Keď ste sa už prestali iba tak pohrávať s elektronikou a vaše projekty sa stávajú vážnejšími a aj zložitejšími, je pravdepodobné, že budete čoskoro k svojmu hobby, alebo práci potrebovať osciloskop. Osciloskop je prístroj, ktorý zobrazuje vývoj jedného alebo viacerých napätí v čase. Takže zhodli sme sa, že ho potrebujeme, ale ako si ho vybrať a ako ho správne používať? Samozrejme, že ste už investovali do multimetra, ktorý je síce skvelý, ale osciloskop dokáže veci, ktoré s multimeterom určite nedokážete. Osciloskopy sú však oveľa zložitejšie prístroje ako multimetre, a preto si to vyžaduje určitý čas a aj určitú prax aby ste z nich dokázali vyťažiť maximum.

Čo vlastne potrebujem?

Toto je prvá a asi aj najdôležitejšia otázka s ktorou sa bude potýkať každý kto si bude chcieť zadovážiť osciloskop. Aj keď sa zdá, že je to pomerne jednoduchá otázka, tak vedzte, že odpoveď na ňu v žiadnom prípade jednoduchá nie je. Prečo? Vysvetlíme si nižšie. Osciloskopy kedysi bývali drahým a mnohí z nás (skoršie narodených) si určite pamätajú, že v našich končinách na rozdiel od západu aj pomerne ťažko dosiahnuteľným kusom meracej techniky. Doba avšak poročila a dnes už ceny poklesli natoľko, že si osciloskop môže dovoliť takmer každý z vás - aj začínajúcich. Pre väčšinu hobbyistov, alebo technikov, je základný osciloskop viac než dobrý a postačuje s prehľadom na väčšinu meraní. Ak je vašim predmetom záujmu Arduino alebo Raspberry Pi, poprípade staviate či opravujete audio zosilňovače alebo opravujete televízory, tak naozaj neoptrebujete investovať do štvorkanálového (alebo viac) osciloskopu so šírkou pásma stoviek MHz a množstvom gigasamplov. Prečo? Pretože ho nikdy nevyužijete naplno a zbytočne zaplatíte za to, čo v podstate nepotrebujete. Verte, že dvojkanálový, 20 až 200 MHz osciloskop je pre vás úplne postačujúci (obrázok 1). Nie ani príliš malý, a ani príliš veľký.

Obrázok 1: Vo väčšine situácií je jednoduchý dvojkanálový, 20 až 200 MHz osciloskop všetko, čo potrebujete.

Ale prosím vás aj keď sa to môže zdať lákavé, neodporúčam míňať peniaze na tie lacné malé súpravy osciloskopov typu "urob si sám", ktoré môžete nájsť na internete (obrázok 2). Jednoducho tieto zariadenia  neponúkajú taký komfort a funkcie ako skutočný stolný osciloskop. Môžu byť síce praktické pri cestovaní, pri nízkych hodnotách meraného kmitočtu, alebo keď máte naozaj málo miesta, ale to je asi všetko.

Obrázok 2: Aj keď sa zdajú byť cool tak miniatúrne osciloskopy nie sú veľmi praktické na používanie.

Mám rád, keď môj osciloskop je tam, kde je - na stole (na svojom čestnom mieste), keď z neho môžem odpojiť testovaciu sondu a vymenť ju za inú, a má gombíky a tlačidlá, ktorými ho môžem rýchlo a presne ovládať. Pre mňa je jednoducho osciloskop bez ovládnania horizontálnej a vertikálnej osy nie skutočným osciloskopom, ale zaujímavou krabičkou s displejom.

Bez obrazovkové osciloskopy

Samozrejme, existujú aj "bez obrazovkové" osciloskopy s vynikajúcimi parametrami (obrázok 3), ale pre zobrazenie meraného signálu vyžadujú tablet alebo počítač. Takéto zariadenia sú dobré na vykonávanie vzdialených meraní, alebo na neustále monitorovanie, na zaznamenávanie údajov a ich následné spracovanie. V mojej dielni je počítač potrebný na zobrazenie schémy, servisného manuálu, úpravu firmvéru, čítanie a vyhľadávať na internete. Nechcem, aby to bol aj osciloskop. A nechcem druhý počítač, pretože zaberá príliš veľa miesta na stole. A samozrejme, pretože chcem skutočné gombíky a priamu kontrolu nad tým, čo robím. Ale na druhej strane priznávam, aj toto je užívateľská voľba.

Obrázok 3: Osciloskop bez obrazovky šetrí miesto na stole. Alebo nie? Na prezeranie signálov je potrebný počítač alebo tablet.

DSO, MSO či analóg?

Dnešné osciloskopy sú digitálne a sú nazývané aj DSO čo používajú aj vo svojom názve. DSO je skratka pre Digital Storage Osciloscope, čo znamená, že dokážu uchovať zaznamenaný priebeh signálu v pamäti a neskôr s ním pracovať, čo u analógového možné nie je. V minulosti boli avšak osciloskopy iba analógové a s množstvom gombíkov a spínačov a ovládať ich bola naozaj niekedy veda. Analógové osciloskopy sú objemné a pomerne obmedzené a určite ich nechcete, ak nemáte veľmi špecifické potreby. Existovali aj hybridné osciloskopy, ktoré vedeli spracovávať meraný signál digitálne a aj analógovo  obsahovali a malú pamäť pre uloženie meraného signálu , ale ani ten určite nechcete, pokiaľ nie ste zberateľ meracej techniky. Dôležitá poznámka -  nezamieňajte si tento druh osciloskopu s tzv. osciloskopmi so zmiešaným signálom alebo MSO, pretože tieto sú DSO so špeciálnymi funkciami pre digitálne signály. Takže teraz, keď už o osciloskopoch vieme trochu viac, môžeme prejsť k tomu, ako ich používať - teda nie podrobne, ale v základoch. Ak ste si kúpili lacnejší model, nebude mať asi príliš veľa funkcií, a tak bude pre vás ľahšie s ním začať pracovať. Ako bolo povedané na začiatku, osciloskop zobrazuje vývoj napätia v čase, "signál", a to v tvare dvojrozmerného grafu so stredom uprostred obrazovky. Všimnite si, že som napísal "napätie", a nie "prúd", pretože osciloskop je vo svojej podstate taký "fajnovejší" voltmeter.

Analógový osciloskop Tektronix 2213A

Hlavné ovládacie prvky

Pretože osciloskop zobrazuje merané signály ako grafy, má preto ovládacie prvky na nastavenie horizontálnej a vertikálnej osi grafu. Na každom modernom osciloskope, ktorý poznám sú tieto ovládacie prvky zoskupené do sekcii označenej ako Horizontálna - Horizontal a sekcii označenej ako Vertikálna - Vertical (obrázok 4). Horizontálna časť je tiež známa ako časová základňa, pretože horizontálna os zvyčajne predstavuje čas. Potom je tu tretia časť s názvom Spúšťač - Trigger. Toto je pravdepodobne najdôležitejšia časť osciloskopu, pretože určuje, ako a kedy sa zachytený signál bude zobrazovať. Často je dosť jednoduché nastaviť zobrazenie signálu ktorý meriate, tak aby sa "zmestil na obrazovku" jednoduchým nastavením horizontálnej a vertikálnej osi, ale aby osciloskop zobrazil určitú časť signálu, ktorá vás zaujíma, môže byť oveľa ťažšie. V tomto pomôže práve spúšťacia časť ktorá vám poskytuje kontrolu nad týmto časovým úsekom, preto je dôležité pochopiť, čo robí a najmä ako.

Obrázok 4: Tri hlavné ovládacie časti každej osciloskopu: Vertikálna, horizontálna a spúšťacia.

Vertikálna os

Najprv sa však pozrime na časť označenú ako Vertikálna - Vertical. Táto sekcia umožňuje zosilniť alebo zoslabiť vstupné napätie alebo signál, čo znamená, že môžete nastaviť jeho amplitúdu a môžete ho posúvať nahor a nadol. Toto je možné nastaviť nezávisle pre každý vstupný kanál - X a Y.  Mimochodom, v jazyku osciloskopu sa signál nazýva aj stopa. Jedna stopa znamená jeden signál alebo kanál, dual-trace znamená dva atď.

Režim XY

Ďalším bodom môže byť to, že vstupné signálové konektory oscilskopu okrem toho, že sú označené ako kanál 1 a 2 sú niekedy označené aj ako X a Y (obrázok 5). To sa vzťahuje na špeciálnu operáciu režimu osciloskopu, v ktorom sa X vstup ovláda horizontálnu os namiesto vstupu vertikálnej osi. V tomto režime sa vytvoria často prezentované Lissajousové obrazce, ktoré si obľúbili najmä filmári v sci-fi filmoch.

Obrázok 5. Prítomnosť dvojice vstupov X a Y znamená dvoj kanálové prevedenie osciloskopu.

Pripojenie sondy

Vstupné meracie sondy osciloskopu pripojte k jednému z kanálov označených ako X a Y, alebo 1 a 2 - nie ku konektorom Ext, Trigger, Aux alebo Z konektor. Všimnite si, že meracie sondy majú často prepínač na výber medzi 1:1 alebo 10:1. Toto je dodatočná možnosť útlmu, ktorá umožňuje stlmiť veľké signály a zlepšiť tak presnosť merania  a zvýšiť rozlíšenie meraného signálu. Často sa používa režim útlmu 10:1 ale existujú sondy, ktoré sú vždy v pomere útlmu 10:1 - čiže s pevne nastaveným útlmom (Existujú aj iné pomery, ako napr. 1 000:1, alebo 100:1 ). Sondy sa vždy označujú ako 1x a 10x, kde "x" znamená útlm, nie zosilnenie signálu. Často je možné "informovať osciloskop" o type sondy ktorý používate priamo v menu osciloskopu, aby mohol správne prispôsobiť zobrazovanie signálu zodpovedajúcim spôsobom. Pred pripojením hrotu sondy k signálu, ktorý vás zaujíma, najprv pripojte krokosvorku pripojenú k sonde k známenu uzemneniu testovaného obvodu. Všeobecne vždy platí, že ju pripojte čo najbližšie k meranému signálu. V mnohých prípadoch to však nie je až také dôležité, pokiaľ je pripojená so zemou (obrázok 6). Môže byť dokonca vhodné použiť svorku druhej sondy len na pripojenie k uzemneniu, takže môžete odstrániť svorku z meracej sondy a merať bez nej.

Dôležitá poznámka : Pokiaľ máte nový osciloskop a nové sondy - kompenzujte ich. Pod pojmom kompenzácia sondy sa rozumie ich nastavenie za pomoci nástroja (dodávaného spolu zo sondou) a testovacieho signálu ktorý je prítomný na prednej, alebo zadnej strane osciloskopu na zvláštnom konektore a má obdĺžnikový priebeh. Signál dolaďte tak, aby boli hrany zobrazeného signálu bez viditeľných záchvevov.

Obrázok 6: Pripojenie krokosvorky sondy k GND (uzemnenie). Pravidlom je snažiť sa ju dostať čo najbližšie k signálu, ktorý vás zaujíma, ale často stačí pripojiť ho "kdekoľvek".

Slovo o zemi

Všimnite si, že zem nemusí byť za každých okolností zem, ale môže sa jednat o akékoľvek napätie alebo signál v obvode, ale musí byť rovnaké pre každý kanál. Tiež si všimnite, že zem sondy osciloskopu je vždy pripojená  na zem osciloskopu (opláštenie BNC konektora), ktorá môže byť pripojená k uzemneniu siete, takže ak pripojíte zem sondy osciloskopu k niečomu inému ako k zemi, dôjde ku skratu a môže dôjsť k vzniku nebezpečných situácií, ktoré môžu mať na svedomí úraz nebezpečným napätím a aj trvalé poškodenie osciloskopu (obrázok 7).

Obrázok 7: Vždy majte na pamäti, že osciloskop môže byť pripojený k zemi. Ak je, môže dôjsť ku skratu, keď krokosvorka sondy pripojená k niečomu inému ako je zem.

Horizontálna alebo časová základňa

Pomocou gombíka v časti Horizontálne - Horizontal môžete zväčšovať alebo zmenšovať časovú stupnicu a môžete posúvať signál doľava alebo do doprava. Zvyčajne je stred obrazovky nulovým bodom.

Spúšťanie - Triggering

Doteraz som predpokladal, že ste videli niečo na displeji osciloskopu - myslím meraný signál, ale možno ste to nevideli? Jedným z dôvodov môže byť že stopa nie je zobrazená na displeji. Použite na jej vyhľadanie ovládač vertikálnej úrovne - čím signál zväčšíte, alebo zmenšíte do viditeľnej časti obrzovky osciloskopu. Ďalší dôvod môže byť príliš nízky jas. Ak je, zvýšte ho, ale toto je menej pravdepodobná príčina. Tretím dôvodom môže byť problém so spúšťaním osciloskopu. Ak má váš osciloskop funkciu / tlačidlo Auto Setup alebo niečo podobné (obrázok 8), teraz je vhodný čas na jeho stlačenie. Po jeho stlačení tak možno neuvidíte to, čo ste očakávali, ale mali by ste aspoň niečo vidieť - myslím meraný signál. Použite tlačidlá vertikálne a horizontálne a gombíky, aby ste zarovnali signál do viditeľnej časti obrazovky.

Spúšťanie - Triggering je to, čo robí osciloskop skutočne užitočným, pretože vám umožňuje sústrediť sa na zaujmovú časť signálu. Spúšťač je potrebný na spustenie sledovania. Ak nie je k dispozícii spúšťač, stopa sa nezobrazí a vy teda nič neuvidíte. To je dôvod, prečo je osciloskop vybavený niekoľkými možností spúšťania. Dalo by sa dokonca tvrdiť, že že čím viac možností spúšťania osciloskop má tým je lepší. V mojom svete má každý osciloskop  aspoň automatické a normálne spúšťanie, nastaviteľné úroveň spúšťania, nahor a nadol alebo pozitívne a záporné sklony spúšťania a externý spúšťací vstup.

Obrázok 8: Tlačidlo automatického nastavenia vám môže pomôcť nájsť vaše signály, ale konečný výsledok nemusí byť vždy taký ste očakávali.

Prvá vec, ktorú treba urobiť, je vybrať zdroj pre spúšťacieho signálu. Zvyčajne je to jeden zo signálov na ktorý sa chcete pozrieť, ale môže to byť aj signál generovaný úplne iným, teda nie meraným zariadením.

Automatické spúšťanie - Automatic Triggering

Najjednoduchšie používať je Automatické spúšťanie - Automatic Triggering (obrázok 9). V tomto režime osciloskop rozhodne sám, kedy sa má spúšťať, a používateľ môže nastaviť úroveň spúšťania a zvoliť sklon pre spúšťanie. Tento režim je užitočný na rýchle zistenie, či sa na vstupe niečo "deje", alebo na jednoduché meranie jednosmerného napätia.

Obrázok 9: Nezamieňajte tlačidla automatickej spúšte s tlačidlom automatického nastavenia. Režim automatického spustenia je užitočný na rýchle nastavenie merania pred prepnutím do normálneho režimu.

Normálny režim - Normal

V normálnom režime - Normal osciloskop spúšťa iba keď sú splnené podmienky úrovne spúšťania a sklonu alebo akákoľvek iná spúšťacia podmienka, ktorú ste mohli zadať. Po spustení bude stopa prebiehať, kým nespadne na pravej strane obrazovky. Na spustenie nového spúšťača je potrebné znovu spustiť. Ak nastavíte príliš vysokú úroveň spúšťania nízku alebo príliš vysokú, stopa zamrzne alebo sa nemusí zobraziť, pretože sa nikdy nespustí. Tento režim je vhodný pre zriedkavé udalosti alebo na zameranie sa na špeciálne udalosti.

Run/Stop & Single

Je dosť pravdepodobné, že váš osciloskop má tlačidlo Run/Stop a tlačidlo Single. (obrázok 10). Tlačidlo Run/Stop vám umožňuje zmraziť zobrazenie, čo je užitočné, ak chcete podrobne študovať signál bez toho, aby ste umožnili novým spúšťačom zmeniť alebo spôsobiť jeho zmiznutie. Opätovným stlačením tlačidla tento režim opustíte. Tlačidlo Single možno použiť, keď sa udalosť vyskytuje len príležitostne, napríklad len pri zapnutí alebo po stlačení tlačidla, alebo keď nie je periodická. Po tom, ako dôjde k spusteniu, sa stopa spustí len raz a potom osciloskop prejde do režimu Stop. Musíte stlačiť tlačidlo Run alebo Single, aby ste znovu spustili snímanie jedného udalosti. Opätovným stlačením Single alebo Run sa vrátite do režimu normálneho režimu (záleží na tom, ktoré tlačidlo stlačíte, samozrejme závisí od osciloskopu). V závislosti od osciloskopu môže byť viac možností spúšťania. Typické ďalšie možnosti sú od spúšťania na oboch nábehoch alebo na časovom oneskorenie medzi nábehmi, takpovediac impulz, až po spúšťanie na sekvencii, vnútri alebo mimo okno, s oneskorením a podobne. Ako som spomenul vyššie -  čím viac možností spúšťania, tým lepšie.

Obrázok 10: Tlačidlá Run, Stop a Single umožňujú zachytiť zriedkavé udalosti alebo zmrazenie stopy na vykonanie meraní bez toho, aby signál zmizol.

Tu sa zastavíme. Váš osciloskop pravdepodobne má niekoľko ďalších tlačidiel, ktoré nie sú zahrnuté v tomto článku. Ale teraz, keď už viete, ako zobraziť stabilný signál na jeho displeji, môžete preskúmať tieto a aj ďalšie funkcie podrobnejšie. Nech už robíte čokoľvek, vždy majte na pamäti, že pred meraním čohokoľvek by ste mali mať predstavu o tom, čo môžete očakávať, aby ste mohli porovnať výsledok s tým, aký bol predpoklad. Ak neviete, čo máte očakávať, potom nemôžete povedať, či je to nesprávne alebo či je to správne. Rovnako samozrejme nezabúdajte dbať aj na bezpečnosť  - svoju a aj svojej meracej techniky.

Zaujímavý osciloskop

OWON SDS1102 2-ch Digitálny Osciloskop (100 MHz) - Aliexpress

Pozri aj...