Mini oscyloskop - wstęp

Słowem wstępu...

Oscyloskop cyfrowy to urządzenie niezbędne w każdej pracowni elektronicznej. Pozwala na podgląd przebiegów elektrycznych, pomiar ich amplitud, czy częstotliwości przy paśmie sięgającym setek megaherców. Dodatkowo możliwość analizy kilku kanałów jednocześnie pozwala na porównanie badanych sygnałów.

Niestety tego typu urządzenia są bardzo drogie, przez to dla zwykłego elektronika-hobbysty niemal nieosiągalne… Jednak dysponując odpowiednim zakresem wiedzy, przy pomocy właściwych elementów można stworzyć prosty oscyloskop, nieco uboższy w funkcje i o mniejszym paśmie, ale równie pomocny przy wykonywaniu pomiarów i podglądzie przebiegów elektrycznych.

Teoria

Do budowy własnego urządzenia, jakim ma być oscyloskop cyfrowy, niezbędne jest zaznajomienie się z elementarną wiedzą, dotyczącą zasad jego działania.


Próbkowanie - proces tworzenia sygnału dyskretnego, reprezentującego sygnał ciągły za pomocą ciągu wartości nazywanych próbkami. Pozwala na odtworzenie informacji na podstawie zmierzonych danych.

Częstotliwość próbkowania - szybkość z jaką przetwornik ADC konwertuje sygnał wejściowy.

 

Zgodnie z twierdzeniem Nyquista, częstotliwość próbkowania powinna być co najmniej dwukrotnie wyższa od najwyższej składowej częstotliwości sygnału mierzonego.

Częstotliwość Nyquista jest równa częstotliwości najwyższej składowej harmonicznej, którą chcemy odtworzyć bez błędów (aliasingu) podczas odtwarzania sygnału z postaci dyskretnej do ciągłej.

Aby dokładnie odtworzyć przebieg sygnału, próbki muszą być pobrane z prędkością większą niż dwukrotność najwyższej składowej częstotliwości sygnału. W przeciwnym razie może nastąpić zjawisko aliasingu. Zjawisko to polega na zniekształceniu sygnału w procesie próbkowania wynikające z niespełnienia powyższych założeń. Powoduje występowanie w sygnale tzw. aliasów, czyli błędnych częstotliwości.

Na rysunku widać dwa różne sygnały odtworzone na podstawie tych samych próbek.

Rozdzielczość - jest najmniejszą zmianą napięcia wejściowego jaką przetwornik może uchwycić. Przetwornik ADC pobiera sygnał analogowy i zamienia ją w liczbę binarną. W ten sposób każda liczba binarna z ADC reprezentuje pewien poziom napięcia.
Rozdzielczość ogranicza precyzję pomiaru. Im wyższa rozdzielczość (liczba bitów), tym bardziej precyzyjny pomiar.

Poniższy obrazek przedstawia różnicę pomiędzy przetwornikiem 3-bitowym, a 16-bitowym.

Podsumowanie

Tyle słowem wstępu do kilku konstrukcji prostych oscyloskopów, które powinny pojawić się w niedalekiej przyszłości. Będą to konstrukcje oparte na przystawkach do platformy Arduino.

---

Źródło

• National Instruments - ni.com
• Wikipedia - wikipedia.org