Podstawy oscyloskopu: Przewodnik dla początkujących

Jako inżynierowie elektronicy, jesteśmy niesamowicie szczęśliwi w porównaniu do innych dyscyplin inżynierskich. Nie tylko elektronika szybko ewoluuje i znajduje coraz szersze zastosowanie i funkcjonalność, ale nasz sprzęt do testów daje nam największe możliwości diagnozowania i badania zbudowanych przez nas urządzeń. Chociaż wszystkie dyscypliny inżynierii mają fantastyczne zestawy narzędzi symulacyjnych, możliwość zobaczenia, jak coś działa w rzeczywistym świecie, może dostarczyć znacznie więcej wglądu.

Mamy wiele narzędzi, które pozwalają nam zobaczyć, co robią nasze obwody, ale jako początkujący, możesz nie być pewien, od czego zacząć. Dwa najważniejsze narzędzia, które będziesz posiadać do diagnozowania dowolnego obwodu, to cyfrowy multimetr i oscyloskop. Możesz się zastanawiać, "Jaki oscyloskop lub inne urządzenie pomiarowe powinienem zdobyć?" lub nawet "Jak używać oscyloskopu?", co są częstymi pytaniami ze strony studentów i twórców. W tym artykule omówię kilka podstaw oscyloskopu, które każdy inżynier powinien znać, plus kilka wskazówek i trików dotyczących pracy z różnymi oscyloskopami.

Cyfrowy multimetr vs oscyloskop

Dostępna jest ogromna różnorodność narzędzi i urządzeń do pomiarów elektronicznych, z których najpopularniejszym jest prawdopodobnie multimetr. Multimetry mogą mierzyć prąd, napięcie, opór i często inne parametry, w zależności od modelu. Niektóre zawierają wbudowane ustawienie temperatury dla sond RTD lub czujniki podczerwieni do pomiarów temperatury. Multimetr służy do określenia, czy twoje zasilanie działa odpowiednio, może pomóc znaleźć uszkodzone części, zmierzyć, czy spadek napięcia lub opór części jest poprawny, znaleźć lokalizację zwarcia lub przerwy w obwodzie, i tak dalej.

Multimetr jest pomocny, jeśli chodzi o elektronikę, ale szybko znajduje ograniczenia, ponieważ jego odpowiedź częstotliwościowa jest ograniczona. Multimetr jest doskonały do sprawdzania, jakie jest średnie napięcie, być może nawet do liczenia częstotliwości obwodu do kilku setek kiloherców. Jednak nie zapewnia żadnej wizualizacji. Kiedy potrzebujesz spojrzeć na napięcie w czasie z dużą dokładnością lub zwizualizować jakikolwiek aspekt przebiegu, wymagane jest inne urządzenie pomiarowe – oscyloskop.

Podstawy oscyloskopu

Oscyloskopy pomagają inżynierowi mierzyć różne parametry, takie jak napięcie, sygnały analogowe i cyfrowe, oraz szum. Nowoczesne oscyloskopy mają również ogromną liczbę dodatkowych funkcji, które są przydatne dla inżyniera elektronika.

Prawie każdy oscyloskop, który dzisiaj znajdziesz na sprzedaż, będzie Cyfrowym Ocyloskopem Pamięciowym (DSO) lub Ocyloskopem Sygnałów Mieszanych (MSO). Ocyloskop sygnałów mieszanych to cyfrowy oscyloskop pamięciowy z dodatkowymi funkcjami, które integrują możliwości analizatora logiki. Niektóre modele będą również wykonywać FFT, dostarczając pomiary w dziedzinie częstotliwości.

Każdy rodzaj oscyloskopu jest fantastycznym narzędziem diagnostycznym podczas rozwiązywania problemów z obwodem. Możesz zobaczyć dokładną formę fali twojego obwodu z rozdzielczością na poziomie milivoltów, a w przypadku niektórych oscyloskopów, rozdzielczością pikosekundową. To umożliwia wyłapanie krótkich, przelotnych spików od czujników, enkoderów lub obwodów, których multimetr nie jest w stanie niezawodnie wykryć. Pozwala to również na obserwację sygnałów cyfrowych, sprawdzenie jakości przejść między stanami i obserwację dzwonienia lub innych problemów z integralnością sygnału.

Kanały oscyloskopu

Oscyloskopy mają wiele kanałów. Dlatego możesz monitorować formę fali wchodzącą do obwodu, jak i wychodzącą, co czyni go doskonałym narzędziem do monitorowania analogowych filtrów, wzmacniaczy i innych obwodów analogowych. Jeśli głównie pracujesz z sygnałami cyfrowymi, oscyloskopy są również fantastycznymi narzędziami dla Ciebie - możesz mieć jeden kanał obserwujący jeden sygnał, na przykład przycisk, a następnie zobaczyć odpowiedź mikrokontrolera na ten sygnał - taką jak transmisja przez SPI lub I2C. Dzięki precyzyjnym pomiarom czasu oscyloskopu, możesz zmierzyć, jak długo Twój kod potrzebuje na wykonanie lub reakcję na przerwanie. Ocyloskopy sygnałów mieszanych posuwają to jeszcze dalej, integrując analizator logiki, który może dostarczyć wiele cyfrowych kanałów wejściowych do monitorowania wraz z kanałami analogowymi.

Jak mierzyć EMI za pomocą oscyloskopu

Możesz również użyć oscyloskopu jako przybliżonego detektora zakłóceń elektromagnetycznych w bliskim polu, nawet jeśli oscyloskop nie ma funkcji FFT. Na przykład, na poniższym obrazku, próbuję zlokalizować źródło promieniowanych zakłóceń niskiej jakości komercyjnego sterownika LED. Po prostu połączyłem uziemienie sondy z końcówką, co daje mi dużą pętlę sondy w bliskim polu. Sygnał na ekranie oscyloskopu to czyste promieniowane zakłócenia; sterownik LED może nadal być w swojej obudowie.

Możemy zobaczyć przełączanie sterownika LED i być w stanie śledzić potencjalne źródło zakłóceń oraz obserwować zmianę sygnału przy dodawaniu komponentów filtrujących lub tłumiących do problematycznych sieci. Chociaż nie zastąpi to analizatora widma, oscyloskop może pomóc w namierzeniu potencjalnych problemów z EMI, które mogłyby spowodować niezaliczenie certyfikacji. Jeśli potrzebujesz bardziej precyzyjnych pomiarów, możesz również kupić specjalnie przeznaczone sondy bliskiego pola do analizy Twojej płytki drukowanej.

Chociaż oscyloskopy są fantastycznymi narzędziami diagnostycznymi, mogą być również wykorzystywane podczas planowania projektu. Gdy symulujesz schemat za pomocą narzędzia symulacyjnego takiego jak SPICE, na przykład, model Twojego komponentu może nie być doskonałym odwzorowaniem rzeczywistego komponentu. Używając oscyloskopu na wersji na płytce stykowej Twojego schematu, możesz wchodzić z nim w interakcję w czasie rzeczywistym i zobaczyć dokładną odpowiedź tego komponentu, co pozwoli Ci określić, czy Twoja symulacja będzie dokładna, czy nie. Ten proces może również znacznie poprawić wybór komponentów poprzez testowanie próbek różnych części w obwodzie testowym zamiast polegania na ogólnym modelu SPICE dla tego typu komponentu.

Oprócz wyboru komponentów, oscyloskop często znajduje również zastosowanie podczas testów kontroli jakości produkcyjnej płytki. Dla obwodów analogowych, takich jak wzmacniacze czy zasilacze, wiele modeli oscyloskopów pozwala skonfigurować tryb zaliczenia/niezaliczenia, który może natychmiastowo powiedzieć, czy obwód spełnia kryteria, aby kontynuować proces produkcyjny.

Który oscyloskop?

Oscyloskop jest kluczowym narzędziem dla każdego inżyniera elektronika, projektanta sprzętu czy programisty firmware. Są również nieocenionymi narzędziami dla twórców, studentów i hobbystów elektroniki. Na rynku dostępna jest ogromna gama oscyloskopów - jak więc wybrać ten, który spełni Twoje potrzeby?

Na rynku dostępna jest szeroka gama oscyloskopów, w różnych przedziałach cenowych. Bardzo tani oscyloskop może kosztować 100 dolarów, ale niebo jest granicą, a niektóre oscyloskopy kosztują ponad pół miliona dolarów! Nawet niektóre sondy do oscyloskopów wysokiej klasy kosztują więcej niż nowy samochód rodzinny.

Zanim przyjrzymy się specyfikacjom lub modelom oscyloskopów, spójrzmy najpierw krótko, jak działa oscyloskop.

Nowoczesny oscyloskop cyfrowy pobiera sygnał analogowy z sondy i przekształca go na sygnał cyfrowy do wyświetlenia. Pracuje również z niezwykle szerokim zakresem napięć; nawet oscyloskop z niższej półki może mieć maksymalne napięcie 1000 V(szczytowe)/300 V(rms) i nadal być w stanie mierzyć sygnały o amplitudzie zaledwie kilku milivoltów. Część wejściowa oscyloskopu zajmuje się skalowaniem tego szerokiego zakresu napięć wejściowych na coś, z czym oscyloskop może sobie poradzić. Ten przetworzony sygnał jest następnie używany do wyzwalania oscyloskopu, jak również trafia do łańcucha próbkowania i przetwornika ADC, co ostatecznie kończy się jako odczyty w pamięci. Te odczyty w pamięci możesz traktować jako listę próbek z czasem, które, zestawione razem, pokażą Twoją formę fali na ekranie.

Pasmo oscyloskopu

Pasmo jest jedną z najbardziej znaczących metod porównywania różnych oscyloskopów. Reprezentuje maksymalną częstotliwość sygnału, która może być mierzona bez znaczącej uwagi. Tłumienie pochodzi od reaktancji indukcyjnej i pojemnościowej, które zmieniają się wraz ze wzrostem częstotliwości. Ostatecznie ogranicza to pasmo sprzętu oscyloskopu. Jednakże sama sonda również ma ograniczenia pasma. Kiedy kupujesz oscyloskop, dołączone sondy zazwyczaj będą miały takie samo lub większe pasmo niż sam oscyloskop. Pasmo reklamowane jest punktem, w którym sygnał jest tłumiony o -3 dB, czyli około 70,7% mierzonego sygnału.

Kupując oscyloskop, powinien on mieć wyższe pasmo niż maksymalna częstotliwość sygnału, który chcesz mierzyć. Dla wielu inżynierów będzie to prawdopodobnie zegar/oscylator lub protokół komunikacyjny.

Częstotliwość próbkowania oscyloskopu

Częstotliwość próbkowania to liczba punktów danych, które oscyloskop może przekonwertować i przechować w pamięci na sekundę. Im więcej próbek można uzyskać, tym bardziej szczegółowy będzie sygnał na wyświetlaczu. Częstotliwość próbkowania musi być co najmniej dwa razy większa niż częstotliwość sygnału, idealnie co najmniej cztery razy większa niż częstotliwość sygnału. Wiele wysokiej jakości oscyloskopów zapewnia 10 do 20 razy swoje pasmo jako maksymalną częstotliwość próbkowania, co pozwala na uchwycenie małych chwilowych szczytów lub spadków w sygnale.

Przy niskiej częstotliwości próbkowania można całkowicie przegapić małe przejściowe zmiany lub jittery w sygnale, ponieważ szansa, że przejściowe zmiany znajdą się między próbkami, wzrasta.

Głębokość pamięci

Głębokość pamięci oscyloskopu to specyfikacja, która łatwo może zostać przeoczona, ale może być krytyczna, zwłaszcza przy wysokich szybkościach próbkowania. Głębokość pamięci określa, ile próbek może zostać zapisanych, a więc jak długo oscyloskop może zbierać dane. To wpływa na to, jak bardzo możesz przewijać sygnał po wyzwoleniu, lub jak bardzo możesz przybliżyć określony obszar zarejestrowanego sygnału. Ogólnie rzecz biorąc, większa głębokość pamięci jest lepsza; posiadanie większej ilości danych zazwyczaj jest dobrym rozwiązaniem. Niektóre oscyloskopy z niższej półki mogą mieć trudności z przetworzeniem wszystkich danych w swojej pamięci, jeśli mają ich znaczną ilość bez odpowiedniej mocy obliczeniowej, która by to wspierała. Może to skutkować wolnymi operacjami matematycznymi lub innymi, ale ogólnie producenci oscyloskopów starają się utrzymać rozsądną ilość pamięci w stosunku do możliwości przetwarzania.

Większa głębokość pamięci zwiększa również prawdopodobieństwo, że zostaną uchwycone rzadkie/sygnalizujące błędy sygnały, co ułatwia śledzenie „dziwnego zachowania” testowanego urządzenia.

Inne specyfikacje

Moglibyśmy dyskutować o specyfikacjach oscyloskopów przez wiele stron, ale te specyfikacje nie są tak krytyczne jak opcje wymienione powyżej przy zakupie pierwszego lub drugiego oscyloskopu. Chyba że zamierzasz przekroczyć granice możliwości każdego kupionego oscyloskopu, większość opcji dostępnych na rynku będzie „wystarczająco dobra” dla przeciętnego użytkownika.

Czego unikać?

Zanim przyjrzymy się niektórym popularnym opcjom oscyloskopów, chciałbym najpierw przedstawić kilka ostrzeżeń dotyczących urządzeń o bardzo niskich kosztach. Zazwyczaj nie lubię mówić, że coś nie jest warte zakupu, ale jeśli spojrzeć na rynek internetowy, z pewnością znajdą się urządzenia niskokosztowe, które nazywają się oscyloskopami, ale nie warto tracić na nie czasu ani pieniędzy.

Ogólnie rzecz biorąc, te sugestie dotyczące unikania niektórych przedmiotów sprowadzają się do pasma przenoszenia i szybkości próbkowania. Jeśli szukasz oscyloskopu do pracy z elektroniką, sugerowałbym absolutne minimum pasma przenoszenia 25MHz, z zalecanym minimum 50MHz, oraz szybkość próbkowania adekwatną do pasma przenoszenia.

Multimetry oscyloskopowe

Chociaż istnieją przenośne oscyloskopy, które są niezwykle zdolne, te niskokosztowe wyglądające jak multimetry nie są takie. Są one przeznaczone do oglądania sygnału AC z czegoś takiego jak generator lub gniazdko w ścianie i będą miały bardzo małe zastosowanie w projektowaniu lub testowaniu elektroniki.

Jeśli jesteś elektrykiem naprawiającym generator, jestem pewien, że byłyby idealne, ale przy pracy z mikrokontrolerem pasmo 20KHz/200KSa/s jest raczej bezużyteczne.

Kolorowe przenośne mini oscyloskopy TFT

Chociaż te małe jednostki są tanie i wyglądają całkiem nieźle, rzeczywistość jest taka, że działają one na niskokosztowym mikrokontrolerze ARM, jeśli masz szczęście. Przy typowym paśmie przenoszenia zaledwie 1MHz i szybkości próbkowania 10MSa/s, nawet wolna komunikacja SPI jest daleko poza możliwościami tego urządzenia. Drogie wersje mogą osiągać do 15MHz lub więcej pasma, z szybkością próbkowania do 100MSa/s, ale znowu to nie wystarczy, aby było użyteczne w nowoczesnych obwodach.

Niska rozdzielczość ekranu i ogólnie ograniczone możliwości oznaczają, że nie dostajesz wiele wartości za pieniądze, jest mało prawdopodobne, aby było to przydatne do projektowania lub testowania elektroniki, którą możesz zbudować.

Zestawy oscyloskopów

Chociaż budowa zestawu zawsze sprawia przyjemność, są to w zasadzie nieosłonięte wersje powyższej opcji i są równie ograniczone.

Chociaż są znacznie tańsze niż powyższa opcja, ich użyteczność jest równie niska.

9 Popularnych Pierwszych Ocyloskopów

W porównaniu do powyższych urządzeń, te oscyloskopy są bardzo popularne, a niektóre nie są znacznie droższe niż te wyżej. Osobiście wolę oscyloskop 4-kanałowy. Często zdarza mi się, że chcę użyć 3 kanałów podczas eksperymentowania z obwodem lub diagnozowania usterki. Wydanie nieco więcej na oscyloskop 4-kanałowy da ci przestrzeń do rozwoju, jeśli na to stać. Oscyloskopy zazwyczaj bardzo dobrze zachowują swoją wartość, więc jeśli masz ograniczony budżet i nie widzisz natychmiastowej potrzeby na 3-4 kanały, wtedy opcja 2-kanałowa może zaoferować pewne oszczędności.

Wiele oscyloskopów oferuje stosunkowo tani model bazowy z ograniczonymi funkcjami oprogramowania. Możesz uaktualnić te funkcje oprogramowania w przyszłości, kupując klucz licencyjny, który można wprowadzić do oscyloskopu, dając ci ścieżkę uaktualnienia bez konieczności kupowania całkowicie nowego sprzętu. Możesz nawet znaleźć te uaktualnienia w pakiecie po obniżonej cenie lub za darmo podczas wyprzedaży.

Oscyloskopy na tej liście są oferowane bez określonej kolejności, i wszystkie są doskonałymi wyborami dla swojej grupy docelowej.

Rigol DS1052E

Pomimo tego, że jest jednym z najtańszych oscyloskopów na poziomie początkującym, Rigol DS1052E jest całkiem zdolny. To oscyloskop dwukanałowy, który jest stosunkowo prosty w użyciu. DS1052E cieszy się dużą popularnością wśród społeczności twórców, studentów i hobbystów, ponieważ oferuje doskonałą wartość za pieniądze. Jest również stosunkowo kompaktowy, co jest idealne do umieszczenia na małym biurku dla hobbystów czy studentów.

Jako że jest to oscyloskop bardzo podstawowy, często można znaleźć używane egzemplarze w dobrym stanie, ponieważ ludzie przechodzą na bardziej zaawansowane oscyloskopy w miarę wzrostu swoich umiejętności i doświadczenia. Jak wspomniano wcześniej, oscyloskopy dobrze zachowują swoją wartość, więc nie należy spodziewać się zbyt dużego rabatu na używany model - jednak można trafić na egzemplarz z odblokowanymi opcjami, które dają więcej możliwości niż nowy oscyloskop na poziomie podstawowym.

Chociaż jest to bardzo zdolny oscyloskop w swojej cenie, ma tylko 2 kanały, a ekran jest stosunkowo mały i ma niską rozdzielczość.

Rigol DS1054Z

Nie zdziwiłbym się, gdyby Rigol DS1054Z był jednym z najlepiej sprzedających się oscyloskopów wszech czasów. Za cenę, będąc tylko nieco droższym niż DS1052E powyżej, otrzymujesz ogromną ilość funkcjonalności za niewielkie pieniądze. Posiadam DS1054Z, nie jest to mój główny oscyloskop, ale jego kompaktowa i lekka forma sprawia, że jest bardzo wygodny przy pracy z zaawansowaną technologicznie maszynerią, kiedy użycie większego oscyloskopu mogłoby być nieco kłopotliwe.

Dodatkowo, w porównaniu do DS1052E, zyskujesz jeszcze 2 kanały oraz znacznie większy ekran o wysokiej rozdzielczości, co ułatwia obserwację tego, co się dzieje. Zyskujesz również więcej przycisków wokół ekranu, co ułatwia dostęp do funkcji i ogólnie poprawia doświadczenie użytkownika.

Rigol MSO5074

Jako ostatni oscyloskop Rigol, przyjrzymy się MSO5074. MSO5074 to oscyloskop mieszany, co oznacza, że może również działać jako analizator protokołów dzięki dodatkowym wejściom cyfrowym. Dzięki opcjom oprogramowania może również pełnić funkcję generatora funkcji dowolnych i analizatora widma, co czyni go niezwykle wszechstronnym. Seria oscyloskopów MSO5000 jest moim obecnym narzędziem codziennego użytku, ponieważ wartość za pieniądze, kiedy odbudowywałem moje domowe laboratorium po przeprowadzce do innego kraju, była nie do pobicia.

Oprócz stosunkowo dużego ekranu, ekran dotykowy jest zaskakująco przyjazny dla użytkownika. Kiedy kupowałem oscyloskop, myślałem, że ekran dotykowy to trochę gadżet. Jednak kiedy używam mojego DS1054Z, zbyt często łapię się na tym, że dotykam ekranu bez efektu - okazał się więc znacznie bardziej użyteczny, niż początkowo przypuszczałem.

Kolejną funkcją, którą znalazłem zaskakująco użyteczną, jest wyjście HDMI oscyloskopu, które pozwala mi nagrywać ekran za pomocą rejestratora HDMI lub wyświetlać obraz na dużym ekranie. Biorąc pod uwagę, ile pracy wykonuje się obecnie zdalnie, jest to dość interesująca opcja, ponieważ pozwala nagrywać problem z testowanym urządzeniem i wysyłać wideo do innego inżyniera. Można również użyć karty przechwytującej HDMI, aby bezpośrednio transmitować wyświetlacz oscyloskopu na rozmowę konferencyjną.

To również niezwykle popularny oscyloskop, a jego cena jest fantastyczna biorąc pod uwagę jego możliwości. Jest tak popularny, że społeczność nawet umożliwiła granie w klasycznego Dooma na oscyloskopie, kiedy potrzebujesz przerwy od pracy przy stole elektronika.

Tektronix TBS1202B-EDU

Tektronix to bardzo ceniony producent sprzętu pomiarowego, który jest w branży od dziesięcioleci. TBS1052B-EDU, będąc oscyloskopem serii 1000, można bezpośrednio porównać z Rigol DS1052E i DS1054Z powyżej. Pod względem funkcji, DS1054Z jest bardziej porównywalny. Jednak TBS1202B-EDU ma tylko dwa kanały. Oscyloskop ten jest dobrze dopasowany jako oscyloskop na poziomie podstawowym. DS1054Z jest skierowany do studentów i instytucji edukacyjnych.

Tek ma również kilka innych modeli, które są znacznie tańsze w tej samej serii, takie jak TBS1052C, który jest oscyloskopem 50MHz, podobnie jak opcje Rigola, w podobnej cenie.

Podoba mi się, że model TBS1202B-EDU ma pasmo 200MHz i oferuje szybkość próbkowania 2GSa/s, dwa razy więcej niż inne opcje w linii TBS1000. Niestety, głębokość pamięci jest dość ograniczona, wynosi tylko 2500 punktów, podczas gdy alternatywy w tej samej serii mają 20 000 punktów długości zapisu.

Tektronix TDS2024C

Przechodząc na oscyloskop serii 2000, Tektronix TDS2024C ma 4 kanały. Podobnie jak TBS1202B, który omówiliśmy powyżej, ma również pasmo 200MHz, szybkość próbkowania 2GSa/s i tylko 2500 punktów długości zapisu. Chociaż jego specyfikacje wejściowe są praktycznie takie same, jest to bardziej zaawansowany oscyloskop z dodatkowymi funkcjami oprogramowania, większą liczbą kanałów i dedykowanymi przyciskami sprzętowymi dla wszystkich najczęściej używanych funkcji.

Niestety, rozmiar ekranu jest mniejszy niż w oscyloskopach serii 1000 wymienionych powyżej.

Jedną z głównych zalet serii 2000, moim zdaniem, jest to, że posiada możliwości testowania z ograniczeniami, co czyni ją świetną do szybkiego testowania i zatwierdzania urządzeń przed wysyłką.

Keysight DSOX1204A

Keysight, wcześniej znany jako Agilent, od wielu dziesięcioleci jest liderem w dziedzinie sprzętu do testowania. Seria DSOX1000 to ich oscyloskopy na poziomie podstawowym, ale w żadnym wypadku nie są to urządzenia podstawowe. Ich oscyloskopy serii 1000 są dostępne w wariantach 70MHz, 100MHz i 200MHz. Z 4 kanałami i szybkością próbkowania 2GSa/s oraz głębokością pamięci 2 miliony punktów, to mocny i praktyczny oscyloskop.

Doświadczenie Keysight w sprzęcie do testowania widać w ich projektowaniu interfejsu użytkownika dla wyświetlacza. Wyświetlacz jest duży i jasny, z fantastycznym układem, który jest bardzo łatwy w użyciu.

Keysight MSOX2004A Oscyloskop

Oscyloskopy serii 2000 firmy Keysight dostępne są również w wariantach z 8-kanałowym analizatorem logiki/protokołu. W przeszłości posiadałem MSOX2004A i są to bardzo dobrze zaprojektowane oscyloskopy, z prostym, lecz potężnym interfejsem użytkownika. MSOX2004A to wersja podstawowa oscyloskopów średniej klasy serii 2000, z pasmem 70MHz, szybkością próbkowania 2 GSa/s i głębokością pamięci 1 milion punktów, a także 8-kanałowym analizatorem logiki.

Oprócz funkcjonalności analizatora logiki/protokołu, oscyloskop oferuje również opcje generatora funkcji arbitralnych i zintegrowanego multimetru cyfrowego, co czyni go wszechstronnym oscyloskopem.

Rohde and Schwarz RTB2004

Rohde and Schwarz są zazwyczaj znani z bardzo zaawansowanego sprzętu do testowania, szczególnie w świecie inżynierii RF. Nie powinno więc dziwić, że ich oscyloskop serii 2000, model na poziomie podstawowym dla nich, jest pełen funkcji i ma bardzo wysoką specyfikację. RTB2004 posiada wiele opcjonalnych funkcji, które można dokupić później, co pozwala utrzymać niską cenę bazową.

Najbardziej innowacyjną cechą tego oscyloskopu jest to, że posiada 10-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy. Typowo oscyloskopy mają tylko 8-bitowy ADC. Dodatkowa rozdzielczość zapewnia wystarczająco dużo szczegółów na przebiegach i potencjalnie pozwala na dokładniejsze pomiary.

RTB2004 posiada cztery kanały analogowe, pasmo przenoszenia 70MHz (możliwość rozbudowy oprogramowaniem), szybkość próbkowania 2,5 GSa/s oraz głębokość pamięci próbek wynoszącą 20 milionów. Oprócz typowych funkcji oscyloskopu, RTB2004 może również pełnić funkcję generatora funkcji dowolnych, analizatora protokołów z 16 kanałami cyfrowymi, a także pracować jako analizator widma.

PicoScope 2000

Seria PicoScope 2000 różni się od wszystkiego, na co do tej pory patrzyliśmy, ponieważ są one oparte na PC, a nie w pełni zintegrowane. Do korzystania z tych oscyloskopów potrzebny jest laptop lub komputer, przy czym przetwarzanie jest przenoszone na bardziej potężny komputer za pomocą połączenia USB.

Pico Tech jest dobrze znane z narzędzi motoryzacyjnych oraz tworzenia niedrogich oscyloskopów podłączanych do PC. Chociaż modele o niższym paśmie są tanie, nie polecałbym niczego poniżej modelu 50MHz (2206B), ponieważ szybko można napotkać na jego ograniczenia podczas rozwoju systemów wbudowanych.

PicoScope 2206B ma szybkość próbkowania 500 MSa/s, co daje mu najniższą szybkość próbkowania spośród wszystkich oscyloskopów, na które patrzyliśmy. Szybkość przebiegu fali jest również stosunkowo niska w porównaniu z innymi opcjami.

Poprzedni pracodawca miał PicoScope. Jednak musiałem przynieść własny oscyloskop do wielu zadań, ponieważ maksymalne napięcie wejściowe wynosiło tylko 20V, z maksymalnym limitem 100V. Pracowałem nad systemem 300V, więc jeśli pracujesz nad czymś o napięciu wyższym niż 20V, PicoScope prawdopodobnie nie jest dla Ciebie.

Jeśli miejsce jest ograniczone i szukasz niedrogiej opcji, PicoScope jest interesującą propozycją.

Jak wybrać oscyloskop

Rozważając zakup swojego pierwszego oscyloskopu, warto zastanowić się, do czego chcesz go używać lub jakie obwody mogą znajdować się na projektowanym przez Ciebie urządzeniu. Zasilacz impulsowy może mieć częstotliwość do 2 MHz z bardzo krótkimi szpilkami przejściowymi podczas przełączania. Mikrokontroler może szybko generować sygnały 50 MHz+ za pomocą swoich pinów IO lub komunikacji takiej jak SPI. Koło enkodera może generować bardzo krótkie impulsy, które wymagają odpowiedniej szybkości próbkowania.

Wydarzenia trwające mikrosekundy są trywialne dla oscyloskopów, ale rozważ, czy potrzebujesz szybszych. Jakie jest najkrótsze zdarzenie/przejście/impuls, które musisz być w stanie zobaczyć za pomocą swojego oscyloskopu? Oblicz wymagane pasmo przenoszenia i/lub szybkość próbkowania, aby wiarygodnie obserwować te sygnały.

Oscyloskopy z wbudowanymi analizatorami logiki/protokołów są niezwykle potężne dla programistów firmware. Zdekodowane kanały cyfrowe mogą być używane do wyzwalania, pozwalając na rozpoczęcie nagrywania przebiegów analogowych, gdy na kanale komunikacyjnym wykryty zostanie określony bajt lub sekwencja bajtów.

Podsumowanie

Na rynku dostępnych jest wiele świetnych opcji oscyloskopów, nawet dla osób dysponujących ograniczonym budżetem. Nawet budżetowe oscyloskopy dostępne dzisiaj są tak potężne i zdolne w porównaniu z alternatywami dostępnymi na rynku 10 lub 15 lat temu, że naprawdę mamy z czego wybierać.

Jeśli nie zależy ci na posiadaniu sprzętu od dużego, znanego producenta, który produkuje sprzęt pomiarowy od zarania dziejów, Rigol i Siglent oferują niesamowitą wartość za pieniądze. Około dziesięć lat temu, Rigol produkował dla Agilent (obecnie Keysight) oscyloskopy niskobudżetowe jako partner OEM i jest obecny na rynku od końca lat 90. W ciągu ostatniej dekady, Rigol kontynuował innowacje w szybkim tempie.

Przez ostatnią dekadę głównie posiadałem sprzęt Keysight i Rigol i mam duży szacunek dla obu marek. Rigol jest często postrzegany bardziej jako marka budżetowa/hobbystyczna, ale kiedy porównuje się specyfikacje, zwłaszcza w przypadku jednostek z wyższej półki, dla mnie jest to wyraźny zwycięzca, kiedy dodaje się do tego cenę detaliczną. Jeśli nie zamierzasz popychać swojego oscyloskopu do skrajnych granic, większość szczegółowych specyfikacji można praktycznie uznać za równoważne między większością głównych graczy na rynku. Mój nowy domowy laboratorium elektroniki to 80% Rigol, 20% Siglent po porównaniu wszystkich opcji w salonach dostawców - staram się nie pozwolić, aby logo na sprzęcie wpływało na decyzję.

Nie dodałem Siglent do tej listy, jako kolejnego chińskiego dostawcy niskobudżetowego, ponieważ społeczność twórców i hobbystów ostatecznie wydaje się preferować Rigol. Niektóre urządzenia od Siglent są lepsze za podobną cenę do Rigol, ale czuję, że Rigol nadal ma przewagę w kwestii oscyloskopów. Hantek (i wszystkie inne marki, pod którymi sprzęt jest sprzedawany) oraz Owon również nie znalazły się na liście, ponieważ czuję, że nie są jeszcze w tej samej lidze co Rigol i Siglent pod względem jakości czy wartości - będąc nieznacznie tańsze, warto wydać trochę więcej pieniędzy na technicznie lepsze opcje z większym wsparciem społeczności.

Ostatecznie twoja decyzja powinna zależeć od tego, do czego zamierzasz używać sprzętu, jakim dysponujesz budżetem i jakie mogą być twoje przyszłe wymagania. Z tej listy, czuję, że Keysight ma najłatwiejsze w użyciu oscyloskopy, Rigol oferuje najlepszą wartość za pieniądze, a R&S dostarcza najciekawszą opcję. Wszystkie podstawy oscyloskopu przedstawione tutaj ogólnie dotyczą modeli przedstawionych powyżej.

Chciałbyś dowiedzieć się więcej o tym, jak Altium Designer może pomóc Ci w następnym projekcie PCB? Nadal zastanawiasz się, jak używać oscyloskopu? Porozmawiaj z ekspertem w Altium.