Oscilloskop

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Eksempel på et professionelt digital storage-oscilloskop (DSO); Agilent DSO1014A 100MHz
Et andet eksempel på et digital storage-oscilloskop; Rigol DS1052E.
XMEGA Xprotolab multifunktionsprint fra Gabotronics i en prototypeopstilling. Hvert modul har en OLED-udlæsningsenhed og kan bl.a. fungere som oscilloskop.[1]

Et oscilloskop er et måleinstrument, der bruges inden for elektronikken til at visualisere elektriske signaler som en graf på en skærm: Grafen viser almindeligvis hvordan signalets spænding varierer over tid.

Oscilloskopet kan anvendes til at studere repetitive og aperiodiske signaler, og man kan aflæse en række forskellige egenskaber ved signalet, f.eks. frekvens, spænding, periodetider, puls/pauseforhold, stige- og faldtider, og meget andet. Oscilloskopet er et meget anvendt instrument til fejlsøgning og til karakterisering af elektriske kredsløb, både analoge og digitale.

Nutidens (2014) digital storage-oscilloskop[redigér | redigér wikikode]

Digital storage-oscilloskop (DSO) kan (også) blive trigget til at tegne en graf/kurve netop én gang - og fastholde den digitalt og dermed vise kurven. Ydermere kan man få DSO til at sende det digitaliserede signal til en ringhukommelse - og stoppe et kort selvvalgt tidspunkt senere ved en trigge-hændelse. Resultatet er, at man kan se kurven et stykke tid før og efter trigge-hændelsen. Dette kan være særdeles nyttigt ved f.eks. fejlsøgning.

Digital storage-oscilloskop historisk[redigér | redigér wikikode]

DSO funktion[redigér | redigér wikikode]

Siden 1990'erne har man kunne løse problemet med at fastholde signaler der kun indtræffer en enkelt eller få gange, med digital elektronik: Efter forstærkning måles signalet af en AD-konverter, som leverer hundredvis af måleresultater på digital form for hver gang strålen løber hen over skærmen. Alle resultaterne gemmes i ram-hukommelse, og herfra kan de sidenhen trækkes ud i samme rækkefølge gentagne gange. Ved hjælp af en DA-konverter bringes de digitale informationer tilbage på analog form, så det kan bruges til at styre lyspletten i lodret retning, og dermed gentage den samme kurve så længe det måtte ønskes.

Computerkraft i oscilloskopet[redigér | redigér wikikode]

Efter ram-hukommelsen og AD/DA-konverterne blev det næste skridt i udviklingen at tilføje en mikroprocessor; oscilloskopet bliver en art computerstyret måleinstrument med et væld af muligheder for f.eks. matematisk behandling af og analyse af måleresultaterne, programmering, Kommunikation med "normale" computere og meget andet. Pr. 2006 findes der oscilloskoper, som i virkeligheden er en komplet pc, udstyret med måle-hardware og "forklædt" som oscilloskop; de kan måle på adskillige signaler og derefter visualisere og analysere måleresultaterne på utallige måder — eller f.eks. sende dem i en email, hvis "oscilloskopet" er tilsluttet et datanet.

Ældre analoge oscilloskoper med "storage"[redigér | redigér wikikode]

Ældre oscilloskoper med "storage" (kurveopbevaring i katodestrålerøret) benævnt (analog) storage-oscilloskop kan blive trigget til at tegne en kurve netop én gang - og fastholde den via det specielle storage-billedrør. Efter et stykke tid f.eks. sekunder eller længere - forsvinder eller overbelyses kurven.

De ældre analoge oscilloskoper kunne kun vise en blivende og ubevægelig kurve på skærmen, hvis det signal der måles på, nøje gentager sig selv hele tiden. For at overkomme dette problem konstruerede man tidligere såkaldte storage-oscilloskoper (af engelsk storage = "opbevaring") hvis billedrør med et passende hjælpekredsløb ad elektrostatisk vej kunne fastfryse den kurve, som katodestrålerørets elektronstråle havde tegnet én enkelt gang.

Sådan virker et ældre analog oscilloskop[redigér | redigér wikikode]

Et analogt oscilloskop med katodestrålerør; Tektronix 475A
Typisk analogt oscilloskops blokdiagram.

I sin grundlæggende form består et analog oscilloskop af et katodestrålerør, nogle forstærkere, en præcis oscillator til tidsstyring og en fælles strømforsyning. Katodestrålerøret danner vha. en elektronstråle en skarp lysplet et sted på skærmen, og denne lysplet kan dirigeres op og ned med ét elektrisk signal, og til venstre og højre med et andet signal. Katodestrålerøret er monokromt, og farven af lyspletten bestemmes af den fosforbelægning, der er anvendt til skærmen. Denne farve er ofte grøn, blå, eller hvid med toner af grøn eller blå.

Oscillatoren leverer et "savtak-formet" signal som stiger støt og lineært med tiden fra en vis start-spænding, når til en vis topgrænse, for så at falde brat tilbage til start-spændingen: Dette signal bringes til at styre lysplettens vandrette position, så pletten vandrer med konstant hastighed fra venstre mod højre på skærmen og derefter springer tilbage til skærmens venstre kant og starter forfra. Det signal der skal måles på, forstærkes efter behov og bruges så til at styre lysplettens position i lodret retning.

Hvis det signal der måles på, gentager sig selv tilpas hurtigt, kan man få lyspletten til at "gennemløbe" kurven mange gange i sekundet, og derved snydes øjet til at "tro" at der er en fast linje på skærmen snarere end en vandrende lysplet.

Hvis ikke målesignalet er i nøjagtig samme fase hver gang pletten springer tilbage til skærmens venstre kant, vil hver gentagelse af kurven blive forskudt i vandret retning. Derfor styres oscillatoren af et kredsløb, almindeligvis kaldet et triggerkredsløb, der undersøger målesignalet: Når målesignalets spænding enten stiger eller falder igennem en vis grænseværdi (dette vil almindeligvis forekomme en gang for hver af målesignalets svinginger, og i samme fasevinkel hver gang), "slippes" lyspletten løs. På den måde tegnes kurven altid det samme sted på skærmen, og illusionen af en ubevægelig, fuldt optrukken kurve opstår.

Sådan bruges oscilloskopet[redigér | redigér wikikode]

sinus på oscilloskopskærm

En sinusformet vekselspænding kunne se således ud på et oscilloskop.
Hvis oscilloskopet er indstillet på 5 V/div og 1 ms/div, vil spændingen være 4 tern = 20 volt peak-to-peak og tiden for en hel periode = 3 tern = 3 millisekunder, så frekvensen er 333 Hz

Det signal der skal måles på, tilsluttes indgangen på oscilloskopets forstærker, og man indstiller forstærkningen og tidsbasen (skanderingsraten for den vandrette akse) til skærmen viser en passende stor kurve. Der stilles om nødvendigt på det triggerkredsløb, der afventer det rette niveau i målesignalet, for at få et brugbart billede.

Skærmen på et oscilloskop er typisk inddelt i 10 kolonner × 8 rækker (eng. divisions for dansk inddelinger). De resulterende firkanter er ofte kvadrater på hver en kvadratcentimeter, og de betjeningsknapper der styrer oscillatorens skanderingsrate og forstærkningen af målesignalet, har skalaer der angiver hhv. tid pr. inddeling og volt pr. inddeling. Så ved at bruge centimeterinddelingen på skærmen som "lineal" til at måle på kurven, og multiplicere med de tal føromtalte betjeningsknapper peger på, kan man udregne tids- og spændingsforskelle for de udvalgte dele af signalet.

Flere faciliteter[redigér | redigér wikikode]

Selv de "enkleste modeller" blandt oscilloskoper tilbyder nogle flere faciliteter og muligheder end beskrevet ovenfor:

  • I stedet for én indgang har man to indgange med hver sin forstærker (og tilhørende betjeningsknapper til justering af forstærkningsgraden): Ved at skifte mellem de to signaler, enten for hver gang lyspletten løber hen over skærmen eller blot så hurtigt som teknikken tillader, kan man få kurver for begge signaler vist samtidigt: Hvert signal kan forstærkes i forskellig grad med de to betjeningsknapper; kurverne kan altså have hver sin skala (antal volt pr. inddeling) i lodret retning, mens den vandrette tids-skala vil være fælles for begge kurver.
  • Mange af de "enkle modeller" kan lægge de to signaler sammen, og typisk kan man bytte polaritet (svarende til at skifte fortegn) på signalet på én af kanalerne: Kombinerer man de to faciliteter, kan man trække spændingen af det ene signal fra spændingen af det andet, og vise en kurve der angiver hvordan forskellen mellem de to signaler varierer over tid.
  • Med to indgange skal det synkroniseringskredsløb der venter på målesignalet og sørger for at kurven bliver stående og ikke forskydes vandret, "vælge" ét af de to signaler – som regel er der også en tredje signalindgang og forstærker, hvis signal dog ikke vises på skærmen, men kan bruges som tidsmæssigt referencesignal for de to signaler der vises. En fjerde valgmulighed man ofte ser, er at billedet kan synkroniseres efter den vekselspænding der strømforsyner oscilloskopet: Hvis man f.eks. måler på en strømforsyning, vil vekselspændingerne i denne stå i et fast faseforhold til vekselstrøms-forsyningen til oscilloskopet, så denne facilitet giver en meget stabil synkronisering uanset målesignalets størrelse eller egenskaber i øvrigt.
  • Ved samme synkroniseringskredsløb kan man som regel vælge nogle filtre til eller fra, som får systemet til at se bort fra små hurtige variationer i signalet (noget som ellers kan drille synkroniseringen og få kurven til at springe sidelæns på skærmen), samt specialiserede filtre som fremhæver synkroniseringsimpulser i tv-signaler.
  • Med en omskifter kan man vælge om lysplettens vandrette position skal styres som normalt af oscilloskopets egen savtak-oscillator, eller af målesignalet på den ekstra forstærker; dette kan bruges til at undersøge fase- og frekvensforhold mellem to signaler.

Kilder/referencer[redigér | redigér wikikode]

Commons-logo.svg
Wikimedia Commons har medier relateret til:

Læs mere[redigér | redigér wikikode]

  • XYZs of Oscilloscopes, Tektronix, document 03W-8605-6, 2011
  • Oscilloscope Fundamentals, Rohde & Schwarz, Version 1.1