Аналоговый и цифровой осциллограф:в чем разница?

Осциллографы являются важными инструментами тестирования в электронной технике. Особенно, когда мы измеряем часть повторяющегося сигнала или высокочастотного сигнала. Однако среди новичков возникает вопрос; аналоговый или цифровой осциллограф — что лучше? В большинстве случаев вы заметите, что цифровые осциллографы стоят дороже, чем их аналоговые аналоги.

Но почему? В этом руководстве мы ответим на этот и другие вопросы. Мы также расскажем, как работает каждая область видимости и как ее идентифицировать. К концу этого руководства вы должны различать их и выбирать, какой из них лучше всего подходит для вашего проекта.

Что такое осциллограф?

Рука настраивает осциллограф

У осциллографа много названий. Вы можете называть его осциллографом, о-скопом, CRO (электронно-лучевым осциллографом), DSO (цифровым запоминающим осциллографом) или просто осциллографом. Это часть оборудования, в котором используется пробник для измерения переменного напряжения сигнала между двумя точками электронного устройства или электрической цепи.

При измерении напряжения мультиметр снимает показания цепи в один момент времени. С другой стороны, осциллографы позволяют измерять напряжение цепи с течением времени. По сути, это займет много тысяч показаний и отобразит их на вашем экране. Это позволит вам легко сравнивать любые всплески или падения напряжения от переходных процессов.

Есть два основных типа осциллографов; аналоговые осциллографы (или аналоговые осциллографы) и цифровые осциллографы. Практически они работают одинаково, но, как вы увидите, цифровые осциллографы обладают дополнительными функциями, которых нет у их аналоговых аналогов.

Аналоговые осциллографы

Аналоговый осциллограф

Когда производители представили аналоговые осциллографы, они использовали ЭЛТ с горизонтальными отклоняющими пластинами для отображения сигналов.

Напряжения на горизонтальных пластинах на трубе изменили положение потока. Когда поток электронов попадал на люминофорное покрытие экрана, посадочная площадка светилась. Следовательно, это отображало пятно света, которое в конечном итоге стало воспринимаемой длиной волны.

Были двухлучевые осциллографы, которые можно было использовать для сравнения двух разных сигналов. Они будут одновременно излучать и отображать два электронных луча на одном плоском экране.

Базовые аналоговые осциллографы не имели функции хранения. Однако вы можете приобрести аналоговый осциллограф для хранения входного изображения длины волны. Тем не менее, эти аналоговые объемы памяти были дорогими и довольно примитивными по современным стандартам.

Первоначально аналоговые прицелы обычно были большими и громоздкими. Однако благодаря цифровым технологиям будущие прицелы стали достаточно компактными для применения в полевых условиях.

Цифровые осциллографы

Цифровые осциллографы Rigol серии DS2000

Твердотельные экраны заменили большие и громоздкие ЭЛТ. Соответственно, это сделало прицелы намного меньше и не такими глубокими. Кроме того, это также дало им больше функций отображения. На сегодняшний день цифровые осциллографы являются наиболее распространенными типами осциллографов.

Кроме того, появление цифровых осциллографов позволило реализовать дополнительные функции, такие как стандартное хранилище, улучшенное управление отображением, улучшенный запуск и т. д.

Типы цифровых осциллографов

Когда производители и компании выпустили первые цифровые прицелы, они представили их под цифровым люминофорным осциллографом. (DPO) и цифровой запоминающий осциллограф (ДСО). Это связано с тем, что первые несколько цифровых осциллографов использовали люминофорные экраны. В современном цифровом осциллографе используется светодиодный или ЖК-экран.

В прошлом размер экрана и разрешение ограничивали аналоговые осциллографы. И наоборот, современные цифровые осциллографы не имеют этой проблемы.

Осциллографы смешанных сигналов и смешанных доменов (MSO и MDO)

Разборка Agilent 54622D MSO

Источник:Flickr

Новые возможности, предоставляемые цифровыми прицелами, вышли далеко за рамки того, что многие могли себе представить в аналоговые дни. Они включали такие возможности, как каналы логического анализа, помимо двух или более каналов аналогового осциллографа, обычно доступных. Например, становятся доступными осциллографы смешанных сигналов (MSO). Другие возможности, такие как вывод генератора функций. и цифровой мультиметр. также были возможны.

Почти все современные осциллографы имеют стандартные модели MSO. В качестве альтернативы они могут предлагать несколько цифровых каналов в качестве опции. Кроме того, многие цифровые осциллографы включают обработку сигналов для выполнения измерений в частотной области, т. е. спектральный анализ . Это позволяет тестировать схемы, для которых может потребоваться сочетание анализа спектра и обычных измерений осциллографа.

Настоящий осциллограф смешанного домена имеет специальный ВЧ-разъем, который можно использовать только для измерений в частотной области. Интересно, что обычно он имеет более высокую производительность анализа спектра.

Цифровые стробоскопические осциллографы

Цифровой стробоскопический осциллограф

Источник:Викисклад

Другой формой осциллографа является цифровой осциллограф. . Это очень специализированная форма области видимости, которую люди используют для ограниченного числа нишевых приложений. Например, он может рассматривать такие аспекты, как джиттер сигналов в диапазоне десятков гигагерц. Таким образом, мы не используем эти осциллографы для обычных осциллографов.

В результате они имеют ограниченный вариант использования. Прицелы также бывают разных форматов. Они могут поставляться в стандартных настольных футлярах для использования в лаборатории. Напротив, другие больше подходят для приложений выездного обслуживания.

Аналоговый и цифровой осциллограф– Осциллографы для ПК и USB

PicoScope 6000 подключается к ноутбуку

Источник:Викимедиа

Осциллограф на базе ПК может быть как автономным осциллографом, так и внешним осциллографом. Для работы внешних осциллографов на базе ПК требуется подключение к вашему ПК. Кроме того, они могут использовать дисплей компьютера, блок питания и процессор. Часто вы можете связать их через интерфейс USB.

Однако некоторые внешние осциллографы могут использовать системы компьютерных шин, такие как система PXI. Конечно, вам потребуется установить на компьютер программное обеспечение и драйверы осциллографа, чтобы он работал корректно.

С другой стороны, автономные осциллографы на базе внутреннего ПК поставляются с внутренними компонентами компьютера. У них есть внутренние микропроцессоры, которые предоставляют им дополнительные функции, такие как управление прибором. , автоматическое измерение и управление отображением . Кроме того, они позволяют выполнять более сложную обработку оцифрованных сигналов. Это превышает возможности аналоговых версий с ЭЛТ с памятью прямого обзора.

Существует огромное разнообразие различных типов и моделей осциллографов. Зная их характеристики и просматривая листы спецификаций, вы можете оценить их производительность, форм-фактор и общие возможности.

Аналоговый и цифровой осциллограф– Ключевые различия между аналоговым и цифровым осциллографами

Различия в работе

Рабочая электронная инженерия с осциллографом

Среди начинающих электронщиков существует огромное непонимание. Многие люди предполагают, что только аналоговые прицелы используют ЭЛТ-дисплеи. Это неправда. В цифровых осциллографах, таких как цифровой запоминающий осциллограф Tektronix 2230, используется ЭЛТ-дисплей.

Если вы сравните старый аналоговый осциллограф, такой как Tektronix 2213, с Tektronix 2230 DSO, вы заметите, что у последнего больше панельных элементов управления. Таким образом, существует большая сложность в том, как работает объем цифрового хранилища.

Цифровой прицел может делать все то же, что и аналоговый прицел. Однако, когда вы начинаете уменьшать масштаб аналогового прицела, особенно если он имеет более низкую частоту, выходное изображение начинает мерцать. Это связано с тем, как на экране ЭЛТ отображаются осциллограммы.

Цифровой запоминающий осциллограф исправляет это, обеспечивая более стабильное изображение. Таким образом, вместо того, чтобы отображать изменяющееся напряжение, DSO будет производить выборку сигналов в различных точках, сохранять их и отображать. Это обеспечивает более стабильное отображение и упрощает просмотр всей формы волны.

В цифровом осциллографе это достигается за счет аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Он принимает измеренные напряжения в виде аналоговых сигналов и переводит их в цифровые сигналы.

Аналоговый прицел не способен на такое же постоянство, как цифровой прицел. Кроме того, вы можете настроить эффективное послесвечение цифрового прицела, чтобы он улавливал больше шума. Калибровка дисплея позволяет увидеть более точные измерения и лучшее качество графика. Кроме того, использование ЖК-технологии делает цифровые системы более легкими и портативными.

Различия в спецификациях

Векторное изображение осциллографа

Источник:Викисклад Commons

Еще один способ понять некоторые различия между осциллографами — изучить их характеристики. В этом разделе мы рассмотрим следующие характеристики:

Аналоговый и цифровой осциллограф– Пропускная способность (BW):

Это спецификация баннера для осциллографа. Он описывает, насколько высокую частоту может обрабатывать входной каскад осциллографа и какое быстрое время нарастания он может зафиксировать.

Таким образом, частота сигнала и время нарастания этого сигнала неразрывно связаны. Чтобы вычислить самое быстрое время нарастания, которое может видеть ваш осциллограф, разделите 0,35 на указанную пропускную способность осциллографа. Таким образом, формула выглядит так:самое быстрое время захвата =0,35 / пропускная способность.

Как аналоговые, так и цифровые осциллографы имеют характеристики полосы пропускания. Однако современные цифровые прицелы намного превосходят пропускную способность старых прицелов.

Выборка/Частота выборки:

Эта спецификация уникальна для цифровых прицелов. Он сообщает вам, сколько точек в секунду ваш осциллограф собирает данные. По сути, входной сигнал проходит через аналоговый интерфейс (откуда исходит полоса пропускания), а затем дигитайзер производит выборку аналогового сигнала.

Хотя частота дискретизации связана с пропускной способностью, она не влияет на нее. Все, что он делает, это берет данные с аналогового интерфейса. Тем не менее, полоса пропускания описывает аналоговую часть осциллографа, а частота дискретизации описывает цифровую часть. Из этого мы можем понять, почему частота дискретизации является характеристикой, присущей только цифровым осциллографам.

Глубина/размер памяти:

Частота дискретизации и объем памяти — это атрибуты, тесно связанные друг с другом в осциллографе. Глубина памяти описывает, сколько данных формы волны может захватить осциллограф. Чем выше частота дискретизации, тем короче захваченная волна. Таким образом, сигналы с более высокой частотой дискретизации занимают больше памяти. Кроме того, чем больше памяти вы можете использовать, тем больше времени вы можете хранить.

Глубина памяти — третья по важности характеристика цифрового осциллографа. Опять же, это спецификация, уникальная для цифровых запоминающих осциллографов. Аналоговые осциллографы не захватывают и не записывают сигналы. Таким образом, они не имеют свойств глубины памяти.

Разрешение аналогового и цифрового осциллографа (биты АЦП):

  Современные осциллографы поставляются с 8, 10 и 12 битами АЦП. Аналого-цифровой преобразователь принимает аналоговый сигнал, преобразует его и квантует в цифровую информацию. Таким образом, 8-битный АЦП поддерживает 256 уровней квантования (2^8 =256). Это вертикальное разрешение АЦП.

Чем выше разрешение, тем четче будет представление сигнала. Кроме того, биты АЦП определяют диапазон ввода. . Например, осциллографы с более высоким разрешением больше подходят для анализа слабых сигналов. Это еще одна уникальная спецификация, которой нет у аналоговых осциллографов.

Аналоговый и цифровой осциллограф– Триггер:

• Каждый цифровой прицел оснащен ручкой, позволяющей изменять уровень срабатывания прицела. Триггер, по сути, сообщает осциллографу, когда делать снимок формы сигнала.

Ваш стандартный DSO поставляется с множеством различных режимов триггера, которые говорят, как реагировать, когда он сталкивается с событием триггера. Например, режим запуска по фронту указывает осциллографу делать снимок, когда сигнал касается края сетки на дисплее. Это дает вам универсальный способ измерения формы волны.

Опять же, поскольку аналоговые осциллографы не собирают и не сохраняют данные, триггеры в основном уникальны для цифровых запоминающих осциллографов.

Аналоговый и цифровой осциллограф:преимущества аналоговых осциллографов

Есть много преимуществ использования цифровых осциллографов по сравнению с аналоговыми. Но каковы преимущества использования старых аналоговых осциллографов?

Легче в использовании: 

<сильный> Цифровые осциллографы, как правило, представляют собой более сложные осциллографы. И наоборот, аналоговые осциллографы могут быть проще в использовании, поскольку они имеют минимум элементов управления и менее запутанные дисплеи. Таким образом, вы можете использовать их для изучения основ тестирования напряжения. Часто меньшее количество функций означает большую простоту. Вам не нужно тратить столько времени на настройку аналоговых осциллографов.

Менее дорогой:

Аналоговые осциллографы дешевле, чем цифровые. Это потому, что они старше и имеют меньше функций, и, поскольку вы можете найти много подержанных прицелов этого типа, они дешевле.

Лучше для аналоговых показаний:

Аналоговые показания часто выглядят лучше на аналоговых ЭЛТ-экранах. Они более четкие и в некоторых случаях могут казаться менее шумными.

Доступность:

Опять же, поскольку они старше, вы можете купить много старых подержанных моделей. Кроме того, они менее востребованы. Таким образом, большинство авторитетных магазинов электроники и оборудования, как правило, изобилуют товарами.

Есть много преимуществ использования цифровых осциллографов по сравнению с аналоговыми. Но каковы преимущества использования старых аналоговых осциллографов?

• Легче в использовании: Цифровые осциллографы, как правило, представляют собой более сложные осциллографы. И наоборот, аналоговые осциллографы могут быть проще в использовании, поскольку они имеют минимум элементов управления и менее запутанные дисплеи. Таким образом, вы можете использовать их для изучения основ тестирования напряжения. Часто меньшее количество функций означает большую простоту. Вам не нужно тратить столько времени на настройку аналоговых осциллографов.
• Менее дорогой: Аналоговые осциллографы дешевле, чем цифровые. Это потому, что они старше и имеют меньше функций, и, поскольку вы можете найти много подержанных прицелов этого типа, они дешевле.
• Лучше для аналоговых показаний: Аналоговые показания часто выглядят лучше на аналоговых ЭЛТ-экранах. Они более четкие и в некоторых случаях могут казаться менее шумными.

Доступность: Опять же, поскольку они старше, вы можете купить много старых подержанных моделей. Кроме того, они менее востребованы. Таким образом, большинство авторитетных магазинов электроники и оборудования, как правило, изобилуют товарами.

Заключение

Для большинства простых испытаний в электронной технике аналоговые осциллографы работают так же хорошо, как и цифровые. Если вы новичок или любитель, вы можете получить больше пользы от покупки аналогового прицела вместо цифрового. Однако при покупке осциллографа вы должны четко понимать свои цели и соответствовать ли им характеристики осциллографа.

Например, вам потребуется проанализировать конструкцию осциллографа, цифровую или аналоговую полосу пропускания, время нарастания, частоту дискретизации, плотность каналов, длину записи, скорость захвата сигнала, возможности подключения и возможности расширения. Для цифровых осциллографов вам нужно будет побеспокоиться о памяти на канал и глубине памяти. Как только вы поймете эти простые характеристики, вы сможете определить, какой осциллограф лучше всего подходит для вас. Теперь, когда люди спрашивают:«аналоговый или цифровой осциллограф; какой из них лучше?" вы сможете дать им четкий ответ. Тем не менее, мы надеемся, что это руководство оказалось для вас полезным. Как всегда, спасибо за чтение.