Jak vybrat osciloskop

Osciloskop patří mezi základní přístroje používané v elektronice a proto asi každý po čase dojde k tomu, že si nějaký pořídí. Jelikož nejde o levné zařízení, níže uvádím některá kritéria, která byste měli brát při výběru v potaz.

Provedení

Nejprve si ujasněte, zda chcete osciloskop jako samostatné zařízení (stolní nebo přenosné) nebo budete používat osciloskop ve spojení s PC.

Přenosný osciloskop byste měli volit jen pokud jeho mobilitu opravdu potřebujete neboť malé rozměry jsou vykoupeny horšími parametry nebo vyšší cenou. Nejlevnější stojí cca 1500 Kč. Koupit se dají i ve formě stavebnice.

Osciloskopy využívající PC se dnes běžně označují jako tzv. USB osciloskopy, ale ještě se doprodávají i modely, které se připojují na paralelní port (u nás byl oblíbený Velleman PCS100A, který bylo možné koupit i jako stavebnici). Výhodou USB osciloskopů jsou malé nároky na prostor, snadné další zpracování výsledků meření na počítači, velký displej (monitor k PC) a nižší cena, cca od 3000 Kč. Nevýhodou USB osciloskopů je kromě potřeby PC také nutnost vše nastavovat softwarově.

Stolní osciloskop má výhodu, že pracuje samostatně bez potřeby PC, ovládání je jednodušší a pohodlnější knoflíky, nevýhodou hlavně nároky na prostor a oproti USB osciloskopu i vyšší cena.

Analogový nebo digitální

Se zlepšováním vlastností digitálních osciloskopů se výrazně snižuje zájem o analogové. Výhodou analogových osciloskopů je, že zobrazují skutečný signál v reálném čase a signál není zkreslen A/D převodem. Nevýhodou obtížné zpracování naměřených hodnot a problém se sledováním málo častých jevů, nemá-li osciloskop paměťovou obrazovku. Aktuální ceny analogových osciloskopů.

Výhodou digitálních osciloskopů je paměťová schopnost, snadné zpracování naměřených hodnot, pohodlnější obsluha, možnost automatizace měření a snadno realizovatelné další funkce (např. spektrální analýza). Nevýhodou je, že při špatném nastavení může osciloskop ukazovat zcela chybné výsledky.

Narůstající počet funkcí a architektura digitálních osciloskopů vede k tomu, že se dnes dělí na více kategorií:

Digitální paměťové osciloskopy (Digital storage oscilloscopes, DSO)

Jde o základní typ digitálních osciloskopů s výše popsanými klady a zápory.

Digitální dosvitové osciloskopy (Digital phosphor oscilloscopes, DPO)

Od DSO se liší způsobem zpracování signálu (paralelní oproti sériovému), které umožňuje zachytit i krátké přechodové děje, což byla dříve výsada analogových osciloskopů (více níže viz Rychlost měření).

Osciloskopy pro smíšené signály (Mixed signal oscilloscopes, MSO)

Kromě běžných analogových vstupů mají i vstupy digitální a zastanou tak funkci digitálního osciloskopu i logického analyzátoru. Snadno tak můžete u měřeného zařízení současně sledovat např. analogové výstupy čidel a digitální signály sběrnic, které lze dekódovat a využívat ke spouštění. Běžné jsou 2 analogové a 16 digitálních vstupů. Samostatné logické analyzátory mají až stovky (výjimečně tisíce) vstupů.

Osciloskopy pro smíšené domény (Mixed domain oscilloscopes, MDO)

Jde vlastně o osciloskopy pro smíšené signály, doplněné o funkci spektrální analýzy. To je zvlášť užitečné pro oblast radiových systémů. Na jednom místě tak máme časově korelovaný pohled na analogové i digitální signály a frekvenční spektrum.

Digitální vzorkovací osciloskopy (Digital sampling oscilloscopes, DSA)

V konstrukci se liší od jiných digitálních osciloskopů tím, že vertikální zesilovač není na vstupu, ale naopak až za vzorkovacím obvodem. Na jedné straně nám tedy vstupní zesilovač neomezuje šířku pásma, ale na druhé straně nelze měnit vstupní citlivost. Vzorkovací obvod tak musí zvládnout celý vstupní rozsah napětí a ten je proto obvykle omezen na 1 V (špička-špička) narozdíl od běžných digitálních osciloskopů s rozsahem až 100 V. Tyto osciloskopy nachází uplatnění ve vysokofrekvenční oblasti v řádu až desítek GHz.

Aktuální ceny digitálních osciloskopů.

Základní parametry osciloskopů

Počet měřících kanálů

Přestože můžete mnohdy vystačit i s jedním kanálem, je škoda se předem takto omezit. Dá se říci, že 2 kanály je dnes standard i u levnějších osciloskopů. MSO a MDO osciloskopy mají běžně několik analogových vstupů a i několik desítek digitálních.

Vstupní impedance

Vstupní impedance ovlivňuje měřený obvod. Nízkofrekvenční osciloskopy (do 10 MHz) mají odpor standardně 1 MΩ a paralelně kapacitu do 25 pF. Vysokofrekvenční mají odpor 50 Ω. Pro správné impedanční přizpůsobení se přivádí signál na vstup osciloskopu přes sondu. Sondy mohou být dodávány s osciloskopem.

Vstupní citlivost (Sensitivity)

Určuje v podstatě rozsah měřitelných (resp. zobrazitelných) napětí a udává se ve V/dílek  (V/div), např. 1 mV/div až 10 V/div. Osciloskop má udáno i maximální vstupní napětí. Vyšší napětí lze měřit pomocí vysokonapěťové sondy.

Šířka pásma (Bandwidth)

Definuje rozsah frekvencí (Hz), které projdou vstupními obvody osciloskopu s poklesem maximálně 3 dB. Všeobecně je doporučeno, aby byla šířka pásma nejméně 2x větší než nejvyšší frekvence, které chceme měřit. Při měření signálů s ostrými hranami by měla být ale šířka pásma mnohokrát vyšší, jinak dochází k výraznému zkreslení (prodloužení hran).

Spouštění časové základny (Triggering)

Jako signál pro spouštění lze použít síťovou frekvenci, vstupní signály i externí signál. Je možné nastavovat spouštěcí úroveň, spouštění náběžnou nebo sestupnou hranou. Osciloskop může mít ještě druhou časovou základnu (ČZ) umožňující podrobnější zkoumání vybraného úseku průběhu.

Základní režimy spouštění jsou:

• AUTO – generátor ČZ se spouští automaticky,
• NORM – ČZ se spustí při nastavené úrovni měřeného signálu.

U digitálních osciloskopů se nabízí další možnosti spouštění. Může jít i o několikastupňové spouštění nebo popudem ke spuštění může být výsledek matematické operace.

Další parametry se týkají jen digitálních osciloskopů.

Vertikální rozlišení (Vertical Resolution)

Jde o rozlišení vstupního A/D převodníku. Běžné je 8 bitů. Čím více bitů, tím lépe neboť lze rozlišit menší rozdíly vstupního signálu.

Vzorkovací frekvence (Sampling Rate)

Teoreticky musí být vzorkovací frekvence minimálně 2x vyšší než nejvyšší měřená frekvence, ale v praxi se používá 3x až 10x vyšší. Udává se v počtu vzorků za sekundu (obvykle S/s nebo Sa/s) zvlášť pro oba režimy vzorkování:

• v reálném čase,
• v ekvivalentním čase (jen pro periodické signály).

Rychlost měření (Waveform update rate nebo Wafeform capture rate)

Narozdíl od analogových osciloskopů, digitální osciloskop signál navzorkuje a začne jej zpracovávat. Během této doby je „slepý“ a jeho tzv. mrtvá doba může být i velmi dlouhá. Pokud se v signálu vyskytne občas krátká špička, existuje pravděpodobnost (někdy velmi vysoká), že ji digitální osciloskop vůbec nezaznamená a nebude tak na obrazovce zobrazena. Analogový osciloskop by ji ale díky dosvitu obrazovky zobrazil jako tenkou postupně doznívající stopu. Tento problém se snaží řešit digitální dosvitové osciloskopy (viz výše), které mají řádově vyšší rychlost měření oproti běžným digitálním osciloskopům. Rychlost měření se udává v počtu zobrazených průběhů za sekundu (wfms/s nebo wfm/s).

Hloubka (délka) paměti (Memory Depth)

Čím větší, tím více vzorků lze uložit a podrobněji prohlížet delší časové úseky signálu. Velikost paměti pro 1 milion vzorků se udává např. jako 1M, 1MS, 1MSa nebo 1Mpts.

Závěrem

Na papíře napsané parametry jsou jedna věc, ale při výběru osciloskopu byste měli brát také v úvahu důvěryhodnost výrobce, technickou podporu, servis, zkušenosti zákazníků, možnosti aktualizace software či dokoupení doplňků.

Pro podrobnější informace o osciloskopech bych doporučil v angličtině příručku od Tektronix.

U nás je mezi amatéry oblíbený pro rozumný poměr vlastnosti/cena digitální osciloskop Rigol DS1052E.

Pokud jsou pro vás osciloskopy stále moc drahé, můžete si pořídit levnou stavebnici osciloskopu nebo osciloskop zadarmo.