Что можно сделать с помощью осциллографа
В мастерской инженера-электронщика и оператора-электрика наличие осциллографа не просто желательно, а зачастую существенно полезно. Вместе с простейшими измерительными приборами — амперметром, вольтметром, омметром и, конечно, мультиметром — он становится ключевым инструментом, позволяющим увидеть не только величину сигнала, но и его характер, динамику и поведение во времени. В этой статье мы рассмотрим осциллограф: что это такое и для чего он нужен.
Осциллограф — это тот же вольтметр, но с отображением формы сигнала на экране, привязанной к шкалам: вертикальная — по напряжению в вольтах, горизонтальная — по времени в секундах. Так мы видим не просто текущее значение, а динамику и характер изменения сигнала.
Ключевые особенности и принципы работы осциллографа:
— Форма сигнала отображается с привязкой к сетке и масштабирющим меткам по вертикали и горизонтали, что позволяет детально анализировать процесс изменения сигнала.
— Для изучения быстроизменяющихся сигналов необходимы высокая частота обновления дисплея и достаточная частота дискретизации, чтобы не терять детали формы волны.
— Осциллограф пригоден для анализа периодических сигналов; сигналы произвольного характера чаще исследуют с помощью функций записи самописца и памяти.
На следующем изображении красным обозначено, сколько микросекунд приходится на один квадратик по горизонтали, а зелёным — сколько вольт на квадрат по вертикали. Иными словами, масштаб деления равен 1 В/деление по вертикали и 10 мкс/деление по горизонтали.
Сразу стоит отметить: основные применения осциллографов — исследование повторяющихся сигналов. Изменяющиеся произвольно сигналы чаще всего изучаются с использованием функции самописца, которая записывает данные в память устройства. Такой режим преимущественно доступен в цифровых осциллографах, однако не все из них умеют сохранять осциллограммы в память. Аналоговый осциллограф с электронно-лучевой трубкой не подходит для таких задач.
А вот примеры цифрового прибора:
Чтобы понять принцип работы осциллографа наглядно, можно привести аналогию со стробоскопом: если подвижный предмет освещать короткими вспышками по периодическому графику, мы увидим зафиксированные положения. При совпадении частоты вспышек со скоростью вращения предмета мы наблюдаем неподвижный объект или фиксированный участок вращающегося предмета. В осциллографе действует тот же принцип: повторяющийся сигнал отображается как последовательность фиксированного участка во времени, благодаря чему можно анализировать характеристики и искажений.
Чтобы разобраться, какие именно действия можно выполнять с помощью осциллографа, рассмотрим области применения.
Осциллограф в электронике
Первое и самое естественное применение — электроника. Нельзя «на глаз» увидеть, открыт ли транзистор и как часто он включается, а при проектировании быстродействующих устройств важно определить и форму фронтов нарастания и затухания тока и напряжения. Это позволяет проверить, насколько правильно подобран режим работы полупроводниковых ключей и правильность работы радиотехнических узлов в целом.
Итак, при проектировании электроники осциллограф необходим для наладки готового изделия и подбора конечных номиналов компонентов, что значительно повышает надежность устройства.
Осциллограф в ремонте
Ремонт электроники — это процесс выявления вышедших из строя элементов, часто требующий набора инструментов и системного подхода. Без него ремонт превращается в поочередную замену деталей, иногда приводящую к неполному восстановлению прибора. Поэтому к ремонту прибегают не методом «гадания» на кофейной гуще, а систематически, через диагностику и тестирование.
Отдельные элементы, такие как транзисторы, резисторы, индуктивности и конденсаторы, зачастую проверяют мультиметром или транзистор-тестером. Но для микросхем ситуация иной.
При ремонте блоков питания осциллограф позволяет наглядно контролировать работу ШИМ-контроллера — сердце импульсных преобразователей. Наличие осциллографа устраняет догадки и позволяет достоверно оценивать корректность его функционирования, хотя иногда и косвенными признаками можно судить о состоянии.
А также применяется для:
— проверки тактовых генераторов микроконтроллеров и анализа сигналов на пинах;
— диагностики усилителей звука и мест появления искажений;
— оценки параметров цепей автотранспортных систем.
Осциллограф в ремонте автомобилей
Современные автомобили в большинстве своих неисправностей связаны с электрической частью. Инжекторные двигатели, форсунки с электронным управлением, электронная система зажигания — все это требует точного знания положения коленчатого и распределительного валов, а значит — множества датчиков и связей. Диагностику таких систем часто осуществляют через встроенные протоколы связи и мотортестеры, которые могут взаимодействовать с блоком управления двигателем и работать в роли осциллографа.
С помощью специальных щупов можно определить исправность системы зажигания и по форме осциллограммы выявлять неисправности катушки зажигания, свечей, высоковольтных проводов и наличие импульса на катушках.
Зарядку автомобиля можно проверить с помощью осциллографа — так диагностируются неисправности диодного моста генератора без демонтажа узла.
Заключение
Осциллограф позволяет увидеть форму сигнала и понять, существует ли он вообще. Это важно как в процессе разработки устройств, так и в их ремонте. Можно обойтись и без него, но диагностика станет длительной, а ремонт — менее точным и предсказуемым.
Алексей Бартош
Популярные публикации:
— Как происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой
— Мощность резистора: обозначение на схеме, как увеличить, что делать, если нет подходящего
— Как проверить диодный мост