Цифровой осциллограф с анализатором спектра MDO3052. Модули прикладных программ и принадлежностей

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Комбинированный осциллограф (6 в 1) серии Tektronix MDO3000 - это прибор, который очень полезен при проектировании и отладке современных комплексных электронных систем. Этот осциллограф объединяет в себе шесть приборов: , , , , и . Осциллограф серии MDO3000 можно конфигурировать под собственные задачи и обновлять в процессе эксплуатации. Предусмотрена возможность добавления функций, которые необходимы в данный момент или могут понадобиться позже. Полное описание всех характеристик Вы можете скачать ниже на этой странице в разделе .

Основные характеристики:
100 МГц, 2,5 Гвыб/с, 2 канала + анализатор спектра 9 кГц – 100 МГц (модель MDO3012).
100 МГц, 2,5 Гвыб/с, 4 канала + анализатор спектра 9 кГц – 100 МГц (модель MDO3014).
200 МГц, 2,5 Гвыб/с, 2 канала + анализатор спектра 9 кГц – 200 МГц (модель MDO3022).
200 МГц, 2,5 Гвыб/с, 4 канала + анализатор спектра 9 кГц – 200 МГц (модель MDO3024).
350 МГц, 2,5 Гвыб/с, 2 канала + анализатор спектра 9 кГц – 350 МГц (модель MDO3032).
350 МГц, 2,5 Гвыб/с, 4 канала + анализатор спектра 9 кГц – 350 МГц (модель MDO3034).
500 МГц, 2,5 Гвыб/с, 2 канала + анализатор спектра 9 кГц – 500 МГц (модель MDO3052).
500 МГц, 2,5 Гвыб/с, 4 канала + анализатор спектра 9 кГц – 500 МГц (модель MDO3054).
1 ГГц, 5 Гвыб/с, 2 канала + анализатор спектра 9 кГц – 1 ГГц (модель MDO3102).
1 ГГц, 5 Гвыб/с, 4 канала + анализатор спектра 9 кГц – 1 ГГц (модель MDO3104).
Длина записи: 10 млн. точек на канал.
Вертикальное разрешение: 8 бит (11 бит в режиме высокого разрешения).
Чувствительность: от 1 мВ/дел до 10 В/дел с калиброванной точной настройкой.
Скорость непрерывного захвата осциллограмм: до 280 000 осциллограмм/с .
Встроенный цифровой вольтметр и частотомер (входит в стандартную комплектацию).
Встроенный анализатор спектра : расширение полосы частот анализатора спектра до 9 кГц - 3 ГГц (опция MDO3SA). разрешение (RBW): 20 Гц – 150 МГц (с шагом 1-2-3-5), амплитуда: от +20 дБм до -148 дБм, погрешность амплитуды: ±0,6 дБ, встроенный предусилитель (стандартно), шумы (DANL): -148 дБм, фазовый шум на частоте 1 ГГц при отстройке от несущей на 100 кГц: -97 дБн/Гц.
Дополнительные опции : встроенный генератор стандартных и произвольных сигналов, встроенный логический анализатор на 16 цифровых каналов, анализатор протоколов: I2C, SPI, RS-232/422/485/UART, USB 2.0, CAN, LIN, FlexRay, MILSTD-1553, аудиошины и другие.
Экран 22,9 см (разрешение 800 x 480). Интерфейсы: USB, Ethernet, внешний монитор XGA.
Масса: 4,2 кг. Габариты: 203 x 417 x 147 мм. Рабочая температура: от -10°С до +55°С.
Незаменимый инструмент при проектировании, отладке и ремонте современных комплексных электронных систем

Видеообзор комбинированных осциллографов Tektronix серии MDO3000

Посмотрите этот небольшой видеосюжет, чтобы увидеть сильные стороны осциллографов Tektronix MDO3000, благодаря которым Вы сможете значительно ускорить и упростить процесс разработки электронных устройств, а также их обслуживание и ремонт.

Краткий видеообзор возможностей комбинированных осциллографов Tektronix серии MDO3000.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Комбинированный осциллограф серии Tektronix MDO3000 - это прибор, который может быть очень полезен при проектировании и отладке современных комплексных электронных систем. Модели этой серии объединяют в себе шесть приборов: осциллограф, анализатор спектра, генератор сигналов произвольной формы и стандартных функций, логический анализатор, анализатор протоколов и цифровой вольтметр + частотомер. Как это реализовано, Вы сможете увидеть в этом сюжете:

Tektronix MDO3000 включает 6 базовых приборов, необходимых при разработке,
производстве и ремонте электроники.

При покупке приборов серии Tektronix MDO3000 можно выбрать недорогую модель с базовым функционалом и наращивать возможности уже в процессе эксплуатации путём установки программных опций-ключей. В любое время после покупки, могут быть добавлены такие возможности: увеличение верхней частоты анализатора спектра до 3 ГГц, увеличение верхней частоты осциллографа до 200, 350 или 500 МГц, генератор сигналов, 16 цифровых каналов, модули анализаторов цифровых шин и др. Ниже приводится краткое описание каждого из приборов, которые могут входить в состав MDO3000.

Профессиональный цифровой осциллограф

Осциллограф серии MDO3000 - это осциллограф высокого класса (от 100 МГц до 1 ГГц) с разнообразными функциями для ускорения каждого этапа отладки: от быстрого обнаружения и захвата аномалий до поиска в записи осциллограммы интересующих событий, анализа характеристик событий и поведения исследуемого устройства. Осциллографы этой серии содержат множество инновационных функций, одной из которых является технология цифрового фосфора DPO , существенно упрощающая поиск различных аномалий электрических сигналов.

Полоса пропускания осциллографа серии MDO3000 может быть увеличена после покупки прибора . Каждая опция обновления позволяет увеличивать аналоговую полосу пропускания и диапазон частот анализатора спектра. Опции для увеличения полосы пропускания приобретаются с учетом текущей и требуемой полос пропускания. Непосредственно у владельца прибора, полоса пропускания может быть увеличена до 500 МГц. Для увеличения полосы пропускания прибора до 1 ГГц обратитесь в сервисный центр компании Tektronix.

Обнаружение неисправности устройства - это лишь первый шаг. Теперь нужно захватить интересующее событие, чтобы установить причину его возникновения. В осциллографе серии MDO3000 предусмотрено более 125 комбинаций запуска, обеспечивающих полный набор вариантов для ускорения поиска интересующего события. Запуск может осуществляться по ранту, логической комбинации, длительности импульса/глитча, нарушению времени установки и времени удержания, последовательным пакетам и данным параллельной шины. Благодаря длине записи до 10 млн. точек, можно захватывать сразу несколько интересующих событий и даже тысячи последовательных пакетов с сохранением высокого разрешения, позволяющего детально рассматривать мельчайшие подробности сигнала.

Большая длина записи позволяет при одном захвате получать тысячи экранов информации. С помощью панели управления Wave Inspector, представляющей лучшее в отрасли средство навигации и автоматического поиска, интересующие события можно находить за считанные секунды.

Панель управления Wave Inspector обеспечивает непревзойденную эффективность просмотра, навигации и анализа данных. Поворачивая внешнюю ручку панорамирования (1), можно пролистать все точки записи. Перемещение из начала в конец займёт считанные секунды. А если вы увидели что-то интересное и хотите подробнее это рассмотреть? Просто поверните внутреннюю ручку масштабирования (2).

Для того, чтобы проверить соответствие технических характеристик исследуемого устройства требуемым нормам и убедиться в том, что оно способно решать поставленные перед ним задачи, необходимо проанализировать все режимы работы этого устройства. Данная задача может потребовать самых разнообразных измерений - от простой проверки времени нарастания и длительности импульсов до сложного анализа вносимого затухания и исследования источников шумов. Осциллографы Tektronix серии MDO3000 предлагают всеобъемлющий набор встроенных средств анализа, включая привязанные к сигналу и экрану курсоры, автоматизированные измерения, расширенный набор математических функций, в том числе редактор уравнений, построение гистограмм, быстрое преобразование Фурье и диаграммы трендов для визуального определения изменений результатов со временем.

Гистограммы сигнала дают визуальное представление об изменении сигналов во времени. Горизонтальные гистограммы сигнала полезны для анализа джиттера в синхросигнале и распределения джиттера. Вертикальные гистограммы используются для анализа шума в синхросигнале и распределения шума. На основе измерений гистограмм, полученных с помощью Tektronix MDO3000, получают аналитическую информацию о распределении гистограммы сигнала, позволяющую точно определять ширину распределения, среднеквадратическое отклонение, среднее значение и другие значения.

Гистограмма сигнала, построенная по положительному перепаду импульса, помогает оценить распределение положения перепада (джиттер) во времени. На экране Tektronix MDO3000 отображаются числовые значения результатов измерений, полученные на основе гистограммы.

Встроенный анализатор спектра (входит в стандартную комплектацию)

Осциллограф серии MDO3000 - это первый осциллограф в своем классе, который содержит профессиональный анализатор спектра. Каждый осциллограф этой серии содержит анализатор спектра, работающий в диапазоне частот от 9 кГц до верхней границы полосы пропускания данной модели. Диапазон частот анализатора спектра любой модели можно расширить до 3 ГГц (опция MDO3SA), чтобы выполнять анализ спектра сигналов большинства стандартов беспроводной связи.

При использовании радиочастотного входа анализатора спектра, дисплей осциллографа серии MDO3000 переходит в режим полноэкранного отображения сигналов в частотной области. Все основные параметры спектра, такие как центральная частота, полоса обзора, опорный уровень и полоса разрешения, настраиваются легко и быстро с помощью специальных кнопок меню на передней панели и клавиатуры.

При этом исследуемый сигнал подаётся на отдельный вход анализатора спектра (с импедансом 50 Ом), расположенный на передней панели прибора.

Осциллографы серии MDO3000 позволяют отображать спектры в виде спектрограммы, которая является идеальным средством для отслеживания медленно изменяющихся событий в РЧ сигналах. По оси X откладываются значения частоты (как на обычном графике представления спектра), по оси Y – время, а цветом обозначается амплитуда.

Tektronix MDO3000 в режиме спектрограммы отображает медленно изменяющиеся события в РЧ сигналах. На данном рисунке показан сигнал с несколькими пиками. Изменения во времени значений частоты и амплитуды этих пиков легко отслеживаются на спектрограмме.

Осциллографы Tektronix серии MDO3000 позволяют проводить три вида автоматизированных РЧ измерений: измерение мощности сигнала в канале, коэффициента мощности соседнего канала и ширины занимаемой полосы частот. При активации какого-либо из этих режимов измерений, осциллограф автоматически включает режим отображения спектра и метод детектирования «Усреднение» («Average») для оптимизации результатов измерений.

Встроенный в осциллографы Tektronix MDO3000 полноценный анализатор спектра значительно расширяет область полезного применения этого прибора. Так как многие современные устройства содержат радиотракт, Вам необходимо проводить измерения не только в области времени, но и в частотной области. При этом, традиционные решения на базе FFT мало полезны, так как имеют очень низкую чувствительность. В этом видеосюжете наглядно показано применения встроенного в MDO3000 анализатора спектра.

Видеообзор встроенного анализатора спектра осциллографов Tektronix MDO3000.

Посмотрите этот видеосюжет, чтобы увидеть основные преимущества сверхширокой полосы захвата (до 3 ГГц) анализатора спектра, который входит в состав комбинированного осциллографа Tektronix MDO3000. По сравнению с большинством других анализаторов спектра, полоса захвата которых составляет от 10 до 30 МГц, возможности MDO3000 по обнаружению непостоянных сигналов значительно шире.

Видеообзор преимуществ сверхширокой полосы захвата (до 3 ГГц) встроенного анализатора спектра осциллографов Tektronix MDO3000.

Генератор сигналов произвольной формы и стандартных функций (опция)

Осциллограф серии MDO3000 содержит опциональный встроенный генератор сигналов произвольной формы и стандартных функций (опция MDO3AFG), идеальный для имитации сигналов датчика в процессе отладки и для добавления шума к полезным сигналам для моделирования неблагоприятных условий. Встроенный генератор сигналов произвольной формы и стандартных функций выдает сигналы с частотой до 50 МГц, в частности синусоидальные, прямоугольные, пилообразные и импульсные сигналы, постоянный ток, шум, сигналы функций кардинального синуса (Sinc), Гаусса и Лоренца, экспоненциального подъема и спада, гаверсинуса и кардиосигнал.

Tektronix MDO3000 в режиме выбора типа сигнала встроенного генератора сигналов
произвольной формы и стандартных функций.

Память генератора сигналов произвольной формы составляет до 128 000 точек. В нее можно записать сигнал с аналогового входа, из сохраненного внутреннего файла, со съемного накопителя USB большой емкости или с внешнего компьютера. Будучи записанным в редактируемую память генератора, сигнал может быть модифицирован с помощью экранного редактора, а затем подан на выход генератора. Осциллограф серии MDO3000 совместим с ПО ArbExpress Tektronix, позволяющим быстро и легко создавать и редактировать сложные сигналы на внешнем компьютере. Чтобы генератор выдавал требуемый сигнал, файл с сигналом нужно передать в редактируемую память осциллографа серии MDO3000 через интерфейс USB, LAN или с использованием съемного накопителя USB большой емкости.

Tektronix MDO3000 в режиме редактора для поточечного редактирования
сигналов произвольной формы.

Логический анализатор на 16 каналов (опция)

Логический анализатор (опция MDO3MSO) обеспечивает 16 цифровых каналов, интегрированных в интерфейс пользователя осциллографа. Это упрощает работу и облегчает решение проблем при работе с сигналами в разных областях.

Анализатор протоколов с запуском по сигналам последовательных шин (опция)

Сигнал последовательной шины содержит, как правило, адрес, управляющую информацию, данные и тактовую частоту, что затрудняет интерпретацию изображения на экране осциллографа и выделение интересующих событий. Автоматический запуск, декодирование и поиск событий и условий в сигналах, передаваемых по последовательной шине, создают надежный набор средств отладки последовательных шин. При наличии соответствующей опции, приборы серии MDO3000 могут автоматически выполнять захват, декодирование и анализ последовательных протоколов передачи данных: I2C, SPI, RS-232/422/485/UART, USB 2.0, CAN, LIN, FlexRay, MILSTD-1553, аудиошин и других.

Tektronix MDO3000 в режиме запуска по конкретному пакету данных, проходящему по шине I2C. Желтая осциллограмма представляет собой сигнал тактовой частоты, а синяя – данные. Осциллограмма сигнала шины показывает декодированное содержимое пакета,
включая Старт, Адрес, Чтение/Запись, Данные и Стоп.

В этом видеосюжете показана работа встроенного анализатора протоколов для декодирования и поиска событий в сигналах, передаваемых по последовательной шине SPI . Аналогичным образом выполняется декодировка и других протоколов передачи данных: I2C, RS-232/422/485/UART, USB 2.0, CAN, LIN, FlexRay, MILSTD-1553, аудиошин и пр.

Видеообзор встроенного анализатора протоколов, который входит в состав комбинированного осциллографа Tektronix MDO3000.

Цифровой вольтметр и частотомер (бесплатно при регистрации прибора)

Осциллограф MDO3000 содержит встроенные 4-разрядный цифровой вольтметр и 5-разрядный частотомер. Сигнал с любого аналогового входа осциллографа может быть подан на вольтметр без переключения пробников. Результаты измерения динамически отображаются на дисплее в цифровой и графической форме. На дисплее также отображаются минимальное, максимальное и среднее измеренные значения и диапазон значений, измеренных в течение предыдущего 5-секундного интервала. Цифровой вольтметр и частотомер есть во всех моделях серии MDO3000 и активируются при регистрации прибора.

Tektronix MDO3000 в режиме цифрового вольтметра. Результаты измерения в течение 5-секундного интервала представлены с указанием минимального, максимального и среднего значений постоянного напряжения. Показана также частота сигнала.

Опции и аксессуары для комбинированных осциллографов Tektronix серии MDO3000

Основные опции:
- опция MDO3SA (расширение полосы частот анализатора спектра любой модели до 9 кГц - 3 ГГц)
- опция MDO3AFG (генератор для создания 13 стандартных сигналов, а также произвольных сигналов)
- опция MDO3MSO (логический анализатор на 16 цифровых каналов, в комплекте с цифровым пробником P6316 и принадлежностями)
- дополнительные опции анализатора протоколов для декодирования и анализа последовательных шин: I2C, SPI, RS-232/422/485/UART, USB 2.0, CAN, LIN, FlexRay, MILSTD-1553, аудиошины и другие.

Полный перечень опций и аксессуаров для MDO3000 включает до сотни различных наименований. Подробную информацию по опциям, пробникам и пр. смотрите на этой странице в разделе .

Документация

Эта документация в формате PDF содержит наиболее полное описание возможностей осциллографов серии Tektronix MDO3000, их технических характеристик и режимов работы:

Описание и характеристики осциллографов Tektronix MDO3000 (на русском) (39 стр.; 3 МБ)

Руководство по эксплуатации осциллографов Tektronix MDO3000 (на русском) (278 стр.; 6 МБ)

А здесь можно найти наши советы и другую полезную информацию по этой теме:

Как быстро выбрать осциллограф - критерии выбора, типовые применения и популярные модели

Технология цифрового люминофора DPO в осциллографах - принцип работы, примеры применения

Сравнительная таблица основных характеристик цифровых осциллографов

Пассивные пробники напряжения для осциллографов

Цифровые осциллографы используются для анализа сигналов во временной области, тогда как анализаторы спектра делают это в частотной области. Однако в практике исследования и тестирования радиоцепей, устройств и компонентов часто возникают особые задачи, для решения которых могут использоваться те или иные приборы совместно с цифровыми генераторами различных сигналов. В статье сравниваются возможности этих приборов в построении амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) компонентов и приводятся примеры работы с ними. Показана возможность построения АЧХ в широком диапазоне частот (от дозвуковых до СВЧ) с большим динамическим диапазоном по уровню.

Основная схема снятия АЧХ

АЧХ - важная характеристика многих 4-полюсников и компонентов (фильтров, резонаторов, усилителей и др.). Она представляет зависимость модуля коэффициента передачи тестируемого устройства от частоты. В настоящее время интенсивное развитие получил новый класс приборов - векторные анализаторы цепей, которые позволяют снимать АЧХ в комплексной форме или в виде модуля коэффициента передачи и фазового сдвига от частоты. Однако это очень дорогие и редкие приборы.

Рис. 1. Функциональная схема построителя АЧХ на базе ГКЧ и осциллографического индикатора

Во многих случаях вполне достаточно применения скалярных построителей АЧХ, например, на основе генератора качающейся частоты (ГКЧ), детектора и осциллографического индикатора (рис. 1). Генератор качающейся частоты обеспечивает получение синусоидального тестирующего сигнала, частота которого пропорциональна уровню модулирующего напряжения или его логарифму. Модулирующий пилообразный сигнал подается также на вход горизонтального канала, а сигнал с выхода тестируемого устройства (4-полюсника) через детектор подается на вход вертикального канала индикаторного устройства (осциллографа). В результате тестируемое устройство последовательно испытывается синусоидальным сигналом с плавно меняющейся частотой, и на его экране строится график АЧХ тестируемого устройства. Еще недавно измерители АЧХ, работающие в широком диапазоне частот, были сложными, громоздкими, тяжелыми и дорогими приборами. Например, советские измерители АЧХ Х1-40, Х1-46, Х1-56 с диапазоном частот от 20 Гц до 1, 0,2 и 0,2 МГц соответственно имели вес 35, 42 и 44 кг, а измеритель Х1-43 с диапазоном частот от 0,5 МГц до 1,25 ГГц весил даже 47 кг . Стабильность частоты их была низкой, порою очень низкой.

Важным параметром измерителей АЧХ является динамический диапазон по уровню - разность между максимальным уровнем отсчета АЧХ и средним уровнем шумовой дорожки. При линейном масштабе по уровню (вертикали) у упомянутых приборов он лежит в пределах 14–24 дБ, то есть невелик, и только при логарифмическом масштабе достигает 40 дБ и выше. Получение высокого динамического диапазона при снятии АЧХ - одна из целей данной статьи.

Переход на микроэлектронную элементную базу и применение прямого цифрового синтеза частот позволили создать новое поколение генераторов с высочайшей стабильностью частоты и перестройкой ее от тысячных долей герц до нескольких гигагерц (а порою и десятков гигагерц). Как правило, это малогабаритные приборы умеренного веса, имеющие много общего в интерфейсе пользователя и в основных установках (например, частоты и уровня).

Снятие АЧХ осциллографом без применения детектора

Одним из препятствий в получении точных АЧХ различных компонентов и большого динамического диапазона является применение детектора. К сожалению, полупроводниковые диоды, на основе которых строятся детекторы, имеют резко нелинейную вольт-амперную характеристику с порогом при уровне напряжения в доли вольта. В результате наблюдается зона нечувствительности детекторов в области малых напряжений и значительные искажения при среднем уровне сигналов - в единицы вольт. Это приводит к значительному снижению динамического диапазона построителей АЧХ. В ряде случаев, например на частотах выше десятков мегагерц, недостаточно и быстродействие диодов.

Указанные недостатки принципиально устраняются удалением детектора и построением АЧХ в виде зависимости уровня осциллограммы синусоидального ВЧ-сигнала от его частоты. При этом осциллограф должен быть достаточно высокочастотным для непосредственного просмотра сигнала с выхода тестируемого устройства . На максимальной исследуемой частоте осциллографа спад его АЧХ обычно нормируется на уровне –3 дБ (или 0,7 от уровня на низких частотах). Такой спад АЧХ (иногда возможен и ее подъем) создает недопустимо большую погрешность. Чтобы она была незначительна (на уровне 0,5–1 дБ), верхняя граничная частота осциллографа должна в несколько раз превышать полосу частот тестируемого устройства. Она в первую очередь определяется максимальной частотой генератора качающейся частоты. Наметилась тенденция применения в качестве последнего высокостабильных цифровых генераторов с прямым частотным синтезом, в частности генераторов произвольных функций и форм сигналов . Их применение позволяет расширить число видов сигналов, используемых для тестирования.

На рис. 2 показано окно настройки генератора произвольных функций AFG3101 фирмы Tektronix, используемого в режиме генератора качающейся частоты с перекрытием области частот от 1 кГц до 100 МГц (это максимальная частота для данного генератора). Задано качание синусоидального сигнала по линейному закону. Для этого используется линейно-нарастающий модулирующий сигнал с длительностью линейной части 10 мс и нулевым временем возврата.

Рис. 2. Пример установок генератора AFG3101 для качания в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц

Старшие модели генераторов класса AFG3000 имеют максимальные частоты синусоидального сигнала до 240 МГц. Но многие цифровые генераторы синусоидальных сигналов с прямым частотным синтезом, например SM300 фирмы Rohde&Schwarz, имеют максимальную частоту до 3 ГГц и выше. Как правило, все они допускают режим качания частоты от минимального значения (нередко намного ниже 100 кГц) до максимального (3 ГГц и выше). Этим, а также высочайшей стабильностью частоты (порядка 10–6) они выгодно отличаются от применяемых ранее аналоговых ГКЧ на основе LC- гене-раторов с частотой, управляемой варикапом или подмагничиванием ферритового сердечника индуктора.

Для просмотра полной полосы частот нужно подключить вход внешнего запуска осциллографа к выходу запуска генератора, то есть обеспечить запуск осциллографа в режиме ждущей развертки от генератора. Кроме того, следует обеспечить равенство длительностей пилы управляющего напряжения ГКЧ и развертки осциллографа. Для этого нужно установить коэффициент развертки равным 1 мс/дел., поскольку его масштабная сетка по горизонтали имеет 10 делений, и это дает длительность развертки, равную 10 мс. Получаемая осциллографом АЧХ система генератор - осциллограф представлена на рис. 3. Ручкой горизонтального смещения график АЧХ центрируется на экране.

Рис. 3. АЧХ осциллографа DPO4101 в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц при числе точек осциллограммы 10 млн

Эта осциллограмма получена при согласованной работе генератора с выходным сопротивлением 50 Ом с осциллографом, у которого входное сопротивление также равно 50 Ом. В данном случае вид АЧХ почти идеален: есть только едва заметное ослабление сигнала на высоких частотах. Если переключить входное сопротивление осциллографа на 1 МОм (без удлинения соединительных проводов), то АЧХ лишь немного ухудшится, а уровень сигнала возрастет вдвое.

Роль памяти осциллограмм

Стоит сразу отметить специфический недостаток цифровых осциллографов - ограниченное объемом памяти осциллограмм число их точек, что обусловлено дискретизацией сигнала. Этот недостаток принципиально отсутствует у аналоговых осциллографов, но их выпуск в наше время резко сокращен (стоимость широкополосных аналоговых осциллографов намного превосходит стоимость цифровых осциллографов). Приведенные далее примеры даны с применением цифрового осциллографа Tektronix DPO4101 с максимальной частотой исследуемого сигнала 1 ГГц и памятью осциллограмм каждого канала до 10 Мбайт. Это лучший из осциллографов компании Tektronix с закрытой архитектурой . Поскольку у приборов используется кодирование каждой точки 1 байтом, то число точек осциллограмм практически равно объему используемой памяти.

Выясним влияние памяти осциллограмм на отображение АЧХ. На рис. 3 показана АЧХ в идеализированным виде - при отсутствии тестируемого устройства. Точнее говоря, им является отрезок кабеля, соединяющего выход генератора с выбранным входом осциллографа. Сигнал воспроизводится как широкая полоса, ширина которой равна двойной амплитуде сигнала генератора. Яркость по лосы растет по мере роста частоты генератора. Разумеется, частоту нужно определять не по яркости, а по времени горизонтальной шкалы, пропорциональному частоте.

На рис. 4 воспроизведен этот случай при памяти осциллограмм в 1 Мбайт. Воспроизведение полосы сигнала теперь явно неудовлетворительное и создает ложное впечатление о резком изменении частоты в центре экрана.

Рис. 4. АЧХ осциллографа DPO4101 в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц при числе точек осциллограммы, равном 1 млн

Если уменьшить числа точек до 100 000 (рис. 5), то воспроизведение сигнала становится совершенно неудовлетворительным (при числе точек 10 000 ситуация еще хуже). Таким образом, данный метод применим далеко не со всеми цифровыми осциллографами: он требует применения приборов с большой емкостью памяти (и числом точек) осциллограмм.

Рис. 5. АЧХ осциллографа DPO4101 в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц при числе точек осциллограммы 100 000

Логарифмический масштаб по оси частот

Рис. 6. АЧХ осциллографа DPO4101 в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц при длине памяти 10 Мбит и логарифмическом масштабе по частоте

Многие генераторы обеспечивают качание частоты по логарифмическому закону. На рис. 6 показано снятие АЧХ осциллографа для этого случая. Поскольку начальная часть АЧХ в данном случае растягивается, в левой части стал виден синусоидальный характер меняющегося по частоте сигнала. Небольшая неравномерность АЧХ хорошо видна в правой части осциллограммы. К сожалению, шкала времен у самого осциллографа остается линейной, что сильно затрудняет измерение частот на пиках и впадинах АЧХ прямо по масштабной сетке. Фактически тут нужна сменная масштабная сетка с логарифмическим масштабом (рис. 7).

Рис. 7. АЧХ осциллографа DPO4101 с фильтром на 20 МГц в логарифмическом масштабе по частоте

АЧХ осциллографа с фильтром нижних частот

Теперь покажем, насколько сильно меняется АЧХ при наличии в усилителе осциллографа фильтра нижних частот с граничной частотой около 20 МГц: АЧХ четко фиксирует спад на этой частоте. При установленном логарифмическом частотном масштабе он выглядит довольно резким. Динамический диапазон при линейном масштабе составляет не меньше десятков раз.

АЧХ осциллографических пробников

Из приведенных примеров ясно, что этот метод применим до максимальной частоты генератора в 100 МГц у генератора AFG3101 (и до 240 МГц у старших моделей генераторов этого класса). Таким образом, он охватывает весьма широкий диапазон частот - от инфразвуковых, звуковых, длинных, средних и коротких волн до УКВ. Это позволяет исследовать не только узкополосные, но и широкополосные компоненты - например, осциллографические пробники для осциллографов умеренного быстродействия, видеоусилители и другие устройства.

Рис. 8. АЧХ осциллографического пробника 1:100

На рис. 8 показана АЧХ компенсированного пробника серии HP с коэффициентом деления 100. Хорошо видно, что пробник передает все частоты, но имеет заметную волнистость АЧХ. Ее основной причиной является несогласование 50-омного выхода генератора с большим (10 МОм, параллельно с емкостью около 10 пФ) входным сопротивлением пробника. АЧХ дает отчетливое представление о степени частотных искажений пробника и объясняет наблюдаемые на коротких фронтах импульсов колебательные процессы.

Рис. 9. АЧХ пробника к осциллографу Tektronix TDS2024B с переключателем в положении 1:1

Некоторые пробники при коэффициенте передачи 1:1 дают сильный спад АЧХ (рис. 9). Кстати, здесь показана техника применения курсоров для определения частоты, на которой спад АЧХ составляет –3 дБ или по уровню до 0,707 от максимального. Для многих такое поведение пробника кажется неожиданным. Оно связано со значительным увеличением входной емкости осциллографа на величину нескомпенсированной в данном случае емкости коаксиального кабеля с длиной около метра. Эта емкость может достигать 50–100 пФ и выше. При недостаточно коротких проводниках (например, земляного), имеющих заметную индуктивность (в десятки наногенри), это приводит к неравномерности АЧХ и колебаниям переходной характеристики пробника. Поэтому рекомендуется применять пробник без ослабления только при наблюдении низкочастотных сигналов (не выше десятка мегагерц).

Построение АЧХ активного дифференциального пробника

Одно из главных применений измерителей АЧХ - это построение АЧХ четырехполюсников, к которым относятся всевозможные усилители, резонансные цепи, фильтры и иные устройства. Некоторые из них конструируются с учетом согласования на входе и на выходе с сопротивлениями в 50 или 75 Ом. В этом случае построение АЧХ описанным методом не вызывает особых трудностей и просто требует соединений тестируемого прибора с генератором и осциллографом стандартными 50- или 75-омными коаксиальными кабелями.

Однако очень многие устройства (особенно усилители ДВ, СВ и КВ диапазонов волн) имеют высокое входное сопротивление - от единиц кОм до 1 МОм и выше. В этом случае остро стоит задача построения согласующих устройств, например, эмиттерных повторителей на биполярных транзисторах или истоковых повторителей на полевых транзисторах. Сама по себе разработка таких согласующих устройств требует снятия их АЧХ в широком диапазоне частот.

В последнее время в числе аксессуаров для осциллографов появились дифференциальные пробники, построенные на основе широкополосных интегральных операционных усилителей. Помимо функций преобразования импедансов, эти пробники обеспечивают получение осциллограмм напряжений между двумя произвольными точками. Большинство таких сверхширокополосных пробников очень дороги и рассчитаны на применение в низковольтных цепях. Однако есть и приятные исключения. Фирма Pintek, к примеру, выпускает серию высоковольтных дифференциальных пробников DP-25/50/100/150/200 в виде приставок к осциллографам. Цифра указывает верхнюю граничную частоту пробников (нижняя равна 0). К примеру, пробник DP-150pro (рис. 10) имеет верхнюю граничную частоту 150 МГц на пределах ослабления 30, 100, 300 и 1000 раз и 100 МГц на пределе ослабления 10 раз. Пробник позволяет исследовать сигналы с уровнем до 10 кВ, что значительно расширяет возможности осциллографов.

Рис. 10. Внешний вид высоковольтного активного дифференциального пробника DP-150pro фирмы Pintek

Следует отметить, что полосы частот выше 20–30 МГц такие пробники реализуют только при тщательной оптимизации цепей подключения. Прилагаемые к ним стандартные высоковольтные провода длиной около 60 см и наконечники для них использовать на частотах выше 20 МГц нельзя. Пробники имеют очень высокое входное сопротивление и малую входную емкость. Например, у пробника DP-150pro входное сопротивление при дифференциальном включении равно 100 МОм параллельно с емкостью 1 пФ, что позволяет слабо нагружать большинство тестируемых компонентов даже с высокоомным входом. Это ослабляет, но не устраняет полностью влияние подводящих сигналы проводов. Такие пробники можно использовать как согласующие устройства для снятия АЧХ 4-полюсников с высоким входным сопротивлением.

Рис. 11. АЧХ дифференциального пробника DP-150pro с линейным масштабом по частоте

На рис. 11 показана АЧХ пробника DP- 150pro в полосе частот до 100 МГц. Заметная волнистость АЧХ обусловлена длинными соединительными проводами и отсутствием согласования на выходе генератора. Такая АЧХ отражает реалии работы с пробником этого типа, описанные выше. Вид АЧХ сильно зависит от конструктивного оформления его подключения.

АЧХ входной цепи осциллографа с резонансами

Рис. 12. АЧХ резонансной RLCR-цепи в полосе частот до 1 МГц при входном сопротивлении осциллографа 50 Ом

На рис. 12 представлена АЧХ резонансной цепи RLCR, которая образуется включением между выходом генератора и входом осциллографа (они по 50 Ом) индуктивности в 36 мкГн и емкости 2200 пФ. Цепь дает отчетливо видимый резонансный пик на частоте около 0,6 МГц. Добротность цепи мала, поскольку ее общее сопротивление в 110 Ом велико (10 Ом добавляет активное сопротивление индуктора).

Однако если переключить входное сопротивление осциллографа на 1 МОм, то данный последовательный резонанс пропадает. Зато появляется новый параллельный резонанс на частоте около 3,4 МГц. На этот раз он обусловлен индуктивностью L , входной емкостью осциллографа и кабеля C 0 . Резонанс представлен довольно острым пиком, что свидетельствует о достаточно высокой добротности вызвавшего его контура.

По частоте резонанса:

можно определить входную емкость осциллографа, которая составляет около 57 пФ. Таким образом, исследование осциллографа по его АЧХ четко выявляет возможность существования двух резонансов входной цепи при наличии индуктивности L между выходом генератора и входом осциллографа и их проявление в различных условиях.

Установки для снятия АЧХ в узкой полосе частот с помощью ГКЧ и анализатора спектра

Казалось бы, естественно применять в роли измерителя АЧХ стандартные анализаторы спектра . Сейчас промышленность выпускает их, пожалуй, даже больше, чем осциллографов. Анализаторы спектра имеют простые установки нужного диапазона частот - путем задания начальной Start и конечной End частот анализа или средней Center частоты и полосы частот качания SPAN. Кроме того, в отличие от осциллографа, горизонтальная ось изображения на экране анализатора спектра отградуирована по частоте, а вертикальная - по логарифму уровня. Маркеры анализатора ориентированы на работу с частотами и с линейным или логарифмическим масштабом по уровню. Высокая чувствительность анализатора спектра, малый уровень шумов и наличие ряда высококачественных (нередко цифровых) детекторов обещают получение АЧХ в широком динамическом диапазоне по уровню. А наличие высококачественного детектора (часто цифрового) позволяет, в отличие построителя АЧХ на основе осциллографа без детектора, строить АЧХ в привычном «однополярном» виде.

Однако анализаторы спектра не предназначены непосредственно для снятия АЧХ. Они служат для выделения множества гармоник из сложного сигнала и их представления на экране индикатора в виде острых пиков. Фактически анализаторы спектра являются узкополосными супергетеродинными радиоприемниками, оснащенными фильтрами для выделения гармоник. Полоса пропускания фильтров зачастую намного уже, чем полоса частот компонентов, АЧХ которых исследуется. Тем не менее при использовании специальных приемов измерений и настроек измерительных приборов анализаторы спектра могут успешно применяться для построения (совместно с ГКЧ) высококачественных графиков АЧХ.

Вначале рассмотрим такое применение для тестирования сравнительно узкополосных устройств. Для примера создадим с помощью генератора AFG3101 сигнал, частота которого линейно меняется от 49 до 51 МГц за 10 мс. Для этого в окне генератора (рис. 2) достаточно заменить частоты Start и End на 49 и 51 МГц соответственно.

Рис. 13. АЧХ RLCR-цепи при переключении входного сопротивления осциллографа на 1 МОм

Теперь рассмотрим, как осуществить установки массового анализатора спектра АКТАКОМ АКС-1301 для контроля АЧХ в этом узком диапазоне частот. Если просто подключить выход генератора к входу анализатора спектра, то на экране будет виден упорядоченный (при синхронной работе развертки генератора и анализатора) или случайный набор пиков спектра, показанный на рис. 14. Можно заметить, что пики находятся в заданной области частот генератора. Однако они дают отдельные, причем случайные, отсчеты АЧХ, а не сам полный ее график.

Рис. 14. Типичный спектр сигнала с выхода ГКЧ при отсутствии синхронизации между ним и анализатором спектра

Если отсчетов достаточно много и АЧХ фильтров пересекаются, то, используя пиковый детектор анализатора, можно получить почти непрерывную АЧХ в требуемой полосе частот, намного более широкой, чем полоса RBW выбранного фильтра. Этот полезный прием показан на рис. 15. Главное в данном случае - выбрать время анализа спектра Sweep значительно бóльшим, чем время качания частоты у ГКЧ. В нашем примере время анализа выбрано вручную равным 50 с, и на экране (рис. 15) отчетливо видна АЧХ системы генератор - анализатор с полочкой в области частот от 49 до 51 МГц. Пиковый детектор обычно применяется по умолчанию.

Рис. 15. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками для просмотра АЧХ в диапазоне от 49 до 51 МГц

Уменьшив полосы частот RBW и VBW анализатора и увеличив время анализа до 100 секунд, можно получить еще более качественную (гладкую) АЧХ системы генератор - анализатор, показанную на рис. 16. Рабочий участок АЧХ тут выглядит почти как идеальная горизонтальная прямая.

Широкое горизонтальное плато на рис. 15 и рис. 16 - это и есть область частот, которую можно частично или полностью использовать при применении анализатора спектра в качестве построителя АЧХ. Можно убедиться в том, что границы плато меняются в соответствии с изменением границ качания частоты (рис. 13). Естественно, с помощью анализатора спектра можно выбрать более узкий рабочий диапазон частот в пределах этого участка.

Рис. 16. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками для просмотра АЧХ в диапазоне от 49 до 51 МГц после оптимизации установок анализатора

Чтобы определить динамический диапазон такого построителя АЧХ, нужно проделать еще один опыт - построить спектральную линию при отключенном генераторе. Это показано на рис. 17. Полученная внизу линия спектра - это шумовая дорожка анализатора, характеризующая минимальный уровень сигналов, которые способен различить анализатор. На основе рис. 15 и рис. 16, где показана линия дисплея, установленная в середину шумовой дорожки, можно сделать вывод, что динамический диапазон (разность высоты плато и линии дисплея) составляет не менее 55 дБ. Это очень хороший, хотя и не максимально возможный показатель.

Рис. 17. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками рис. 14 при отсутствии сигнала (видна шумовая полоса и линия дисплея)

Уменьшив полосы частот RBW и VBW до минимально возможных значений в 300 Гц, можно значительно уменьшить шум анализатора и получить АЧХ, представленную на рис. 18. Динамический диапазон системы генератор - анализатор в этом случае достигает значений более 70 дБ. Это очень высокий показатель для измерителей АЧХ. Для уменьшения времени построения АЧХ можно вручную уменьшить параметр Sweep (время перестройки частоты анализатора). Если это нарушает естественные установки анализатора, то на экране появляется сообщение Fastsweep (слишком быстрая развертка). Обычно это вполне допустимо.

Рис. 18. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками для просмотра АЧХ в диапазоне от 49 до 51 МГц при минимизации полос фильтров

Снятие АЧХ осциллографических пробников с помощью ГКЧ и анализатора спектра

Аналогичным образом можно настроить анализатор спектра для просмотра АЧХ в широком диапазоне частот. На рис. 19 показана АЧХ системы генератор - анализатор в полосе частот от 1 кГц до 100 МГц. Как видно, и в данном случае в рабочей полосе частот АЧХ практически идет горизонтально, а динамический диапазон составляет около 60 дБ. Он меньше, чем при узкой полосе, и это вполне естественно: как известно, уровень шума увеличивается с ростом полосы отображаемых анализатором частот. Напоминаем, что это идеальный случай: 50-омный выход генератора подключен к 50-омному входу анализатора спектра через 50-омный коаксиальный кабель.

Рис. 19. Окно анализатора спектра АКС-1301 с установками для просмотра АЧХ в диапазоне от 0 до 100 МГц

В качестве примера рассмотрим АЧХ высоковольтного дифференциального пробника Pintek DP-150pro. Она показана на рис. 20 для установки делителя в положение ×10. Как и следовало ожидать, в области низких частот кривая АЧХ просела примерно на 20 дБ (это соответствует ослаблению делителя в 10 раз). Хотя АЧХ не идеальна, в полосе частот до 70 МГц ее неравномерность не превышает ±3 дБ и имеет два более глубоких спада, начинающихся с частот 70 и 95 МГц. При этом АЧХ подобна снятой на рис. 11 с применением генератора и осциллографа.

Рис. 20. АЧХ дифференциального пробника Pintek DP-150pro, полученная с помощью анализатора спектра АКС-1301 и генератора AFG3101 (делитель ×10)

Далее рассмотрим АЧХ пробника с установкой делителя в положение ×30 (рис. 21). Теперь в области низких частот АЧХ просела из-за уменьшения коэффициента передачи делителя. В целом неравномерность АЧХ уменьшилась, что соответствует описанию пробника.

Рис. 21. АЧХ дифференциального пробника Pintek DP-150pro, полученная с помощью анализатора спектра АКС-1301 и генератора AFG3101 (делитель ×30)

Рис. 22. АЧХ дифференциального пробника Pintek DP-150pro (делитель в положении ×1000)

Снятие АЧХ с помощью анализатора спектра с трекинг-генератором

Многие современные унифицированные анализаторы спектра имеют опцию встроенного цифрового трекинг-генератора, который вырабатывает почти синусоидальный сигнал, частота которого меняется в тех же пределах, что и частота перестройки анализатора спектра. Разумеется, современный измерительный цифровой генератор имеет больше возможностей, чем трекинг-генератор: независимую установку частот и их качания, отсутствие искажений на низких частотах, более чистый сигнал, широкий диапазон регулировки уровней и т. д. Тем не менее трекинг-генератор является мощным средством расширения возможностей анализатора спектра, превращающим его в построитель АЧХ.

Нижняя граничная частота у трекинггенераторов различных анализаторов спектра лежит в пределах от десятков герц до десятков мегагерц. Например, у трекинг-генератора анализатора спектра АКС-1301 она равна 150 кГц при уровне сигнала от 0 до –50 дБ, а у новейших бюджетных китайских анализаторов спектра DSA 1020/1030 фирмы RIGOL она составляет 10 МГц при уровне сигнала от 0 до –20 дБ.

Обычно анализатор спектра с трекинг- генератором имеет важную функцию - калибровку тракта трекинг-генератор - анализатор. При калибровке выход генератора подключается к входу анализатора отрезком коаксиального кабеля. После запуска калибровки обычно неравномерная АЧХ системы становится почти идеально равномерной и горизонтальной. Таким образом, происходит почти идеальная нейтрализация неравномерности АЧХ тракта трекинг-генератор - анализатор спектра.

По завершении калибровки (а она повторяется при изменении основных настроек анализатора спектра по частоте и уровню) нужно отключить кабель выхода генератора и подключить его к тестируемому устройству. А выход последнего надо подключить к входу анализатора. На рис. 23 показан пример построения АЧХ СВЧ полосового фильтра с полосой частот примерно от 1,6 до 2,4 ГГц. Динамический диапазон при измерении АЧХ составляет около 40 дБ, что для такой широкой полосы очень неплохо.

Рис. 23. Пример построения АЧХ коэффициента передачи СВЧ полосового фильтра

Некоторые анализаторы спектра, например АКС-1301, способны измерять обратные потери 4-полюсников и коэффициенты отражения. Для точного измерения этих параметров анализаторы имеют опцию - мост для измерения обратных потерь. С этой опцией также проводится калибровка, а затем измерение этих параметров .

Как видно из приведенных примеров, применение трекинг-генератора особенно эффективно при исследовании СВЧ- компонентов и возможно в полной полосе частот анализатора спектра (до 3 ГГц у использованного прибора). При этом, в отличие от более низкочастотных измерений, время построения АЧХ при автоматической установке параметров прибора оказывается достаточно малым - 944 мс.

Использование спектров импульсных сигналов

Для построения АЧХ зачастую возможно использование спектров импульсных сигналов. Такие сигналы не требуют изменения частоты в ходе перестройки анализатора спектра и осуществляют не последовательное, а параллельное тестирование исследуемых устройств. На вход устройства подается не один синусоидальный сигнал с меняющейся частотой, а сразу множество сигналов (спектр) с постоянными частотами гармоник.

Естественно, в первую очередь для этого логично применять сигналы, дающие равномерный спектр в определенном диапазоне частот. Уникальным является сигнал вида sin(t /τ)/(t /τ), теоретически обеспечивающий строгое постоянство уровня гармоник спектра до частоты f max = 1/τ. Современные цифровые генераторы сигналов произвольной формы, как правило, способны создавать такой сигнал (рис. 24).

Рис. 24. Установки генератора AFG3101 для получения сигнала вида sin(t/τ)/(t/τ)

Рис. 25. Спектр сигнала sin (t/τ)/(t/τ) при частоте его повторения 1 МГц и амплитуде 1 В

Оценим его спектр, создаваемый генератором AFG3101 (рис. 25). Сигнал при такой частоте дает 31 гармонику с уровнем 10,1 мВ каждая. В данном случае у анализатора установлено измерение уровня гармоник в единицах напряжения, а не мощности. Спектр сигнала практически идеально равномерен вплоть до частоты чуть выше 30 МГц. Такой спектр можно успешно использовать для тестирования во всем диапазоне длинных, средних и коротких волн.

Рис. 26. Спектр трапецеидального импульса

Схемы для создания такого сигнала мало известны и не распространены. Куда проще получить сигналы в виде почти прямоугольных импульсов с большой скважностью. В качестве примера на рис. 26 показан спектр трапецеидального импульса с длительностью полки 10 нс и фронтов 4 нс. Спектр построен для диапазона частот от 0 до 100 МГц. Если считать допустимым спад уровня гармоник до –3 дБ, то полоса частот почти равномерного спектра лежит в пределах до 40 МГц.

Увеличив полосу частот RBW фильтра до 1 МГц, можно построить огибающую спектра. Этот случай показан на рис. 27.

Рис. 27. Пример построения огибающей (АЧХ) спектра трапецеидального импульса в диапазоне частот до 100 МГц

Пример построения огибающей спектра трапецеидального импульса в широкой полосе частот (до 500 МГц) показан на рис. 28. В данном случае отчетливо видны периодически повторяющиеся спады огибающей спектра, характерные для почти прямоугольных импульсов.

Рис. 28. Пример построения огибающей (АЧХ) спектра трапецеидального импульса в диапазоне частот до 500 МГц

Импульсные сигналы можно использовать для тестирования линейных устройств, например, фильтров из компонентов L, C и R, резонаторов и т. д. Однако их применение для тестирования устройств на активных компонентах не всегда разумно из-за возможности перегрузки таких устройств импульсами, амплитуда которых многократно превышает амплитуду создаваемых ими гармоник. Однако стоит отметить, что такое тестирование близко к реальным условиям работы многих устройств, когда на их входе действует множество сигналов одновременно.

Использование спектра шума

Еще одним методом испытания различных устройств является тестирование их сигналом в виде широкополосного шума. Установки генератора AFG3101 на получение такого шума показаны на рис. 29. Здесь приведен и вид шумового сигнала с разверткой во времени. Единственным параметром шума является его амплитуда.

Рис. 29. Установки генератора AFG3101 для генерации шума

Спектр такого шума сплошной, а не дискретный. Поэтому с помощью шума в принципе можно выявить тонкие особенности АЧХ, невидные при дискретном характере спектра. На рис. 30 показано построение огибающей спектра шумового сигнала от генератора AFG3101 в диапазоне частот от 0 до 500 МГц. При уровне спада огибающей –3 дБ реализуется частотный диапазон равномерного спектра примерно до 200 МГц. Это вдвое больше, чем максимальная частота данного генератора в режиме ГКЧ.

Рис. 30. Огибающая спектра шумового сигнала

На рис. 31 показана АЧХ высоковольтного дифференциального пробника DP-150pro, снятая с помощью шумового сигнала в полосе частот от 0 до 500 МГц.

Рис. 31. АЧХ высоковольтного дифференциального пробника DP-150pro, снятая с помощью шумового сигнала в полосе частот от 0 до 500 МГц

АЧХ на частоте около 100 МГц содержит подозрительный короткий пик. Для выяснения его природы была снята шумовая дорожка при уменьшении амплитуды сигнала до 0. Она показана на рис. 32. В диапазоне частот от 0 до 150 МГц отчетливо видны пики электромагнитных помех, причем особенно большой из них приходится на частоту около 100 МГц. Он вызван работой местной УКВ радиовещательной станции.

Рис. 32. Спектр сигнала с выхода пробника при отсутствии входного сигнала

Моделирование компонентов в MATLAB с построением их АЧХ

На всех этапах проектирования компонентов важная роль принадлежит их математическому моделированию. Особенно это относится к начальному этапу проектирования, когда руки разработчика не дошли до создания макетных образов компонентов. Сравнение результатов моделирования с натурным испытанием компонентов, описанным выше, способно выявить немало тонкостей работы, учет которых позволяет повысить качество проектируемых изделий и обеспечить их должную функциональность.

Применительно к радиочастотным цепям высокую наглядность математического моделирования дает пакет расширения RF Blockset матричной системы MATLAB с пакетом визуально-ориентированного блочного математического моделирования Simulink . В этой системе можно отлаживать все описанные выше методы исследования радиочастотных компонентов. Ограничимся примером построения АЧХ двух полосовых фильтров (рис. 33) с применением для этого генератора шума Random Noice и анализаторов спектра на основе быстрого преобразования Фурье FFT.

Рис. 33. Пример построения АЧХ двух полосовых фильтров в системе MATLAB+Simulink с применением генератора шума и анализаторов спектра на выходе фильтров

Заключение

Как показано выше, построение АЧХ различных тестируемых устройств возможно различными методами, некоторые из которых не получили широкого распространения из-за малой известности и кажущихся трудностей реализации. Однако появление современных цифровых приборов (генераторов сигналов, осциллографов и анализаторов спектра) позволяет по-новому взглянуть на реализацию таких специальных методов. В ряде случаев их реализация оказывается более простой и дешевой, чем обычное снятие АЧХ с помощью ГКЧ, детектора и осциллографа. При этом существенно расширяется диапазон частот тестирования и динамический диапазон по уровню. Наиболее перспективным выглядит построение АЧХ путем использования огибающей спектра, которую могут строить современные цифровые анализаторы спектра с применением как ГКЧ, так и импульсов с фиксированной частотой повторения и встроенных в анализаторы спектра трекинг-генераторов. Эти методы тестирования легко поддаются математическому моделированию с помощью систем компьютерной математики, например MATLAB+Simulink, и образуют комплекс средств для исследования и тестирования различных компонентов и устройств.

Литература

1. Кузнецов В. А., Долгов В. А., Коневских В. Н. и др. Измерения в электронике: Справочник / Под редакцией В. А. Кузнецова. М.: Энергоатомиздат, 1987.
2. Дьяконов В. П. Генерация и генераторы сигналов. М.: ДМК-Пресс, 2009.
3. Дьяконов В. П. Развитие серии генераторов произвольных функций AFG3000 компании Tektronix и их применение // Компоненты и технологии. 2009. № 11.
4. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Измерительные приборы и массовые электронные измерения. М.: СОЛОН-Пресс, 2007.
5. Дьяконов В. П. Осциллографы компании Tektronix закрытой архитектуры // Компоненты и технологии. 2009. № 12.
6. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Цифровые анализаторы спектра, сигналов и логики. М.: СОЛОН-Пресс, 2009.
7. Афонский А. А. Новые анализаторы спектра AKTAКOM // Контрольно-измерительные приборы и системы. 2008. № 2.
8. Дьяконов В. П., Пеньков А. А. MATLAB и Simulink в электроэнергетике / Справочник. М.: Горячая линия – Телеком, 2009.

Миниатюрная модель 2-канального цифрового запоминающего USB осциллографа. Выполнена в виде приставки к ПК. Подключается через USB-порт. Оригинальный дизайн и отличные технические характеристики неизменно привлекают внимание специалистов.

• 2 независимых канала с полосой пропускания до 100 МГц
• буфер записи до 128 кБ на канал (определяется пользователем)
• произвольно выбираемая длина предзаписи/послезаписи
• высокая чувствительность (от 10 мВ/дел)
• автоматическая настройка на входные сигналы
• расширенные режимы синхронизации
• большой выбор курсорных и автоматических измерений
• статистические измерения и построение гистограмм
• анализатор спектра (БПФ)
• цифровой люминофор
• аварийная сигнализация
• подключение к ПК через USB 2.0
• вх./вых. внешней синхронизации (совместимость - ТТЛ)

Технические характеристики USB осциллографа

• частота дискретизации 10 ГГц (стробоскопический режим)
• частота дискретизации 100 МГц (режим реального времени)
• коэффициент вертикального отклонения 10 мВ/дел...10 В/дел с шагом 1-2-5
• разрешение 8 бит
• частотный диапазон по уровню -3 дБ: 0 Гц...100 МГц (DC), 1,2 Гц...100 МГц (AC)
• входное сопротивление 1 МОм или 50 Ом
• максимальное входное напряжение: ±50 В при Rвх=1 МОм, ±2,25 В при Rвх=50 Ом
• минимальный период повторения синхронизирующего импульса 20 нс
• минимальная длительность синхронизирующего импульса 10 нс
• параметры входного сигнала обеспечения расширенной синхронизации по входам «СН1», «СН2» (применительно к импульсу прямоугольной формы): амплитуда - не менее
  20 мВ, длительность - не менее 50 нс, период повторения - не менее 50 нс
• диапазон значений коэффициента развертки 10 нс/дел....0,1 с/дел
• калибратор 1 кГц, 3 В от пика до пика
• питание +5 В
• масса 0,19кг
• габаритные размеры 150x85x32 мм

Программное обеспечение AKTAKOM Oscilloscope Pro (поставляется с прибором):

НАЗНАЧЕНИЕ:

Приложение предназначено для полнофункционального управления USB осциллографами ACK-3106, ACK-3116, АСК-3002, АСК-3102 и АСК-3202, сбора данных измерений с двух каналов, их обработки, отображения и сохранения на компьютере.

ВОЗМОЖНОСТИ:

Приложение обеспечивает обнаружение и составление списка доступных к работе виртуальных приборов, подключённых к компьютеру локально (по интерфейсу USB) или через сеть Ethernet/Internet; инициализацию и тестирование выбранного экземпляра USB осциллографа.

Приложение обеспечивает управление всеми параметрами, доступными для настройки этого типа аппаратуры (см. описание поддерживаемых приборов) и чтение данных покадровым (режим осциллографа) или непрерывным (режим самописца) способом. Собранные осциллограммы отображаются на основном и обзорном графиках, графики могут масштабироваться пользователем произвольно, стиль прорисовки графиков настраивается (точками, отрезками, сплайнами), для отображения доступны режимы персистенции и цифрового люминофора. Для ручных измерений по графику доступны два курсора и десять пользовательских меток, положения и интервалы для курсоров и меток отображаются в числовом виде в отдельном окне программы.

Поддерживается как режим цифрового осциллографа с последовательным сбором осциллограмм ограниченной длины, так и режим самописца с непрерывным сбором и отображением данных неограниченное время.

Приложение позволяет записывать данные осциллограмм в файлы в виде числовых данных (универсальный битовый формат AKTAKOM USB Lab). Файлы с числовыми данными могут быть затем вновь загружены в приложение для просмотра и анализа.

С помощью утилиты можно преобразовать файл данных для чтения другими приложениями AKTAKOM USB лаборатории в том же формате AKTAKOM USB Lab, либо перевести данные в текстовый формат CSV, который может быть затем открыт любым текстовым редактором или процессором электронных таблиц. Возможно сохранение в файл уже готового изображения полученных сигналов на графике в файл в формате BMP или в векторных форматах WMF или EMF.

Поддерживается также печать данных измерений, печать может быть направлена на принтер или в графический файл.
Для обработки и автоматических измерений в приложение встроен модуль анализа.

В СТАНДАРТНЫЕ ФУНКЦИИ МОДУЛЯ АНАЛИЗА USB ОСЦИЛЛОГРАФА ВХОДЯТ:

• цифровая фильтрация (полиномиальный, накопительный и спектральный фильтры);
• цифровые преобразования сигнала (усиление/ослабление амплитуды, сжатие/растяжение шкалы времени, отражение по вертикали, реверс по горизонтали, добавление шума);
• различные математические функции от сигналов по каналам (сумма, разность, произведение, отношение, среднеквадратическое каналов, производная, интеграл канала, интеграл произведения каналов, корреляция каналов);
• аварийная сигнализация, следящая за выходом сигнала за установленные пределы амплитуды (доступна как в режиме самописца, так и в режиме осциллографа);
• функции вольтметра, частотомера, измерителя сдвига фаз и интегратора;
• автоматическое измерение параметров импульса (амплитуда, размах, выбросы, медиана, среднее, стандартная девиация, частота, период, длительность импульса, скважность, время нарастания, время спада);
• спектральный анализ (выбираемый участок осциллограммы, определение КНИ, параметров основной гармоники, курсорные измерения на спектрограмме, поддерживаются окна: прямоугольное, треугольное, Ханна, Хеминга, Блэкмена, Блэкмена- Харриса, Гаусса, конический косинус, плоское, экспоненциальное) и синтез сигналов;
• статистическая обработка результатов измерений (для выбранного параметра определяются среднее, минимум, максимум, стандартная девиация, строится гистограмма распределения вероятности, определяются асимметрия и эксцесс распределения, курсорные измерения по гистограмме);
• калькулятор формул;
• редактор для эмуляции сигналов.

Приложение позволяет пользователю вручную настроить цвета элементов графика и толщину линий осциллограмм или загрузить эти настройки из ранее сохранённых файлов цветовых схем. Размер, расположение и прозрачность всех окон приложения также могут настраиваться пользователем. Все настройки программы могут быть записаны в файл конфигурации и затем загружены.

Расширенные режимы синхронизации

	Запуск по фронту	Пересечение заданного уровня напряжения в заданном направлении
	Запуск по переходу	По времени нарастания или спада
	Запуск по длительности	По длительности импульса
	Запуск по паузе	Отсутствие импульса в течение указанного времени
	Запуск по глитчу	По импульсу длительностью меньше периода дискретизации
	Запуск по ранту	По амплитуде импульса
	Запуск по окну	По выходу/входу сигнала в пороговое окно
	Запуск по логическому шаблону	Логическая функция каналов
	Запуск по логическому состоянию	Логическая функция каналов, привязанная к синхроимпульсам
	Последовательный запуск	Событие В после события А (по заданной задержке и/или количеству событий)

• Минимальное значение длительности измеряемого интервала: не меньше пяти периодов дискретизации с интервалом следования также, не менее пяти периодов дискретизации.
• Максимальное значение длительности измеряемого интервала: не более 65535 периодов дискретизации.
• При последовательных типах запуска источниками событий А и В могут быть каналы А, В, внешний вход. Условиями запуска последовательных типов являются фронты сигналов событий А, В. Количество повторения событий А, В: от 1 до 255.

Воможности

• Опция расширенных режимов синхронизации запуска позволяет применять прибор в качестве «умного» синхронизирующего устройства. На выходе разъема Х1 по заданным условиям можно получить сигнал запуска уровня ТТЛ для любого другого прибора по внешнему сигналу или сигналам (по входам «СН 1» и/или «СН 2»).

Стандартная комплектация

• USB осциллограф
• руководство по эксплуатации
• Программное обеспечение
  • AOP Aktakom Oscilloscope Pro Программное обеспечение виртуальных осциллографов
  • AUNLibUSB 1.2.6.0 Драйвер для виртуальных приборов USB лаборатории

Программное обеспечение в стандартной поставке не имеет физического носителя и может быть загружено на сайте в разделе « » после приобретения и регистрации прибора с указанием его серийного номера.

Для загрузки программного обеспечения нажмите кнопку «Загрузить» или перейдите в раздел «

Комбинированный осциллограф серии MDO3000 – это прибор, который может быть очень полезен при проектировании и отладке современных комплексных электронных систем. Этот осциллограф объединяет в себе 6 приборов: анализатор спектра, генератор сигналов произвольной формы и стандартных функций, логический анализатор, анализатор протоколов и цифровой вольтметр/частотомер. Осциллограф серии MDO3000 можно конфигурировать под собственные задачи и обновлять. Предусмотрена возможность добавления функций и выбора характеристик, которые необходимы в данный момент или могут понадобиться позже.
Осциллографы серии MDO3000 имеют широкоэкранный дисплей с диагональю 9 дюймов (229 мм) и высоким разрешением (800 × 480 WVGA) для детального изучения сложных сигналов.

Основные технические характеристики
Осциллограф
Модели с 2 и 4 аналоговыми каналами
Модели с полосой пропускания 1 ГГц, 500 МГц, 350 МГц, 200 МГц и 100 МГц
Полоса пропускания может быть расширена (до 1 ГГц)
Частота дискретизации до 5 Гвыб./с
Длина записи 10 млн. точек во всех каналах
Максимальная скорость захвата сигнала >280 000 осциллограмм в секунду
Стандартные пассивные пробники напряжения с входной емкостью 3,9 пФ и аналоговой полосой пропускания 1 ГГц, 500 МГц или 250 МГц

Анализатор спектра
Диапазон частот
В стандартной конфигурации: от 9 кГц до верхней границы полосы пропускания осциллографа
Опция: от 9 кГц до 3 ГГц
Сверхширокая полоса захвата до 3 ГГц

Генерация сигналов произвольной формы и стандартных функций (опционально)
13 предварительно заданных форм сигнала
генерация сигналов с частотой 50 МГц
Длина записи 128 000 точек
Частота дискретизации генератора сигналов произвольной формы 250 Mвыб./с

Логический анализатор (опциональный)
16 цифровых каналов
Длина записи 10 млн. точек по всем каналам
Разрешение по времени 121,2 пс

Анализатор протоколов (опциональный)
Поддерживаются стандарты последовательных шин: I2C, SPI, RS-232/422/485/UART, USB 2.0, CAN, LIN, FlexRay, MIL-STD-1553 и аудиошины

Цифровой вольтметр (бесплатно при регистрации прибора)
Измерения ср.кв. перем. и пост. напряжения, ср.кв. перем. напряжения с постоянной составляющей с разрешением 4 разряда
Измерения частоты с разрешением 5 разрядов

Возможности и преимущества
Высокая скорость захвата сигналов в режиме FastAcq™ позволяет быстро находить трудноуловимые аномалии сигналов
Панель управления Wave Inspector® облегчает навигацию и автоматизирует поиск данных сигнала
33 автоматизированных измерения и гистограммы сигнала для упрощенного анализа сигнала
Интерфейс пробников TekVPI® поддерживает активные, дифференциальные и токовые пробники с автоматическим выбором диапазона и единиц измерения
Широкоэкранный цветной дисплей с диагональю 9 дюймов (229 мм)
Небольшие размеры и масса – всего 147 мм в глубину и масса 4,2 кг

Анализ спектра
Специализированные органы управления на передней панели для самых распространённых задач
Автоматические пиковые маркеры для определения частоты и амплитуды пиков спектра
Ручные маркеры для измерения непиковых параметров сигнала
Используемые типы трасс: нормальная, усреднение, удержание максимума, удержание минимума
Режим отображения спектрограмм облегчает визуальный контроль и анализ медленно изменяющихся событий
Автоматизированные измерения: измерение мощности сигнала в канале, коэффициента развязки соседних каналов по мощности и занимаемой полосы частот

Генерация сигналов произвольной формы и стандартных функций
Генерация заданных сигналов для быстрой имитации устройств при разработке систем
Захват сигналов по аналоговым или цифровым входам, передача захваченных сигналов в память для редактирования и выдача отредактированных сигналов
Добавление шума к любому сигналу для тестирования в неблагоприятных условиях

Разработка и тестирование систем со смешанными сигналами
Автоматический запуск, декодирование и поиск сигналов параллельных шин
Многоканальный запуск по времени установки и удержания
Режим высокоскоростного захвата MagniVu™ обеспечивает разрешение по времени 121,2 пс для цифровых каналов

Анализ протоколов
Запуск, декодирование и автоматический поиск содержимого пакетов наиболее распространенных стандартов последовательных шин при разработке встраиваемых систем.
Экспорт таблиц декодирования протоколов, используемых при документировании результатов

Цифровой вольтметр и частотомер
Быстрая визуальная проверка измеренных значений напряжения и частоты
Графическое представление информации о стабильности измерения

Возможность полного обновления
Добавление функциональных возможностей, увеличение полосы пропускания осциллографа или диапазона частот анализатора спектра в соответствии с вашими требованиями или бюджетом.

Дополнительное программное обеспечение
Анализ источников питания
Контроль предельных значений и тестирование по маске

Здравствуйте. Предлагаю обзор конструктора для самостоятельной сборки осциллографа-частотомера начального уровня DSO062 с алгоритмом БПФ (Быстрого преобразования Фурье).
Быстрое преобразование Фурье (FFT) - это математическая функция, позволяющая получить из временной зависимости сигнала его частотные компоненты, т.е. проводить спектральный анализ сигналов.
Конструктор достаточно прост, поэтому его можно рекомендовать самым начинающим радиолюбителям.
В обзоре постараюсь подробно описать все этапы сборки и проиллюстрировать их фотографиями.
Эх, если бы мне такой конструктор в детстве достался, когда я ходил в радиокужок, я был бы счастлив…

Для начала заглянем в Википедию:

Осцилло́граф (лат. oscillo - качаюсь + греч. γραφω - пишу) - прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте.

Изначально осциллографы были механическими, потом электронно-лучевыми, а теперь стали цифровыми.
Осциллограф для радиолюбителя, это как тестер для электрика, это как бинокль для военного, это как микроскоп для биолога… Эту цепочку можно продолжать до бесконечности. Поэтому пора переходить к обзору.

Характеристики:

Характеристики, конечно, весьма скромные, говорящие о том, что этот прибор не может являться измерительным инструментом, а только лишь демонстрационным прибором для знакомства и получения начальных навыков. Однако этот прибор может похвастаться функцией частотомера и спектроанализатора. Ещё можно отметить возможность сохранения «снимков экрана» в память с возможностью передачи их на компьютер.

Упаковка и комплектация:

Упаковка самая бюджетная - полиэтиленовый пакет.

Как видно из фото, бо́льшая часть элементов уже смонтирована на печатной плате, осталось припаять: 1 диод, 6 конденсаторов, 1 индуктивность, 1 стабилизатор, 2 разъёма, 9 кнопок, 1 ЖК индикатор. Также в комплекте радиатор, стоечки, винтики и кабель.
В комплекте 3 куска стеклотекстолита, 2 из которых это передняя и задняя панели, а вот средняя - печатная плата с элементами:




Как я уже писал выше, на печатной плате уже смонтированы SMD элементы (элементы поверхностного монтажа). Печатная плата имеет защитную лаковую маску зелёного цвета (т.н. «зелёнку») и маркировку шелкографией. Плата плохо отмыта, т.к. если присмотреться, видны мелкие «шарики» припоя:
В комплекте есть ещё одна печатная плата в составе ЖК индикатора:

Для начала необходимо «скачать» архив с документацией и руководством по монтажу. Документы все на английском языке.
Рассмотрим схему прибора поблочно.

Стабилизатор +5 вольт:

Преобразователь собран на микросхеме линейного стабилизатора напряжения 7805. По паспорту на вход этого стабилизатора и можно подавать до 30 вольт, но делать этого нельзя, т.к. в схеме используется не только выходное напряжение +5 Вольт, но и входное VRAV+ из которого позднее делается негативное напряжение для питания операционных усилителей. На выходе стабилизатора стоит разомкнутая с завода перемычка JP1 которую нужно будет замкнуть после того, как будут спаяны все необходимые элементы и напряжение на выходе будет равно 5 Вольт. Т.е. это такая «защита от дурака».

Источник двуполярного питания:

Для питания операционных усилителей, установленных во входной аналоговой части необходимо двуполярное питание, т.е. "+" и "-" относительно ноля источника питания. В качестве источника положительной полярности используется входное напряжение +9 Вольт, которое фильтруется от помех индуктивностью L3 и конденсатором С18.
Для получения отрицательного напряжения используется ЭДС самоиндукции индуктивности L2, которая выпрямляется диодом D7 и сглаживается фильтром C14-L1-C15.

Входная аналоговая часть:

Аналоговая входная часть собрана на операционных усилителях и . В этой части также установлены переключатели для выбора диапазона входных значений.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП):

Сигнал с выхода аналоговой части подаётся на 8-ми битный параллельный АЦП TLC5510. С помощью этого АЦП аналоговый сигнал преобразуется в цифровой с дискретностью 8 бит, т.е. 256 значений

Микроконтроллер:

«Мозгом» данного осциллографа является AVR-микроконтроллер , который получает цифровое значение входного сигнала, осуществляет необходимые математические преобразования и выдаёт данные на ЖК экран. Параллельно со своей основной задачей этот микроконтроллер выдаёт тестовый сигнал 500 Гц, а также импульсы VGEN для источника отрицательной полярности.

ЖК дисплей:

Для вывода изображения используется ЖК дисплей , представляющий из себя монохромную матрицу 128х64 точки. Интерфейс с микроконтроллером - параллельный 8-ми битный. С помощью переменного резистора POT1 производится регулировка контрастности изображения.

Сборка:

Ознакомившись с основными узлами пора переходить к сборке.
Для начала предлагается проверить полярность запаянных диодов D7 и D1:
Проверяем:

Диоды запаяны верно.

Шаг 1: Установка диода D3

Диод в комплекте всего 1, перепутать сложно. Серая полоса это «катод», т.е. "-". Устанавливаем и паяем как нарисовано на плате.

Шаг 2: Установка электролитических конденсаторов

Конденсаторов в комплекте 6 штук: 1 на 470 мкФ (побольше) и 5 на 100 мкФ (поменьше). Перепутать тоже сложно. У конденсаторов промаркирован на корпусе отрицательный контакт "-". Паяем как указано на плате.

Шаг 3: Установка индуктивности L2

Индуктивность только одна, полярности у нее нет, поэтому паяем как получится.

Шаг 4: Установка разъёма J4

Данный 2 рядный 10 контактный разъём служит для программирования микроконтроллера, который уже запрограммирован, поэтому если не предполагается производить его перепрограммирование, то и разъём паять не обязательно.

Шаги 5 и 6: Установка разъёмов J5 и J6 (или J1)

J5 это разъём питания. J6 (или J1, какой в комплекте) это разъём входного сигнала. Паяются в свои места. В связи с тем, что у разъёмов толстые выводы, паять нужно аккуратно, чтобы не перегреть их корпуса.

Шаг 7: Установка тестового сигнального «терминала» J8

Здесь предлагается сделать петельку из откушенного вывода диода или конденсатора и запаять таким образом (к этой петельке позднее нужно будет подключаться входным «крокодилом» для проверки работоспособности):

Шаг 8: Установка стабилизатора с радиатором

Сначала необходимо отформовать выводы микросхемы стабилизатора 7805, прикрутить его к радиатору и корпусу, и только потом паять.

Шаг 9: Проверка напряжения питания 5 Вольт

Сейчас необходимо на разъём питания подать 9-12 вольт постоянного тока, согласно полярности и измерить напряжение на контрольной точке TP5. Напряжение должно соответствовать 5 вольтам.
Если всё в порядке, то можно переходить к следующему шагу, а если нет, то необходимо перепроверить установку элементов (диод, стабилизатор).

Шаг 10: Установка перемычки JP1.

Перемычка JP1 это «защита от дурака». Сделано это для того, чтобы не «спалить» все остальные элементы при неправильном монтаже. Но раз мы дошли до этого шага, значит смонтировано всё верно и перемычку можно устанавливать. Делается она тоже из обрезка вывода.
Т.к. дальше следует паять кнопки и переключатели, то предварительно я рекомендую отмыть плату от флюса. Позднее это нужно будет делать гораздо аккуратнее, чтобы не намочить элементы управления. Отмывать можно спиртом или спиртобензиновой смесью. Я мою изопропиловым спиртом.

Шаги 11 и 12: Установка кнопок и переключателей

В руководстве рекомендуется запаять кнопки сначала только по диагонали, т.е. не по 4 а по 2 ножки в каждой, потом примерить лицевую панель и отрегулировать глубину установки кнопок, чтобы они хорошо нажимались. Реально получилось так, что из-за чрезмерной длины кнопок, усадив их максимально глубоко, всё равно пришлось подкладывать под стойки шайбы, чтобы немного приподнять переднюю панель. Т.е. паяем все кнопки максимально близко к плате.

Шаг 13: Установка ЖК-индикатора

Для начала нужно напаять на плату ЖК индикатора однорядную 20-ти пиновую линейку. Но нужно не перепутать и запаять там, где отверстия подписаны. С другой стороны запаять 2 двухпиновых кусочка:
Паять нужно так, чтобы пины были перпендикулярно плате. После этого попробовать посадить плату ЖК дисплея на основную и убедиться, что выводы запаянных элементов не достают до платы дисплея. Если всё в порядке, пропаять обратные стороны пинов со стороны основной платы.
И теперь самое время убрать остатки флюса, но уже более аккуратно. Я для этого использую ватные палочки смоченные в изопропиловом спирте.

Первое включение:

Осциллограф спаян, отмыт от остатков флюса, произведён тщательный осмотр всех контактов на предмет «непропая» или «соплей», и если всё в порядке, подаём питание:
Экран засветился и даже что-то показывает. На самом деле сначала у меня изображения не было никакого. Экран светился зелёным цветом и всё. Но после регулировки контрастности переменным резистором POT1 всё стало на место.
Следующий этап сборка и тестирование.

Сборка:

В сборке нет ничего сложного. В комплекте присутствуют 8 стоек (4 коротких и 4 длинных). В углах всех плат предусмотрены отверстия для стоек. Короткие устанавливаются со стороны ЖК экрана и кнопок, т.е. с передней, а длинные с задней.
Передняя и задняя панели к стойкам крепятся 8-ю винтиками, которые также находятся в комплекте. Перед установкой передней панели, на кнопки необходимо надеть колпачки. Чтобы кнопки нормально нажимались мне пришлось подложить по одной шайбе между каждой стойкой и передней панелью. Вот что получилось:

Питание:

В качестве источника питания производитель предлагает использовать любой источник с напряжением до 12 вольт постоянного или переменного тока. Дело в том, что на входе стоит диод, который защищает прибор от переполюсовки, а также играет роль однополупериудного выпрямителя. Ток потребления заявлен как "<200 мА". Проверим:
Да, ток потребления составил 113 мА. В связи с тем, что используется линейный стабилизатор напряжения, ток не будет существенно меняться при изменении питающего напряжения. Т.е. что при 9 вольтах, что при 12 ток практически одинаков. Только во втором случае радиатор стабилизатора нагревается сильнее.
Для подключения питания необходимо отдельно приобрести вот такой разъём:
Сто́ит 15 рублей.
Либо использовать источник питания уже с необходимым разъёмом ("+" должен быть внутри, "-" снаружи). У меня оказался в наличии такой источник:

Органы управления:

«Пройдёмся» по органам управления. В наличии 3 переключателя и 9 кнопок. Начнём с переключателей:
AC/DC/Freq - переключатель типа входа. «АС» - измерение переменного тока, происходит «отсекание» постоянной составляющей. «DC» - измерение постоянного тока с учетом постоянной составляющей сигнала. «Freq» - режим измерения частоты (частотомер).
GND/1V/0.1V и «x5/x2/x1» - эти 2 переключателя регулируют чувствительность, т.е. величину по оси «Y». Первым переключателем выбирается базовая величина, а вторым множитель. Результат получается перемножением выбранных величин. Например первый переключатель установлен в «0.1V», а второй в «х2», результат в этом случае получится: 0.2 вольта на клетку.
Теперь кнопки:
SEC/DIV - Изменение «частоты развёртки», т.е. времени по оси «Х». При нажатии на кнопку подсвечивается соответствующий значок на экране и дальше можно производить изменение величины «времени на клетку» кнопками [+] и [-] .
V.POS - Выбор изменения вертикальной позиции. При нажатии на кнопку подсвечивается соответствующий значок на экране и дальше можно производить сдвиг по вертикали кнопками [+] и [-] .
H.POS - Выбор изменения горизонтальной позиции. При нажатии на кнопку подсвечивается соответствующий значок на экране и дальше можно производить сдвиг по вертикали кнопками [+] и [-] .
MODE - Выбор режима синхронизации. При нажатии на кнопку подсвечивается соответствующий значок на экране и дальше можно производить изменение режима синхронизации кнопками [+] и [-] .
SLOPE - Изменение полярности синхронизации. При нажатии на кнопку подсвечивается соответствующий значок на экране и дальше можно производить изменение полярности синхронизации кнопками [+] и [-] .
LEVEL - Выбор уровня синхронизации. При нажатии на кнопку подсвечивается соответствующий значок на экране и дальше можно производить изменение уровня синхронизации кнопками [+] и [-] . При последующих нажатиях на LEVEL производится выбор «внутренней» или «внешней» синхронизации, а также включение или выключение выхода синхронизации.
OK - «Замораживание» экрана. Т.е. при нажатии на кнопку появляется надпись «HOLD» и изображение перестаёт меняться. Повторное нажатие возвращает в обычный режим.

Тестирование:

Для начала подключим вход осциллографа к выходу тестового сигнала J8. Там должен быть меандр с частотой 500 Гц и амплитудой 5 Вольт. Смотрим:
Выбраны режимы «1 вольт на клетку» и «0,5 мсек на клетку». Амплитуда около 5 клеток, т.е. 5 вольт, период 4 клетки, т.е. 2 мсек. Переводим период в частоту f=1/T=1/0,002=500 Гц. Всё верно. Параллельно я подключил мультиметр в режиме измерения частоты. Показания также совпали.
Идём дальше, генератора сигналов у меня нет, поэтому будем обходиться подручными средствами. Посмотрим частоту и форму сигнала с выхода обычного сетевого трансформатора:
Синусоида с частотой 50 Гц.
Далее я собрал простейший генератор на микросхеме таймера . К выходу получившегося генератора подключим исследуемый осциллограф и ISDS205C.
Дальше поэкспериментируем с формой сигнала, для чего на выход подключим R-C цепочку 2кОм-5нФ:
Увеличим ёмкость до 1 мкФ, но и снизим частоту:
Формы сигналов похожи, частоты тоже.

Режим БПФ (FFT):

БПФ или по английски FFT это . Не вдаваясь в подробности эта функция даёт пользователю возможность с помощью осциллографа проводить анализа сигнала не только во временной, но и в частотной области. Этот алгоритм особенно полезен когда нужно провести спектральный анализ, но специализированных приборов типа анализаторов спектра нет. При этом надо четко представлять, что осциллограф это прежде всего, осциллограф, а не средство измерения частотного спектра, хотя у него и есть такая возможность. Поэтому метрологические характеристики осциллографов в режиме БПФ не нормируются.
В режим БПФ и обратно осциллограф переключается длительным нажатием (3 секунды) на кнопку MODE . Кнопкой HPOS можно выбирать количество точек для БПФ: 256 или 512. Кнопками [+] [-] можно менять частоту дискретизации.
Для тестирования этого режима подключим вход осциллографа к выходу внутреннего тестового генератора:
Частота генератора равна 500 Гц, можно видеть максимальный уровень сигнала именно на этой частоте, и дальше наблюдать затухающие гармоники на частотах 1500 Гц, 2500 Гц, 3500 Гц и т.д.

Сохранение снимка экрана:

Сделать снимок экрана и сохранить можно либо во внутреннюю энергонезависимую память (до 6 снимков), либо передать в виде BMP файла на компьютер. Сделать это можно следующим образом:

Сохранение во внутреннюю память:
1) «Заморозить» экран кнопкой (состояние HOLD).
2) Нажать и используя [+] или [-] выбрать 1 из 6 ячеек памяти.
3) Нажать для записи «замороженного» экрана в выбранную ячейку.

Просмотр сохранённых экранов:
1) Войти в режим HOLD нажатием кнопки .
2) Нажать и используя [+] или [-] выбрать 1 из 6 ячеек памяти.
3) Нажать для вывода на экран изображения из выбранной ячейки.

Передача снимка экрана на компьютер.
Для начала необходимо осциллограф подключить к компьютеру через последовательный порт. Я для этого использовал преобразователь USB-COM c TTL уровнями подключив его к разъёму J5:
Далее на компьютере необходимо запустить программу, которая поддерживает приём данных по протоколу Xmodem . На WinXP это HyperTerminal. На Win7 и старше HyperTerminal-а нет. Чем пользоваться - затрудняюсь ответить. Мне повезло, что как раз в наличии был старый ноутбук с WinXP. При приёме данных необходимо выбрать следующие параметры порта: 38400bps, 8 data bits, 1 stop bit, no parity, no flow control .
Выбрать имя файла с расширением BMP и нажать «ожидание приёма».
В это время осциллограф перевести в состояние HOLD кнопкой , нажать и далее . В это время должна начаться передача файла. Вот что у меня получилось:

Итоги:

Ну что же, пора заканчивать и подводить итоги.

Простота сборки, доступно даже самым начинающим радиолюбителям;
+ Прибор «3 в 1»: осциллограф, частотомер, анализатор спектра;
+ Возможность сохранения «скринов» в память и на компьютер;
+ Качество изготовления;
+ Подробное описание процесса сборки и поиска неисправностей.

Низкое разрешение ЖК дисплея и его монохромность;
- Скромные характеристики (частота дискретизации всего 2 МГц, чтобы исследовать форму сигнала нужно хотя бы 10 точек на период, следовательно максимальная частота входного сигнала находится в районе 200 кГц).

Как я писал в начале обзора: «Эх, если бы мне такой конструктор в детстве достался, когда я ходил в радиокужок, я был бы счастлив...», и это правда. Конструктор очень хорош для получения начальных навыков работы с осциллографом, частотомером, анализатором спектра. С помощью этого прибора можно производить наладку простейших электронных схем, не смотря на то, что это игрушка в бо́льшей степени, чем измерительный прибор. Зачем я его заказал? Да просто стало интересно. Решил показать и рассказать что это и «как его едят».
Надеюсь обзор будет полезен. Если я увижу, что подобные обзоры представляют интерес для читателей, то буду и дальше заказывать разные конструкторы.

Удачи!!!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +51 Добавить в избранное Обзор понравился +73 +123