Ostsilloskoop

Allikas: Vikipeedia
Digitaalne ostsilloskoop

Ostsilloskoop on mõõteriist ajas muutuvate elektriliste suuruste kuju vaatlemiseks, parameetrite mõõtmiseks ja omavaheliseks võrdlemiseks.  Kujutise moodustab uuritava suuruse hetkväärtuse elektronkiire joon.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Esimese ostsilloskoobi leiutas Vene füüsik Robert Kolli 1885. aastal. See oli esimene valguskiire ostsilloskoobi prototüüp, mis näitas madala sagedusega elektrilisi võnkeid, seega oli selle kasutusala piiratud. 1893. aastal leiutas Prantsuse füüsik Andre Blondel integraalse sünkronisatsiooni, mis andis võimaluse ehitada bifilaarne ostsilloskoop (mis kasutab kaht lähedal asuvat elektromagnetilist kera). 1897. aastal leiutas Karl Braun katoodkiirtetoru, mis oli 19. sajandi lõpus väga tähtis saavutus elektroonikas. Seda hakati nimetama Brauni toruks. Paljud füüsikud täiustasid seda toru paremate tulemuste saamiseks. 1899. aastal lisas Artur Venelt silindrilise elektroodi, mis andis võimaluse muuta toru valgust ja näidata ekraanil täpsemaid tulemusi.[1]

Mõne aja pärast, 1947. aastal tõi USA firma Tektronix turule oma esimese ostsilloskoobi Tektronix Model 511, kus kasutati katoodkiirtetoru. 1980. aastal algas uus arendusetapp – firma LeCroy Corporation töötas välja esimesed digitaalsed ostsilloskoobid, mis salvestasid tulemused oma mälusse. Esimesed ostsilloskoobid olid üsna suured. Pärast 1950. aastat hakkas nende suurus ja kaal vähenema. Põhjus seisnes selles, et transistor vahetas välja lampide mikroskeemid. Hakati kasutama LCD-ekraane. Tänapäeva ostsilloskoobid on kompaktsed ja laialdaselt kasutatavad. [2]

Kasutusala[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ostsilloskoop on üks tähtsamaid tööriistu raadioelektroonikas. Seda kasutatakse laborites, et kontrollida otseselt elektrilisi signaale, aga ka teiste tingimuste mõju signaali muutustele. Olenevalt ülesandest võivad eri režiimid ja sagedused mõjutada täpsemat ostsilloskoobi kasutusala.[3]

Liigitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sisendsignaali liigitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Analoogsed ostsilloskoobid. Need on kõige tavalisemad ostsilloskoobi seadmed, mida kasutatakse ka tänapäeval. Analoogostsilloskoop koosneb sisendjagajast, vertikaalsest võimendist, taktgeneraatorist, toiteplokist ja katoodkiirtetorust. Seadmes kasutatakse elektrostaatilise hälbega katoodkiirtetorusid, erinevalt televiisorist ja monitorist, mis kasutavad magnetvälja hälvet. Katoodkiirtetoru ehitus on keerulisem, aga sellel on suurem sageduste vahemik. Kõige madalam sagedus, millega ekraanipilt on ostsilloskoobil nähtav, on 10 Hz. Viimasel ajal kasutatakse digitaalostsilloskoope, millel on palju eeliseid võrreldes analoogseadmetega.

Digitaalsed ostsilloskoobid. Võrreldes analoogostsilloskoopidega on digitaalostsilloskoobil rohkem võimalusi. Lisaks muudab digitaalskeemi hind need rohkem kättesaadavaks. Seade koosneb digitaalsest jagajast, normaliseerimise võimendist, analoog-digitaalmuundurist, mäluplokist, juhtimis- ja kuvaseadmest. Digitaalne ülesehitus annab võimaluse teisendada signaali arv kujule ja salvestada see mälusse. Seadme salvestamiskiirus seadistatakse juhtpaneeliga, selle piirväärtus sõltub otseselt analoog-digitaalmuundurist. Selle eelised on suur tundlikkus (alates 1 mV/skaala ühik), mitmebitilisus (8 kuni 14 bitti) ja laiendatud signaali venitamine ajaskaala järgi. [4]

Tulemuste liigitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Ostsilloskoobid, millel on perioodiline kujund, et vaadelda signaalilaineid ekraanil.
  • Katkematu laotusega ostsilloskoobid kõverjoone fikseerimiseks fotolindil.

Ülesehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Oscilloscope Front Panel Numbered.svg

Ostsilloskoobi tähtsamad osad

  • 1. Sisselülitusnupp
  • 2. Voolu indikaator
  • 3. Graafiku pööramine
  • 4. Graafiku joone intensiivsus
  • 5. Graafiku joone fookus
  • 6. 2 V ja 1 kHz pesa
  • 7. Y-telje seadistus
  • 9. Pinge seadistus
  • 11. Maandus
  • 13. Esimese kanali sisend
  • 14. Teise kanali sisend
  • 15. Režiimi valik
  • 17. X-telje seadistus
  • 19. Ajaskaala seadistus
  • 22. GND-väljund (maandus)
  • 32. Väljund

[5]

Ekraan[muuda | redigeeri lähteteksti]

Elektronkiiretoru ehitus: 1. Hälbeplaadid; 2. Elektronkahur; 3. Liikuvad elektronid; 4. Fokuseerivad kerad; 5. Ekraan;

Nagu pildilt nähtub on ostsilloskoobil ekraan, millel kuvatakse sisendsignaali graafikud. Digitaalostsilloskoobil kuvatakse ekraanil juba moodustatud pilt, ent analoogostsilloskoobil kasutatakse selle asemel elektronkiiretoru. Tavaliselt on ekraanil koordinaatsüsteem juba olemas. [6]

Signaalisisendid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ostsilloskoobid jagatakse kaheks: ühe- ja mitmekanalised. Ühekanalilised ostsilloskoobid võivad ekraanil kuvada ainult ühe signaali graafiku, ent mitmekanalilised ostsilloskoobid saavad erinevaid signaale omavahel võrrelda. Võrrelda saab graafiku vorme, sagedusi ja amplituude. [7]

Kujundi seadistus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Paljudel ostsilloskoopidel on kaks režiimi kujundit.

  • Automaatne režiim

Kasutades automaatset seadistust, töötab kujundi generaator automaatselt võnkuvas režiimis. Seega, isegi kui signaal puudub, algab kujundi tsükli lõpus uus tsükkel, mille kiir ilmub ekraanile.  Nii saab isegi puuduva signaaliga tsükli lõpus generaatori taaskäivitada. See võimaldab jälgida ekraanilt kiirt ka signaali puudumisel või pideva pinge vertikaalse kõrvalekalde etteandmisel. Selles režiimis võib jälgida mittepidevaid signaale, mida ei ole võimalik jälgida ootavas režiimis.

  • Ootav režiim

Kui ootavas režiimis pole signaali või see on nõrk, puudub kujund ja ekraanil ei kuvata midagi. Kui uuritakse impulsi protsesse, isegi kui need ei ole perioodilised, annab ootav režiim ekraanil liikumatu pildi. Selles uurimismeetodis saadakse kujund tihti mitte uurimise signaali järgi, vaid mõne nendega sünkroonse signaaliga, näiteks uuritavas skeemis alustatakse protsessi impulssgeneraatori signaaliga. Sellisel juhul läheb käivitatav signaal ostsilloskoobi lisasisendile, mida nimetatakse sünkroniseerimise sisendiks.

Mõnel mudelil on ka kolmas režiim.

  • Ühekordne režiim

Ühekordses režiimis aktiveerub kujundi generaator välise mõju tõttu, milleks võib olla lihtsalt nupu vajutamine. Pärast režiimi käivitust ilmub kujund ekraanile ainult üks kord. Selleks, et seda veel kord teha, on vaja nuppu uuesti vajutada. Režiim on kasulik, kui on vaja uurida mitteperioodilisi protsesse, nagu loogilisi signaale digitaalskeemis, et teised ebaolulised uurimistulemused ilmuksid ekraanile. Sellel meetodil on üks puudus – kiir ilmub ekraanile ainult üks kord, seega on raske jälgida signaale, mis kujunevad liiga kiiresti. Selles olukorras tehakse ekraanist tihti pilt, et oleks lihtsam tulemusi jälgida.[8]

Uuritava signaali sünkroniseerimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Selleks, et saada stabiliseeritud kujundi pilt, on igal ostsilloskoobil sünkronisatsiooni skeem, mida nimetatakse tihti trigeriks. Sellise skeemi eesmärk on viivitada signaali kujundit, kuni toimub mingi sündmus, mis laseb seda teha. Kui aga kujund ei ole sünkroniseeritud uuritava signaaliga, muutub ekraani pilt „jooksvaks“ või halvasti nähtavaks. Põhjus on selles, et erineva signaali osad ilmuvad ekraanile ühel hetkel. Just seetõttu on uuritava signaali sünkroniseerimine ostsilloskoobi üks tähtsamaid parameetreid.[9]

Seadistus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ostsilloskoobi kasutamise alustamisel peab selle seadistama, tavaliselt tähendab see kanalite (neid võib olla üks või mitu) kalibreerimist. Enne kalibreerimist tuleb seade ühendada kanalikaabliga ja vooluvõrku. Edasi on vaja, et pingeskaala üks volt vastab umbes neljale skaala ühikule, seega üks skaala ühik on umbes 250 millivolti. Pärast seda lülitatakse vahelduvvool sisse ja ekraanile ilmub signaal. Edasi seadistatakse ekraani kujund nii, et näha oleks signaali 5 kuni 7 perioodilisust; see annab teada, et signaal on pidev ja ei hakka tõusma või langema. Kui see nii pole, on vaja kontrollida traatühendust ja leida ekraani kujundi õige koht. Teine oluline tunnus on signaali amplituud – signaali graafiku kõige madalamad ja kõrgemad väärtused peavad mahtuma y-teljele.[10]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]