Zaloguj
Wyjątkiem takim jest przystawka oscyloskopowa Voltcraft DSO-2200 USB. Jest to przyrząd, który zadowoli początkujących amatorów. Korzystna cena oscyloskopu pozwala na zakup, bez nadmiernego obciążania budżetu młodych elektroników.
Oscyloskop DSO-2200 USB, mimo amatorskiego przeznaczenia, ma bardzo solidnie i ładnie wyglądającą obudowę. Płyta czołowa nie zawiera żadnych elementów regulacyjnych, gdyż obsługa odbywa się całkowicie wirtualnie poprzez aplikację instalowaną na komputerze. Jedynymi elementami mechanicznymi dostępnymi z przodu są dwa gniazda BNC, do których dołączane są sondy pomiarowe obu kanałów, a także dwa wyprowadzenia sygnału kalibracyjnego – gorącego i masy (fotografia 1a). Natomiast na tylnej ściance umieszczono gniazdo USB typu A służące do połączenia z komputerem oraz tajemnicze gniazdo USBXI służące do łączenia urządzeń wyposażonych w interfejs USBXI (fotografia 1b). Złącze to raczej nie będzie przydatne w praktyce amatorskiej.
Program obsługi oscyloskopu
Przed rozpoczęciem pracy konieczne jest zainstalowanie na komputerze programu obsługującego oscyloskop. Jest on dostarczany na małej płytce CD wraz z instrukcją w formacie PDF i papierową skróconą instrukcją instalacji. Wszystkie pliki można też ściągnąć ze strony internetowej dystrybutora. W komplecie znajduje się ponadto kabel USB z dwoma wtykami typu B (czerwonym i czarnym). Do poprawnego działania urządzenia wystarczy dołączyć do komputera wtyk koloru czarnego. Poprawne połączenie oscyloskopu z komputerem jest konieczne do zainstalowania sterowników. Jeśli wszystkie czynności instalacyjne zakończą się pomyślnie, można uruchomić oprogramowanie, w wyniku czego na ekranie komputera powinno pojawić się główne okno programu (rysunek 2).
Rozpoczęcie pomiarów wymaga jeszcze wykonania dwóch czynności. Pierwszą z nich jest kompensacja sond pomiarowych. Tu jednak uwaga: sond takich nie ma w zestawie. Użytkownik oscyloskopu DSO-2200 USB musi je nabyć niezależnie. W przypadku zakupu dwóch takich sond jest to dodatkowy koszt rzędu 100 zł. Najlepiej od razu o tym pomyśleć, aby uniknąć ewentualnych kosztów kolejnych dostaw. Kompensacja sondy przebiega zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami. Wykorzystywany jest do tego prostokątny przebieg kalibracyjny 1 kHz dostępny na wspomnianym wyprowadzeniu na płycie czołowej. Sondę kompensuje się umieszczonym na niej trymerem aż do uzyskania najmniej zniekształconego przebiegu prostokątnego (jak na rysunku 2).
Drugą i ostatnią już czynnością, jaką należy przeprowadzić przed przystąpieniem do pracy jest kalibracja torów pomiarowych (rysunek 3). W tym celu należy gorące końce przewodów pomiarowych obu kanałów dołączyć do masy i uruchomić procedurę kalibracyjną z menu: „Utility → Calibrate”. Czynność ta powoduje prawidłowe ustawienie poziomu zerowego, który na skutek różnych czynników (np. termicznych lub czasowych) może ulegać zmianom. Ponieważ taki dryft może być wyraźnie odczuwalny, warto systematycznie kontrolować ten parametr.
Pomiary
Oscyloskop mamy już gotowy do pracy, przyjrzyjmy się jak wyglądają pomiary z jego użyciem. Zacznijmy od parametrów, bo określą one zakres zastosowania przyrządu. Najważniejsze dane techniczne zebrano w tabeli 1. Jak już było powiedziane, należy uwzględnić te informacje przy zastosowaniu w bardziej zaawansowanych aplikacjach.
Obsługa oscyloskopu odbywa się za pośrednictwem poleceń menu lub przez naciskanie dublujących je ikonek. Z prawej strony ekranu umieszczono też panel z wirtualnymi pokrętłami i listami rozwijanymi służącymi do ustawiania czułości kanałów i podstawy czasu. Są tu też przyciski do ustawiania opcji wyzwalania.
Lista warunków wyzwalania zawiera... jedną, klasyczną pozycję – wyzwalanie zboczem. Opcja ta zapewnia uzyskanie stabilnego obrazu w większości podstawowych pomiarów, ale nie we wszystkich. Kłopoty mogą wystąpić na przykład w przypadku zaszumionego sygnału, takiego jak na rysunku 4. W tym pomiarze wyzwalanie oscyloskopu było ustawione na zbocze narastające, ale jeśli szum jest znaczny, bardzo prawdopodobne jest natrafianie na fragmenty takich narastających zboczy nawet przy opadającym sygnale. Przykrą konsekwencją takiego przypadku jest wyzwalanie na pozornie opadającym zboczu sygnału, co prowadzi do utarty synchronizacji. W bardziej zaawansowanych oscyloskopach stosowana jest histereza wyzwalania, dzięki której można zachować stabilność oscylogramu, nawet dla tak zaszumionych przebiegów.
Jeśli chodzi natomiast o tryby wyzwalania, chyba niezbyt fortunnie nazwane tu „Trigger Sweep”, to mamy standardowe rozwiązania, a więc: Auto, Normal i Single. Źródłem wyzwalania może być każdy z dwóch kanałów. Poziom wyzwalania jest zaznaczony na ekranie symbolem z literką „T” umieszczonym przy prawej krawędzi wykresu. Pewną ciekawostką jest natomiast brak analogicznego znacznika na osi czasu, przez co trudno jest zlokalizować sam punkt wyzwolenia. Można go jedynie określić w przybliżeniu, obserwując przecięcie poziomu wyzwalania z odpowiednim zboczem przebiegu, tak jak to przedstawiono na rysunku 5.
Matematyka
Program obsługujący oscyloskop DSO-2200 USB zawiera 4 podstawowe operacje matematyczne, które są wykonywane na przebiegach z obu kanałów, uzupełnione o funkcję FFT. Operacje matematyczne to dodawanie, odejmowanie, mnożenie i dzielenie (rysunek 6). Operacje matematyczne nie wymagają komentarza, natomiast trzeba się na chwilę zatrzymać przy funkcji FFT. Jak wiadomo, za jej pomocą można oglądać widmo częstotliwościowe przebiegu. Do tego konieczne jest zebranie odpowiedniej ilości danych, w rozumieniu okresów przebiegu. Częstotliwość jest odwrotnością okresu, z czego wynika prosty wniosek, że im dokładniej ma być wyznaczone widmo (większa ma być jego rozdzielczość), tym dłuższy fragment przebiegu powinien być zapisany w rejestrze. Funkcja FFT została tak zaimplementowana w oprogramowaniu oscyloskopu DSO-2200 USB, że aby uzyskać rozsądny wykres widma, podstawa czasu musi być tak ustawiona, że cały przebieg czasowy zlepia się praktycznie w jedną plamę. Przedstawiono to na rysunku 6e. Są na nim wyraźnie widoczne prążki widma i zupełnie nieczytelny wykres czasowy. Na szczęście można zatrzymać akwizycję i rozciągnąć podstawę czasu, co spowoduje, że wykres czasowy stanie się czytelny. Zmiana podstawy czasu przy zatrzymanej akwizycji nie wpływa na wykres widma. Dodatkowym, dość zaskakującym efektem jest zawężanie wykresu czasowego dla podstaw czasu od 2 s/dz i dłuższych. Widać to dobrze na rysunku 6e, na którym podstawa czasu jest równa właśnie 2 s/dz. Badany w tym pomiarze przebieg miał częstotliwość 1 kHz. Należy też zauważyć, że przy takiej podstawie czas akwizycji jest równy 10 sekund, co staje się dość dużą uciążliwością.
Wykres widma jest skalowany zarówno w osi pionowej, jak i w osi poziomej. Zmiana skalowania wymaga jednak wykonania ponownej akwizycji. Skalowanie horyzontalne („HORI SCALE”) nie zwiększa rozdzielczości wykresu widmowego, powoduje jedynie jego rozciągnięcie lub zwężenie.
Pomiary automatyczne i kursorowe
Oscyloskopy cyfrowe ujawniają swoją funkcjonalność nie tylko wtedy, gdy chcemy obserwować kształt sygnału, ale również wtedy, gdy chcemy zmierzyć poszczególne jego parametry. Zadanie to jest względnie łatwe, gdyż cały sygnał jest zapisany w rejestrze akwizycji, pozostaje więc tylko umiejętne ich wykorzystanie do obliczeń matematycznych. Zwykle pakiet takich obliczeń jest dostępny jako tzw. pomiary automatyczne. Tak jest też w oscyloskopie DSO-2200 USB. Pomiary są uruchamiane poleceniem menu: „View → Measure Window” lub skrótem klawiszowym Ctrl-M. W lewej części ekranu pojawiają się wówczas opcje wyboru parametrów, które mają być mierzone, a wyniki są umieszczane w dolnej części ekranu w oknie wyjściowym (rysunek 7).
Korzystając z pomiarów automatycznych warto upewnić się, co tak naprawdę jest w nich mierzone. Na przykład w pomiarze amplitudy peek-to-peek określana jest różnica napięć między najwyższym a najniższym, jakie zmierzono w przebiegu. Jeśli więc mierzony jest na przykład przebieg prostokątny z wyraźnymi przerzutami, to znajdą one swoje odbicie w wyniku. W razie wątpliwości można skorzystać z pomiarów kursorowych. Mogą to być kursory pionowe, poziome lub krzyżowe. Te ostatnie mierzą jednocześnie zależności napięciowe oraz czasowe. Na rysunku 7 przedstawiono pomiar m.in. przebiegu prostokątnego z wyraźnymi przerzutami. Automatycznie obliczony parametr „Peak to peak” podaje wartość 3,98 V, gdy tymczasem zmierzona amplituda za pomocą kursorów nie uwzględniająca przerzutów dała wynik 3,20 V. Podobnego zrozumienia wymaga często używany parametr „RMS”. W implementacji zastosowanej w programie oscyloskopu DSO-2200 USB napięcie RMS uwzględnia składowa stałą. Próba weryfikacji tego wyniku pomiarem przeprowadzonym prostym multimetrem może nie dać zgodności, gdyż duża część mierników, nawet True RMS, mierzy na zakresie „V~” wartość RMS bez składowej stałej. Konieczne by było w tym przypadku przełączenie miernika na zakres „AC+DC”, którego często nie ma w tańszych multimetrach.
Wróćmy jeszcze na chwilę do pomiarów z użyciem kursorów ekranowych, gdyż ich obsługa w programie DSO-2200 USB jest dość specyficzna. Użytkownik ma wprawdzie do dyspozycji dwa kursory, ale drugi jest zawsze ustawiany względem pierwszego. Oznacza to, że po umieszczeniu go na ekranie nie ma później możliwości przesunięcia go bez ruszenia kursora pierwszego. W praktyce wygląda to tak, że najpierw należy wskazać myszką pozycję umieszczenia pierwszego kursora, a następnie kliknąć lewym przyciskiem myszki. Teraz, nie puszczając tego przycisku trzeba przesunąć kursor myszki do miejsca, w którym ma być ustawiony drugi kursor pomiarowy i dopiero w tym momencie zwolnić lewy przycisk myszki. Pod wykresem wyświetlone zostaną parametry obliczane przez oba kursory. Jak już było powiedziane, w programie praktycznie nie jest wykorzystywany czas bezwzględny liczony od chwili wyzwolenia. Skutkiem takiego podejścia jest wyświetlanie tylko wartości względnych, tj. różnic czasowych między kursorami pionowymi. Podobnie wyświetlane są tylko różnice napięć między kursorami poziomymi.
Tryb X-Y
Tryb X-Y jest przydatny np. w pomiarach niektórych zależności między dwoma sygnałami. Niestety, ta opcja w testowanym oscyloskopie nie działała. Po jej aktywowaniu program zawieszał się i trzeba go było uruchamiać ponownie. Zawieszenie się programu nastąpiło również kilkakrotnie w innych sytuacjach z bliżej nieokreślonych powodów. Program był zainstalowany na komputerze z 64-bitowym systemem Windows 7.
Ocena subiektywna
Oscyloskop Voltcraft DSO-2200 USB to bardzo nieskomplikowany przyrząd pomiarowy dla początkujących elektroników. Świadczy o tym stosunkowo niewielka cena, niewygórowane parametry i bardzo łatwy w obsłudze program, niepozbawiony jednak kilku niedociągnięć. Testowana wersja miała oznaczenie 1.0.4. Należy mieć nadzieję, że będzie ona rozwijana. Niektóre rozwiązania zastosowane w oprogramowaniu oscyloskopu mogą zaskakiwać, gdyż są spotykane bardzo rzadko, albo wręcz w ogóle w wyrobach innych producentów.
Niektóre parametry ustawiane w programie DSO-2200 USB, mimo że pozornie mogą zachwycać, należy brać z przymrużeniem oka. Na przykład podstawa czasu 5000 s/dz, prawdopodobnie nigdy nie będzie wykorzystywana. Czas akwizycji byłby po jej wybraniu równy niespełna 14 godzin.
Reasumując: oscyloskop DSO-2200 USB można polecić, głównie ze względu na cenę, początkującym elektronikom.
Jarosław Doliński, EP
