Современные портативные осциллографы - виды, характеристики, возможности и особенности использования

Осциллограф – это глаза мастера по ремонту электроники и радиолюбителя. Но стоимость продвинутых моделей непостижима для новичков и даже для многих опытных мастеров. Например, не самый «крутой» цифровой осциллограф UNI-T UTD2025CL с двумя каналами способностью пропускать сигналы частотой до 25 МГц стоит больше 200 долларов, а какой-нибудь RIGOL MSO2302A-S – мощный двухканальный осциллограф с двумя каналами и пропускной способностью в 300 МГц с функцией самописца стоит почти 4000 долларов.

Но куда деваться простому крестьянину? Для начала можно обратиться к продукции производителей из поднебесной. На Aliexpress достаточно много портативных осциллографов с разными характеристиками и возможностями, рассмотрим в этой статье некоторые из них.

Характеристики

Начнем с того, что если говорить о портативных осциллографах, то практически во всех случаях это цифровые приборы. Особой точности измерения напряжения ожидать не стоит, но для проверки наличия и приблизительного уровня разнообразных сигналов, примерного измерения уровня пульсаций, проверки искажений в каскадах.

Как и любого измерительного прибора у осциллографов есть ряд характеристик, прежде всего в бюджетном сегменте следует обращать внимание на две основных:

• Частота дискретизации — это количество выборок, которые осциллограф может произвести за секунду. Если говорить простым языком, то этот параметр отражает сколько раз в секунду «мозги» осциллографа «измеряют» или, если угодно, «считывают» сигнал со входа. Чем чаще это происходит, тем большей частоты можно измерять сигнал. Измеряется в количестве выборок (семплов) в секунду, хотя обычно указывается в миллионах семплов в секунду. В характеристиках можно встретить аббревиатуру «MSa/s» - это оно и есть.

• Полоса пропускания. Это полоса частот, на верхней границе которой уровень измеряемого сигнала уменьшается на 3 дБ. Этот параметр говорит нам о максимальной частоте сигнала, которую можно измерить. Измеряется этот параметр в герцах, а, вернее, в кило- или мегагерцах. Желательно, чтобы полоса пропускания была в 3…5 раз больше частоты измеряемого сигнала, чтобы проводить измерения без искажений по амплитуде.

Для нормального отображения сигнала частота дискретизации должна быть на порядок (хотя бы) больше, чем частота измеряемого сигнала. Понять это несложно, достаточно просмотреть иллюстрацию, приведенную ниже. Зелёными точками условно изображено «чтение» уровня сигнала с определенной частотой, а линия, которая их соединяет – это внешний вид осциллограммы, которая по ним будет построена.

В верхней части на период синусоиды приходится 4 точки, а в нижней части рисунка точек 8 и линия проведена уже между ними. Как можно увидеть, чем больше частота дискретизации, тем более плавная и точная осциллограмма получится относительно измеряемого сигнала. При этом следует учитывать, что цифровые осциллографы могут сглаживать (и сглаживают) полученную картинку, и осциллограмма получается плавной.

Для аналоговых осциллографов такого понятия как «частота дискретизации» не существует, там возможность измерять какой-либо сигнал определяется в большей степени полосой пропускания прибора.

Соответственно если осциллограф не рассчитан на частоту измеряемого сигнала вы получите либо искаженное подобие, либо вообще непонятную кривую, которая совершенно не соответствует действительности.

Также стоит отметить, что осциллографы бывают одноканальными и с большим количеством каналов. Среди бюджетных распространены одноканальные и двухканальные модели. Несколько каналов позволяют сравнивать сигналы или одновременно наблюдать несколько сигналов, что можно быть необходимо при ремонте или наладке схемы.

Так как осциллограф — это сложный измерительный прибор, то у него есть ряд других параметров, от которых зависит точность измерений, и функций, но в этой статье мы о них упоминать не будем, так как речь пойдет о бюджетных решениях для любителей и начинающих мастеров.

Обзор бюджетных осциллографов

Итак, перейдем к обзорам. Все рассмотренные модели питаются от низкого постоянного напряжения, это значит, что они могут работать как от батареек или аккумуляторов, так и от блока питания с соответствующим напряжением на выходе. Но учтите, что если на выходе блока питания будут сильные пульсации, то и на экране осциллографа вы увидите много шумов и помех. Поэтому пульсации нужно сглаживать с помощью конденсаторов (как электролитических большой ёмкости, так и керамических).

Пожалуй, самый дешевый и народный осциллограф из Китая – это одноканальный 200 кГц осциллограф DSO138. Модель продаётся в виде набора для сборки или в виде уже собранного устройства готового к использованию. Первый вариант несколько дешевле и будет интересен любителям собирать что-либо своими руками. Стоит он около 1000 рублей за собранный вариант, поставляется в виде печатной платы с разъёмами, органами управления и дисплеем. Также встречается в прозрачном корпусе (или корпус продаётся отдельно.

В комплекте идёт щуп с крокодилами на концах. Такой щуп в принципе позволяет измерять низкочастотные сигналы, но не может соперничать с «настоящими» щупами для осциллографов.

Есть версия «DSO138 mini», которая отличается только формой печатной платы и расположением органов управления. У осциллографа есть выход прямоугольного сигнала для настройки щупа, на фото ниже вы можете увидеть его в правом верхнем углу — небольшая перемычка, а на плате нарисован прямоугольный импульс.

Устройство построено на базе ARM микроконтроллера STM32F103C8T6 (32-битный на базе ядра Cortex M3) и имеет такие характеристики:

• количество каналов — 1;

• полоса пропускания – 0-200 кГц;

• частота дискретизации 1 MSa/s;

• полное входное сопротивление: 1MОм/20пФ;

• максимальное входное напряжение: 50 В со щупом 1:1 и 400 В, если щуп с делителем 1:10;

• режимы связи: DC/AC/GND;

• напряжение питания — 9 вольт;

• ток потребления — около 100 мА;

• чувствительность — 10 мВ/дел - 5 В/дел с точностью 5%;

• АЦП — 12 бит;

• диапазон развертки от 10 мкс/дел до 500 сек/дел;

• дисплей — цветной, 2.4 дюйма с разрешением 320x240;

• размер печатной платы — 117*76 мм.

Осциллограф замеряет амплитуду сигнала, его частоту и период, скважность, считает напряжение — максимальное, минимальное, RMS. Также есть возможность настроить по какому фронту синхронизироваться (нарастающему или спадающему). Функции записи в нём нет. Чувствительность регулируется положением двух ползунков SEN1 и SEN2 — множитель и порядок (10 мВ, 0.1В, 1В).

Полоса пропускания в 200 кГц может показаться даже вполне достаточно, но не спешите делать выводы. Обратите внимание, что частота дискретизации составляет всего лишь 1 миллион выборок в секунду. Это в 5 раз больше частоты в 200 кГц, что по определению не позволяет качественно снимать такие сигналы.

Этот осциллограф хорошо себя чувствует в звуковом диапазоне, при выходе за 20 кГц сигнал начинает искажаться, но всё еще остаётся удобоваримым, а выше 50-70 кГц искажения становятся довольно сильными. Развертки в 10 мкс/дел также не особо-то и позволяет разгуляться на высоких частотах, ведь период сигнала с периодом в 100 кГц это уже 10 мкс.

То есть, даже если бы он мог адекватно отобразить осциллограмму сигнала с частотой равной заявленным 200 кГц, то в одной клетке координатной оси на экране было бы 2 периода. Притом что диагональ экрана 2.4 дюйма, а разрешение 320х240 точек – вы даже при желании не сможете нормально разглядеть этот сигнал. В принципе можно «смотреть» простые импульсные источники питания, частота ШИМ, не превышает 50-100 кГц, ниже вы увидите почему.

На иллюстрации выше вы можете наблюдать, как выглядит, а, вернее, как видит этот прибор прямоугольный сигнал на разных частотах, а также то, как изменяется осциллограмма на высоких частотах (сигнал из прямоугольного превращается в искаженную синусоиду). Отмечу что прямоугольный сигнал считается очень сложным, поэтому оценка частоты с его помощью очень даже справедлива.

Обратите внимание на то, что выделено красным. Это цена деления горизонтальной оси, т.е. каждая клеточка — это 10 микросекунд. Это значит, что сильнее растянуть сигнал на экране для более подробного изучения уже не получится, то, о чем я выше и говорил. Если на 60 кГц еще есть очертания прямоугольных импульсов, то на 100, и уж тем более на 200 кГц получается уже непонятно что.

Тем не менее такие характеристики худо-бедно, но позволяют даже применять этот прибор в ремонте компьютерной техники, например, ноутбуков, как авторы следующих роликов.

Есть ряд моделей, которые в какой-то мере являются логическим продолжением DSO138, но отличаются внешним видом и компоновкой, так DSO150 за 1700 рублей, в комплекте которого есть уже неплохой щуп с делителем (фото выше) функционально повторяет предыдущее устройство, но внешне уже более привлекателен и выглядит как готовое устройство. Управление им осуществляется не с помощью набора ползунков, как в предыдущем случае, а 4 кнопками и энкодером. Больше отличий не наблюдается, поэтому не будем на нём останавливаться.

DSO188 – более продвинутый осциллограф на 1 МГц, но также как и предыдущий не имеет памяти и одноканальный. Его стоимость составляет 1600-1900 рублей. Компактный (чуть больше спичечного коробка) и портативный, так как уже питается от аккумулятора – можно не беспокоится о вопросах гальванической развязки с приборами, в которых проводятся измерения. Корпус собран из текстолитовых панелей, но боковые его грани не защищены от попадания посторонних предметов и влаги.

Используются щупы с MMCX разъёмами, в предыдущих были стандартные BNC разъёмы. Это не проблема, потому что обычно поставляется в комплекте с переходником MMCX-BNC. Щуп в комплекте, как и в первой модели – с двумя крокодилами и без делителя.

Его технические характеристики немного превосходят предыдущие варианты:

• количество каналов — 1;

• полоса пропускания – 0-1 МГц;

• частота дискретизации 5 MSa/s;

• АЦП — 12 бит;

• полное входное сопротивление: 1MОм;

• максимальное входное напряжение: 40 В со щупом 1:1 и 800 В, если щуп с делителем 1:10;

• источник питания — встроенный аккумулятор на 230 мА*ч;

• чувствительность — 50 мВ/дел - 200 В/дел;

• диапазон развертки от 2 мкс/дел до 100 мс/дел;

• дисплей — цветной, 1.8 дюйма с разрешением 320x240;

• размеры устройства — 57*34*11 мм.

Логично, что не стоит надеяться измерять сигналы частотой в 1 МГц, однако, частота дискретизации в 5 миллионов выборов в секунду позволит без проблем измерять сигналы в 300-500 кГц, чего уже хватит для ремонта и какой-либо наладки большинства импульсных источников питания. Для точной настройки и лабораторных исследований этот прибор не годится.

Есть полезная функция «стоп кадр». В целом набор параметров, отображаемых на экране (частота, напряжение и т.д.) совпадает с предыдущими моделями. Ниже приведен видеоролик с обзором и тестированием этой модели. К тому же этот видеоролик будет вам интересен, если вы не знаете какая полоса пропускания и частота дискретизации вам нужны, автор об этом подробно рассказывает.

За 1600 рублей – это менее удобный (из-за габаритов, но это дело вкуса), но более функциональный осциллограф, чем тот же DSO150 или 138.

Если выше приведены несколько довольно старых моделей, то следующую на момент написания статьи можно даже назвать новинкой. Это 100 МГц осциллограф Fnirsi 5012H, стоит он около 4600 рублей. Он одноканальный, разъёмы для щупов универсальные — BNC, а сам прибор работает от аккумулятора ёмкостью целых 5000 мАч (согласно другим источникам — 3000 мАч, возможно, зависит от комплектации или ревизии). Поставляется в комплекте со щупом Р6100 с делителем 10х и полосой пропускания до 100МГц.

Корпус устройства пластиковый в жёлтом силиконом чехле, что обеспечивает хоть какую-то защиту от повреждений.

Технические характеристики:

• количество каналов — 1;

• полоса пропускания – 100 МГц;

• частота дискретизации 500 MSa/s;

• АЦП — 12 бит;

• полное входное сопротивление: 1MОм/25пФ;

• режимы связи: AC/DC;

• режим триггера: Single, Normal, Auto;

• типы триггеров: Восходящий/нисходящий пробой;

• курсорные измерения: амплитудные, временные;

• максимальное входное напряжение: 80 В со щупом 1:1 и 800 В, если щуп с делителем 1:10;

• источник питания — встроенный аккумулятор на 5000 мА*ч;

• чувствительность — 50 мВ/дел - 200 В/дел;

• диапазон развертки от 6 нс/дел до 50 с/дел;

• дисплей — цветной, 2.4 дюйма с разрешением 320x240;

• габариты: 114 х 74 х 33 мм, масса: 300 гр.

Такой осциллограф – это относительно недорогое решение для мастерской, реально он может измерять сигналы частотой в 20-30 МГц (и выше – но будет больше искажений), что на пару порядков больше, чем предыдущая в обзоре модель.

Если щуп с делителем, то такого осциллографа хватит для большинства задач в мастерской по ремонту электроники, кому его может не хватить, так это любителям радиостанций. Благодаря наличию встроенного аккумулятора вы можете его использовать, если часто приходится работать на выезде.

Кстати, от этого же производителя есть и другие модели осциллографов, которые стоят дешевле, например, FNIRSI PRO с полосой пропускания в 5 МГц и частотой дискретизации в 20 миллионов выборок. Но стоит он ненамного дешевле, а именно 2500-2600 рублей, поэтому нет особого смысла в такой экономии.

На самом деле модель очень хорошая, но есть пара недостатков:

• нет выхода с калибровочным сигналом (нужен для подстройки щупа);

• всего один канал (хотя не всем критично наличие двух каналов);

• нет возможности подключения к компьютеру.

Ниже приведен ролик, где сравнивают:

JINHAN JDS2022A – это уже двухканальный осциллограф с полосой пропускания в 20 МГц, его стоимость находится в пределах 8000-9000 рублей. Этот прибор внешне напоминает мультиметр, более крупный, чем предыдущий. Питается от сменных аккумуляторов типа 18650. Это удобнее, чем встроенная батарея, поскольку, находясь на работе вне мастерской, если они разрядятся, вы можете быстро заменить их и продолжить работу. Также возможна зарядка через штатный разъём micro-USB, то есть не извлекая аккумуляторы из разъёма.

Технические характеристики:

• количество каналов — 2;

• полоса пропускания – 20 МГц;

• частота дискретизации 200 MSa/s;

• АЦП — 8 бит;

• полное входное сопротивление: 1MОм/25пФ;

• режимы связи: AC/DC;

• режим триггера: Single, Normal, Auto;

• типы триггеров: Восходящий/нисходящий пробой; 

• максимальное входное напряжение: 40 В со щупом 1:1 и 400 В; если щуп с делителем 1:10; 2000 вольт, если щуп 1:100;

• источник питания — 2 сменных АКБ 18650 (идут в комплекте, но может и не быть — зависит от продавца);

• чувствительность — 10 мВ/дел - 5 В/дел (если щуп 1:1, при наличии делителя, умножьте на коэффициент деления);

• диапазон развертки от 10 нс/дел до 5 с/дел;

• дисплей — цветной, 3.2 дюйма с разрешением 320x240;

• габариты: 19,5см * 9,5см 3,7см.

Очень странная ситуация с аккумуляторами — разъёма под них 2, но к схеме подключен 1. При разрядке первого нужно их поменять местами со вторым.

У JINHAN JDS2022A самый большой дисплей среди конкурентов из этого обзора, поэтому он будет удобнее как для выездной работы, так и в домашней мастерской. Измерять может только амплитудное и пиковое напряжение и частоту измеряемого сигнала, но есть режимы, которые позволяют выполнять математические функции с измеряемыми сигналами на разных каналах и, например, изображать фигуры Лиссажу. Реальные тесты показывают, что прямоугольный сигнал он уверенно отображает на частотах до 5 МГц, на 10 МГц искажения довольно сильные, но в целом наличие сигнала увидеть можно.

В этом приборе также нет калибровочного выхода, что доставляет неудобства при работе на выезде — вам нужно брать с собой генератор. Это удобный и качественный осциллограф, а его внешний вид уже непохож на игрушку. Но стоит отметить, что полоса пропускания у него всё же ниже, чем на Fnirsi, а стоит в почти в 2 раза дороже, зато он двухканальный.

Одной из интересных особенностей является возможность сохранять изображение с экрана. В памяти может храниться до 6 скриншотов, которые можно загрузить на компьютер через micro-USB.

Более подробный обзор прибора вы можете посмотреть на видео ниже: 

Есть и одноканальная версия этого прибора, а также двухканальная (один аналоговый и 1 цифровой канал) с генератором сигнала – JDS2023 за 7500-8000 рублей и множество других моделей, основные отличия которых вы видите в таблице, приведенной ниже.

Заключение

Мы рассмотрели несколько популярных моделей китайских осциллографов. Есть и другие приборы, подобные по характеристикам и цене, но приводить абсолютно каждый из них не имеет смысла. Целью этой статьи было показать, на какие модели следует обратить своё внимание при выборе первого осциллографа начинающему мастеру.

Первые две модели в обзоре — бюджетные и не слишком функциональные, последние две – покрывают большую часть любительских и ремонтных нужд. Нельзя сказать конкретно какой лучше, но лично мне нравится Fnirsi из-за возможности измерять относительно высокие частоты.

Если вам нужны еще большие частоты, но нет нужной суммы денег — посмотрите на советские аналоговые осциллографы. Да на них нет возможностей цифровых моделей, таких как запись сигнала или возможности курсорных измерений сигнала в заданной точке, но стоят они значительно дешевле цифровых моделей с аналогичным диапазоном частот.

Неоспоримым достоинством портативных осциллографов, является возможность питания от аккумулятора, а это значит, что никакой гальванической связи с сетью быть не может, поэтому вы не сожжете прибор и вас не ударит током, если вы залезете в сетевое напряжение, при проведении измерений.

Рекомендую еще прочитать:

Что можно сделать с помощью осциллографа

Проведение измерений с помощью осциллографа

Алексей Бартош