Osciloskop

Osciloskop je uređaj koji služi za prikazivanje promjene električnog napona u nekom vremenskom periodu. Na svom ekranu prikazuje stvaran oblik napona koji se mijenja u vremenu, tako da se mogu izvesti mjerenja i poređenja sa drugim talasnim oblicima. Osciloskop se može donekle posmatrati kao jednostavna crtaća mašina, koja crta graf veličine napona kako vrijeme prolazi. Oblik talasa koji se crta je dakle, graf napona kroz vrijeme ili V(t).

Osciloskop, ranije zvan oscilograf,^[1]^[2] i neformalno poznat kao skop ili o-skop, CRO (za osciloskop katodnih zraka) ili DSO (za moderniji digitalni skladišni osciloskop), je vrsta elektronskog instrumenta za testiranje koji grafički prikazuje različite napone signala, obično kao kalibrisani dvodimenzionalni dijagram jednog ili više signala u funkciji vremena. Prikazani talasni oblik se zatim može analizirati za svojstva kao što su amplituda, frekvencija, vreme porasta, vremenski interval, izobličenje i drugo. Prvobitno, izračunavanje ovih vrednosti zahtevalo je ručno merenje talasnog oblika u odnosu na skale ugrađene u ekran instrumenta.^[3] Savremeni digitalni instrumenti mogu direktno izračunati i prikazati ova svojstva.

Osciloskop se može podesiti tako da se ponavljajući signali mogu posmatrati kao trajni talasni oblik na ekranu. Skladišni osciloskop može da snimi jedan događaj i da ga prikazuje neprekidno, tako da korisnik može da posmatra događaje koji bi se inače pojavili suviše kratko da bi se mogli direktno videti.

Osciloskopi se koriste u nauci, medicini, inženjerstvu, automobilskoj i telekomunikacijskoj industriji. Instrumenti opšte namene se koriste za održavanje elektronske opreme i laboratorijske radove. Osciloskopi posebne namene se mogu koristiti za analizu sistema za paljenje automobila ili za prikaz talasnog oblika otkucaja srca kao elektrokardiogram, na primer.

Rani osciloskopi su koristili katodne cevi (CRT) kao svoj element za prikaz (zbog toga su se obično nazivali CRT) i linearna pojačala za obradu signala. Skladišni osciloskopi su koristili specijalne CRT za skladištenje da bi održali stabilan prikaz jednog kratkog signala. CRT su kasnije u velikoj meri zamenjeni digitalnim skladišnim osciloskopom (DSO) sa tankim ekranima, brzim analogno-digitalnim pretvaračima i procesorima digitalnih signala. DSO bez integrisanih displeja (ponekad poznati kao digitalizatori) dostupni su po nižoj ceni i koriste računar opšte namene za obradu i prikaz talasnih oblika.

Istorija uredi

Braunova cev je bila poznata 1897. godine, a 1899. Džonatan Zenek ju je opremio pločama koje formiraju snop i magnetnim poljem za pomeranje traga.^[4] Rane katodne cevi su eksperimentalno primenjene na laboratorijska merenja još 1920-ih, ali su imale slabost loše stabilnosti vakuuma i katodnih emitera. V. K. Zvorikin je 1931. opisao trajno zapečaćenu, visokovakumsku katodnu cev sa termoelektronskim emiterom. Ova stabilna i ponovljiva komponenta je omogućila preduzeću Dženeral Radio da proizvede osciloskop koji je bio upotrebljiv van laboratorijskog okruženja.^[3] Nakon Drugog svetskog rata višak elektronskih delova postao je osnova oživljavanja Hitkit korporacije, a komplet osciloskopa od $50 dolara napravljen od takvih delova bio je prvi tržišni uspeh.

Karakteristike i upotreba uredi

Osciloskop koji pokazuje trag sa standardnim ulazima i kontrolama

Analogni osciloskop je obično podeljen u četiri sekcije: ekran, vertikalne kontrole, horizontalne kontrole i kontrole okidača. Ekran je obično CRT sa horizontalnim i vertikalnim referentnim linijama koje se nazivaju gratikulama . CRT ekrani takođe imaju kontrole za fokus, intenzitet i nalaženje snopa.

Vertikalni deo kontroliše amplitudu prikazanog signala. Ova sekcija ima dugme za biranje volti po podeli (Volts/Div), prekidač za biranje AC/DC/zemlja i vertikalni (primarni) ulaz za instrument. Pored toga, ova sekcija je obično opremljena dugmetom za vertikalnu poziciju snopa.

Horizontalna sekcija kontroliše vremensku bazu ili „domet” instrumenta. Primarna kontrola je selektorski prekidač za sekunde po diviziji (Sec/Div). Takođe je uključen i horizontalni ulaz za iscrtavanje signala dvostruke X-Y ose. Dugme za položaj horizontalnog snopa se uglavnom nalazi u ovom delu.

Sekcija okidača kontroliše početni događaj profilisanja. Okidač se može podesiti da se automatski restartuje nakon svakog pregleda, ili se može konfigurisati da odgovori na interni ili eksterni događaj. Glavne kontrole ovog odeljka su prekidači za biranje izvora i spojnice, i spoljni okidački ulaz (EXT ulaz) i podešavanje nivoa.

Pored osnovnog instrumenta, većina osciloskopa se isporučuje sa sondom. Sonda se povezuje na bilo koji ulaz na instrumentu i obično ima otpornik deset puta veći od ulazne impedanse osciloskopa. Ovo rezultira faktorom slabljenja .1 (-10X); ovo pomaže da se izoluje kapacitivno opterećenje koje predstavlja kabl sonde od signala koji se meri. Neke sonde imaju prekidač koji omogućava operateru da zaobiđe otpornik kada je to potrebno.^[3]

Analogni i digitalni osciloskop uredi

Postoje dvije podvrste, analogni i digitalni osciloskopi. Oba se mogu koristiti za osnovna mjerenja. Glavna prednost novijih digitalnih osciloskopa je što mogu da sačuvaju sliku ekrana za analizu i snime fluktuacije napona u formatu razumljivom računarima.

Analogni osciloskop radi tako što primjenjuje mjereni analogni napon na elektronski snop u katodnoj cijevi. Zavisno od napona, snop je pomjeren gore ili dolje, i takva slika se prikazuje na ekranu.

Digitalni osciloskop pretvara analogni napon koji se mjeri u digitalni oblik putem AD pretvarača. Digitalna informacija se onda koristi za prikaz na ekranu i snimanje podataka ako je potrebno.

Digitalni osciloskopi uredi

Digitalni 4-kanalni osciloskop koji nadgleda podizač napona.

Dok analogni uređaji koriste stalno promenljive napone, digitalni uređaji koriste vrednosti koji odgovaraju uzorcima napona. U slučaju digitalnih osciloskopa, analogno-digitalni pretvarač (ADC) menja izmerene napone u digitalne informacije.

Digitalni osciloskop sa skladištenjem podataka, ili skraćeno DSO, danas je standardni tip osciloskopa za većinu industrijskih vidova primene, a zahvaljujući niskim cenama rudimentarnih osciloskopa čak i za hobiste. On zamenjuje elektrostatičku metodu skladištenja u analognim skladišnim opsezima digitalnom memorijom, koja skladišti podatke uzoraka koliko god je neophodno bez degradacije i prikazuje ih bez problema vezanih za osvetljenost kod CRT skladišnih tipova. Takođe omogućava kompleksnu obradu signala pomoću kola za digitalnu obradu signala velikom brzinom.^[3]

Standardni DSO je ograničen na registrovanje signala sa propusnim opsegom manjim od polovine brzine uzorkovanja ADC-a (naziva se Najkvistova granica). Postoji varijacija DSO-a koja se zove digitalni osciloskop za uzorkovanje i koja može premašiti ovu granicu za određene tipove signala, kao što su signali komunikacije velike brzine, gde se talasni oblik sastoji od ponavljajućih impulsa. Ovaj DSO tip namerno uzorkuje na mnogo nižoj frekvenciji od Najkvistove granice, a zatim koristi obradu signala da rekonstruiše kompozitni prikaz tipičnog impulsa.^[5]

Operacija uredi

Postoje razne vrste osciloskopa, sa raznim brojevima mjernih kanala i raznim namjenama. Ipak, svi imaju kao zajedničko podešavanje vremenske baze (sekunda-milisekunda-mikrosekunda po horizontalnom podioku) i naponske rezolucije (Volt-milivolt po vertikalnom podioku). Sa ovim podešavanjima, moguće je dovesti signal koji se posmatra na pravu veličinu za mjerenje.

Nadalje, skoro svi osciloskopi imaju podešavanje takozvanog „trigera“ (tačke okidanja), kojom se u stvari bira sa čim će se mjereni signal sinhronizirati. Obično je moguća sinhronizacija sa signalom (rastući ili padajući dio), mrežnim naponom (50 Hz ili 60 Hz) i drugo.

Reference uredi

^ How the Cathode Ray Oscillograph Is Used in Radio Servicing Arhivirano 2013-05-24 na sajtu Wayback Machine, National Radio Institute (1943)
^ „Cathode-Ray Oscillograph 274A Equipment DuMont Labs, Allen B” (na jeziku: nemački). Radiomuseum.org. Arhivirano iz originala 2014-02-03. g. Pristupljeno 2014-03-15.
^ ^a ^b ^v ^g Kularatna, Nihal (2003), „Fundamentals of Oscilloscopes”, Digital and Analogue Instrumentation: Testing and Measurement, Institution of Engineering and Technology, str. 165—208, ISBN 978-0-85296-999-1
^ Marton, L. (1980). „Ferdinand Braun: Forgotten Forefather”. Ur.: Suesskind, Charles. Advances in electronics and electron physics. 50. Academic Press. str. 252. ISBN 978-0-12-014650-5. Arhivirano iz originala 2014-05-03. g. „occurs first in a pair of later papers by Zenneck (1899a,b)”
^ Green, Leslie (21. 6. 2001), „The alias theorems: practical undersampling for expert engineers”, EDN, Arhivirano iz originala 20. 6. 2013. g., Pristupljeno 11. 10. 2012 CS1 održavanje: Format datuma (veza)

Literatura uredi

Principles of Electric Circuits, , Thomas I. Floyd, Prentice Hall. (7th изд.). pp. 446–448. ISBN 978-0-13-098576-7.
US 2883619, Kobbe, John R. & Polits, William J., "Electrical Probe", published 1959-04-21
Tektronix (1983), Tek Products, Tektronix
Tektronix (1998), Measurement Products Catalog 1998/1999, Tektronix
Wedlock, Bruce D.; Roberge, James K. (1969), Electronic Components and Measurements, Prentice-Hall, str. 150—152, ISBN 0-13-250464-2
US 3532982, Zeidlhack, Donald F. & White, Richard K., "Transmission Line Termination Circuit", published 1970-10-06
Operator's Manual: Model KG-635 DC to 5.2 MC 5" Wideband Oscilloscope, Maywood, IL: Knight Electronics Corporation, 1965, str. 3, „Synchronization ... + internal, − internal, 60 cps, and external. Sync limiting provides semi-automatic operation with level control. Locks from waveform fundamentals up to 5 mc. Will sync on display amplitudes as low as 0.1 [inch]”
Garland, Harry; Melen, Roger (1971). „Add Triggered Sweep to your Scope”. Popular Electronics. 35 (1): 61—66.
Abramson, Albert (1995), Zworykin, pioneer of television, University of Illinois Press, ISBN 0-252-02104-5
Burns, R. W. (1998), Television: an international history of the formative years, IET, ISBN 0-85296-914-7
Hawkins, Nehemiah (1917), „Chapter 63: Wave Form Measurement”, Hawkins Electrical Guide, 6 (2nd izd.), Theo. Audel and Co.
Kularatna, Nihal (2003), „Chapter 5: Fundamentals of Oscilloscopes”, Digital and Analogue Instrumentation – Testing and Measurement, Institution of Engineering and Technology, ISBN 978-0-85296-999-1
Spitzer, Frank; Howarth, Barry (1972), Principles of Modern Instrumentation , New York: Holt, Rinehart and Winston, ISBN 0-03-080208-3
Tektronix (1983), Tek Products, Tektronix
Tektronix (1998), Measurement Products Catalog 1998/1999, Tektronix
Williams, Jim (avgust 1991), High Speed Amplifier Techniques: A Designer's Companion for Wideband Circuitry (PDF), Application Note, Linear Technology, AN-47 CS1 održavanje: Format datuma (veza)
Ian Hickman (1997), Digital storage oscilloscopes, Newnes, ISBN 978-0-7506-2856-3
Hughes electrical and electronic technology, Pearson Education, 2008, str. 953, ISBN 978-0-13-206011-0
Charlie Sorrel (13. 5. 2009), „DIY Oscilloscope is Awesomely Affordable”, Wired
Alan S. Morris (2001), Measurement and instrumentation principles, Butterworth-Heinemann, str. 211, ISBN 978-0-7506-5081-6

Spoljašnje veze uredi

[1] How the Cathode Ray Oscillograph Is Used in Radio Servicing Arhivirano 2013-05-24 na sajtu Wayback Machine, National Radio Institute (1943)

[2] „Cathode-Ray Oscillograph 274A Equipment DuMont Labs, Allen B” (na jeziku: nemački). Radiomuseum.org. Arhivirano iz originala 2014-02-03. g. Pristupljeno 2014-03-15.

[Kul03-3] v ^g Kularatna, Nihal (2003), „Fundamentals of Oscilloscopes”, Digital and Analogue Instrumentation: Testing and Measurement, Institution of Engineering and Technology, str. 165—208, ISBN 978-0-85296-999-1

[4] Marton, L. (1980). „Ferdinand Braun: Forgotten Forefather”. Ur.: Suesskind, Charles. Advances in electronics and electron physics. 50. Academic Press. str. 252. ISBN 978-0-12-014650-5. Arhivirano iz originala 2014-05-03. g. „occurs first in a pair of later papers by Zenneck (1899a,b)”

[5] Green, Leslie (21. 6. 2001), „The alias theorems: practical undersampling for expert engineers”, EDN, Arhivirano iz originala 20. 6. 2013. g., Pristupljeno 11. 10. 2012 CS1 održavanje: Format datuma (veza)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]