From Wikipedia, the free encyclopedia
Az oszcilloszkóp olyan elektronikus mérőműszer, amely – legáltalánosabb felhasználásakor – elektromos feszültségek időtartománybeli ábrázolására és mérésére szolgál. Kiegészítőkkel sokféle mérés megvalósítását teszi lehetővé.
Egy katódsugárcső elektronágyújából kiindulva elektronnyaláb halad a képernyő felé. A katódsugárcső fókuszáló rendszere ezt az elektronnyalábot a képernyő belső felületén egy pontban (eltérítés nélkül a középpontban) gyűjti össze, ezen a helyen a képernyő fluoreszkáló bevonata fényt bocsát ki. A képernyő felé haladó elektronnyaláb egy vízszintes és egy függőleges eltérítő elektródapár között halad el. A vízszintes eltérítő rendszer elektródái közé kapcsolt feszültség hatására a sugárnyaláb az ernyőn vízszintes irányban; a függőleges eltérítő rendszer lemezei közé kapcsolt feszültség hatására pedig függőleges irányban kitér.
Az oszcilloszkóp legáltalánosabban használt üzemmódjában a vízszintes eltérítő lemezpár közé az idővel arányosan növekvő feszültséget kapcsolnak, ennek hatására az elektronsugár (és így az ernyőn világító fénypont) egyenletes sebességgel halad az ernyő bal oldalától a jobb oldaláig. A vízszintes eltérítő feszültséget az oszcilloszkóp eltérítő generátora szolgáltatja, az eltérítés sebessége beállítható. A mérési eredmények az ernyő előtti négyzetháló formájú skáláról olvashatók le. A vízszintes eltérítés sebességét idő/skálaosztás formátumban adják meg. (DIV = division = skálaosztás; a beállítható vízszintes eltérítési sebesség általában néhány sec/DIV és néhány nsec/DIV között változtatható.)
Egyidejűleg a függőleges eltérítő lemezpár közé (megfelelő erősítés után) a vizsgálandó jelet kapcsolják. Így az ernyőn a fénypont vízszintesen az idővel arányosan; ezzel egyidejűleg függőlegesen a vizsgált jel pillanatértékével arányosan térül ki, azaz az ernyőre rajzolja a vizsgált jel feszültség/idő diagramját. (A függőleges erősítő erősítése kalibrált lépésekben változtatható, az "érzékenységet" feszültség/skálaosztás, azaz V/DIV formában adják meg. A függőleges érzékenység szokásos értéke 2-10 mV/DIV és 5-20 V/DIV között változtatható.)
Az ernyő belső felületén elhelyezett fénypor az elektronnyaláb becsapódásakor bocsát ki fényt (fluoreszcencia), majd (általában néhányszor 10 msec-ig) utánvilágít (foszforeszcencia). Így a vizsgált jel feszültség/idő diagramjának egyes pontjai az ernyőn olyan rövid ideig vannak csak jelen, amely nem elegendő a mérés elvégzésére, a skála leolvasására. Az ART (Analog Real Time) oszcilloszkópok úgy hoznak létre az ernyőjükön leolvasható, állni látszó képet, hogy a vizsgált jelnek ugyanazt a szakaszát újra és újra az ernyőre rajzolják olyan ismétlődési sebességgel, hogy az ernyő utánvilágítása illetve az emberi szem tehetetlensége miatt azt úgy látjuk, mint ha folyamatosan az ernyőn lenne. Mindebből következik, hogy az ART oszcilloszkópok csak periodikusan ismétlődő jelek mérésére alkalmasak (ezeknél ismétlődnek csak a jelnek ugyanazon szakaszai). Amikor a vizsgált jel értéke egy beállított feszültségszintet adott irányban átlép, úgynevezett trigger jel képződik, melynek hatására megindul a vízszintes eltérítés. Amikor az elektronsugár az ernyőn vízszintesen végigfutott, rövid idő alatt visszatér az ernyő bal oldalára, és ott várakozik az újabb trigger jel beérkezéséig (a visszafutás és várakozás alatt az ernyőn a fénypont ki van oltva). Az újabb trigger jel akkor keletkezik, amikor a jel ugyanazt a beállított értéket lépi át, ezért a vízszintes eltérítés is a jelnek ugyanannál a szakaszánál indul el ismét.
A nem ismétlődő jelek mérését kezdetben csak hosszú (néhány sec) utánvilágítású katódsugárcsővel tudták megoldani (ilyen katódsugárcsövet használtak pl. a lokátortechnikában is), majd analóg tárolószkóppal.
Az analóg tároló oszcilloszkópba külön e célra fejlesztett tároló katódsugárcsövet (és a tárolást működtető áramköröket) építenek be. A tároló katódsugárcső típusától függően néhány másodperctől több óráig képes megtartani az ernyőre rajzolt képet. Ha a tárolás ki van kapcsolva, az oszcilloszkóp ugyanúgy működik, mint az ismertetett ART szkóp. A tárolás bekapcsolásakor az ernyőn megjelenő kép a tárolócső típusától és a beállításoktól függő ideig az ernyőn látható marad, így egyszeri lefutású jelek is vizsgálhatók. Ilyenkor indításra gyakran azt az üzemmódot használják, amikor csak az első trigger jel hatására indul meg a vízszintes eltérítés (single sweep).
Az oszcilloszkóp (a függőleges erősítőfokozatok áramkörei, de maga a katódsugárcső is) határt szabnak az ernyőn megjeleníthető jel maximális frekvenciájának.
Igen magas frekvenciájú (periodikus) jelek ún. mintavevő oszcilloszkóppal mérhetők. Ezek mérési elve az, hogy a trigger jel után minden periódusban azonos mértékben növelt idő után mintát vesznek a jelből, és e mintákat jelenítik meg a képernyőn. (A mintavételezésnek ezt a módját, tehát amikor a mintavételi időköz nagyobb, mint a periódusidő, nem valós idejű mintavételezésnek nevezik. Az azonos mértékben növelt időközönkénti mintavételezés pedig ekvivalens idejű mintavételezés.) Ha a vizsgálandó jelből a mintát minden ismétlődésnél 1%-kal arrébb veszik, a századik mintánál összeáll a vizsgálandó jel egy teljes periódusa, de a függőleges és vízszintes eltérítő áramkörök csak a vizsgált jel eredeti frekvenciájának 1/100-ad részének megfelelő frekvenciával kell, hogy működjenek.
A digitális technika terjedése az oszcilloszkópok fejlődésére is kihatott. A vizsgálandó jelből (szükség szerinti erősítés után) periódusonként több mintát vesznek (ezt a mintavételezési módot, tehát amikor a mintavételi időköz kisebb, mint a periódusidő, valós idejű vagy real time mintavételezésnek nevezik), majd analóg-digitál átalakítóra (ADC) vezetik. (Jelenleg 8 bites ADC alkalmazása a szokásos, ez 256 jelszint megkülönböztetését teszi lehetővé.) A mintavételi időközönként kapott 8 bites (=1 byte) digitális értékeket rögzítik az oszcilloszkóp memóriájában, amely jelenleg ezertől akár több millió értéket képes tárolni. A tárolt értékeket a memóriából külön áramkör olvassa ki, és jeleníti meg a kijelzőn. CRT oszcilloszkópoknál a digitális értéket először digitál-analóg átalakítóra (DAC) kell vezetni, majd az annak a kimenetén kapott analóg jelet erősítik és vezetik a függőleges eltérítő lemezpárra. LCD (folyadékkristályos) kijelző esetén annak vezérlése is digitális úton történik, ezért DAC-ra nincs szükség. Az oszcilloszkópon ábrázolható jel maximális frekvenciája elvileg (Shannon mintavételi tétele alapján) a mintavételi frekvencia fele, gyakorlatilag azonban szinuszos jel vizsgálatánál is csak a mintavételi frekvencia ötöde. Jelenleg az 1...2 GS/s (GigaSample/sec) mintavételi gyakoriság a szokásos, az ilyen oszcilloszkópokkal akár 200...400 MHz-es szinuszos jelek is vizsgálhatók.
Mivel a vizsgált jelből vett minták a memóriában eltárolva (az oszcilloszkóp kikapcsolásáig korlátozás nélkül) rendelkezésre állnak, a digitális mintavevő szkóp egyúttal tárolószkóp is.
A memóriában tárolt digitális értékekkel végzett vizsgálatok, matematikai műveletek révén a digitális oszcilloszkóp olyan szolgáltatásokat is nyújt, amelyekre az analóg oszcilloszkóp nem képes (pl. a memóriában tárolt értékek alapján utólag választja ki a trigger időpontot, és a trigger esemény előtti jelalak is megjeleníthető a kijelzőn). A jelenleg általános 8 bites felbontás érzékelhetően gyengébb, mint az analóg oszcilloszkópé, de a digitális technika világában megfelelőnek bizonyult.
A digitális jeltárolás ill. működtetés lehetővé teszi a számítógéppel való kapcsolatot. Az oszcilloszkóp memóriájában tárolt adatok, a kijelzőn megjelenő ábra, a kezelő szervek beállításai adathordozóra (pendrive) menthetők, az adatok, beállítások a memóriába visszatölthetők.
A számítógéppel közvetlen (pl. USB – USB kábeles) kapcsolat is kialakítható, így a számítógép vezérelni tudja az oszcilloszkóp beállításait, ki tudja olvasni és fel tudja dolgozni a mérési adatokat.
A digitális adattárolás és kijelzés "közelebb hozta" egymáshoz az analóg jelet mérő oszcilloszkópot, ill. a csak digitális jelszinteket megkülönböztető logikai analizátort. Egyes gyártók e két funkciót egy műszerbe építik (MSO = Mixed Signal Oscilloscope).
A digitális mintavevő oszcilloszkópban a jelalak tárolása digitálisan történik, ezért kínálkozik a digitálisan vezérelhető kijelző alkalmazása. Az oszcilloszkópok digitális kijelzői LCD pontmátrixból állnak. A (korábban monokromatikus, újabban színes) képpontokat pixelnek nevezik. A 8 bites felbontásnak megfelelően a mai oszcilloszkóp kijelzők függőlegesen kb. 200 pixelt, vízszintesen 250-500 pixelt tartalmaznak a jelalak megjelenítésére (további pixelek szolgálhatnak feliratok, mérési eredmények kijelzésére).
Az LCD kijelző kis mélysége lehetővé teszi, hogy az LCD oszcilloszkóp mélysége (szemben a CRT csövesek 40–50 cm-ével) 10 cm körül alakuljon.
Az LCD kijelzős digitális mintavevő oszcilloszkópoknak már népes családjuk van, melyek különféle szolgáltatásokat nyújtanak. Pl. a DPO (Digital Phosphor Oscilloscope) kiküszöböli az LCD kijelzésnek néhány, a CRT oszcilloszkópokhoz képesti hátrányát.
A sávszélesség adott csillapításhoz tartozó alsó és felső határfrekvenciák közötti frekvenciatartomány, amelyben szinuszos vizsgálójel esetén a jel alakhű vizsgálata elvégezhető. A határfrekvenciákhoz tartozó csillapítás értéke 3 dB, azaz a referencia frekvencián (pl. 1 kHz) mért erősítéshez képest a függőleges erősítő feszültségerősítése ezeken a frekvenciákon csökken kb. 71%-ára. A korszerű oszcilloszkópok alsó határfrekvenciája 0 Hz, a felső 20…200 MHz, amely érték különleges megoldásokkal 1…5 GHz-re is növelhető. Tekintettel arra, hogy a felső határfrekvencián a függőleges erősítés (és így a sugár függőleges kitérése) már csak kb. 71%-a a referencia értéknek, ezen a frekvencián a jel ernyőről leolvasott feszültsége már kb. 29%-kal kisebb a tényleges értéknél. Pontosnak mondható (kb. 3% hibájú) feszültségmérés az oszcilloszkóppal a felső határfrekvencia harmadáig (kb. 2% hibájú pedig az ötödéig) végezhető.
Az érzékenység az a feszültség érték, amely az oszcilloszkóp bemenetére kapcsolva a képernyőn 1 osztásnyi (1 DIV = 1 division) függőleges sugárkitérést hoz létre.
Mértékegysége: V/DIV, centiméter-hálós beosztásnál V/cm (ez a leggyakoribb beosztás).
A függőleges érzékenység szokásos értéke 1 mV/div és 20 mV/div között van. A nagyobb feszültségek mérhetősége érdekében a függőleges erősítő előtt a kezelő által átkapcsolható bemenő osztót helyeznek el, amely segítségével az érzékenység több fokozatban 5 V/div ... 20 V/div közötti értékre csökkenthető.
Az érzékenységet magára a katódsugárcsőre is értelmezni lehet, ekkor az 1 div eltérítéshez az eltérítő lemezpárra kapcsolandó feszültséget adják meg. Ez a függőleges eltérítő lemezpárnál kisebb, mint a vízszintesnél.
A nagyobb sávszélességű szkópok sokszor érzéketlenebbek, míg az érzékenyebb készülékek sávszélessége kisebb.
A bemeneti impedancia szokásos értéke az oszcilloszkóp valamennyi csatorna bemenetén 1 MΩ ellenállás párhuzamosan 20…40 pF kapacitásértékkel. Az oszcilloszkóp feszültségmérő, ezért akkor végezhető vele hiteles mérés, ha a bemeneti impedanciája nagy (így nem terheli a mérendő áramkört). Zavarvédelmi okokból a bemenetre a mérendő jelet árnyékolt kábelen szokás vezetni, ennek "meleg" ere és az árnyékolás között további 100...200 pF kapacitás lép fel. E kapacitás reaktanciája (Xc = 1/2ΠfC) a mért jel frekvenciájával csökken, pl. 100 pF reaktanciája 10 MHz frekvencián már csak 159 Ω. Ezért a magasabb frekvenciájú jelek mérésénél mérőfej közbeiktatásával növelik a terhelő impedanciát. Az általánosan használt legegyszerűbb, 1:10 osztású passzív mérőfejjel a bemenő ellenállás 10 MΩ-ra nő, míg a terhelő kapacitás 12-20 pF-re csökken annak az árán, hogy az oszcilloszkóp bemenetére csak a mért feszültség tizede jut.
A Katódsugárcső által megjelenített információt három jellemző határozza meg: Általában a vízszintes irányú kitérés (eltérítés) azaz az X tengely (X-axis), a függőleges irányú kitérés (eltérítés) azaz az Y tengely (Y-axis), és a világosság (fényerő) azaz a Z tengely (Z-axis).
Az időeltérítés sebessége (time base) azt jelenti, hogy egy egységnyi utat mennyi idő alatt ír le a fénysugár. Szokásos értéke 2 ns/DIV-től 50 s/DIV-ig terjed.
Az egy időalapos oszcilloszkóp ernyőjének bal oldaláról az elektronsugár a trigger jel keletkezésének pillanatában indul meg a beállított sebességgel a jobb oldal felé, így az oszcilloszkóp a trigger jel képzését közvetlenül követő jelalakot képes az ernyőre rajzolni.
A két időalapos oszcilloszkóp lehetővé teszi a jelnek a trigger jel képzéséhez képest későbbi szakaszának a részletes megfigyelését is. Először az első ("A") időalapot állítják be úgy, hogy a trigger jelet követően felrajzolt jel tartalmazza ezt a szakaszt is, majd a második időalap ("B") kezelő szerveivel kijelölik a jelnek e részletesen megvizsgálni kívánt szakaszát, melyet az oszcilloszkóp ekkor nagyobb fényerővel mutat ("B" kivilágítja "A"-t). Ez után a vízszintes eltérítést a második ("B") időalapra kapcsolják, ennek hatására az ernyő teljes szélességében, vízszintesen "kinyújtva" a jelnek az előbb kijelölt (és kivilágított) szakasza jelenik meg.
Mindegyik indítójel forrásnál lényeges, hogy a fűrészjel az indítási módnak megfelelően indul. Nyugodt állóképet csak akkor kapunk, ha az indítójel szintje elér egy adott feszültségértéket. Ezt az értéket általában egy potenciométerrel állítani tudjuk (TRIGGER LEVEL).
Az alakhű jelátvitelhez a passzív mérőfejeket be kell állítani (kalibrálni) az oszcilloszkóp bemeneti kapacitásához. E célból a komolyabb oszcilloszkópok megadott amplitúdójú és frekvenciájú négyszögjelet előállító generátort tartalmaznak, melynek jele az előlapra ki van vezetve. A kalibráló jel a csatorna bemenetek érzékenységének ellenőrzésére is felhasználható.
A korszerű oszcilloszkópok alkalmasak arra, hogy ernyőjükön egyidejűleg két (vagy több) jelalakot jelenítsenek meg, így lehetővé téve azok összehasonlítását, időbeli lefolyásuk egymáshoz képesti vizsgálatát. Az oszcilloszkóp annyi „csatornás” (csatorna = CHANNEL, rövidítve CH), amennyi jelet az ernyőjén egyidejűleg megjeleníteni képes. A komolyabb oszcilloszkópok legalább kétcsatornásak. A kétcsatornás oszcilloszkóp lehet valódi kétsugaras, illetve elektronkapcsolós.
A „valódi kétsugaras” (DOUBLE BEAM) oszcilloszkóp katódsugárcsöve egy burában két független elektronágyút és eltérítő rendszert tartalmaz. Ilyen műszert az elektronikában ritkán használnak.
Az általánosan alkalmazott „elektronkapcsolós kétsugaras” (két nyomvonalas, DUAL TRACE) oszcilloszkópban a katódsugárcső egyetlen elektronsugarát kapcsolják át egy elektronikus áramkör: az elektronkapcsoló alkalmazásával úgy, hogy hol az egyik, hol a másik csatorna bemenetére adott jel képe jelenik meg az ernyőn.
A két vagy ritkán többsugaras oszcilloszkóp működési elvét a katódsugárcső teszi lehetővé. A kétsugaras katódsugárcsövet két egysugaras rendszer közös burába való építésével hozzák létre. Az elektronsugarakat egymástól függetlenül, külön-külön kell eltéríteni, ezért két függőleges eltérítő rendszerre van szükség. Lényegében két egysugaras oszcilloszkóp egyesítéséről van szó oly módon, hogy a vízszintes csatorna, az indítási rendszer, és a tápegység közösek. Az ilyen valódi kétsugaras (dual beam) szkópok a bonyolult katódsugárcső miatt drágák.
A többsugarasított, vagy más néven többcsatornás oszcilloszkópokban elektronikus kapcsoló teszi lehetővé, hogy egy sugárral egyidejűleg két vagy több jel vizsgálatát végezhessük. Az emberi szem tehetetlenségét kihasználva, felváltva kapcsolódnak a vizsgált jelek az oszcilloszkóp függőleges erősítőjére. Ha az átkapcsolás elegendően gyors, akkor azokat nem lehet szemmel követni. Bár a jelek soha nincsenek egyszerre a képernyőn, mégis több jelet is láthatunk rajta egyszerre.
Ezt az üzemmódot nagyfrekvenciás jelek vizsgálatára célszerű használni. Kisfrekvenciás jelek vizsgálatánál a sugár vízszintes eltérítési sebessége kicsi, így az egyes csatornák jeleit egymás után rajzoló sugarat nem egyidejűleg látnánk az ernyőn. Hátránya, hogy a képernyőn együtt látott jelek nincsenek fázisban, köztük egy fűrészgenerátor periódusidőnyi eltérés van.
Az üzemmód alkalmazása a fenti okból főként kisfrekvenciás jelek mérésénél célszerű. A jelek közti átkapcsolás idejére – mely igen rövid és oszcilloszkóponként meghatározott idő – a sugarat természetesen kioltják.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
