zakres częstotli−
wości przekracza 300MHz.
czemu uzyskuje się małą pojemność wejściową.
Dla wyeliminowania wpływu kabli, element czynny,
tranzystor, umieszcza
się w końcówce son− Fot. 1. Sonda czynna 1GHz (1MΩ 1pF)
dy. Dzięki temu zmi−
nimalizowany
jest
wpływ jakichkolwiek
szkodliwych pojem−
ności montażowych.
Obecnie produkuje
się sondy czynne
o oporności wejścio−
wej 1MΩ i pojem−
ności 1pF, pracujące
w paśmie do 1GHz.
Taka sonda pokazana
jest na fotografii.
Choć wykonanie
dobrej sondy czynnej
o pojemności wejściowej 1pF jest nie lada zada−
niem, jednak w amatorskiej praktyce warto czasa−
mi zbudować prostą „sondę aktywną” w postaci
wtórnika z tranzystorem polowym złączowym –
przyda się w pomiarach urządzeń w.cz.
Oprócz pojedynczych sond aktywnych, znane są
również różnego typu sondy różnicowe. Ten temat
wykracza jednak poza ramy niniejszego artykułu.
Należy jeszcze wspomnieć o sondach prądo−
wych. Jak wskazuje nazwa, służą one do pomiaru
prądu. Sonda prądowa firmy Fluke pokazana jest
na fotografii. Sondy prądowe, w przeciwieństwie
do zwykłego amperomierza, nie wymagają przecię−
cia obwodu wstawienia tam niewielkiego rezysto−
ra, na którym mierzony byłby spadek napięcia. Son−
dy prądowe przypominają cęgi – aby zmierzyć prąd
Fot. 2. Sonda prądowa do oscyloskopu
Rys. 35. Charakterystyki sondy 1:100
Charakterystyki sond pokazane na rysunkach
33...35 dotyczą sond starszej produkcji. Dziś pro−
dukuje się sondy o lepszych parametrach, współ−
pracujące z oscyloskopami o paśmie przenoszenia
sięgającym 500MHz. W artykule celowo przedsta−
wiono wyroby nieco starsze, ponieważ do najnow−
szego sprzętu ma w naszym kraju dostęp niewiel−
kie grono osób, a artykuł ma być przydatny dla sze−
rokiego grona elektroników, którzy zwykle mają
styczność ze sprzętem co najwyżej klasy średniej,
ewentualnie starszym sprzętem wyższej klasy.
Ale ogólne wnioski są jasne:
Dopiero właściwa sonda umożliwia wykorzysta−
nie szerokiego pasma oscyloskopu.
Obecnie wiele, jeśli nie większość sond, ma sys−
tem identyfikacji, dzięki któremu oscyloskop „wie”
jakie tłumienie ma dołączona sonda, i może wyświet−
lać na ekranie aktualne współczynniki odchylania.
W praktyce nie zawsze możliwe jest wykorzys−
tanie sondy 1:100, najmniej obciążającej badany
układ. Przy pomiarach bardzo małych napięć po−
trzebna jest sonda o jak najmniejszym tłumieniu.
Od lat produkuje się więc tak zwane sondy aktyw−
ne, w przeciwieństwie do sond biernych, wymaga−
jące źródła zasilania. Najczęściej nie tłumią one, ani
nie wzmacniają sygnału. Zbudowane są zazwyczaj
na specjalnego typu tranzystorach polowych, dzięki
34
w przewodzie wystarczy objąć nimi ten przewód.
Niektóre sondy działają na zasadzie transformatora,
ściślej przekładnika – mogą mierzyć tylko prąd
zmienny. Inne sondy prądowe wykorzystują czuj−
nik Halla – hallotron – dzięki czemu mierzą prądy
stałe i zmienne.
W starszej literaturze można znaleźć układy
przystawek, za pomocą których oscyloskop morze
mierzyć inne parametry, na przykład pojemność,
charakterystyki elementów półprzewodnikowych,
itd. Obecnie przystawki takie nie są używane
w praktyce. Jedynym wyjątkiem jest układ do po−
miaru indukcyjności i maksymalnego prądu pracy
cewek indukcyjnych.
(red)
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/97
Miernictwo
Dopasowanie linii i odbicia
W tym śródtytule zostanie wyjaśnione pewne
nieporozumienie.
W literaturze często spotyka się zalecenie, że
przy przesyłaniu sygnałów o większych częstotli−
wościach należy stosować przewody koncentrycz−
ne o rezystancji charakterystycznej 50Ω i zapewnić
dopasowanie z obu stron takiej linii przesyłowej.
Dlatego wielu elektroników łącząc oscyloskop z ba−
danym układem stosuje zawsze taki koncentryczny
przewód, upewniając się, czy rzeczywiście jest to
przewód 50−omowy.
Zasada jest w swej istocie słuszna, ale należy
wiedzieć, jakiego zakresu częstotliwości dotyczy.
Należy zacząć od prędkości przesyłania sygnału
w takim kablu koncentrycznym. Jest ona nieco
mniejsza od prędkości światła i wynosi mniej wię−
cej 20cm/ns
Kwestia odbić i dopasowania wtedy będzie od−
grywać jakąś rolę, gdy długość przesyłanej fali, al−
bo też czasy przesyłanych impulsów będą porów−
nywalne z czasem przejścia sygnału przez daną li−
nię.
Weźmy przewód pomiarowy o długości 1 met−
ra. Sygnał przechodzi przez niego przez około
100cm / (20cm/ns) = 5ns
Długość 1m ma fala elektromagnetyczna
o częstotliwości około 300MHz.
A więc dopiero powyżej częstotliwości 100MHz
i przy impulsach krótszych niż 10ns trzeba się za−
cząć martwić o dopasowanie. Rzeczywiście, oscy−
loskopy pracujące przy częstotliwościach rzędu kil−
kuset megaherców, często mają wejście o rezys−
tancji nie 1MΩ, tylko właśnie 50Ω. Do takich oscy−
loskopów koniecznie trzeba stosować odpowied−
nie kable, rozgałęźniki, tłumiki i dopasowania.
Natomiast w oscyloskopie o paśmie 20MHz czy
nawet 50MHz, współpracującym z sondą o długoś−
ci 1m, problem dopasowania impedancji przewo−
dów praktycznie nie występuje. Ponadto dopaso−
wanie 50−omowego kabla do wejścia o dużo więk−
szej rezystancji wcale nie jest sprawą łatwą (jeśli
w ogóle możliwą).
Wniosek?
Przy oscyloskopach o paśmie rzędu kilkudziesię−
ciu megaherców wcale nie jest konieczne
stosowanie 50−omowego kabla koncent−
c)
rycznego w roli prostej sondy 1:1.
Dotyczy to zwłaszcza pomiarów przy
małych częstotliwościach (do 100kHz).
Często się widzi, że elektronik nie ma właś−
ciwych sond do oscyloskopu i stosuje
zwykłe kable, z jednej strony zakończone
wtykiem BNC, z drugiej wprost lutowane
a)
do badanego układu. Nader często są to grube,
twarde 50−omowe kable koncentryczne. Używanie
takich sztywnych kabli to prawdziwa męczarnia.
Tymczasem, jeśli pomiary dotyczą tylko małych
częstotliwości, do 20...100kHz, śmiało można za−
stosować krótkie (20cm) kawałki cienkiego i mięk−
kiego przewodu ekranowanego. Różnica między
grubym „porządnym” koncentrycznym kablem 50−
omowym, a takim cienkim i elastycznym przewo−
dem ekranowanym, w zakresie małych częstotli−
wości są praktycznie żadna.
Dlatego przy braku fabrycznych sond 1:10 (któ−
re są zalecane w każdej sytuacji), do układów m.cz.
można śmiało wykorzystać krótkie odcinki jakiego−
kolwiek przewodu ekranowanego.
Zakłócenia i błędy
W tym miejscu należy jeszcze wspomnieć, że
w pewnych sytuacjach nie stosuje się ani żadnych
fabrycznych sond, ani „samoróbki” z przewodu ek−
ranowanego, tylko łączy się badany układ z gniaz−
dem wejściowym oscyloskopu za pomocą dwóch
krótkich (do 10cm) jednożyłowych przewodów;
jedna żyła to masa, druga – sygnał. Jeśli przewody
nie są ze sobą skręcone, pojemność takiej
„sondy” jest praktycznie żadna, poniżej 1pF, i bada−
ny układ obciążony jest tylko pojemnością i rezys−
tancją wejściową oscyloskopu.
Takie dwa przewody mogą jednak działać jak an−
tena i zbierać z otoczenia różne „śmieci”, w tym
zakłócenia. Dlatego metoda z gołymi krótkimi prze−
wodami może być stosowana przy sygnałach
o większej amplitudzie. Przy badaniu małych syg−
nałów w obecności silnych zakłóceń, zapewne ko−
nieczny będzie przewód ekranowany lub koncent−
ryczny.
I tu warto zwrócić uwagę na kilka istotnych
spraw.
Wśród elektroników panuje powszechne prze−
konanie, że przewód ekranowany całkowicie likwi−
duje wszelkie problemy z przenikaniem, czy
„zbieraniem” zakłóceń z otoczenia. Jest w tym
sporo prawdy, ale jak zwykle nie jest to prawda
ostateczna. Rzeczywiście, ekranowany przewód,
którego ekran jest podłączony do masy układu, nie
b)
Rys. 36. Szkodliwa pętla w pomiarach oscyloskopowych
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/97
35
Miernictwo
dopuszcza do środkowej żyły zakłó−
ceń przedostających się przez pole
elektrostatyczne i elektromagne−
tyczne. Ale należy tu jeszcze wziąć
pod uwagę wpływ pola magnetycz−
nego. Jak podają mądre książki, że−
by wyeliminować wpływ pola mag−
netycznego, należy zastosować ek−
ran, a właściwie pancerz, stalowy
o grubości powyżej 10mm lub mie−
dziany jeszcze grubszy...
W praktyce wcale nie jest to po−
trzebne, trzeba tylko rozumieć pew−
ną ważną sprawę.
Rys. 37.Błędne prowadzenie „podwójnej” masy
O ile pod wpływem pola elekt−
rycznego, zakłócenie może się zaindukować w jed− nek 37 jest przekreślony. W takiej sytuacji ekran
nym przewodzie, o tyle pole magnetyczne może kabla i dodatkowy przewód tworzą pętlę. W pętli
zaindukować napięcie i prąd tylko w pętli czyli tej indukuje się prąd, być może o znacznej wartoś−
w zwoju lub zwojach. Pętla lub wielozwojowa cew− ci, który na rezystancji ekranu kabla może wywołać
ka podłączona do wejścia oscyloskopu może więc zauważalny spadek napięcia.
Przy okazji omawiania zakłóceń warto jeszcze
pełnić rolę czujnika pola magnetycznego.
Na rysunku 36 pokazano trzy sytuacje. Rysu− wspomnieć o kolejnej możliwości utworzenia pętli
nek 36a pokazuje jak zrobić pętlę do pomiaru pół masy. Większość oscyloskopów ma wtyczkę „z
magnetycznych. Tymczasem wielu elektroników uziemieniem”. Bolec uziemiający jest połączony
stosując fabryczną sondę lub przewód ekranowa− z obudową oscyloskopu, czyli masą. Jeśli używany
ny, nie podłącza do badanego układu masy sondy, zasilacz ma takie same połączenie obwodu
tylko dla wygody, do połączenia mas oscyloskopu „uziemienia”, wtedy połączenie przewodami masy
i układu stosuje oddzielny przewód, jak pokazano zasilacza, masy układu i masy oscyloskopu za−
na rysunku 36b. Tworzą tym samym większą lub mknie takową pętlę. Na problemy z taką pętlą ma−
mniejszą pętlę, która zbiera z otoczenia zakłócenia sy można się natknąć bardzo często i nie ma jedno−
przenoszone przez pole magnetyczne. Należy tu znacznej reguły, jak wtedy postąpić.
W każdym razie generalnie należy unikać pętli
podkreślić, że zakłócenia te nie są duże, i problem
pojawia się tylko przy pomiarach małych napięć, masy i stosować sposób z rysunku 36c.
Wiadomości podane w dwóch ostatnich odcin−
rzędu miliwoltów. Przy dużych sygnałach można
stosować sposób z rysunku 36b, bo rzeczywiście kach nie wyczerpują wszystkich spraw związanych
z praktycznym wykorzystaniem oscyloskopu. Syg−
jest wygodny.
Natomiast przy małych sygnałach należy mini− nalizują jednak dwa podstawowe zagadnienia:
malizować powierzchnię pętli tworzonej przez – Czy dołączenie oscyloskopu ma wpływ na pracę
badanego układu?
przewód masy, jak pokazano to na rysunku 36c.
Sprawa połączenia masy ma też bardzo duże – Czy obraz na ekranie dokładnie odwzorowuje
przebiegi w badanym układzie?
znaczenie przy obserwacji krótkich impulsów. Przy
Dobry elektronik powinien zdawać sobie spra−
niewłaściwym połączeniu, np. wg rysunku 36b, ob−
raz zboczy impulsów będzie zniekształcony i może wę, na ile parametry wejścia oscyloskopu, zasto−
wprowadzić w błąd obserwatora. Będzie on potem sowanej sondy i sposobu podłączenia, mają wpływ
szukał w układzie przyczyny zniekształceń impul− na działanie układu i kształt przebiegów na ekranie.
(red)
sów, gdy tymczasem impulsy w układzie będą pra−
widłowe, natomiast przyczyną zniekształceń obra−
fotografie
zu w oscyloskopie będzie właśnie niepoprawne
1. Aktywna sonda pomiarowa Tektronix 1GHz
prowadzenie obwodu masy.
Błędne jest także dwukrotne połączenie obwo− 1MHz 1pF (skanować z prospektu
du masy, tak „na wszelki wypadek”. Dlatego rysu −
2. Sonda prądowa AC 100mA−1000A firmy Flu−
ke (skanować z katalogu str. 35
36
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/97
M
Miernictwo
Oscyloskop − najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
Do pełnego zrozumienia wiadomości podanych
w tym artykule, potrzebna jest znajomość materia−
łu zamieszczonego w poprzednich dwóch odcin−
kach.
Podane tam zostały podstawowe informacje
o budowie i działaniu prostego oscyloskopu.
W tym odcinku przedstawione zostaną bardziej
rozbudowane, profesjonalne oscyloskopy. Czytel−
nicy EdW to w dużej części ludzie młodzi i hob−
byści. Nie wszyscy mają dostęp do drogiego, pro−
fesjonalnego sprzętu. Jednak za kilka lat dzisiejsi
uczniowie i studenci staną się profesjonalistami
i już teraz powinni poznać i zrozumieć rozwiąza−
nia stosowane w nowoczesnych przyrządach.
Podany materiał zainteresuje też bardziej za−
awansowanych amatorów, którzy rozważą możli−
wość zakupu droższego sprzętu.
Dlaczego?
Ocyloskopy najtańsze, przeznaczone dla ama−
torów, mają szereg wad i ograniczeń. Oczywiście,
początkujący hobbysta, zajmujący się elektroniką
dorywczo, powinien rozejrzeć się za jakimś możli−
wie tanim oscyloskopem. Ponieważ obecnie trud−
niej jest kupić tanio na bazarze oscyloskop produk−
cji b. ZSRR, warto przejrzeć ogłoszenia, dowie−
dzieć się, czy można kupić starszy sprzęt w likwi−
dowanych lub modernizowanych zakładach prze−
mysłowych, ewentualnie dać ogłoszenie do rubryki
Rynek i Giełda i kupić od kogoś sprzęt używany.
Natomiast elektronik poważnie traktujący swoje
hobby czy zawód, na pewno nie powinien kupo−
wać sprzętu najniższej klasy. Dopiero porządny os−
cyloskop dwukanałowy daje szereg nowych funk−
cji, niedostępnych w sprzęcie najprostszym. Dlate−
go należy starannie rozważyć zagadnienia finanso−
we i postarać się o sprzęt mający odpowiednie
możliwości i parametry. Warto raz zdobyć się na
znaczny wydatek i nabyć przyrząd, który na długo
zapewni satysfakcję.
Wniosek ten dotyczy tym bardziej oscylosko−
pów kupowanych do szkolnych laboratoriów, pra−
cowni rzemieślniczych czy zakładów przemysło−
wych.
Niniejszy odcinek zawiera przegląd profesjonal−
nych oscyloskopów, z których te tańsze na pewno
leżą w zasięgu wielu Czytelników EdW.
ryczne. Często chodzi o uchwycenie zależności
między napięciami w różnych punktach układu
i wtedy oba przebiegi w tym samym czasie muszą
pojawić się na ekranie.
Wydawałoby się, że jedyną metodą jest umiesz−
czenie w jednej lampie oscyloskopowej dwóch
niezależnych systemów z dwoma wyrzutniami
elektronów, dwoma parami płytek odchylających,
wytwarzających dwa strumienie elektronów, z któ−
rych każdy rysowałby niezależny obraz.
Takie lampy oscyloskopowe istnieją, nie cieszą
się jednak zbytnią popularnością. Lampy i zawiera−
jące je oscyloskopy nazywa się dwustrumieniowy−
mi. Oscyloskopy dwustrumieniowe były produko−
wane w znacznych ilościach w ZSRR. Zaletą takich
oscyloskopów jest niezależna praca poszczegól−
nych systemów, co znacznie rozszerza możliwości
pomiarowe. W skrajnym przypadku uzyskuje się
połączenie dwóch zupełnie niezależnych oscylo−
skopów w jednej obudowie, przy czym ekran jest
wspólny. Podstawową wadą oscyloskopów dwu−
strumieniowych jest skomplikowana budowa i wy−
soka cena.
Na szczęście istnieje prosty sposób pozwalający
zobrazować na zwykłej jednostrumieniowej lam−
pie dwa lub więcej przebiegów. Sposób ten wyko−
rzystuje się w praktycznie wszystkich produkowa−
nych obecnie oscyloskopach. Oscyloskopy takie
nazywa się dwukanałowymi (spotyka się też oscy−
loskopy czterokanałowe).
W oscyloskopie dwukanałowym występują dwa
niezależne kanały wzmocnienia i szybki przełącz−
nik elektroniczny. Fragment schematu blokowego
takiego oscyloskopu pokazano na rysunku 11.
W każdym dwukanałowym oscyloskopie przełącz−
CZĘŚĆ 3
Oscyloskop dwustrumieniowy
i dwukanałowy
W elektronicznej praktyce nierzadko zachodzi
potrzeba lub wręcz konieczność, by jednocześnie
zbadać i obejrzeć na ekranie dwa przebiegi elekt−
32
Rys. 11. Uproszczony schemat blokowy oscyloskopu dwukanałowego.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/97
Miernictwo
a) nieprawidłowy
b) prawidłowy
Rys. 13. Obraz na ekranie przy różnych
sposobach synchronizacji.
Rys. 12. Zasada pracy przemiennej.
nik rodzaju pracy pozwala przedstawić na ekranie:
− przebieg z kanału A
− przebieg z kanału B
− sumę (lub różnicę) sygnałów z obu kanałów
− jednocześnie przebiegi z obu kanałów
Pokazany przełącznik elektroniczny w rzeczy−
wistości jest układem sumującym prądy, dlatego
umożliwia sumowanie przebiegów z obu kanałów.
Zamiast sumy częściej jednak wykorzystuje się róż−
nicę dwóch przebiegów (na przykład, aby pozbyć
się sygnału wspólnego) − właśnie do pracy różnico−
wej potrzebny jest przełącznik odwracający obraz
Rys. 14. Zasada pracy siekanej.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/97
na ekranie “do góry nogami”, umieszczony w jed−
nym z kanałów.
Do jednoczesnego uzyskania na ekranie obrazu
dwóch przebiegów stosuje się albo tryb pracy prze−
miennej, albo tryb pracy siekanej. Na płycie czoło−
wej niektórych oscyloskopów znajduje się prze−
łącznik umożliwiający wybór rodzaju pracy, opisa−
ny ALT(ernate) − kolejny, przemienny i CHOP −
ang. siekać, rąbać. W rosyjskich oscyloskopach
odpowiadają temu określenia ðåæèì ïîî÷åðåäíûé
i ðåæèìïåðåðóâíûé.
Rysunek 12 ilustruje zasadę pracy przemiennej.
W czasie jednego cyklu pracy podstawy czasu ry−
sowany jest przebieg z kanału A, w czasie następ−
nego cyklu − z kanału B, i tak dalej. Pracą przełącz−
nika elektronicznego steruje przerzutnik, który
z kolei otrzymuje informację z generatora podsta−
wy czasu. Zasada pracy jest, jak widać, bardzo
prosta.
Ale nasuwa się tu ważne pytanie: jak synchroni−
zowany jest obraz na ekranie?
W zależności od sposobu synchronizacji obraz
na ekranie będzie inny i może wprowadzić w błąd
niedoświadczonego obserwatora. Ilustruje to rysu−
nek 13. Na rysunku 13a pokazano, jak będzie wy−
glądał obraz, gdy podstawa czasu wyzwalana bę−
dzie za każdym razem przebiegiem z innego kana−
łu. Natomiast zupełnie inny obraz, prawidłowo ob−
razujący zależności czasowe (czy też inaczej mó−
wiąc fazowe) powstanie wtedy, jeśli za każdym ra−
zem podstawa czasu będzie wyzwalana przebie−
giem z tego samego kanału (jak na rysunku 12
i 13b).
Ponieważ jest to naprawdę ważna sprawa prak−
tyczna, każdy Czytelnik, który ma do czynienia
z oscyloskopem dwukanałowym powinien zasta−
nowić się, czy dokładnie rozumie problem i jak
wygląda to w jego oscyloskopie.
Najprawdopodobniej trzeba będzie zajrzeć do
instrukcji lub przeprowadzić próby, bowiem nie
wszystkie oscyloskopy mają przełączniki umożli−
wiające wybór jako źródła synchronizacji jednego
lub przemiennie dwóch kanałów. Zazwyczaj źród−
łem synchronizacji jest kanał oznaczony liczbą
1 lub literą A. W takiej sytuacji nasuwa się jednak
kolejne pytanie: czy w trybie pracy wyzwalanej na
ekranie pojawi się obraz, jeśli w tym kanale nie bę−
dzie sygnału? Na to pytanie Czytelnik odpowie sa−
modzielnie.
Innym trybem stosowanym do jednoczesnego
zobrazowania na ekranie dwóch przebiegów jest
33
Miernictwo
praca siekana. Jak widać z rysunku 14, przebiegi
z obydwu kanałów są próbkowane, jakby siekane,
i na ekranie podczas jednego przebiegu podstawy
czasu rysowane są na przemian kawałeczki jedne−
go i drugiego przebiegu. Jak łatwo się domyślić,
w tym trybie nie ma problemu z synchronizacją −
źródłem sygnału synchronizacji musi być przez
cały czas tylko jeden z kanałów.
Dlaczego jednak przy pracy siekanej nie widzi−
my na ekranie fragmentów obu przebiegów, two−
rzących swego rodzaju grzebień, tylko dwa pełne,
czyste przebiegi? Odpowiedź jest prosta − przecież
obraz na ekranie rysowany jest wielokrotnie,
a przebieg siekający nie jest zsynchronizowany
z przebiegiem badanym. Częstotliwość sygnału
siekającego jest rzędu kilkuset kiloherców, można
więc przeprowadzić eksperyment i podać z gene−
ratora na wejścia obu kanałów Y (lub tylko jedne−
go) sygnały, na przykład sinusoidalny i prostokątny,
o regulowanej częstotliwości (około 100kHz).
W pewnym zakresie częstotliwości tego generatora
będzie można zobaczyć, że rzeczywiście oba wy−
stępujące na ekranie przebiegi rysowane są po ka−
wałku.
A teraz pytanie kontrolne: czy w oscyloskopie
dwukanałowym nie wystarczyłby tylko jeden spo−
sób pracy, przemienny albo siekany?
Okazuje się, że nie. Przy częstotliwościach po−
niżej 50Hz podczas pracy przemiennej występuje
silne migotanie obrazu, bo przecież każdy przebieg
rysowany jest podczas kolejnego cyklu podstawy
czasu. Dlatego przy małych częstotliwościach ko−
nieczne jest wykorzystanie trybu siekanego. Nato−
miast przy badaniu przebiegów o czasach rzędu
pojedynczych mikrosekund i krótszych, pracy sie−
kanej stosować nie można, bo okres przebiegu sie−
kającego jest dłuższy niż okres badanych przebie−
gów.
Niektóre oscyloskopy dwukanałowe wyposażo−
ne są w przełącznik pozwalający wybrać pracę
przemienną lub siekaną, w innych przełączanie
trybu pracy odbywa się automatyczne, w zależnoś−
ci od wybranego zakresu podstawy czasu.
Linia opóźniająca
Niektóre droższe oscyloskopy wyposażone są
w tak zwaną linię opóźniającą. Niektórym Czytel−
nikom skojarzy się to być może z linią opóźniającą
stosowaną w torze chrominancji odbiorników tele−
wizyjnych, wprowadzającą opóźnienie sygnału
o 64 mikrosekundy. W oscyloskopie wystarczy li−
nia opóźniającą sygnał badany o ułamek mikrose−
kundy. Linia taka stosowana jest, aby na ekranie
można było oglądać przednie zbocze sygnału.
W praktyce często bada się szybkie przebiegi im−
pulsowe. Początek impulsu, czyli jego przednie
zbocze, przechodzi przez układ synchronizacji
i wyzwala generator podstawy czasu. Na przejście
przez układ synchronizacji i start generatora po−
trzebny jest pewien krótki czas, właśnie rzędu
ułamka mikrosekundy. Gdy plamka rysująca obraz
na ekranie pojawi się z takim niewielkim opóźnie−
niem, krótkie przednie zbocze już się zdąży zakoń−
czyć i nie może być zobrazowane. Obecność linii
opóźniającej sygnał w torze Y gwarantuje, że na
ekranie pojawi się także przednie zbocze badane−
go sygnału. Rysunek 15a pokazuje obraz krótkiego
34
a) bez linii opóźniającej
b) z linią opóźniającą
Rys. 15. Obraz krótniego impulsu.
impulsu w oscyloskopie bez linii opóźniającej,
a rysunek 15b − gdy zastosowano taką linię.
W praktyce obecność linii opóźniającej przyda−
je się tylko przy badaniu najszybszych przebiegów.
Brak takiej linii nie jest znaczącą wadą oscylosko−
pu.
Niektórych Czytelników może zaciekawi wia−
domość, że w niektórych starszych oscyloskopach
linię opóźniającą stanowił po prostu kilku, czy kil−
kunastometrowy odcinek przewodu koncentrycz−
nego, który w postaci kilku zwojów umieszczony
był niekiedy z tyłu, na zewnątrz obudowy.
Wyjście kalibratora
Większość oscyloskopów wyposażona jest
w tak zwane wyjście kalibratora. Na wyjściu tym
występuje przebieg prostokątny o częstotliwości
około 1kHz i amplitudzie rzędu 1V.
Sygnał ten dostępny jest nie na standardowym
gnieździe BNC, tylko na nietypowym punkcie
umieszczonym zwykle na płycie przedniej.
Wbrew pozorom, wyjście to nie służy do kalib−
racji współczynników odchylania w torze Y lub
współczynników czasu w generatorze podstawy
czasu (choć w starych oscyloskopach można je by−
ło do tego wykorzystywać).
Sygnał z tego wyjścia służy do kalibracji charak−
terystyki częstotliwościowej używanych sond po−
miarowych.
Więcej informacji na temat sond będzie podane
w jednym z następnych odcinków, teraz wystarczy
wiedzieć, że prawie zawsze przy pomiarach oscy−
loskopowych zamiast zwykłych przewodów po−
miarowych, stosuje się sondy tłumiące sygnał dzie−
sięciokrotnie. Każdą sondę można dołączać do do−
wolnego oscyloskopu, ale ponieważ oscyloskopy
mają różną pojemność wejściową (od 15 do 40pF),
zachodzi konieczność kalibracji sondy, aby uzys−
kać równomierne pasmo przenoszenia.
W praktyce jest to bardzo proste i zajmuje kilka
sekund. Ostrze kalibrowanej sondy (tłumiącej
w stosunku 1:10), należy dotknąć do wspomniane−
go wyjścia kalibracji, a następnie wkrętakiem tak
ustawić trymer w obudowie sondy, żeby uzyskać
Rys. 16. Kalibracja sondy.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/97
Miernictwo
Rys. 17. Sposób wykorzystania wobulatora.
przebieg najbardziej zbliżony do prostokątnego.
Na rysunku 16 pokazano przebiegi ne ekranie
w trakcie kalibracji. Po takim prostym zabiegu son−
da jest gotowa do pracy.
Beam find
Niektóre oscyloskopy wyposażone są w przy−
cisk oznaczony BEAM FIND lub ïîèñê ëó÷à. Jak
wskazuje nazwa, przycisk jest pomocny wtedy, jeś−
li nie wiadomo dlaczego obraz “uciekł” z ekranu.
Naciśnięcie tego przycisku rozjaśnia i pomniejsza
obraz. Można wtedy określić, czy przyczyną jest
złe ustawienie pokrętła jasności, przesuwu pozio−
mego lub pionowego, czy też rzeczywiście obraz
uciekł w dół lub w górę pod wpływem dużej skła−
dowej stałej. Jeśli po naciśnięciu przycisku nie
uzyska się żadnego obrazu, lub tylko świecącą
kropkę, to nie pracuje generator podstawy czasu,
czyli najprawdopodobnie w trybie wyzwalanym
źle ustawione są regulatory synchronizacji.
Tryb X−Y−Z
Wszystkie lepsze oscyloskopy dwukanałowe (a
także niektóre jednokanałowe) mają możliwość
pracy w tak zwanym trybie X−Y. Dotychczas omó−
wiono typowe wykorzystanie oscyloskopu, gdy
w torze X pracował generator podstawy czasu. Ale
oscyloskop można wykorzystywać do wielu zadań,
między innymi jako wskaźnik, gdy plamka także
w osi poziomej jest odchylana przez przebiegi po−
dawane z zewnątrz. Na płycie czołowej przyrządu
należy więc szukać pozycji któregoś z przełączni−
ków oznaczonej X−Y. W tej pozycji generator pod−
stawy czasu jest odłączony i zewnętrzny sygnał po−
dawany jest na wzmacniacz i płytki X. Niektóre os−
cyloskopy mają specjalne gniazdo wejściowe
oznaczone INP X lub âõîä X. Ale w oscyloskopach
dwukanałowych przy pracy w trybie X−Y zwykle je−
den z kanałów pełni rolę wzmacniacza Y, drugi −
wzmacniacza X.
Większość Czytelników domyśliła się już, iż to
właśnie w trybie X−Y uzyskuje się tak zwane krzy−
we Lissajous opisywane w podręcznikach. Tak, ale
nie tylko. Na ekranie oscyloskopu można na przy−
kład wyświetlić tekst lub rysunki. Oczywiście do
wytworzenia odpowiednich przebiegów trzeba za−
stosować komputer, mikroprocesor lub przynaj−
mniej pamięć typu EPROM lub RAM. Bardzo inte−
resującą możliwością jest wykorzystanie oscylo−
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/97
skopu pracującego trybie X−Y przy pomiarach
z użyciem generatora przestrajanego napięciem −
wobulatora. Wtedy na wejście X podaje się napię−
cie (zwykle piłokształtne), sterujące także częstotli−
wością przestrajanego napięciem generatora, a na
wejście Y sygnał wyjścia z badanego urządzenia.
Uproszczony schemat blokowy takiego systemu
pokazano na rysunku 17. W jednym z poprzednich
numerów EdW w Forum Czytelników przedstawio−
no opis przeróbki prostego oscyloskopu do pracy
w trybie X−Y.
Oscyloskop w trybie X−Y jest też świetnym
wskaźnikiem dla wszelkiego rodzaju charakterog−
rafów, czyli systemów określających charakterysty−
ki napięciowi−prądowe różnych elementów.
Piszący te słowa widział nawet oscyloskop
w trybie X−Y pracujący jako bardzo kiepskiej jakoś−
ci ekran telewizyjny. Co prawda na taki dziwaczny
eksperyment szkoda czasu, bowiem świecąca ziel−
ono, typowa lampa oscyloskopowa nie pozwala
uzyskać poprawnego obrazu TV,
Niemniej jednak elektronik, który poważnie
traktuje swą pasję, powinien mieć oscyloskop, mo−
gący pracować w trybie X−Y.
Ktoś może jeszcze zapyta, dlaczego na ekranie
nie widać momentów przejścia plamki między
dwoma przebiegami przy pracy siekanej, a także li−
nii podczas szybkiego powrotu plamki z prawej
strony ekranu na lewą?
Linie te byłyby widoczne na ekranie, gdyby os−
cyloskop nie posiadał obwodów wygaszania plam−
ki na ten czas. Jak podano w poprzednim odcinku,
regulacja jasności, w tym także całkowite wygasza−
nie plamki, odbywa się przez zmianę napięcia na
jednej z elektrod (siatek) lampy oscyloskopowej.
W dobrych oscyloskopach oprócz obwodów
wygaszania powrótów oraz obwodu płynnej regu−
lacji jasności obrazu, wprowadzono także dodat−
kowe wejście, oznaczane literą Z, które umożliwia
regulacji jasności plamki za pomocą podanego
z zewnątrz napięcia. Takie wejście jest bardzo
przydatne w przy podanych powyżej, bardziej za−
awansowanych sposobach wykorzystania oscylo−
skopu. Właśnie wtedy wykorzystuje się tory X,
Y i Z.
OS−9020
Na fotografi 4 przedstawiono płytę czołową
najpopularniejszego dwukanałowego oscyloskopu
z oferty AVT, modelu OS−9020A koreańskiej firmy
Goldstar. Właśnie tej klasy przyrząd można polecić
nawet średnio zaawansowanym elektronikom.
Oscyloskop OS−9020A jest najtańszy z całej ro−
dziny OS−9000. Jest oczywiście najuboższy, ale na−
leży mieć na względzie, że większość funkcji do−
stępnych w droższych modelach nie daje jakiś no−
wych, cennych możliwości, tylko ułatwia pomiary.
Pokazany oscyloskop realizuje prawie wszystkie
funkcje, jakie są potrzebne w praktyce (nie można
nim jednak badać przebiegów jednorazowych).
Wyposażony jest w lampę z dużym, prostokątnym
ekranem o wymiarach 10x8cm, posiadajacą we−
wnętrzną skalę.
Przyrząd może mierzyć sygnały od prądu stałe−
go (0Hz) do przynajmniej 20MHz. Ten zakres częs−
totliwości całkowicie wystarczy nawet zaawanso−
wanemu elektronikowi.
35
Miernictwo
Zakres współczynników wzmocnienia torów
wynosi 1mV/dz...5V/dz. Maksymalne dopuszczal−
ne napięcie szczytowe podawane na wejścia nie
może przekroczyć 250V. Zakres kalibrowanych
współczynników podstawy czasu wynosi 0,2µs/
dz...0,2s/dz, przy czym istnieje możliwość posze−
rzenia go do 0,02µs/dz. Przyrząd może pracować
w temperaturze 0...+40°C, waży 7,8kg i pobiera
z sieci około 40W mocy.
Kolejnym ćwiczeniem dla Czytelników jest
określenie roli wszystkich regulatorów i gniazd
znajdujących się na płycie przedniej.
Wszyscy nabywcy takiego oscyloskopu otrzy−
mują oprócz karty gwarancyjnej oryginalną instruk−
cję w języku angielskim i jej tłumaczenie na język
polski. Uzyskają z nich dokładne dane dotyczace
parametrów przyrządu, a także sporo cennych
wskazówek odnośnie eksploatacji i przeprowadza−
nia pomiarów. Zarówno treść oryginalnej instruk−
cji, jak i staranny polski przekład zasługują na
uznanie.
Właśnie prezentowany oscyloskop posiadający
niemal wszystkie, potrzebne w praktyce możliwoś−
ci, jest przykładem sprzętu, jaki można polecić bar−
dziej zaawansowanym Czytelnikom EdW.
(red)
ERRARE HUMANUM EST
W EdW 1/97 oprócz kilku literówek wytropiliście następujące drobne błędy:
· W opisie aparatury do zdalnego sterowania modeli (str. 9, pierwsza szpalta) zamiast U1, T1, wspomniano o U4, T3, nato−
miast w tabeli 1 na tej samej stronie w czwartej linii zamiast UM3758−180A/B powinno być UM3758−108A/B.
· Na str. 15 rys. 12 (Szkoła konstruktorów) zabrakło oznaczenia punktu C − należy go zaznaczyć na górnej końcówce przycis−
ku STOP.
· W wykazie elementów psychomaszyny (str. 22) rezystor R26 powinien mieć wartość 15W , jak podano na schemacie ideo−
wym. Natomiast ostatnie zdanie na stronie 22, dotyczące numeru płytki psychomaszyny, powino brzmieć: ...pod symbo−
lem EdW−012.
· Na str. 38 w artykule o oscyloskopach zabrakło ry−
sunku 4. Oto on:
· Na wkładce (str 40) zamieniono podpisy nadajnik −
odbiornik; zabrakło też rysunku ścieżek od strony
elementów nadajnika zdalnego sterowania. Rysu−
nek ten jest na wkładce w dzisiejszym numerze.
· W opisie prostego generatora w.cz. (str. 41, 42)
wartość kondesatora C4 powinna wynosić 6,8pF,
czyli tak jak podano w spisie elementów. Niemniej
układ będzie też pracował poprawnie z kondensa−
torem C4 o pojemności 68pF.
· W ”Listach od Piotra” na str. 58 w podpisie rys.
6 zamiast “instalacji alarmowej” powinno być “in−
stalacji zapłonowej”. Na str. 59 na rys. 11 zamiast
I=const powinno być U=const.
· Przy okazji chcielibyśmy uściślić, że osoba pokaza−
ny na fotografii na stronie 62 nie jest MacGyverem.
Drobne nagrody−niespodzianki otrzymują Piotr Kożuch i Ireneusz Węglowski.
36
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/97
Miernictwo
Oscyloskop − najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
CZĘŚĆ 6
Oscyloskopy cyfrowe
W poprzednich odcinkach tej serii omówiono
zasadę działania oscyloskopu oraz zaprezentowa−
no oscyloskopy analogowe, począwszy od najpros−
tszych, amatorskich do profesjonalnych.
W tym odcinku podane są informacje o współ−
czesnych oscyloskopach cyfrowych.
Do pełnego zrozumienia wiadomości podanych
w niniejszym artykule potrzebna jest znajomość
materiału zamieszczonego w poprzednich odcin−
kach.
Choć obecnie nie wszyscy Czytelnicy EdW są
w stanie kupić nowoczesny oscyloskop cyfrowy na
własność, jednak przyszłość należy do takich właś−
nie oscyloskopów, a więc każdy powinien poznać
ich działanie i właściwości. Ponadto sposoby i roz−
wiązania zastosowane w oscyloskopach cyfrowych
mogą być z powodzeniem użyte do skonstruowa−
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/97
nia użytecznych przystawek przekształcających ja−
kikolwiek, nawet najtańszy, komputer w oscylo−
skop, czy jeszcze bardziej wszechstronny przyrząd
pomiarowy zawierający dodatkowo multimetr,
analizator stanów logicznych czy analizator widma.
Rozwój elektroniki wskazuje też niedwuznacz−
nie, że już niedługo właśnie oscyloskopy cyfrowe
z ekranem ciekłokrystalicznym będą tańsze od os−
cyloskopów z lampą próżniową.
Readout
Jak wspomniano wcześniej, wprowadzenie no−
woczesnej techniki cyfrowej do wnętrza oscylosko−
pu, ogromnie zwiększa jego możliwości.
Przykładowo “w wolnych chwilach”, to znaczy
pomiędzy kolejnymi przebiegami podstawy czasu,
można coś narysować na ekranie. Już od dawna
wykorzystuje się to do wprowadzenia na ekran
znaków i napisów. Względnie proste jest samo
wprowadzanie takich znaków. Podczas wspomnia−
nych przerw oscyloskop przełączany na pracę
w trybie X−Y−Z i ze współpracującego układu cyfro−
wego wysyłane są przebiegi powodujące naryso−
wanie na ekranie cyfr i liter. W niektórych oscylo−
skopach na ekranie podane są w postaci cyfrowej
wartości współczynników wzmocnienia i czasu,
wybrane w torach Y i X. Należy tu jasno powie−
dzieć, że nadal chodzi o zwykłe oscyloskopy ana−
logowe, a jedyną funkcją cyfrową, szczerze mó−
wiąc mało użyteczną, jest wyświetlanie na ekranie
informacji o rodzaju pracy i współczynnikach wy−
branych pokrętłami i przełącznikami.
Kolejnym krokiem w cyfryzacji oscyloskopu jest
dodanie układu (częściowo analogowego, częścio−
wo cyfrowego), który narysuje na ekranie znaczni−
ki, zwane kursorami ułatwiające pomiary napięć
i czasu. Kursory mogą mieć postać pionowych
i poziomych linii, strzałek lub nawet rozjaśnionych
kropek. Dwa takie kursory można za pomocą po−
krętła przesuwać po ekranie, a wspomniany układ
automatycznie obliczy i wyświetli na ekranie w po−
staci cyfrowej odległość między nimi w pionie
i w poziomie, czyli różnicę napięć i czas.
Takią funkcję kursorów i cyfrowy odczyt nazy−
wa się po angielsku Read Out. Jeszcze raz trzeba
podkreślić, że jest to cyfrowy dodatek do klasycz−
nych analogowych oscyloskopów.
Przykładami oscyloskopów tej klasy są oscylo−
skopy produkcji GoldStara z rodziny OS−9000.
Przykładowo model OS−9040RB ma pasmo prze−
noszenia 40MHz, wyposażony jest w układ po−
dwójnej podstawy czasu i funkcję ReadOut, po−
zwalająca za pomocą kursorów mierzyć napięcie
i czas.
31
Miernictwo
Oscyloskop analogowy
z pamięcią cyfrową
Kolejnym krokiem we wprowadzaniu techniki
cyfrowej do oscyloskopu jest zastosowanie prze−
tworników analogowo−cyfrowych, cyfrowo−analo−
gowych i pamięci. Schemat blokowy oscyloskopu
analogowo−cyfrowego pokazany jest na rys. 27.
Jest to schemat uproszczony do minimum, by poka−
zać zasadę działania. W rzeczywistości oscyloskop
cyfrowy na pewno ma przynajmniej dwa kanały Y,
a tor X jest znacznie rozbudowany.
W pozycji przełącznika ANALOGOWY − układ
pracuje jak klasyczny oscyloskop.
W pozycji przełącznika CYFROWY − układ ma
dodatkowe możliwości. Przede wszystkim możliwe
jest zapamiętanie przebiegu w pamięci półprze−
wodnikowej RAM.
Często pamięć pozwala zapamiętać kilka prze−
biegów. Jest oczywiste, że mogą to być także prze−
biegi jednorazowe, niepowtarzalne.
Obecnie spotyka się na rynku szereg oscylosko−
pów tego typu. Przy ich zakupie trzeba zwrócić
uwagę na pasmo przenoszenia, podane w materia−
łach reklamowych. Często jest ono różne dla oscy−
loskopu pracującego w trybie analogowym i cyfro−
wym. Zwłaszcza w tańszych modelach w trybie
cyfrowym pasmo może być znacznie węższe,
a wynika to z właściwości zastosowanego (niezbyt
szybkiego) przetwornika analogowo−cyfrowego.
Choć wydawałoby się, że szczytem marzeń bę−
dzie oscyloskop całkowicie cyfrowy, gdzie prze−
32
Rys. 27.
bieg badany byłby w każdym przypadku zamienia−
ny na postać cyfrową (ułatwia to dokonanie od razu
pomiarów amplitudy i czasu), jednak praktyka po−
kazuje, że oscyloskopy analogowe z pamięcią cyf−
rową cieszyły się i nawet teraz cieszą się dużym
powodzeniem. Wynika to z przyzwyczajenia więk−
szości elektroników, a po części z niedoskonałości
układów wyzwalania. W konsekwencji w więk−
szości przypadków wykorzystuje się oscyloskop
w trybie analogowym, a część cyfrową wykorzys−
tuje się tylko do obserwacji specyficznych przebie−
gów (np. bardzo wolnych, jednorazowych, itp.).
Na fotografiach pokazano takie analogowo−
cyfrowe oscyloskopy.
W następnym odcinku zostaną przedstawione
oscyloskopy całkowicie cyfrowe.
(red)
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/97
Miernictwo
Oscyloskop – najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
CZĘŚĆ 7
Rozwój oscyloskopów
cyfrowych
W poprzednim odcinku omówiono krótko os−
cyloskopy analogowe z funkcją ReadOut i oscylo−
skopy analogowo–cyfrowe. Jak wspomniano,
wcześniej wydawało się, iż szczytem marzeń bę−
dzie oscyloskop całkowicie cyfrowy, w którym
przebieg badany będzie zawsze zamieniany na
postać cyfrową.
Czas pokazał, że nie zawsze jest to pożądane,
ale istotnie, zamiana przebiegu na postać cyfrową
ma wiele niewątpliwych zalet. Przede wszystkim
możliwe jest bezproblemowe dalsze przetwarzanie
takiego sygnału. Na przykład sygnał cyfrowy może
być przesłany do komputera, a potem wydrukowa−
ny na drukarce lub ploterze. To bardzo istotna spra−
wa – dawniej rejestracja przebiegów wymagała
użycia aparatu fotograficznego, co oczywiście było
kłopotliwe i kosztowne.
Drugą ogromną zaletą przetwarzania cyfrowego
jest możliwość zapamiętywania nie tylko jednego
przebiegu, ale wielu przebiegów w pamięci cyfro−
wej, czy to wbudowanej w oscyloskop, czy pamię−
ci w dołączonym komputerze.
Nieocenioną zaletą jest także możliwość łatwe−
go przetwarzania – określania napięć, czasów
i częstotliwości, a także na przykład określania za−
wartości harmonicznych przebiegu (przy wykorzys−
taniu tak zwanej transformaty Fouriera).
Próbkowanie
Przy omawianiu oscyloskopów cyfrowych nie
można zapominać, że ich podstawowym paramet−
rem jest tak zwana szybkość próbkowania. Dobry
oscyloskop powinien umożliwiać obserwację prze−
biegów o jak największych częstotliwościach, czyli
bardzo szybkich. W klasycznym analogowym oscy−
loskopie z lampą elektronową ograniczeniem jest
pasmo przenoszenia tłumików i wzmacniaczy
Fot. 2.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97
Fot. 1
w torze Y oraz sama lampa, która nie jest w stanie
zobrazować bardzo szybkich przebiegów.
W oscyloskopach całkowicie cyfrowych sygnał
ze wzmacniaczy czy tłumików wejściowych jest od
razu podawany na przetwornik analogowo cyfro−
wy, a potem zapamiętywany w pamięci półprze−
wodnikowej (porównaj rysunek 27 w EdW 6/97 str.
32). Jeśli sygnał zostanie wpisany do pamięci,
można go stamtąd odtworzyć w dowolnym czasie.
To znaczy, że krótki impuls, który trwał przykłado−
wo tylko ułamki mikrosekundy, można po zapisaniu
w pamięci odtworzyć na ekranie w czasie powiedz−
my kilku milisekund. Oznacza to, że lampa nie mu−
si być już tak szybka, by zobrazować bardzo krót−
kie, szybkozmienne przebiegi. A trzeba wiedzieć,
że wcale nie jest łatwo zbudować lampę o szero−
kim paśmie przenoszenia. Jeśli lampa nie musi być
już taka szybka, to można zamiast niej zastosować
nawet kolorowy kineskop telewizyjny. Są takie os−
cyloskopy z kolorowym ekranem – poszczególne
przebiegi i napisy wyświetlane są w różnych kolo−
rach ułatwiających ich rozróżnienie.
Producenci oscyloskopów poszli jeszcze da−
lej – zrezygnowali z lampy i zastosowali ekran
z ciekłych kryształów (LCD). O tym za chwilę.
W oscyloskopie cyfrowym ograniczeniem są nie
tyle trudności z wykonaniem tłumików i wzmacnia−
czy o odpowiednim paśmie (wykonanie dobrego,
szerokopasmowego tłumika wcale nie jest łatwiej−
sze, niż zbudowanie stosownego wzmacniacza),
co parametry przetwornika analogowo–cyfrowego
oraz właściwości układów wyzwalania. Problem
ilustruje rysunek 28, pokazujący sygnał jednej lini−
i obrazu telewizyjnego (composite video). Oscylo−
skop analogowy zobrazuje taki przebieg bez więk−
szych przeszkód (28a). Natomiast oscyloskop cyf−
rowy „ze swej natury” może wprowadzić pewne
niejasności (28b).
Jeszcze dobitniej pokazuje to rysunek 29. W os−
cyloskopie cyfrowym próbkowanie i przetwarza−
nie, czyli zamiana wartości napięcia na liczbę na−
stępuje tylko w ściśle określonych chwilach, zazna−
czonych na rysunku 29a strzałkami. Do pamięci za−
29
Miernictwo
Analogowy
Cyfrowy
Rys. 28. Obrazy sygnału wideo na dwóch oscyloskopach
pisywane są wartości napięcia, występujące tylko
w tych wybranych momentach (rys 29b). Co się
stanie, jeśli w czasie pomiędzy kolejnymi próbko−
waniami, w sygnale pojawią się zmiany (zaznaczo−
ne na rysunku dużą czerwoną strzałką)? Nic się nie
stanie – zmiany te „umkną uwadze oscyloskopu”,
po prostu zostaną zignorowane i nie pojawią się na
ekranie – zobacz rysunek 29c. W oscyloskopach
cyfrowych obraz zwykle nie składa się z oddziel−
nych kropek (choć można też wybrać taki tryb
wskazań), ponieważ wbudowany mikroprocesor łą−
czy punkty odcinkami i linia na ekranie jest ciągła.
Ktoś powie, że nie ma problemu z takimi krótki−
mi impulsami – wystarczy zwiększyć częstotliwość
próbkowania, a pojawią się one na ekranie. Jest to
częściowo prawda, ale po pierwsze nie zawsze
można zwiększać częstotliwości próbkowania
(choćby ze względu na ograniczone możliwości
przetwornika A/D), a ponadto w niektórych sytua−
cjach, na przykład przy obserwacji przebiegu zmo−
dulowanego amplitudowo, nie ma to sensu.
Taka ziarnista struktura sygnału zapamiętywane−
go w pamięci każdego oscyloskopu cyfrowego
może więc wręcz wprowadzić błędy przy obrazo−
waniu wyników. Aby uniknąć błędów tego typu,
oscyloskopy cyfrowe wyposaża się w specjalne
układy detekcji i wyzwalania. W opisach technicz−
nych można potem spotkać określenia wskazują−
ce, jakie impulsy są wykrywane przez te układy de−
tekcji – zwykle rzędu kilku... kilkunastu nanose−
kund. Oscyloskopy cyfrowe zwykle mają też kilka
rodzajów pracy, na przykład tak zwana praca z ob−
wiednią (envelope), czy też obrazowania wartości
maksymalnych czy minimalnych występujących
pomiędzy kolejnymi próbkowaniami. Te szczegóły
wykraczają już poza zakres tego artykułu.
Ze względu na wspomniane trudności, niektóre
firmy nie rezygnują z budowy oscyloskopów, które
w zależności od potrzeb mogą pracować albo
w trybie analogowym, albo cyfrowym. Przykładem
jest nowoczesny oscyloskop COMBISCOPE
PM3394B Firmy Fluke o paśmie przenoszenia
200MHz i częstotliwości próbkowania 20GS/s
(przebiegi powtarzalne) i 200MS/s (przebiegi jedno−
razowe), pokazany na fotografii 1.
Przy zakupie oscyloskopów analogowo–cyfro−
wych (a także wyłącznie cyfrowych) należy zwrócić
baczną uwagę na kwestię pasma przenoszenia
i maksymalnej częstotliwości próbkowania.
30
Wiele oscyloskopów analogo−
wo–cyfrowych, szczególnie tych
nieco starszych, ma określone,
dość szerokie pasmo przenoszenia
w trybie analogowym i znacznie
węższe pasmo przenoszenia w try−
bie cyfrowym – jeszcze przed kilku
laty dużym problemem było zbudo−
wanie szybkiego przetwornika A/D.
Dziś można znaleźć w postaci
pojedynczych układów scalonych
ośmiobitowe przetworniki typu
flash o szybkości przetwarzania se−
tek milionów próbek na sekundę.
Jednak do danych podawanych
Rys. 29. „Niezauważone” przebie−
w materiałach reklamowych oscy−
gi w oscyloskopie cyfrowym
loskopów trzeba podchodzić bar−
dzo ostrożnie. Przykładowo, w ulot−
ce reklamowej jakiegoś niedrogiego oscyloskopu
podano, że ma on maksymalną częstotliwość prób−
kowania równą 1GS/s (1 miliarda próbek na sekun−
dę). Z częstotliwości próbkowania 1GS/s na pierw−
szy rzut oka mogłoby wynikać, że oscyloskop ma
pasmo przenoszenia sięgające setek megaherców.
Przy bliższym zapoznaniu się z instrukcją wyjdzie na
jaw, że pasmo wynosi powiedzmy... 20MHz.
Podano tu częstotliwość próbkowania przebie−
gów powtarzalnych, uzyskiwana przy pomocy
pewnej, powiedzmy – prostej sztuczki. W istocie,
przy bliższym przestudiowaniu katalogu okaże się,
iż rzeczywista częstotliwość próbkowania prze−
twornika, istotna w przypadku rejestrowania prze−
biegu jednorazowego wynosi tylko 20MS/s (20 mi−
lionów próbek na sekundę). Słabo zorientowany
elektronik, naczytał się w książkach, że można zre−
konstruować sygnał, jeśli częstotliwość próbkowa−
nia będzie dwa razy większa od najwyższej częs−
totliwości składowej przebiegu rejestrowanego.
W praktyce okaże się jednak, iż w przypadku obra−
zu na ekranie oscyloskopu, potrzeba przynajmniej
dziesięciu próbek na jeden okres przebiegu rejest−
rowanego, aby z obrazu można było cokolwiek wy−
wnioskować. W efekcie „cudowny” oscyloskop
cyfrowy będzie w stanie zarejestrować przebiegi
jednorazowe o częstotliwościach nie większych
niż 1...2MHz.
Oczywiście w przypadku przebiegów powtarzal−
nych pasmo sięgać będzie podanej w katalogu
wartości 20MHz.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97
Miernictwo
Fot. 3.
Podany przykład wcale nie ma zniechę−
cić do oscyloskopów cyfrowych. W ogrom−
nej większości przypadków niedrogi oscylo−
skop cyfrowy o podanych parametrach
(20MHz, 20MS/s) okaże się całkowicie wy−
starczający. Tylko w profesjonalnych labora−
toriach potrzebne bywają zdecydowanie
szybsze oscyloskopy. A są takie. Obok
wspomnianego PM3394B można tu podać
jako przykład oscyloskop TDS744 z firmy
Tektronix o paśmie 500MHz i szybkości
próbkowania przebiegów jednorazowych (!)
równym 2GS/s, co daje rozdzielczość kolej−
nych próbek rzędu 100 pikosekund! Poka−
zano go na fotografii 2. Takie wyrafinowa−
ne, szybkie i oczywiście bardzo drogie os−
cyloskopy cyfrowe rzeczywiście nie ustę−
pują najlepszym oscyloskopom analogo−
wym a przewyższają je pod wieloma wzglę−
dami. Trzeba jeszcze raz podkreślić, że do
praktycznych zastosowań bardzo rzadko
potrzebne są tak wspaniałe parametry.
Oscyloskopy przenośne
Fot. 4.
Fot. 5.
Jak wspomniano, zastosowanie pamię−
ci półprzewodnikowej (i mikroprocesora)
umożliwiło rezygnację z lampy elektrono−
wej i wykorzystanie ekranów ciekłokrysta−
licznych (LCD). Ekran taki zawiera matry−
cę punktów – poszczególne punkty mogą
być jasne lub ciemne, można na nim wy−
świetlać zarówno litery i cyfry, jak również
prostą grafikę. Ogólnie biorąc, ekran taki
jest stosunkowo powolny i zupełnie nie
nadawałby się do współpracy z bardzo szybkimi
przebiegami.
Dzięki zastosowaniu pamięci cyfrowej, możliwe
stało się „zamrożenie” w niej nawet bardzo szyb−
kich przebiegów i późniejsze stosunkowo powolne
wyprowadzenie ich na „leniwy” ekran LCD.
Taka możliwość otworzyła drogę do skonstruo−
wania poręcznych, przenośnych oscyloskopów za−
silanych z baterii. Co prawda, od dawna produko−
wano klasyczne oscyloskopy mające możliwość
zasilania bateryjnego, ale oczywiście ze względu
na gabaryty lampy nie były to przyrządy poręczne.
Na fotografiach 3...5 można zobaczyć trzy oscy−
loskopy firm Tektronix i Fluke z ekranem ciekłok−
rystalicznym. Dwa pierwsze są typowymi przyrzą−
dami przenośnymi. Oprócz funkcji dwukanałowego
oscyloskopu pełnią funkcję wielofunkcyjnego mul−
timetru oraz rejestratora. Są to naprawdę uniwer−
salne urządzenia po−
miarowe – umożliwiają
obserwację
kształtu
przebiegów, pomiary
napięcia, prądu, częs−
totliwości, czasu impul−
sów, temperatury a tak−
że długoczasową rejes−
trację (do kilkudziesię−
ciu godzin) wybranych
wielkości.
W przypadku trze−
ciego, niewątpliwie sta−
cjonarnego oscylosko−
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97
pu laboratoryjnego warto zwrócić uwagę na małą
głębokość obudowy.
Przyrządy pokazane na fotografiach pochodzą
z firm, cieszących się od lat ustaloną renomą. Mog−
łoby się wydawać, że ceny takich wspaniałych apa−
ratów są niebotyczne. Rzeczywiście, nie jest to
sprzęt dla przeciętnego hobbysty, ale biorąc pod
uwagę osiągnięte parametry i zakres możliwości,
ceny wcale nie są przerażające. Sprzęt taki będzie
się coraz częściej pojawiał w zakładach produkcyj−
nych i usługowych. W niektórych zastosowaniach
tego typu przenośne przyrządy okażą się wręcz
niezastąpione. Wielu profesjonalistów i zaawanso−
wanych hobbystów już teraz powinno rozważyć
możliwość zakupu takiego wielofunkcyjnego przy−
rządu. Trzeba bowiem stwierdzić, że nie są to pier−
wsze, niedopracowane „jaskółki czyniące wios−
nę”, ale przyrządy o dojrzałej, dopracowanej kon−
strukcji.
Przystawki oscyloskopowe
Wszystkie współczesne oscyloskopy cyfrowe,
nawet te przenośne, mają możliwość współpracy
z komputerem. Niektóre mogą wprost obsługiwać
drukarkę.
Przesłanie danych do komputera umożliwia ich
dalszą obróbkę – do przedstawianych oscylosko−
pów producenci proponują odpowiednie programy
umożliwiające dalsze przetwarzanie wyników, na
przykład określanie zawartości spektralnej (widmo−
wej) przebiegu, czy zawartości harmonicznych..
W przypadku współpracy z komputerem, ekran
oscyloskopu okazuje się zupełnie niepotrzebny, bo
wszystkie przebiegi można wyświetlić na ekranie
komputera. I tu rysuje się jeszcze inny kierunek
rozwoju oscyloskopu.
Coraz częściej spotyka się w literaturze reklamy
przystawek oscyloskopowych do komputera.
Trzeba stwierdzić, że wiele z nich zawiera tylko
przetwornik A/D, a więc niewiele mają one do czy−
nienia z oscyloskopem. Dobra przystawka oscylo−
skopowa musi mieć obwody tłumików i wzmacnia−
czy wejściowych oraz obwody wyzwalania, a także
możliwość sterowania nimi od strony komputera.
Bez takich obwodów przystawka taka będzie peł−
nić jedynie rolę zabawki.
Dla hobbystów takie przystawki są bardzo ku−
szącą alternatywą, choćby ze względu na cenę,
a właściwie stosunek ceny do możliwości. Niektó−
re firmy mają takie przystawki w swojej ofercie
i należy się spodziewać, że będzie ich coraz więcej.
Także redakcja EdW zamierza w (dalszej) przyszłoś−
ci przedstawić opis takiej przystawki. W przypadku
większego zainteresowania, prace nad układem
zostaną przyspieszone – zainteresowani mogą
nadsyłać listy w tej sprawie.
W następnym odcinku zostaną przedstawione
praktyczne aspekty przeprowadzania pomiarów os−
cyloskopowych.
Adresy firm, które dostarczą informacji o pre−
zentowanych oscyloskopach:
Fluke: Electronic Instrument Service Malechow−
ska 6 60–188 Poznań tel. (0–61) 681–998
Tektronix: ul. Stawki 2, piętro 28, 00−193
Warszawa, tel. (0−22) 635−06−87, 635−36−15.
(red)
31
Miernictwo
Oscyloskop − najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
Oscyloskop bez wątpienia jest najbardziej uni−
wesalnym przyrządem pomiarowym w laborato−
rium elektronicznym. Umożliwia pomiary napięć
stałych i zmiennych, czasu, częstotliwości, fazy
przebiegów elektrycznych, a przy użyciu przysta−
wek także wielu innych wielkości elektrycznych
i nieelektrycznych.
Początkującego elektronika niekiedy przeraża
ilość pokręteł i przełączników umieszczonych na
płycie czołowej profesjonalnego oscyloskopu.
W rzeczywistości wykorzystanie rozbudowane−
go, profesjonalnego oscyloskopu wcale nie jest
trudne, wystarczy poznać podstawowe zasady jego
obsługi i budowy.
Z drugiej strony posiadanie kosztownego, cyfro−
wego oscyloskopu o szerokich możliwościach
wcale nie gwarantuje sukcesu, ponieważ nieumie−
jętne dołączenie do obwodu może bardzo zafał−
szować wyniki pomiaru, lub co gorsza, nawet spo−
wodować nieprawidłowe działanie badanego ukła−
du. Doświadczony elektronik potrafi wykonać na−
prawdę skomplikowane pomiary przy użyciu
względnie prostego oscyloskopu, co najwyżej do−
łączy do badanego układu jakieś obwody pomoc−
nicze.
Dlatego każdy, kto ma lub będzie miał do czy−
nienia z praktyczną elektroniką powinien dokład−
nie rozumieć zasadę działania i kluczowe paramet−
ry oscyloskopu.
Nie ma natomiast obecnie większego sensu bu−
dowa oscyloskopu we własnym zakresie (chyba, że
w postaci przystawki do komputera, ale to inny te−
mat). Tak naprawdę, to bez dobrych przyrządów
pomiarowych i dużego doświadczenia, nie można
zbudować użytecznego oscyloskopu. Zamiast tra−
cić czas na długotrwałe próby, lepiej na ten czas
znaleźć jakąkolwiek pracę i zarobić na fabryczny,
choćby najtańszy oscyloskop.
Do tej pory interesujące dla amatorów były os−
cyloskopy produkowane w byłym Związku Ra−
dzieckim, zwłaszcza ze względu na bardzo korzys−
tny przelicznik cen walut. Niestety obecnie prze−
licznik ten jest znacznie mniej korzystny,
a w związku z wprowadzaniem zasad rynkowych
w krajach byłego ZSRR, wiele z fabryk produkują−
cych sprzęt elektroniczny upadło, a inne bardzo
podwyższyły ceny. Czytelnicy śledzący ofertę han−
dlową AVT zauważyli zapewne, że znikły z niej ta−
nie oscyloskopy litewskie Rimedy. Firma ta nie wy−
trzymała okresu transformacji i zbankrutowała.
Obecnie (według aktualnego stany wiedzy re−
dakcji) nie ma już stałego źródła zakupu tak tanich
oscyloskopów przeznaczonych dla amatorów.
Pozostaje skorzystać z oferty firm daleko−
wschodnich i zakupić porządny, profesjonalny os−
cyloskop dwukanałowy. Cena takiego oscyloskopu
przekracza wprawdzie tysiąc złotych, ale warto
zdobyć się na jednorazowy wysiłek i nabyć sprzęt
niezawodny, o dobrych parametrach, który zaspo−
koi z naddatkiem potrzeby elektronika−hobbysty.
Przed podjęciem decyzji o zakupie oscyloskopu
należy dokładnie poznać jego działanie i możli−
wości. Pomoże w tym niniejszy, kilkuczęściowy
cykl artykułów.
W pierwszej części przedstawiono niezbędne
dla każdego wiadomości o oscyloskopach, ich bu−
dowie i funkcjach. Te informacje wstępne przezna−
czone są dla Czytelników, którzy nie mieli żadnego
kontaktu z oscyloskopem. W dalszej części omó−
wione będą praktyczne zagadnienia i problemy
związane z zakupem i wykorzystaniem oscylosko−
pu.
CZĘŚĆ 1
Rys. 1. Przekrój lampy oscyloskopowej.
36
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97
Miernictwo
nia skali i pokrętło umożliwiające rotację obrazu,
czyli ustawienie linii na ekranie równolegle do linii
skali. Starsze przyrządy miały też pokrętło umożli−
wiające korekcję astygmatyzmu, czyli uzyskanie
ostrego obrazu na całym ekranie.
Wzmacniacz odchylania
poziomego
Rys. 2. Podstawowy układ płytek odchylających.
Lampa oscyloskopowa
Główną częścią składową typowego oscylosko−
pu jest próżniowa lampa elektronowa, której prze−
krój pokazano w uproszczeniu na rysunku 1. Ob−
wód żarzenia podgrzewa do wysokiej temperatury
katodę, która emituje elektrony. Między katodą
i anodą powstaje pole elektryczne, w którym ujem−
nie naładowane elektrony emitowane z katody są
przyciągane do anody. Czym większe jest napięcie
anody, tym silniej przyciągane są elektrony. Na
drodze między katodą, a anodą elektrony nabierają
prędkości, są skupiane w cienką wiązkę, po czym
uderzają w ekran pokryty specjalną substancją
zwaną luminoforem. Elektrony uderzając w lumi−
nofor tracą swą energię, a energia ta zamienia się
na światło, zwykle koloru zielonego. Między kato−
dą, a główną anodą umieszczone są dodatkowe
elektrody, między innymi siatka, która umożliwiają
regulację ilości elektronów biegnących do anody.
Ewentualne dodatkowe anody tworzą tak zwane
soczewki elektronowe, umożliwiające takie ukie−
runkowanie strumienia elektronów, inaczej mó−
wiąc ich zogniskowanie, że trafiają one w jedno
miejsce ekranu, tworząć świecący punkt (plamkę)
o średnicy poniżej 1 milimetra.
Na drodze elektronów między katodą a ekra−
nem, umieszczone są kolejne elektrody o kluczo−
wym znaczeniu. Są to dwie pary metalowych pły−
tek. Jeśli między dwie płytki zostanie dołączone
napięcie (stałe), to między płytkami powstanie pole
elektryczne. Pole to oddziałuje na elektrony prze−
chodzące między płytkami i w konsekwencji stru−
mień elektronów jest odchylany w stronę płytki do−
datniej. W lampie oscyloskopowej dwie pary ta−
kich płytek, zwanych płytkami odchylającymi, są
umieszczone wzajemnie prostopadle.
Podsumujmy: w lampie oscyloskopowej może−
my za pomocą napięć doprowadzonego do siatek
i anod regulować ilość elektronów docierających
do ekranu, czyli jasność plamki na ekranie oraz
uzyskać dobre zogniskowanie, czyli małą, ostrą,
nierozmytą plamkę. Normalnie plamka pojawia się
na środku ekranu. Jeśli jednak doprowadzimy do
płytek odchylających napięcie o odpowiednim kie−
runku i wartości, to plamkę można przesunąć
w dowolny punkt ekranu.
Każdy oscyloskop posiada pokrętła do regulacji
jasności i ostrości, przesuwu obrazu w pionie i po−
ziomie, a niektóre dodatkowo pokrętło podświetle−
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97
Przejdźmy teraz do rysunku 2. Pokazano na nim
w uproszczeniu, jak napięcie między płytkami po−
zwala przesuwać plamkę na ekranie. W tym miejs−
cu powiedzmy, że płytki pozwalające odchylać
plamkę w pionie (w górę i w dół) nazywa się płyt−
kami Y, a płytki pozwalające odchylać plamkę
w poziomie − płytkami X. Cały tor związany z płyt−
kami odchylania pionowego nazywa się torem Y.
W literaturze angielskojęzycznej kanał odchylania
pionowego nazywany jest vertical channel, od ver−
tical − pionowy (analogicznie: horizontal − pozio−
my).
Jeśli doprowadzimy napięcie stałe między płytki
Y, plamka odchyli się od położenia spoczynkowe−
go (na środku ekranu) pionowo o pewną odległość.
Kierunek i wielkość odchylenia daje informację
o biegunowości i wartości doprowadzonego do
płytek napięcia. Wystarczy nanieść na ekran odpo−
wiednią podziałkę, a otrzymamy woltomierz, któ−
rego “wskazówką” jest plamka świetlna.
Dla rozszerzenia zakresu takiego woltomierza
należy dodać wzmacniacz lub tłumik o skokowo
regulowanym wzmocnieniu. Taki wzmacniacz
można znaleźć w każdym oscyloskopie. Wejściem
tego wzmacniacza jest typowe gniazdo typu BNC,
a wzmocnienie reguluje się skokowo pokrętłem.
Wszystkie oscyloskopy (z wyjątkiem przeznaczo−
nych do pracy przy częstotliwościach rzędu setek
i tysięcy MHz) mają oporność wejściową równą
1MW , co oznacza iż tylko w niewielkim stopniu
obciążają badany układ. W praktyce na wejściu
Y oscyloskopu stosuje się sondy, zwiększające tę
rezystancję do 10MW .
Wspomniany przełącznik obrotowy oznaczony
jest w oscyloskopach z angielskimi napisami na
płycie czołowej VOLTS/DIV (woltów na działkę),
natomiast w oscyloskopach radzieckich − usilenie
wolt/dielenie. Poszczególne pozycje tego pokrętła
skalowane są w woltach na centymetr lub częściej
w woltach na działkę (działka to jednostka długoś−
ci na ekranie; zwykle ekran podzielony jest na 10
działek w poziomie i 8 działek w pionie, często
1 działka = 1cm). Aby określić wartość mierzonego
napięcia, wystarczy pomnożyć odchylenie plamki
(wyrażone w centymetrach lub w działkach) przez
współczynnik odchylania nastawiony pokrętłem.
W typowych oscyloskopach spotyka się współ−
czynniki odchylania w zakresie od 5mV/działkę
(5mV=0,005V) do 5V/działkę, przełączanie odby−
wa się w sekwencji 5−10−20−50 (mV/działkę) −0,1−
0,2−0,5−1−2−5 (V/działkę).
Pokrętło skokowej regulacji wzmocnienia jest
więc najważniejszym organem regulacyjnym w to−
rze Y. Ale przy niektórych pomiarach, na przykład
przy pomiarach pasma przenoszenia wzmacniaczy
najlepiej jest ustawić taką wielkość obrazu, aby
wypełniał on cały ekran. Wtedy przydatna jest
płynna regulacja wzmocnienia. Wszystkie lepsze
37
Miernictwo
Rys. 3. Przebieg piłokształtny.
oscyloskopy mają pokrętło płynnej regulacji
wzmocnienia, a nominalne współczynniki odchy−
lania toru Y uzyskuje się w wyraźnie oznaczonej,
skrajnej pozycji tego pokrętła.
Niektóre oscyloskopy mają także przełącznik
(zwykle uruchomiany wyciągnięciem pokrętła
płynnej regulacji czułości), który zwiększa czułość
pięciokrotnie i jest wykorzystywany przy pomia−
rach najmniejszych napięć.
Ponieważ oscyloskop często służy do pomiaru
napięć zmiennych, na wejściu toru Y zawsze zna−
jduje się przełącznik, sprzęgający gniazdo wejścio−
we ze wzmacniaczem przez kondensator (w pozy−
cji oznaczonej AC lub ~), co eliminuje napięcie
stałe z badanego przebiegu; jest to wręcz koniecz−
ne przy pomiarze małych napięć zmiennych nało−
żonych na duże napięcia stałe. W pozycji prze−
łącznika DC lub @ pełny sygnał wejściowy poda−
wany jest na wzmacniacz. W lepszych oscylosko−
pach przełącznik ten jest trzypozycyjny, w środko−
wej pozycji, oznaczonej GND lub ^, wejście jest
zwarte do masy. Wbrew pozorom, w praktyce jest
to bardzo przydatne, ponieważ przy pomiarach na−
pięć często trzeba korygować położenie obrazu na
ekranie, ściślej biorąc jego wysokość. Do przesuwu
obrazu w pionie służy pokrętło oznaczone strzał−
kami lub napisem POS.Y.
Tor odchylania poziomego
W praktyce bardzo rzadko wykorzystuje się os−
cyloskop w podany przed chwilą prosty sposób,
ponieważ pozostawienie na dłuższy czas plamki
w jednym miejscu, zwykle na środku ekranu, grozi
wypaleniem luminoforu. Owszem, oscyloskop
często używany jest do pomiaru napięć stałych, ale
aby uniknąć wypalenia luminoforu, do płytek X też
powinien zostać doprowadzony jakiś przebieg,
który poruszałby plamkę w poziomie. Jaki to powi−
nien być przebieg?
Ktoś powie, że może to być jakikolwiek szybki
przebieg zmienny, który poruszając szybko plamkę
wytworzy na ekranie obraz poziomej linii. W zasa−
dzie jest to wniosek słuszny, ale jeśli już mamy od−
chylać plamkę w poziomie, to możemy osiągnąć
znacznie więcej niż tylko poziomą linię na ekranie,
która będzie się odchylać w górę lub w dół pod
wpływem mierzonego napięcia stałego.
Co uzyskamy na ekranie, jeśli napięcie na płyt−
kach X będzie jednostajnie wzrastać? Plamka bę−
dzie poruszać się ruchem jednostajnym w kierunku
brzegu ekranu. A jeśli do płytek X doprowadzimy
tak zwany przebieg piłokształtny, pokazany na ry−
sunku 3, w którym napięcie pomału i jednostajnie
wzrasta, a potem gwałtownie i bardzo szybko ma−
leje do wartości początkowej? Przy odpowiednim
połączeniu płytek X i właściwym dobraniu napię−
38
cia najmniejszego i największego takiego przebie−
gu piłokształtnego, plamka na ekranie będzie się
poruszać z określoną, stałą prędkością z lewej stro−
ny ekranu na prawą, a po dojściu do prawej krawę−
dzi bardzo szybko powróci na lewą stronę i cykl
będzie się powtarzał. Jeśli w czasie ruchu robocze−
go plamki (z lewej na prawą stronę ekranu), do pły−
tek Y zostanie doprowadzone jakieś napięcie zmie−
niające się w czasie, wtedy na ekranie zobaczymy
przebieg zmian tego napięcia w funkcji czasu.
Jeśli szybkość poruszania się plamki na ekranie,
czyli częstotliwość przebiegu piłokształtnego, zo−
stanie tak dobrana aby plamka przebiegała ściśle
określoną odległość, na przykład 1 centymetr (lub
jedną działkę), w ciągu jednej sekundy, to uzyska−
my możliwość pomiaru czasu.
Właśnie doszliśmy do podstawowej funkcji os−
cyloskopu: oscyloskopem możemy mierzyć napię−
cia i czasy przebiegów zmiennych. Przykład moż−
na zobaczyć na rysunku 4.
Aby był możliwy pomiar czasu, każdy oscylo−
skop wyposażony jest tak zwany generator podsta−
wy czasu (po angielsku TIME BASE, po rosyjsku
razwiortka). Generator ten wytwarza przebieg pi−
łokształtny o częstotliwości regulowanej w szero−
kim zakresie. Dla ułatwienia, częstotliwości gene−
ratora są tak dobrane, aby jednej działce na ekranie
odpowiadała jednostka czasu. Dlatego też pokrętło
skokowej zmiany szybkości plamki w ruchu pozio−
mym opisane jest nie w hercach, tylko w jednost−
kach czasu na centymetr lub działkę ekranu. Dla
zwiększenia dokładności zastosowano współczyn−
niki nie tylko 1s/działkę, 0,1s/działkę, 10ms/dział−
kę, 1ms/działkę, itd, ale podobnie jak przy pomia−
rze napięcia, zastosowano sekwencję 1−2−5.
W przyzwoitych oscyloskopach szybkość podsta−
wy czasu można wybierać pokrętłem w zakresie
przynajmniej od 0,2 mikrosekundy/działkę do oko−
ło 1 sekundy/działkę, w sekwencji 0,2−0,5−1−2−5−
10−20−50(µs/dz) 0,1−0,2−0,5−1−2−5−10−20−50(ms/dz)
i dalej 0,1−0,2−0,5−s/działkę. W drogich, profesjo−
nalnych przyrządach zakres ten jest znacznie szer−
szy. Ale nawet w popularnym oscyloskopie umoż−
liwia to pomiary czasu w bardzo szerokim zakre−
sie, od milionowych części sekundy do pojedyn−
czych sekund. Znając czas, a ściślej okres przebie−
gów powtarzalnych, można obliczyć ich częstotli−
wość ze wzoru:
f = 1/T
gdzie f − częstotliwość, a T − okres.
Dla ułatwienia pomiarów, tor odchylania pozio−
mego wyposażony jest też w pokrętło płynnej regu−
lacji szybkości narastania piły, co bywa przydatne
w niektórych pomiarach porównawczych. (Podane
wcześniej dokładne współczynniki czasu/działkę
uzyskuje się w skrajnej, wyraźnie oznaczonej po−
zycji tego pokrętła.) Każdy oscyloskop posiada też
pokrętło służące do przesuwania obrazu w pozio−
mie, oznaczone poziomymi strzałkami bądź napi−
sem POS. X.
Większość oscyloskopów posiada też przełącz−
nik (często uruchomiany wyciągnięciem któregoś
pokrętła), zwiększający pięcio− lub rzadziej dzie−
sięciokrotnie, współczynniki podstawy czasu. Wy−
korzystuje się to przy obserwacji przebiegów o naj−
wyższych częstotliwościach.
(red)
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97
Miernictwo
Rys. 5a. Prosta
metoda synchroni−
zacji.
Blok synchronizacji
Rys. 4. Zasada pracy oscyloskopu.
Omówiliśmy już podstawowe bloki oscylosko−
pu: lampę oscyloskopową, wzmacniacz odchyla−
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97
Rys. 5b.
Wyzwalana
praca
podstawy
czasu.
nia pionowego (wzmacniacz Y) i generator podsta−
wy czasu.
Po krótkim zastanowieniu, każdy wnikliwy Czy−
telnik zauważy jednak, że czegoś tu jeszcze braku−
je: wiadomo, że ekran świeci, gdy pada na niego
strumień elektronów, a świecenie szybko zanika
przy braku takiego strumienia. Gdy chcemy naryso−
wać linię poziomą, zwaną linią podstawy czasu,
wystarczy doprowadzić do płytek X przebieg piłok−
ształtny (lub inny) o określonej amplitudzie. Jeśli
częstotliwość podstawy czasu będzie większa niż
kilkudziesiąt herców, wtedy wskutek bezwładności
oka ujrzymy stabilną poziomą linię − obrazy ryso−
wane kolejno w tym samym miejscu zleją się w je−
den. Ale sprawa się skomplikuje, gdy zechcemy
zbadać jakiś szybkozmienny przebieg, doprowa−
dzony do płytek Y. Czy wystarczy jednokrotnie
“narysować” obraz tego przebiegu na ekranie?
Oczywiście nie! Przy jednokrotnym rysowaniu ob−
raz pojawi się na chwilę, mignie tylko na ekranie
i zapewne nie zdążymy ani obejrzeć jego kształtu,
ani tym bardziej zmierzyć napięć i czasu. Aby więc
uzyskać stabilny obraz na ekranie, badany przebieg
należy rysować na ekranie wielokrotnie. Podkreśl−
my to jeszcze raz: obraz musi być rysowany wielo−
krotnie. Jest to bardzo ważna sprawa, ale niezbyt
trudna do wykonania, bowiem ogromna większość
badanych sygnałów ma charakter okresowy, czyli
powtarzalny. (Sposobami zapamiętania i badania
przebiegów jednorazowych czyli niepowtarzal−
nych zajmiemy się trochę później.)
Uzyskanie nieruchomego obrazu przy wielo−
krotnym rysowaniu na ekranie wymaga więc zasto−
sowania jakiegoś układu synchronizacji, aby ryso−
wanie obrazu zaczynało się zawsze w takim sa−
mym punkcie badanego przebiegu. Bez synchroni−
zacji obraz na ekranie będzie się przesuwał lub co
gorsza na ekranie pojawi się wiele wzajemnie prze−
suniętych jednakowych krzywych.
Już na pierwszy rzut oka widać tu dwie możli−
wości synchronizacji: albo będziemy zmieniać
częstotliwość generatora piły (by częstotliwość
przebiegu badanego była wielokrotnością częstotli−
wości podstawy czasu), albo też zastosujemy układ
generatora podstawy czasu, w którym będzie moż−
liwe wprowadzenie opóźnienia, jakby czasu ocze−
39
Miernictwo
kiwania, pomiędzy kolejnymi “zębami piły”.
Pierwszy sposób synchronizacji, przez zmianę
częstotliwości przebiegu piłokształtnego, przedsta−
wiony na rysunku 5a, był stosowany dawniej
w najprostszych i najtańszych oscyloskopach, na
przykład takim, jak pokazano na fotografii 1.
Obecnie ten sposób synchronizacji zupełnie nie
jest wykorzystywany, bowiem płynna zmiana częs−
totliwości “piły” praktycznie uniemożliwia dokład−
niejsze pomiary czasu. Owszem, współczesne os−
cyloskopy mają pokrętło płynnej zmiany współ−
czynnika czasu, ale nie ma to nic wspólnego z syn−
chronizacją, ułatwia tylko niektóre pomiary porów−
nawcze.
Powszechnie stosuje się natomiast drugi sposób
synchronizacji, polegający na wprowadzeniu
określonego opóźnienia między poszczególnymi
“zębami piły”. Pokazano to na rysunku 5b.
W rzeczywistości generator przebiegu piłokształt−
nego po uruchomieniu (mówiac językiem tech−
nicznym − po wyzwoleniu), generuje tylko jeden
“ząb piły” i czeka na następny sygnał wyzwalający.
Jeśli taki sygnał nie nadejdzie, generator nie zosta−
nie wyzwolony. Co to znaczy w praktyce?
To, że plamka będzie czekała na wyzwolenie
z lewej strony ekranu (w niektórych oscyloskopach
widać to wyraźnie, w innych plamka w stanie
oczekiwania jest wygaszona). Oczywiście przy
braku sygnału wyzwalającego ekranie nie będzie
żadnego obrazu. Taki rodzaj pracy spotyka się
obecnie praktycznie w każdym oscyloskopie i jest
to tak zwana praca wyzwalana. Odpowiednia po−
zycja przełącznika synchronizacji jest oznaczana
z angielska TRIG(gered), w oscyloskopach radziec−
kich tryb pracy wyzwalanej nazywa się żduszczij.
Początkujący elektronicy przy pierwszym kon−
takcie z nieznanym oscyloskopem często mają kło−
poty z uzyskaniem obrazu na ekranie, właśnie dla−
tego, że ustawiony jest tryb pracy wyzwalanej.
Ale w większości przypadków nawet przy braku
sygnału na wejściu Y (i przy braku sygnałów wy−
zwalających) na ekranie widać poziomą linię pod−
stawy czasu. Jesteśmy przyzwyczajeni do takiego
właśnie trybu pracy − nazywa się on trybem pracy
automatycznej (ang. AUTO, ros. ABTO). W tym try−
bie, jeśli po wygenerowaniu jednego ząbka “piły”
w ciągu określonego czasu nie nadejdzie z układu
synchronizacji impuls wyzwalający, wtedy specjal−
ny układ opóźniający samoczynnie wyzwoli gene−
Rys. 6. Obwody wyzwalania w oscyloskopie.
Rys. 7. Wpływ ustawienia pokrętła poziomu wyzwalania.
40
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97
Miernictwo
Rys. 8. Wybór zbocza wyzwalającego.
Rys. 9. Przykładowy przebieg badany.
rator piły. Ten układ opóźniający, a inaczej mó−
wiąc przytrzymujący, zapewnia pojawienie się ob−
razu (najczęściej poziomej linii) na ekranie także
w przypadku braku sygnału wyzwalającego. Wiele
oscyloskopów wyposażonych jest w pokrętło regu−
lacji tego czasu opóźnienia, czy powstrzymywania.
Jest ono oznaczone HOLD OFF lub zadierżka. Po−
krętło to bywa pomocne w uzyskaniu synchroniza−
cji przy badaniu złożonych przebiegów w trybie
pracy automatycznej (ale przy takich przebiegach
częściej stosuje się tryb wyzwalany).
Blokowy schemat omawianych części oscylo−
skopów pokazany jest na rysunku 6.
W układzie synchronizacji każdego oscylosko−
pu można znaleźć pokrętło regulacji poziomu wy−
zwalania. Pokrętło to opisane jest TRIG. LEVEL lub
urowień. Co to właściwie jest ten poziom wyzwala−
nia? Chodzi o ustalenie, w jakim punkcie przebie−
gu ma się pojawiać impuls wyzwalający. Mówiąc
opisowo, pokrętło to decyduje na jakiej wysokości
na ekranie znajdować się będzie początek przebie−
gu zobrazowanego na ekranie − ilustruje to rysunek
7, pokazujący wygląd ekranu przy różnych położe−
niach tego regulatora.
Zwykle blok synchronizacji wyposażony jest też
w przełącznik umożliwiający wybór zbocza prze−
Rys. 10. Uproszczony
schemat blokowy
prostego oscyloskopu.
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97
biegu badanego, które będzie wyzwalać generator
piły. Przełącznik ten bywa opisywany POS./NEG,
_/− −\_ lub po prostu +/−. Działanie tego przełączni−
ka obrazuje rysunek 8.
W badanych układach elektronicznych często
występują przebiegi napięcia o bardziej skompli−
kowanym kształcie, na przykład takie, jak pokaza−
no na rysunku 9, czy takie, jak sygnały wizyjne lub
impulsy występujące w nadajnikach kodu RC−5
(patrz EdW ?/96 str. ? rys. ?). Układ synchronizacji
musi wydzielić ze złożonego przebiegu tylko te
składniki, które zapewnią stabilny obraz na ekra−
nie. Zwykle chodzi o wydzielenie składowej syg−
nału o najmniejszej częstotliwości. Najogólniej
rzecz biorąc, czym bardziej rozbudowany układ
synchronizacji i czym więcej ma przełączników
i potencjometrów, tym łatwiej uzyskać synchroni−
zację wspomnianych złożonych przebiegów. Na
przykład w oscyloskopach przeznaczonych do róż−
norodnych badań w laboratoriach spotyka się do−
datkowe przełączniki i pokrętła, na przykład umoż−
liwiające wybór rodzaju sprzężenia źródła sygnału
wyzwalającego z układem synchronizacji. Może to
być sprzężenie zmiennoprądowe (AC), przepusz−
czajace sygnały zmienne a odcinające składową
stałą, sprzężenie stałoprądowe (DC), gdy przepusz−
czny jest pełny sygnał, sprzężenie przez filtr dolno−
przepustowy (LF), przydatne przy badaniu układów
małej częstotliwości, czy wreszcie sprzężenie
przez filtr górnoprzepustowy (HF), pomocne przy
badaniu sygnałów w.cz.
Natomiast w wielu oscyloskopach, przeznaczo−
nych między innymi do serwisu urządzeń wideo,
występują pozycje przełącznika oznaczone TV−H
i TV−V. W tych pozycjach w tor synchronizacji
włączone są specjalne separatory służące do wy−
dzielenia z sygnału telewizyjnego impulsów syn−
chronizacji linii i ramki.
W lepszych oscyloskopach zawsze można spo−
tkać kilkupołożeniowy przełącznik źródła wyzwa−
lania. Okazuje się bowiem, że niekiedy do zsynch−
ronizowania przebiegów sygnał synchronizacji
uzyskuje się nie z przebiegu badanego, tylko z in−
nego, większego sygnału, który jest zsynchronizo−
wany z przebiegiem badanym. Wspomniany prze−
łącznik w pozycji INT lub wnutr(iennaja), umożli−
wia synchronizację sygnałem badanym, czyli syn−
chronizację wewnętrzną. W pozycji EXT lub
BNESZN(aja) do układu synchronizacji doprowa−
dzony jest sygnał z zewnątrz przez gniazdo,
umieszczone zwykle blisko omawianego przełącz−
41
Miernictwo
nika. Synchronizację zewnętrzną stosuje się na
przykład przy badaniu niewielkich sygnałów wy−
stępujących na tle znacznych szumów albo w ukła−
dach cyfrowych, gdy do gniazda synchronizacji ze−
wnętrznej podaje się sygnał o najniższej częstotli−
wości występującej w układzie. Wreszcie w pozy−
cji oznaczonej LINE lub CETb, przebiegi są syn−
chronizowane napięciem sieci energetycznej
50Hz, co również bywa przydatne w praktyce.
Nieprzypadkowo układowi synchronizacji po−
święcono tak dużo miejsca: właśnie blok synchro−
nizacji decyduje w dużym stopniu o rzeczywistej
wartości oscyloskopu.
Prosty oscyloskop
Po omówieniu trzech najważniejszych zespo−
łów, można się pokusić o narysowanie schematu
blokowego prostego oscyloskopu. Schemat taki
przedstawiono na rysunku 10. Bardzo niewiele
uwagi poświęcono tu sprawie zasilania, i pozio−
mów sygnałów, ale ten temat nie jest dla przecięt−
nego użytkownika najważniejszy. Ważniejsze jest
natomiast, aby poznał on ogólne zasady, i zidenty−
fikował funkcje poszczególnych regulatorów.
Ułatwieniem jest fakt, że pokrętła i przełączniki
zawsze są pogrupowane według pełnionych funk−
cji. Najczęściej na płycie czołowej narysowane są
ramki oddzielające poszczególne grupy, co znako−
micie ułatwia skorzystanie nawet ze skomplikowa−
nego i bogato wyposażonego w pokrętła i prze−
łączniki oscyloskopu.
A teraz pierwsze zadanie dla czytelników. Na
fotografiach 2 i 3 pokazano płyty czołowe pros−
tych oscyloskopów. Czy każdy Czytelnik potrafi
określić rolę wszystkich pokręteł i przełączników?
Należy przy tym wziąć pod uwagę, iż bardzo
często w oscyloskopach występują regulatory ze−
spolone. Przykładowo na fotografii 4 pokazano, że
zewnętrzne pokrętło służy do skokowej regulacji
wzmocnienia, natomiast pokrętło wewnętrzne − do
płynnej regulacji wzmocnienia (przy czym nomi−
nalne współczynniki wzmocnienia podane na skali
uzyskuje się gdy pokrętło to jest skręcone w prawo
do oporu − do zatrzasku). Dodatkowo wewnętrzne
pokrętło można wyciągnąć lub wcisnąć, co daje
możliwość odwrócenia obrazu “do góry nogami”
(ale nie na zasadzie pokazanej na rysunku 8) i jest
przydatne przy niektórych pomiarach.
Tyle w pierwszym odcinku poświęconym oscy−
loskopom. Za miesiąc omówione zostaną oscylo−
skopy wielokanałowe, oscyloskopy z podwójną
podstawą czasu i nowoczesne oscyloskopy cyfro−
we. W dalszej kolejności podane będą praktyczne
informacje o najważniejszych parametrach oscylo−
skopów i wskazówki dotyczące użytkowania tych
przyrządów i zasady przeprowadzania pomiarów.
(red)
42
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97
Miernictwo
Oscyloskop – najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
CZĘŚĆ 10
Dopasowanie linii
i odbicia
W tym artykule zostanie wyjaśnione pewne nie−
porozumienie.
W literaturze często spotyka się zalecenie, aby
przy przesyłaniu sygnałów o większych częstotli−
wościach stosować przewody koncentryczne o re−
zystancji charakterystycznej 50Ω i zapewnić dopa−
sowanie z obu stron takiej linii przesyłowej. Dlate−
go wielu elektroników łącząc oscyloskop z bada−
nym układem stosuje zawsze taki koncentryczny
przewód, upewniając się, czy rzeczywiście jest to
przewód 50−omowy.
Zasada jest w swej istocie słuszna, ale należy
wiedzieć, jakiego zakresu częstotliwości dotyczy.
Należy zacząć od prędkości przesyłania sygnału
w takim kablu koncentrycznym. Jest ona nieco
mniejsza od prędkości światła i wynosi mniej wię−
cej 20cm/ns.
Kwestia odbić i dopasowania wtedy będzie od−
grywać jakąś rolę, gdy długość przesyłanej fali, albo
też czasy przesyłanych impulsów będą porówny−
walne z czasem przejścia sygnału przez daną linię.
Weźmy przewód pomiarowy o długości 1 met−
ra. Sygnał przechodzi przez niego przez około
100cm / (20cm/ns) = 5ns
Długość 1m ma fala elektromagnetyczna
o częstotliwości około 300MHz.
A więc dopiero powyżej częstotliwości 100MHz
i przy impulsach krótszych niż 10ns trzeba się za−
cząć martwić o dopasowanie. Rzeczywiście, oscy−
loskopy pracujące przy częstotliwościach rzędu kil−
kuset megaherców, często mają wejście
o rezystancji nie 1MΩ, tylko właśnie 50Ω.
c)
Do takich oscyloskopów koniecznie trzeba
stosować odpowiednie kable, rozgałęźniki,
tłumiki i dopasowania.
Natomiast w oscyloskopie o pasmie
20MHz czy nawet 50MHz, współpracują−
cym z sondą o długości 1m, problem dopa−
sowania impedancji przewodów praktycznie
a)
nie występuje. Ponadto dopasowanie 50−omowego
kabla do wejścia o dużo większej rezystancji wcale
nie jest sprawą łatwą (jeśli w ogóle możliwą).
Wniosek?
Przy oscyloskopach o pasmie rzędu kilkudziesię−
ciu megaherców wcale nie jest konieczne stoso−
wanie 50−omowego kabla koncentrycznego w roli
prostej sondy 1:1.
Dotyczy to zwłaszcza pomiarów przy małych
częstotliwościach (do 100kHz). Często się widzi,
że elektronik nie ma właściwych sond do oscylo−
skopu i stosuje zwykłe kable, z jednej strony zakoń−
czone wtykiem BNC, z drugiej wprost lutowane do
badanego układu. Nader często są to grube, twar−
de, 50−omowe kable koncentryczne. Używanie ta−
kich sztywnych kabli to prawdziwa męczarnia.
Tymczasem, jeśli pomiary dotyczą tylko małych
częstotliwości, do 20...100kHz, śmiało można za−
stosować krótkie (20cm) kawałki cienkiego i mięk−
kiego przewodu ekranowanego. Różnica między
grubym, „porządnym” koncentrycznym kablem
50−omowym, a takim cienkim i elastycznym prze−
wodem ekranowanym, w zakresie małych częstot−
liwości jest praktycznie żadna.
Dlatego przy braku fabrycznych sond 1:10 (któ−
re są zalecane w każdej sytuacji), do układów m.cz.
można śmiało wykorzystać krótkie odcinki jakiego−
kolwiek przewodu ekranowanego.
Zakłócenia i błędy
W tym miejscu należy jeszcze wspomnieć, że
w pewnych sytuacjach nie stosuje się ani żadnych
b)
Rys. 36. Szkodliwa pętla w pomiarach oscyloskopowych
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98
29
Miernictwo
fabrycznych sond, ani „samoróbki”
z przewodu ekranowanego, tylko
łączy się badany układ z gniazdem
wejściowym oscyloskopu za pomo−
cą dwóch krótkich (do 10cm) jedno−
żyłowych przewodów; jedna żyła to
masa, druga – sygnał. Jeśli przewo−
dy nie są ze sobą skręcone, pojem−
ność takiej „sondy” jest praktycz−
nie żadna, poniżej 1pF, i badany
układ obciążony jest tylko pojem−
nością i rezystancją wejściową os−
cyloskopu.
Takie dwa przewody mogą jed−
Rys. 37.Błędne prowadzenie „podwójnej” masy
nak działać jak antena i zbierać
Natomiast przy małych sygnałach należy mini−
z otoczenia różne „śmieci”, w tym zakłócenia. Dla−
tego metoda z gołymi, krótkimi przewodami może malizować powierzchnię pętli tworzonej przez
być stosowana przy sygnałach o większej amplitu− przewód masy, jak pokazano to na rysunku 36c.
Sprawa połączenia masy ma też bardzo duże
dzie. Przy badaniu małych sygnałów, w obecności
silnych zakłóceń, zapewne konieczny będzie prze− znaczenie przy obserwacji krótkich impulsów. Przy
niewłaściwym połączeniu, np. wg rysunku 36b, ob−
wód ekranowany lub koncentryczny.
I tu warto zwrócić uwagę na kilka istotnych raz zboczy impulsów będzie zniekształcony i może
wprowadzić w błąd obserwatora. Będzie on potem
spraw.
Wśród elektroników panuje powszechne prze− szukał w układzie przyczyny zniekształceń impul−
konanie, że przewód ekranowany całkowicie likwi− sów, gdy tymczasem impulsy w układzie będą pra−
duje wszelkie problemy z przenikaniem, czy widłowe, natomiast przyczyną zniekształceń obra−
„zbieraniem” zakłóceń z otoczenia. Jest w tym zu w oscyloskopie będzie właśnie niepoprawne
sporo prawdy, ale jak zwykle nie jest to prawda prowadzenie obwodu masy.
Błędne jest także dwukrotne połączenie obwo−
ostateczna. Rzeczywiście, ekranowany przewód,
którego ekran jest podłączony do masy układu, nie du masy, tak „na wszelki wypadek”. Dlatego rysu −
dopuszcza do środkowej żyły zakłóceń przedostają− nek 37 jest przekreślony. W takiej sytuacji ekran
cych się przez pole elektrostatyczne i elektromag− kabla i dodatkowy przewód tworzą pętlę. W pętli
netyczne. Ale należy tu jeszcze wziąć pod uwagę tej indukuje się prąd, być może o znacznej wartoś−
wpływ pola magnetycznego. Jak podają mądre ci, który na rezystancji ekranu kabla może wywołać
książki, żeby wyeliminować wpływ pola magne− zauważalny spadek napięcia.
Przy okazji omawiania zakłóceń warto jeszcze
tycznego, należy zastosować ekran, a właściwie
pancerz stalowy o grubości powyżej 10mm lub wspomnieć o kolejnej możliwości utworzenia pętli
masy. Większość oscyloskopów ma wtyczkę „z
miedziany jeszcze grubszy...
W praktyce wcale nie jest to potrzebne, trzeba uziemieniem”. Bolec uziemiający jest połączony
z obudową oscyloskopu, czyli masą. Jeśli używany
tylko rozumieć pewną ważną sprawę.
O ile pod wpływem pola elektrycznego, zakłóce− zasilacz ma takie same połączenie obwodu
nie może się zaindukować w jednym przewodzie, „uziemienia”, wtedy połączenie przewodami masy
o tyle pole magnetyczne może zaindukować napię− zasilacza, masy układu i masy oscyloskopu za−
cie i prąd tylko w pętli czyli w zwoju lub zwojach. mknie takową pętlę. Na problemy z taką pętlą ma−
Pętla lub wielozwojowa cewka podłączona do we− sy można się natknąć bardzo często i nie ma jedno−
jścia oscyloskopu może więc pełnić rolę czujnika znacznej reguły, jak wtedy postąpić.
W każdym razie generalnie należy unikać pętli
pola magnetycznego.
Na rysunku 36 pokazano trzy sytuacje. Rysu− masy i stosować sposób z rysunku 36c.
Wiadomości podane w dwóch ostatnich odcin−
nek 36a pokazuje jak zrobić pętlę do pomiaru pól
magnetycznych. Tymczasem wielu elektroników, kach nie wyczerpują wszystkich spraw związanych
stosując fabryczną sondę lub przewód ekranowa− z praktycznym wykorzystaniem oscyloskopu. Syg−
ny, nie podłącza do badanego układu masy sondy, nalizują jednak dwa podstawowe zagadnienia:
tylko dla wygody do połączenia mas oscyloskopu – Czy dołączenie oscyloskopu ma wpływ na pracę
badanego układu?
i układu stosuje oddzielny przewód, jak pokazano
na rysunku 36b. Tworzą tym samym większą lub – Czy obraz na ekranie dokładnie odwzorowuje
przebiegi w badanym układzie?
mniejszą pętlę, która zbiera z otoczenia zakłócenia
Dobry elektronik powinien zdawać sobie spra−
przenoszone przez pole magnetyczne. Należy tu
podkreślić, że zakłócenia te nie są duże i problem wę, na ile parametry wejścia oscyloskopu, zasto−
pojawia się tylko przy pomiarach małych napięć, sowanej sondy i sposobu podłączenia, mają wpływ
rzędu miliwoltów. Przy dużych sygnałach można na działanie układu i kształt przebiegów na ekranie.
(red)
stosować sposób z rysunku 36b, bo rzeczywiście
jest wygodny.
30
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98
Miernictwo
Oscyloskop – najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
CZĘŚĆ 8
Pomiary
W poprzednich odcinkach cyklu omówiono głów−
ne grupy oscyloskopów i ich możliwości pomiaro−
we. Parametry oscyloskopu, w szczególności szero−
kie pasmo przenoszenia to jednak nie wszystko.
Udowodni to niniejszy odcinek, poświęcony bar−
dzo ważnym zagadnieniom praktycznym.
Każdy elektronik dokonujący pomiarów jakim−
kolwiek przyrządem powinien sobie zadać dwa
podstawowe pytania:
1. Czy dołączenie przyrządu pomiarowego nie
wpływa na pracę i parametry badanego układu?
2. Czy przyrząd dokładnie pokazuje mierzone wiel−
kości, czy może „po drodze” do sygnału badane−
go przenikają zakłócenia, fałszujące wynik.
Pytania te są jak najbardziej na miejscu w przy−
padku pomiarów dokonywanych przy użyciu oscy−
loskopu.
Omówimy to bliżej.
Wpływ oscyloskopu
na pracę badanego układu
Początkujący elektronik zwykle bagatelizuje
sprawę wpływu dołączenia oscyloskopu na pracę
badanego układu. Wie przecież, że rezystancja we−
jściowa każdego oscyloskopu wynosi aż 1 me−
gaom. 1 megaom to rzeczywiście bardzo duża re−
zystancja, a więc wpływ jej dołączenia powinien
być znikomy, prawie niezauważalny. Przecież rezys−
tancje, z jakimi zwykle mamy do czynienia w ukła−
dach są rzędu omów, ewentualnie kiloomów...
To wszystko prawda, ale tylko w odniesieniu do
prądu stałego i małych częstotliwości, nie więk−
szych niż kilkadziesiąt kiloherców.
Przy większych częstotliwościach oscyloskop
ma oporność znacznie mniejszą niż 1MΩ!
Dlaczego?
Po pierwsze nie wolno zapominać o pojemnoś−
ci wejściowej samego oscyloskopu. Wynosi ona
20...50pF w tanich os−
Fot. 1. Krajowa sonda 1:10
cyloskopach, i 6...30pF
w dobrych oscylosko−
pach profesjonalnych.
Po drugie trzeba
pamiętać, że do tego
dochodzi jeszcze po−
jemność kabla pomia−
rowego. Przewód ek−
ranowany (lub kon−
centryczny) o długości
1m może mieć pojem−
ność dochodzącą do
100pF.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/97
Wraz z pojemnością wejściową oscyloskopu da−
je to, powiedzmy, 140pF.
Dołączając kabel oscyloskopu do jakiegoś punk−
tu, dołączamy więc między ten punkt a masę po−
jemność 140pF.
Czy to może coś zmienić w układzie?
Obliczmy, jaką oporność (reaktancję) będzie
mieć taka pojemność przy częstotliwości powiedz−
my 15MHz:
1
Xc =
2πfC
podstawiamy:
Xc =
1
= 75,8Ω
2∗3,14∗15MHz∗140pF
Tylko 75 omów ?!
I jak to się ma do rezystancji wejściowej 1MΩ,
podanej w danych katalogowych?
Wyobraźmy sobie jeszcze, co się stanie, gdy os−
cyloskopem z takim kablem spróbujemy zmierzyć
przebiegi w obwodzie rezonansowym generatora
LC o częstotliwości, powiedzmy, 15MHz. Tam po−
jemności w układzie są rzędu kilkudziesięciu piko−
faradów. Najprawdopodobniej po dołączeniu oscy−
loskopu generator przestanie pracować. Natknie−
my się na paradoksalną sytuację – oscyloskop po−
każe, że generator nie pracuje, jednak po odłącze−
niu oscyloskopu układ, którego częścią jest ten ge−
nerator, może dawać „oznaki życia”.
Nieświadomy elektronik dołączy oscyloskop na
stałe i będzie próbował ustalić, który element jest
przyczyną milczenia generatora. Wymieni wszyst−
kie elementy i zniechęci się zupełnie. Nabierze
przekonania, że to schemat jest zły, a winę za nie−
powodzenie ponosi konstruktor układu, czy autor
książki, z której pochodzi schemat.
Być może generator jednak zadziała. Wtedy jed−
nak pojemność oscyloskopu i kabla niewątpliwie
zmieni częstotliwość drgań (w stopniu zależnym
od tego, w którym punkcie układu został dołączony
oscyloskop). Próba nastrojenia takiego generatora
przy użyciu oscyloskopu nie da więc zadowalające−
go rezultatu.
To jest bardzo jaskrawy i skrajny przykład. Ma on
pokazać, że bezkrytyczne podejście do pomiarów
może dać błędne wyniki, a nawet zniechęcić do
uprawiania elektroniki.
Elektronik rozumiejący problem znajdzie spo−
sób na pomiar takiego generatora – nie będzie mie−
rzył przebiegu na obwodzie rezonansowym, tylko
gdzieś dalej, na kolejnym stopniu wzmocnienia.
W razie potrzeby dołączy prosty wtórnik z tranzys−
37
Miernictwo
torem FET, albo znajdzie jeszcze inną metodę prze−
prowadzenia w miarę dokładnego pomiaru.
W każdym razie trzeba mieć świadomość, że
dołączenie przyrządu pomiarowego zawsze coś
zmienia w badanym układzie.
Dobry elektronik powinien zdawać sobie spra−
wę, na ile może to zmienić wyniki pomiaru i zabu−
rzyć pracę układu.
Przykład z generatorem w.cz. może niektórych
wręcz przeraził. Oporność wejściowa równa 75Ω,
zamiast spodziewanej 1000000Ω to rzeczywiście
spora niespodzianka.
Ale, żeby nie demonizować, policzmy oporność
(reaktancję) naszego oscyloskopu ze wspomnia−
nym kablem, dla częstotliwości 20kHz, czyli dla
górnej częstotliwości pasma akustycznego.
Xc =
1
= 56,84kΩ
2∗3,14∗20kHz∗140pF
To wprawdzie też nie jest zachwycający wynik,
ale oporność 56 kiloomów nie stanowi już takiego
zagrożenia dla układu małej częstotliwości.
Z pewnością możemy mierzyć przy użyciu
zwykłego kabla przebiegi na wyjściach wzmacnia−
cza czy nawet przedwzmacniacza. Ale niewątpli−
wie należy zachować ostrożność przy dołączaniu
oscyloskopu do obwodów małej częstotliwości,
gdzie występują rezystancje o porównywalnej lub
większej wartości.
Z tego widać, że nawet w układach m.cz. należy
uwzględniać obciążenie wnoszone przez oscyloskop.
Czy jest jakieś wyjście i możliwość poprawy sytuacji?
Jest, i to nie jedno!
Przy dotychczasowych obliczeniach przyjęliśmy
skrajnie niekorzystne warunki. Nawet gdy oscylo−
skop ma pojemność wejściową równą 40pF, może−
my zastosować krótki kabel (10...20cm) i wypadko−
wa pojemność nie przekroczy 60pF.
Da to ponad dwukrotne zwiększenie szkodliwej
oporności (impedancji) obciążenia, czyli znaczne
zmniejszenie wpływu dołączenia oscyloskopu.
Rozważaniami dotyczącymi rodzaju stosowane−
go kabla zajmiemy się później.
Z tego, co zostało powiedziane, wynika wniosek,
że w większości układów małej częstotliwości moż−
na przeprowadzać pomiary oscyloskopowe przy
użyciu możliwie krótkiego kabla pomiarowego.
Czy jednak można jeszcze bardziej zmniejszyć
wpływ szkodliwego obciążenia wprowadzanego
przez oscyloskop? Przecież barierą jest tu pojem−
ność samego oscyloskopu – nawet z króciutkim
kablem nie uda się jej zmniejszyć poniżej 40pF...
Czy oby na pewno?
Część Czytelników będzie zaskoczona, gdy się
dowie, że istnieją proste sposoby zmniejszenia po−
jemności, poniżej pojemności samego oscyloskopu!
Wystarczy zastosować sondę tłumiącą sygnał.
Fotografie w artykule pokazują różne sondy.
Najpopularniejsze są sondy bierne RC, tłumiące
sygnał 10−krotnie. Często takie sondy stanowią
standardowe wyposażenie oscyloskopu. W opisie
takiej sondy zawsze występuje określenie 1:10.
I znów nieświadomi, początkujący elektronicy są−
dzą, że takie sondy buduje się jedynie po to, by
móc mierzyć większe napięcia. To prawda, że son−
dy 1:10 umożliwiają pomiar wyższych napięć, na−
38
wet do kilkuset woltów. Buduje się także sondy
o współczynnikach tłumienia 1:100 i 1:1000, które
umożliwiają pomiar przebiegów o amplitudach rzę−
du kilowoltów.
Ale sondy tłumiące sygnał stosuje się przede
wszystkim ze względu na zmniejszenie pojemnoś−
ci obciążającej układ.
Podstawowy schemat sondy pokazany jest na
rysunku 30. Teoretycznie potrzebne są tylko rezys−
tory dzielnika, jednak wskutek istnienia różnych
szkodliwych pojemności montażowych, do wyrów−
nania charakterystyki częstotliwościowej niezbęd−
ne są niestety kondensatory. Niestety, bo konden−
satory te obniżają oporność wejściową sondy przy
większych częstotliwościach.
Rys. 30. Sonda bierna RC 1:10
Nie wchodząc w szczegóły podamy tylko jeden
prosty wzór. Jeśli
R1C1 = R2C2
to dzielnik jest skompensowany częstotliwoś−
ciowo, czyli jednakowo tłumi sygnały w szerokim
pasmie częstotliwości.
Ponieważ rezystancja R1 jest dziewięciokrotnie
większa niż R2, więc pojemność C1 będzie dzie−
więciokrotnie mniejsza niż C2! To oznacza, że
w idealnym przypadku za pomocą sondy 1:10 mog−
libyśmy zmniejszyć pojemność wejściową dziesię−
ciokrotnie, a z pomocą sondy 1:100 – aż stukrotnie!
W praktyce nie udaje się co prawda zmniejszyć po−
jemności aż tyle razy, jednak efekt jest godny uwagi.
Budowa typowej biernej sondy oscyloskopowej jest
nieco odmienna od postaci, pokazanej na rysunku 30.
Rzecz w tym, że sam oscyloskop ma rezystan−
cję 1MΩ i jakąś pojemność – stają się one częścią
dzielnika napięcia. Typowy schemat sondy 1:10
współpracującej z oscyloskopem pokazany jest na
rysunku 31a i 31b. Jak widać, sonda zawiera w za−
sadzie tylko rezystor i trymer (kondensator zmien−
ny), a pojemność C1 jest zwykle pojemnością
montażową rezystora i obudowy.
Trymer jest potrzebny, by prawidłowo skompen−
sować sondę dołączoną do różnych oscyloskopów,
różniących się wartością pojemności wejściowej.
Przy bliższym przeanalizo−
waniu rysunku 31 okazuje Fot. 2. Przełączana sonda 1:1/1:10
się, że aby sonda była prawid−
łowo skompensowana dla
różnych pozycji przełącznika
czułości toru Y w oscylosko−
pie, pojemność wejściowa
oscyloskopu musi być jedna−
kowa we wszystkich położe−
niach przełącznika czułoś−
ci. Wszystkie fabryczne oscy−
loskopy spełniają ten ważny
warunek.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/97
Miernictwo
a)
Rys. 32. Schemat ideowy sondy biernej 1:100
b)
Rys. 31. Praktyczny układ sondy 1:10
Jeśli jednak ktoś próbuje samodzielnie zbudo−
wać oscyloskop, bardzo rzadko zwraca uwagę na
ten „drobiazg” i potem oscyloskop na każdym za−
kresie ma inną pojemność wejściową i nie nadaje
się do współpracy z sondą 1:10.
Ta sprawa jest jeszcze jednym argumentem,
przeciwko budowaniu byle jakich oscyloskopów
we własnym zakresie.
!
Każda sonda bierna 1:10, 1:100 i 1:1000 musi
b y ć p r z e d p o mi a r e m s k a l i b r o wa n a c z ę s t o t l i −
wościowo.
Korzystając ze źródła sygnału prostokątnego
(1kHz) należy pokręcając wbudowanym w son−
dę pokrętłem, ustawić na oscyloskopie obraz
jak najbardziej zbliżony do prostokątnego (zo −
bacz „Oscyloskop..” w EdW 3/97 str. 34).
Fot. 3. Sonda 1:100
Ściśle biorąc, przy zakupie drogich sond dob−
rych firm należy zwrócić uwagę, dla jakich pojem−
ności wejściowych oscyloskopu sonda może być
skompensowana. Przykładowo sondy Hewlett
Packard 1:10 mogą pracować z oscyloskopami
o pojemności (tylko) 6...22pF, bo przeznaczone są
do oscyloskopów tejże firmy, mających tak małą
pojemność wejściową. Oczywiście przy małej po−
jemności oscyloskopu uzyskuje się także małą po−
jemność wejściową sondy, wynoszącą kilka piko−
faradów.
Typowe sondy 1:10, jakie można powszechnie
kupić na rynku, nadają się do oscyloskopów o więk−
szych pojemnościach (do 40...50pF), jednak uzyska−
na wartość pojemności wejściowej sondy wynosi
nie kilka, ale od kilkunastu do 20 pikofaradów.
Stosując
typową
sondę 1:10 można więc
zmniejszyć pojemność
obciążającą
badany
układ 2...3−krotnie.
Natomiast zastoso−
wanie sondy 1:100 dob−
rej firmy pozwoli zmniej−
szyć szkodliwą pojem−
ność obciążającą układ
badany do 2...3pF, czyli
nawet ponad dziesięcio−
krotnie.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/97
Dość popularne ostatnio są sondy z przełączni−
kiem o tłumieniu 1:1 i 1:10. Jest to pożyteczne roz−
wiązanie, ale zgodnie z podanymi właśnie informa−
cjami, w miarę możliwości należy stale pracować
przy tłumieniu 1:10, bo sonda ma wtedy rezystancję
(dla prądu stałego) równą 10MΩ i pojemność nie
większą niż 20pF. Natomiast w pozycji 1:1 zwierany
jest po prostu rezystor (9MΩ), a pojemność wejścio−
wa sondy wzrasta wtedy do 130...160pF! A więc
sondę w pozycji 1:1 należy stosować tylko w razie
konieczności badania małych sygnałów, o amplitu−
dach rzędu pojedynczych miliwoltów, w punktach
układu, gdzie oporność wewnętrzna jest niewielka.
Budowa dobrej sondy 1:10 lub 1:100, przeno−
szącej równomiernie sygnały o częstotliwościach
do setek megaherców wcale nie jest łatwa. Dlate−
go w opisie takich sond zwykle znajduje się infor−
macja, przy jakich największych częstotliwościach
może pracować dana sonda bez obawy wprowa−
dzenia znacznego błędu. Na rysunku 32 można
znaleźć schemat wewnętrzny sondy 1:100
pokazanej na fotografii na tej stronie. Oczywiście
nie można skopiować takiej sondy w warunkach
domowych, stosując jakiekolwiek elementy – nie
tylko podzespoły muszą mieć ściśle określone pa−
rametry, ale i szczegóły konstrukcji mechanicznej
mają tu duże znaczenie. W każdym razie sonda
PM8932 o schemacie z rysunku 32 może praco−
wać przy napięciach do 5,6kV, a jej pasmo przeno−
szenia sięga kilkuset MHz.
Choć dla wielu amatorów sprawa pomiarów
przebiegów o częstotliwościach setek megaher−
ców jest nieaktualna, znaczna część Czytelników
EdW ma w zakładach pracy i na uczelniach dostęp
do oscyloskopów o tak szerokim pasmie przeno−
szenia. Niewątpliwie oscyloskop o pasmie sięgają−
cym setek megaherców na większości elektroni−
ków robi spore wrażenie, ale mając na uwadze po−
wyższe rozważania, trzeba pamiętać, że stosowa−
nie do takiego oscyloskopu zwykłego kabla lub
sondy 1:1 nie pozwoli uzyskać wyników lepszych,
a może nawet gorsze, niż przy zastosowaniu oscy−
loskopu z pasmem 20MHz i właściwą sondą.
Podsumowanie
Przedstawiony materiał ma przekonać każdego
użytkownika oscyloskopu, jak ważna jest, bardzo
często lekceważona sprawa „kabelków”. Niewłaś−
ciwy „kabelek” może nie tylko zaburzyć lub unie−
możliwić pracę badanego układu, ale też uniemoż−
liwić wykorzystanie w pełni pasma przenoszenia
używanego oscyloskopu.
W następnym odcinku zostaną przedstawione
dalsze informacje na ten temat.
(red)
39
Miernictwo
Oscyloskop − najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
CZĘŚĆ 2
Blok synchronizacji
W poprzednim odcinku omówiliśmy podstawo−
we bloki oscyloskopu: lampę oscyloskopową,
wzmacniacz odchylania pionowego (Y) i generator
podstawy czasu.
Po krótkim zastanowieniu, każdy wnikliwy Czy−
telnik zauważy jednak, że czegoś tu jeszcze braku−
je: wiadomo, że ekran świeci, gdy pada na niego
strumień elektronów, a świecenie szybko zanika
przy braku takiego strumienia. Gdy chcemy naryso−
wać linię poziomą, zwaną linią podstawy czasu,
wystarczy doprowadzić do płytek X przebieg piłok−
ształtny (lub inny) o określonej amplitudzie. Jeśli
częstotliwość podstawy czasu będzie większa niż
kilkudziesiąt herców, wtedy wskutek bezwładności
oka ujrzymy stabilną poziomą linię − obrazy ryso−
wane kolejno w tym samym miejscu zleją się w je−
den. Ale sprawa się skomplikuje, gdy zechcemy
zbadać jakiś szybkozmienny przebieg, doprowa−
dzony do płytek Y. Czy wystarczy jednokrotnie
“narysować” obraz tego przebiegu na ekranie?
Oczywiście nie! Przy jednokrotnym rysowaniu ob−
raz pojawi się na chwilę, mignie tylko na ekranie
i zapewne nie zdążymy ani obejrzeć jego kształtu,
ani tym bardziej zmierzyć napięć i czasu. Aby więc
uzyskać stabilny obraz na ekranie, badany przebieg
należy rysować na ekranie wielokrotnie. Podkreśl−
my to jeszcze raz: obraz musi być rysowany wielo−
krotnie. Jest to bardzo ważna sprawa, ale niezbyt
trudna do wykonania, bowiem ogromna większość
badanych sygnałów ma charakter okresowy, czyli
powtarzalny. (Sposobami zapamiętania i badania
przebiegów jednorazowych czyli niepowtarzal−
nych zajmiemy się trochę później.)
Rys. 5a. Prosta
metoda synchroni−
zacji.
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 2/97
Uzyskanie nieruchomego obrazu przy wielo−
krotnym rysowaniu na ekranie wymaga więc zasto−
sowania jakiegoś układu synchronizacji, aby ryso−
wanie obrazu zaczynało się zawsze w takim sa−
mym punkcie badanego przebiegu. Bez synchroni−
zacji obraz na ekranie będzie się przesuwał lub co
gorsza na ekranie pojawi się wiele wzajemnie prze−
suniętych jednakowych krzywych.
Już na pierwszy rzut oka widać tu dwie możli−
wości synchronizacji: albo będziemy zmieniać
częstotliwość generatora piły (by częstotliwość
przebiegu badanego była wielokrotnością częstotli−
wości podstawy czasu), albo też zastosujemy układ
generatora podstawy czasu, w którym będzie moż−
liwe wprowadzenie opóźnienia, jakby czasu ocze−
kiwania, pomiędzy kolejnymi “zębami piły”.
Pierwszy sposób synchronizacji, przez zmianę
częstotliwości przebiegu piłokształtnego, przedsta−
wiony na rysunku 5a, był stosowany dawniej
w najprostszych i najtańszych oscyloskopach, na
przykład takim, jak pokazano na fotografii 1.
Obecnie ten sposób synchronizacji zupełnie nie
jest wykorzystywany, bowiem płynna zmiana częs−
totliwości “piły” praktycznie uniemożliwia dokład−
niejsze pomiary czasu. Owszem, współczesne os−
cyloskopy mają pokrętło płynnej zmiany współ−
czynnika czasu, ale nie ma to nic wspólnego z syn−
chronizacją, ułatwia tylko niektóre pomiary porów−
nawcze.
Powszechnie stosuje się natomiast drugi sposób
synchronizacji, polegający na wprowadzeniu
określonego opóźnienia między poszczególnymi
“zębami piły”. Pokazano to na rysunku 5b.
W rzeczywistości generator przebiegu piłokształt−
Rys. 5b.
Wyzwalana
praca
podstawy
czasu.
35
Miernictwo
Rys. 6. Obwody wyzwalania w oscyloskopie.
Fot. 1. Oscyloskop Mini 4.
nego po uruchomieniu (mówiac językiem tech−
nicznym − po wyzwoleniu), generuje tylko jeden
“ząb piły” i czeka na następny sygnał wyzwalający.
Jeśli taki sygnał nie nadejdzie, generator nie zosta−
nie wyzwolony. Co to znaczy w praktyce?
To, że plamka będzie czekała na wyzwolenie
z lewej strony ekranu (w niektórych oscyloskopach
widać to wyraźnie, w innych plamka w stanie
oczekiwania jest wygaszona). Oczywiście przy
braku sygnału wyzwalającego ekranie nie będzie
żadnego obrazu. Taki rodzaj pracy spotyka się
obecnie praktycznie w każdym oscyloskopie i jest
to tak zwana praca wyzwalana. Odpowiednia po−
zycja przełącznika synchronizacji jest oznaczana
z angielska TRIG(gered), w oscyloskopach radziec−
kich tryb pracy wyzwalanej nazywa się æäóùèé.
Początkujący elektronicy przy pierwszym kon−
takcie z nieznanym oscyloskopem często mają kło−
poty z uzyskaniem obrazu na ekranie, właśnie dla−
tego, że ustawiony jest tryb pracy wyzwalanej.
Ale w większości przypadków nawet przy braku
sygnału na wejściu Y (i przy braku sygnałów wy−
zwalających) na ekranie widać poziomą linię pod−
stawy czasu. Jesteśmy przyzwyczajeni do takiego
właśnie trybu pracy − nazywa się on trybem pracy
automatycznej (ang. AUTO, ros. ABTO). W tym try−
bie, jeśli po wygenerowaniu jednego ząbka “piły”
w ciągu określonego czasu nie nadejdzie z układu
synchronizacji impuls wyzwalający, wtedy specjal−
ny układ opóźniający samoczynnie wyzwoli gene−
rator piły. Ten układ opóźniający, a inaczej mó−
wiąc przytrzymujący, zapewnia pojawienie się ob−
razu (najczęściej poziomej linii) na ekranie także
w przypadku braku sygnału wyzwalającego. Wiele
oscyloskopów wyposażonych jest w pokrętło regu−
lacji tego czasu opóźnienia, czy powstrzymywania.
Jest ono oznaczone HOLD OFF lub çàäåðæêà.
Pokrętło to bywa pomocne w uzyskaniu synchroni−
zacji przy badaniu złożonych przebiegów w trybie
pracy automatycznej (ale przy takich przebiegach
częściej stosuje się tryb wyzwalany).
Blokowy schemat omawianych oscyloskopów
pokazany jest na rysunku 6.
W układzie synchronizacji każdego oscylosko−
pu można znaleźć pokrętło regulacji poziomu wy−
zwalania. Pokrętło to opisane jest TRIG. LEVEL lub
óðîâåíü. Co to właściwie jest ten poziom wyzwa−
lania? Chodzi o ustalenie, w jakim punkcie prze−
biegu ma się pojawiać impuls wyzwalający. Mó−
wiąc opisowo, pokrętło to decyduje na jakiej wyso−
kości na ekranie znajdować się będzie początek
przebiegu zobrazowanego na ekranie − ilustruje to
rysunek 7, pokazujący wygląd ekranu przy różnych
położeniach tego regulatora.
Zwykle blok synchronizacji wyposażony jest też
w przełącznik umożliwiający wybór zbocza prze−
biegu badanego, które będzie wyzwalać generator
Rys. 7. Wpływ ustawienia pokrętła poziomu wyzwalania.
36
Rys. 8. Wybór zbocza wyzwalającego.
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 2/97
Miernictwo
Rys. 9. Przykładowy przebieg badany.
piły. Przełącznik ten bywa opisywany POS./NEG,
lub po prostu +/−. Działanie tego przełączni−
ka obrazuje rysunek 8.
W badanych układach elektronicznych często
występują przebiegi napięcia o bardziej skompli−
kowanym kształcie, na przykład takie, jak pokaza−
no na rysunku 9, czy takie, jak sygnały wizyjne lub
impulsy występujące w nadajnikach kodu RC−5.
Układ synchronizacji musi wydzielić ze złożonego
przebiegu tylko te składniki, które zapewnią stabil−
ny obraz na ekranie. Zwykle chodzi o wydzielenie
składowej sygnału o najmniejszej częstotliwości.
Najogólniej rzecz biorąc, czym bardziej rozbudo−
wany układ synchronizacji i czym więcej ma prze−
łączników i potencjometrów, tym łatwiej uzyskać
synchronizację wspomnianych złożonych przebie−
gów. Na przykład w oscyloskopach przeznaczo−
nych do różnorodnych badań w laboratoriach spo−
tyka się dodatkowe przełączniki i pokrętła, na
przykład umożliwiające wybór rodzaju sprzężenia
źródła sygnału wyzwalającego z układem synchro−
nizacji. Może to być sprzężenie zmiennoprądowe
(AC), przepuszczajace sygnały zmienne a odcina−
jące składową stałą, sprzężenie stałoprądowe (DC),
Rys. 10. Uproszczony
schemat blokowy
prostego oscyloskopu.
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 2/97
gdy przepuszczny jest pełny sygnał, sprzężenie
przez filtr dolnoprzepustowy (LF), przydatne przy
badaniu układów małej częstotliwości, czy wresz−
cie sprzężenie przez filtr górnoprzepustowy (HF),
pomocne przy badaniu sygnałów w.cz.
Natomiast w wielu oscyloskopach, przeznaczo−
nych do serwisu urządzeń wideo, występują pozy−
cje przełącznika oznaczone TV−H i TV−V. W tych
pozycjach w tor synchronizacji włączone są spe−
cjalne separatory służące do wydzielenia z sygnału
telewizyjnego impulsów synchronizacji linii i ram−
ki.
W lepszych oscyloskopach zawsze można spo−
tkać kilkupołożeniowy przełącznik źródła wyzwa−
lania. Okazuje się bowiem, że niekiedy do zsynch−
ronizowania przebiegów sygnał synchronizacji
uzyskuje się nie z przebiegu badanego, tylko z in−
nego, większego sygnału, który jest zsynchronizo−
wany z przebiegiem badanym. Wspomniany prze−
łącznik w pozycji INT lub âíóòð(åííàÿ), umożliwia
synchronizację sygnałem badanym, czyli synchro−
nizację wewnętrzną. W pozycji EXT lub âíåøí(àÿ) do
układu synchronizacji doprowadzony jest sygnał
z zewnątrz przez gniazdo, umieszczone zwykle
blisko omawianego przełącznika. Synchronizację
zewnętrzną stosuje się na przykład przy badaniu
niewielkich sygnałów występujących na tle znacz−
nych szumów albo w układach cyfrowych, gdy do
gniazda synchronizacji zewnętrznej podaje się syg−
nał o najniższej częstotliwości występującej
w układzie. Wreszcie w pozycji oznaczonej LINE
lub ñåòü, przebiegi są synchronizowane napię−
ciem sieci energetycznej 50Hz, co również bywa
przydatne w praktyce.
Nieprzypadkowo układowi synchronizacji po−
święcono tak dużo miejsca: właśnie blok synchro−
nizacji decyduje w dużym stopniu o rzeczywistej
wartości oscyloskopu.
Prosty oscyloskop
Po omówieniu trzech najważniejszych zespo−
łów, można się pokusić o narysowanie schematu
blokowego prostego oscyloskopu. Schemat taki
przedstawiono na rysunku 10. Bardzo niewiele
uwagi poświęcono tu sprawie zasilania, i pozio−
mów sygnałów, ale ten temat nie jest dla użytkow−
nika najważniejszy. Ważniejsze jest natomiast, aby
poznał on ogólne zasady, i zidentyfikował funkcje
poszczególnych regulatorów.
Ułatwieniem jest fakt, że pokrętła i przełączniki
zawsze są pogrupowane według pełnionych funk−
cji. Najczęściej na płycie czołowej narysowane są
ramki oddzielające poszczególne grupy, co znako−
micie ułatwia skorzystanie nawet ze skomplikowa−
nego i bogato wyposażonego w pokrętła i prze−
łączniki oscyloskopu.
A teraz pierwsze zadanie dla czytelników. Na
fotografii 2 pokazano płytę czołową prostego oscy−
loskopu. Czy każdy Czytelnik potrafi określić rolę
wszystkich pokręteł i przełączników?
Należy przy tym wziąć pod uwagę, iż bardzo
często w oscyloskopach występują regulatory ze−
spolone. Przykładowo na fotografii 3 pokazano, że
zewnętrzne pokrętło służy do skokowej regulacji
wzmocnienia, natomiast pokrętło wewnętrzne − do
płynnej regulacji wzmocnienia (przy czym nomi−
nalne współczynniki wzmocnienia podane na skali
37
Miernictwo
Fot. 2. Prosty oscyloskop jednokanałowy.
uzyskuje się gdy pokrętło to jest skręcone w prawo
do oporu − do zatrzasku). Dodatkowo wewnętrzne
pokrętło można wyciągnąć lub wcisnąć, co daje
możliwość odwrócenia obrazu “do góry nogami”
(ale nie na zasadzie pokazanej na rysunku 8) i jest
przydatne przy niektórych pomiarach.
Tyle w pierwszym odcinku poświęconym oscy−
loskopom. Za miesiąc omówione zostaną oscylo−
skopy wielokanałowe, oscyloskopy z podwójną
podstawą czasu i nowoczesne oscyloskopy cyfro−
we. W dalszej kolejności podane będą praktyczne
informacje o najważniejszych parametrach oscylo−
skopów i wskazówki dotyczące użytkowania tych
przyrządów i zasady przeprowadzania pomiarów.
(red)
Fot. 3. Trójfunkcyjny regulator.
38
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 2/97
Miernictwo
Oscyloskop − najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
CZĘŚĆ 5
Podwójna podstawa czasu
Przy badaniu skomplikowanych przebiegów
często zachodzi potrzeba dokładnego obejrzenia
małego wycinka jakiegoś dłuższego sygnału. Przy−
kładowo w serwisie urządzeń TV bada się zespolo−
ny sygnał wizyjny. W sygnale tym w ciągu sekundy
występuje 50 tzw. półobrazów, przedzielonych im−
pulsami synchronizacji ramki (pola). Każdy półob−
raz składa się z ponad trzystu ponumerowanych
fragmentów, tzw. linii, przedzielonych krótkimi im−
pulsami synchronizacji linii. W praktyce trzeba
niekiedy obejrzeć sygnał konkretnej linii. Należy
więc znaleźć sposób na odszukanie w zespolonym
sygnale wizyjnym tylko ściśle określonych, krót−
kich fragmentów. Ilustruje to rysunek 20, pokazują−
cy w uproszczeniu zawartość linii numer 40.
Można do tego zastosować specjalizowany ze−
wnętrzne urządzenie, tak zwany selektor zawiera−
jący licznik linii sygnału telewizyjnego. Selektor
odszukuje impulsy synchronizacji ramki, a następ−
nie liczy kolejne linie danego półobrazu. Po dojś−
ciu do potrzebnej linii (wg rys. 20 jest to linia nr 40)
wyzwalany jest generator podstawy czasu w oscy−
loskopie.
Rys. 20. Fragment zespolonego przebiegu wizji w odbiorniku TV.
Rys. 21. Schemat blokowy oscyloskopu
z podwójną podstawą czasu.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/97
31
Miernictwo
Rys. 22. Praca w trybie podstawowym.
Zamiast zewnętrznego selektora można też za−
stosować inną metodę. Jest ona szeroko stosowana
w droższych
analogowych
oscyloskopach.
W przyrządach zbudowanych według omówionej
dalej zasady występują dwa generatory podstawy
czasu: główny, oznaczany MTB (Main Time Base)
lub krótko A oraz opóźniony, oznaczany DTB (De−
layed Time Base) lub B. Ideę pokazuje rysunek 21.
Chodzi o dodanie do zwykłego oscyloskopu dodat−
kowego układu wyzwalania i dodatkowego gene−
ratora podstawy czasu.
Dodatkowy układ wyzwalania (zwykle jest to
układ porównujący czyli komparator) zawsze wy−
posażony jest w regulator opóźnienia. Drugi gene−
rator podstawy czasu jest wyzwalany w momencie,
gdy napięcie generatora głównej podstawy czasu
przekracza pewien poziom, ustalany za pomocą
wieloobrotowego potencjometru. Drugi, szybszy
generator podstawy czasu zostaje wyzwolony po
pewnym czasie. W efekcie w torze X oscylosko−
pu są do dyspozycji dwa piłokształtne sygnały
podstawy czasu − mogą one być wykorzystane
w różnorodny sposób, w tym do zobrazowania
na ekranie potrzebnego małego wycinka prze−
biegu.
Być może początkujący Czytelnik nie bardzo ro−
zumie, jak to wszystko działa, i jak to wygląda
w praktyce. Pomocą w zrozumieniu będzie poniż−
szy opis, a wszystko staje się całkiem jasne po prze−
prowadzeniu kilku praktycznych prób z takim os−
cyloskopem.
Oscyloskopy z podwójną podstawą czasu mają
standardowo trzy tryby pracy:
1. Pracuje tylko generator głównej podstawy
czasu MTB; jest to praca jak w zwykłym oscylosko−
pie.
2. Generator DTB podświetla (rozjaśnia) frag−
ment przebiegu generatora MTB − ten tryb służy do
przygotowania i wybrania z przebiegu na ekranie
potrzebnego małego fragmentu.
3. Na całej szerokości ekranu, przy wykorzysta−
niu DTB, rysowany jest wybrany wcześniej mały
fragment przebiegu.
Tryb pierwszy nie wymaga komentarza. Przykła−
dowy obraz na ekranie w tym trybie, układ połą−
czeń wewnętrznych i przebiegi napięć pokazano
na rysunku 22.
Po przełączeniu w tryb drugi, oznaczany A
INT(ensified by) B lub Á ïîäñâ(å÷ÿåò) À, rozjaśniony
zostaje zostaje fragment przebiegu na ekranie, jak
przedstawiono to na rysunku 23. Używając wielo−
obrotowego potencjometru P, oznaczonego zwyk−
le DELAY (lub DEL’D POSITION) ew. çàäåðæêà,
użytkownik może regulować położenie początku
rozjaśnionego fragmentu. Natomiast długość części
podświetlonej można regulować zmieniając prąd−
kość opóźnionej podstawy czasu; w niektórych os−
cyloskopach jest to oddzielne pokrętło, również
Rys. 23. Praca w trybie rozjaśniania fragmentu przebiegu.
32
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/97
Miernictwo
Rys. 24. Praca w trybie obrazowania fragmentu przebiegu.
Rys. 25. Obraz na ekranie i przebiegi na płytkach X i Y przy sumowaniu podstaw czasu.
wyskalowane w ms/działkę i µs/działkę, w innych
ustawia się to wyciągając gałkę pokrętła głównej
podstawy czasu.
Po przełączeniu w tryb oznaczony B, TRIG’D
B lub Á, na ekranie ukazuje się rozjaśniony po−
przednio fragment − teraz jest rozciągnięty i można
dokładnie obejrzeć szczegóły. Wygląd ekranu, po−
łączenia i przebiegi w torze X pokazuje rysunek
24. Jak widać z podanego opisu, szybkość dodatko−
wej podstawy czasu (oznaczonej DTB) zawsze po−
winna być większa od szybkości głównej podstawy
czasu MTB.
Oczywiście ten sposób pracy może być stoso−
wany tylko przy badaniu przebiegów powtarzal−
nych, a nie jednorazowych, albowiem najpierw
z całego przebiegu trzeba wybrać interesujący
fragment do rozciągnięcia.
Tu można zadać Czytelnikom trudne pytanie:
czy przy wykorzystaniu opóźnionej podstawy cza−
su, można obserwować na ekranie jednocześnie
dwa przebiegi? Czy mogą to być przebiegi z obu
kanałów Y? A czy można jednocześnie uzyskać na
ekranie oba przebiegi z rysunków 23 i 24? Czy
można wykorzystać dwie podstawy czasu przy ba−
daniu przebiegów jednorazowych?
Odpowiedź nie jest jednoznaczna − wszystko
zależy od rozwiązań konstrukcyjnych przyjętych
przy budowie danego oscyloskopu. Oczywiście są
oscyloskopy, które mogą wyświetlać wspomniane
przebiegi.
Niektóre oscyloskopy mają jeszcze inne, nie wy−
mienione tu możliwości wykorzystania obu gene−
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/97
ratorów podstawy czasu, należy to sprawdzić
w oryginalnej instrukcji obsługi.
Na przykład rysunek 25a pokazuje obraz prze−
biegu w jeszcze innym rodzaju pracy. Najpierw
wybrany został potrzebny fragment (patrz rysunki
22, 23). Jednak potem, zamiast rysować tylko wy−
brany fragment przebiegu, rysowany jest cały prze−
bieg, z tym, że uprzednio wybrany fragment jest
rozciągnięty w stosunku do pozostałej części. Taki
niecodzienny rodzaj pracy powstaje przy zsumo−
waniu przebiegów obu podstaw czasu. Wypadko−
wy przebieg podany na płytki X ma kształt jak na
rysunku 25b. Dociekliwi Czytelnicy powinni do−
kładnie przeanalizować wszystkie rysunki i upew−
nić się, czy wszystko jest dla nich jasne. Pomoże to
w przyszłości rozumnie wykorzystać nieocenione
zalety oscyloskopu z podwójną podstawą czasu.
Opóźniona podstawa czasu radykalnie rozsze−
rza możliwości pomiarowe oscyloskopu, niestety
zwiększa też znacznie jego cenę. Konstruktor elek−
tronik dość często napotyka sytuacje, w których
wykorzystanie opóźnionej podstawy czasu znako−
micie pomaga ustalić przyczynę błędnego działa−
nia układu.
W wielu wypadkach, rozumiejąc opisane zasa−
dy, można zbudować przystawkę do oscyloskopu −
układ opóźniająco−synchronizujący, który przy
wykorzystaniu trybu wyzwalania zewnętrznego
umożliwi oglądanie wybranych, niewielkich frag−
mentów badanych przebiegów impulsowych. Naj−
pierw przy synchronizacji wewnętrznej należy
zobrazować na ekranie cały przebieg, potem zmie−
33
Miernictwo
rzyć potrzebne opóźnienie i nastawić takie opóź−
nienie w układzie zewnętrznej przystawki. Potem
trzeba przełączyć oscyloskop na wyzwalanie ze−
wnętrzne i zwiększyć szybkość podstawy czasu.
Uproszczony, blokowy schemat takiej przystaw−
ki pokazany jest na rysunku 26. Pokazany układ
opóźniający nie musi generować przebiegu piłok−
ształtnego − wystarczy, że będzie to cyfrowy układ
opóźniający
z wykorzystaniem
uniwibratora.
Większym problemem jest budowa dobrego układu
synchronizującego, pracującego w szerokim zakre−
sie sygnałów wejściowych. Tu właśnie pomysłowy
elektronik ma duże możliwości rozszerzenia moż−
liwości swojego w miarę prostego oscyloskopu.
(red)
34
Rys. 26 Idea przystawki opóźniającej do oscyloskopu.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/97
Miernictwo
Oscyloskop − najważniejszy
przyrząd pomiarowy
w pracowni elektronika
W tym odcinku zostaną omówione dwa tematy:
możliwości przeróbki oscyloskopu jednokanało−
wego na wielokanałowy oraz sposoby pomiaru
przebiegów jednorazowych.
W poprzednim odcinku przedstawiono oscylo−
skopy dwukanałowe. Amatorzy często zastanawia−
ją się nad możliwością przeróbki oscyloskopu jed−
nokanałowego na wielokanałowy. W literaturze
spotyka się opisy przystawek zwiększających licz−
bę kanałów. Głównym zagadnieniem przy konstru−
owaniu jakich przystawek jest wymaganych zakres
napięć sygnałów wejściowych. Jeśli poszczególne
kanały przystawki miałyby mierzyć sygnały
o znacznie różniących się amplitudach, wtedy ko−
nieczne byłoby zastosowanie w każdym kanale
wzmacniaczy i tłumików, pozwalających dostoso−
wać się do poziomu sygnału. Wykonanie dobrego
szerokopasmowego tłumika jest bardzo trudną
sprawą, dlatego przystawki opisywane w literatu−
rze przeznaczone są zazwyczaj do badania prze−
biegów cyfrowych. Do wykonania takiej przystaw−
ki wystarczy kilka układów cyfrowych: multiplek−
ser, licznik i kilka bramek. Blokowy schemat naj−
prostszej przystawki pokazany jest na rysunku 18a.
Obraz na ekranie przedstawia rysunek 18b. Wyko−
rzystuje się tu pracę przemienną − poszczególne
przebiegi rysowane są podczas kolejnych przebie−
gów podstawy czasu. Duże znaczenie ma sprawa
synchronizacji − podstawa czasu oscyloskopu pra−
cuje w trybie wyzwalania sygnałem zewnętrznym.
Do wyzwalania trzeba zastosować jeden z sygna−
łów − ten, który ma najdłuższy okres. Wtedy na
uzyskanym obrazie zachowane będą zależności
czasowe miedzy poszczególnymi przebiegami. Do
przesunięcia w pionie poszczególnych obrazów
wykorzystuje się przetwornik D/A, a właściwie
prosty generator napięcia schodkowego, składający
się z kilku rezystorów. Do prawidłowego działania
przystawki potrzebny jest sygnał podstawy czasu,
lub sygnał bramkujący podstawy czasu − wiele os−
cyloskopów ma gniazdo wyjściowe z takim sygna−
łem. W najprostszych oscyloskopach trzeba taki
sygnał wyprowadzić na zewnątrz przewodem.
Możliwe byłoby również zastosowanie pracy
siekanej i sterowanie licznika przystawki z własne−
go generatora taktującego. Przy pracy siekanej mo−
gą jednak wystąpić kłopoty z wygaszaniem
“przejść” między poszczególnymi przebiegami, co
może doprawadzić do zamazania obrazu.
W przypadku sygnałów analogowych sprawa
jest nieco bardziej skomplikowana, ale budowa ta−
kiego układu również jest możliwa. Jeśli Czytelnicy
byliby zainteresowani taką przystawką, redakcja
zleci pracowni konstrukcyjnej opracowanie sto−
sownego układu. Prosimy o listy w tej sprawie.
Badanie przebiegów
wolnozmiennych
i jednorazowych
Każdy użytkownik oscyloskopu wie, iż trudno
jest obejrzeć zwykłym oscyloskopem przebiegi
o częstotliwościach mniejszych niż kilkadziesiąt
herców, ponieważ dają one na ekranie obraz miga−
Rys. 18a. Schemat blokowy przystawki wielokanałowej.
36
CZĘŚĆ 4
Rys. 18b. Przebiegi na ekranie.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97
Miernictwo
Rys. 19. Drgania styków.
jący. Zwykły oscyloskop w zasadzie nie nadaje się
od obserwacji przebiegów o częstotliwościach
mniejszych niż 10...20Hz. Plamka porusza się wte−
dy na ekranie bardzo wolno, a więc zaobserwowa−
nie kształtu przebiegów i określenie ich paramet−
rów jest bardzo utrudnione.
Jeszcze gorzej wygląda to przy próbie pomiaru
przebiegów jednorazowych, czyli niepowtarzal−
nych. Przebieg taki raz mignąłby na ekranie, a ob−
serwator na pewno nie zdążyłby czegokolwiek za−
uważyć. Przykładem przebiegów niepowtarzal−
nych są napięcia na stykach wyłączników i prze−
kaźników. Jak zapewne wiedzą wszyscy Czytelnicy
EdW, przy łączeniu i rozłączaniu styków mecha−
nicznych łączenie nie następuje w jednym ułamku
sekundy − występują drgania i przebieg napięcia na
obciążeniu nie jest czystym prostokątem, zawiera
oscylacje. Przykład takich oscylacji pokazano na
rysunku 19. Nie ulega wątpliwości, że przy każ−
dym włączeniu lub wyłączeniu styku S, przebieg
tych oscylacji będzie nieco inny.
Do zobrazowania na oscyloskopie takich przy−
padkowych przebiegów nie można więc wykorzys−
tać metody wielokrotnego rysowania, jak to jest
przy normalnej pracy oscyloskopu. Trzeba znaleźć
sposób na “zatrzymanie na ekranie” przebiegu jed−
norazowego.
Sposobów jest kilka. Najprostszy, ale w warun−
kach amatorskich jedyny dostępny, polega na wy−
korzystaniu lampy oscyloskopowej z długą poświa−
tą. W typowych lampach z zielonym luminoforem
świecenie ekranu zmniejsza się bardzo szybko po
ustaniu pobudzenia. Ale są luminofory, które świe−
cą jeszcze dłuższy czas po jednokrotnym pobudze−
niu. Niektóre lampy mają na ekranie dwa rodzaje
luminoforu: jeden “szybki”, świecący zwykle w ko−
lorze zielonym, oraz drugi świecący słabiej ale
znacznie dłużej (zwykle w kolorze żółtozielonym
lub żółtoniebieskim). Warto sprawdzić, czy w po−
siadanym oscyloskopie zastosowano taki podwój−
ny luminofor. Należy ustawić jak najmniejszą pręd−
kość plamki (0,2 lub więcej sekundy na działkę),
podać sygnał prostokątny z generatora o częstotli−
wości rzędu pojedynczych herców i obserwować,
czy obraz na ekranie utrzymuje się jeszcze po
przejściu plamki. Ponieważ jasność świecenia tego
drugiego luminoforu jest bardzo mała, próby nale−
ży przeprowadzić przy zgaszonym świetle, w dob−
rze zaciemnionym pomieszczeniu. Jeśli okaże się,
że czytelny obraz utrzymuje się sekundę lub dłu−
żej, oscyloskop może być używany do wielu cieka−
wych celów, między innymi w trybie X−Y jako
wskaźnik do wobulatora m.cz.
Nawet jeżeli, co bardzo prawdopodobne, lampa
nie ma podwójnego luminoforu, warto sprawdzić,
czy podanej prostej metody nie uda się wykorzys−
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97
tać w całkowitej ciemności. To nie żart. Jasność lu−
minoforu maleje wykładniczo w czasie, i przy cał−
kowitym zaciemnieniu być może ślad pozostawio−
ny przez plamkę będzie wystarczający do zaobser−
wowania przebiegów jednorazowych. Przy takiej
prymitywnej metodzie badania przebiegów jedno−
razowych należy oczywiście wykorzystać tryb pra−
cy wyzwalanej, a może nawet wykonać dodatko−
wy układ synchronizacji, dołączony do gniazda
synchronizacji zewnętrznej oscyloskopu.
Niektóre starsze oscyloskopy zawierają lampę
z podwójnym luminoforem. Wtedy obok normal−
nej (automatycznej) oraz wyzwalanej pracy podsta−
wy czasu, możliwa jest praca jednorazowa. Odpo−
wiednia pozycja przełącznika jest oznaczona SIN−
GLE, ONE SHOT lub ÎÄÍÎĘÐ(ŕňíŕ˙). W takich os−
cyloskopach zawsze występuje też przycisk oraz
lampka gotowości oznaczone READY lub ĂÎŇÎÂ.
Po naciśnięciu wspomnianego przycisku zapala się
lampka gotowości. Generator jest gotowy do pracy
i pierwszy przychodzący impuls wyzwalający uru−
chamia go. Lampka gotowości gaśnie. Wyzwalanie
przy tym sposobie pracy jest identyczne jak w try−
bie wyzwalanym, z tą różnicą, że następne nad−
chodzące przebiegi nie uruchomiają generatora pi−
ły. Narysowany jednokrotnie przebieg można do−
kładnie obejrzeć, o ile tylko pomieszczenie jest
wystarczająco zaciemnione. Właśnie w trybie jed−
norazowym często przydaje się wspomniana w po−
przednim odcinku linia opóźniająca, umożliwiają−
ca obejrzenie także przedniego zbocza badanego
przebiegu.
Lampy pamiętające
Pokrewną i podobną w obsłudze metodą zatrzy−
mania obrazu na ekranie jest wykorzystanie spe−
cjalnej lampy pamiętającej. Budowa takiej lampy
jest skomplikowana, dziś już się takich lamp nie
stosuje. Być może jednak ktoś z Czytelników ma
dostęp do oscyloskopu wyposażonego w taką lam−
pę.
Wykorzystanie lampy pamiętającej jest dobrym
sposobem pozwalającym na obserwację przebie−
gów wolnozmiennych i jednorazowych, ale nieste−
ty drogim i dziś już przestarzałym.
Metody cyfrowe
Kolejną możliwością badania przebiegów nie−
powtarzalnych jest zastosowanie przetwornika
analogowo−cyfrowego, pamięci półprzewodniko−
wej RAM i przetwornika cyfrowo−analogowego.
Jest to sposób bardzo dobry − stosowany jest we
współczesnych oscyloskopach.
Przebieg napięcia jest zamieniony na ciąg pró−
bek − liczb, a następnie zapamiętany w szybkiej
pamięci półprzewodnikowej. Tak zapamiętany
przebieg może być wielokrotnie odtwarzany na ek−
ranie.
Doszliśmy do oscyloskopów cyfrowych − będą
one bliżej omówione w jednym z następnych od−
cinków.
(red)
37