Oscilloscoop tutorial

Gepost door Jeroen Vreuls op zondag 3 oktober 2010

Knoppen en functies

Meestal zit er een flink aantal knoppen op zo'n ding. De belangrijkste zijn de Volt/divisie en Time/divisie knop. Daarmee stel je de trace zo in dat deze binnen het scherm blijft. Die Volts/Div bediend de Y-versterker en verzwakkers. De time/div bedient de tijdbasis of X versterker. De tijdbasis is een zaagtand generator die de trace bij een analoge scoop van links naar rechts over het scherm schrijft door de electronen straal af te buigen via deflectie platen. Bij een digitale heeft het niets meer met dat principe te maken maar het resultaat voor de gebruiker is gelijk.

X/Y mode op de oscilloscoopX/Y mode op de oscilloscoop

Veel scopen hebben een X,Y stand. Dat is handig om bijvoorbeeld de modulatie van een signaal te testen of een curvetracer of sweepgenerator aan te sluiten. Een van de twee Y ingangen wordt dan als X gebruikt.

Verder een boel knopjes voor triggering of diverse menu functies, kiezen van ingang, aan en uit zetten van traces en soms nog dingen als een delayed tijdbasis of het bedienen van cursors.

Er zijn scopen met 1, 2 of meer ingangen. Dat heet dan bijvoorbeeld een twee kanaals scoop. Vaak heeft zo'n scoop maar één tijdbasis. Om twee kanalen tegelijk te gebruiken hebben ze dan functies als add, diff of chop en alt. Bij add worden de traces bij elkaar opgeteld. Je ziet dus de som, bij diff zie je het verschil en bij chop en alt zie je twee traces tegelijk. De scoop switched heel snel steeds tussen kanaal 1 en 2. Er zijn ook zogenaamde dual beam scopen, dat is dus iets anders als dual channel. Deze hebben twee tijdbasissen, dus ook twee knoppen daarvoor. Dat is beter maar niet het meest gebruikelijk. Ook bij digitale scopen speelt dit. Die hebben een bepaalde sample snelheid maar bij twee kanalen verdelen ze die capaciteit ook over twee kanalen. De sample snelheid en geheugen capaciteit wordt dus gehalveerd per kanaal.

Verder hebben analoge scopen knoppen voor helderheid, gratitude verlichting, focus (scherpstellen), trace rotation of alighnment (trace horizontaal) en astigmatie (ivm de rondheid van de spot). Bij digitale scopen speelt dat niet. Daar heb je vaak menufuncties voor contrast en kleur.

Delayed tijdbasis

Dit moet je zien als een soort zoom functie. Bij een digitale scoop is dat software matig. Met een knop highlight je een deel van de trace en op de tweede trace wordt dat dan vergroot weergegeven.

Delayed tijdbasis: highlight van een deel van de traceDelayed tijdbasis: highlight van een deel van de traceDelayed tijdbasis: inzoomen op een deel van de traceDelayed tijdbasis: inzoomen op een deel van de trace

Deze functie is soms redelijk complex en heeft dan nog verschillende sub functies. Niet veel mensen weten hoe het werkt of gebruiken het maar het is een handige functie. Ook zit er vaak een x5 of x10 knop op. Soms alleen voor X maar soms ook voor Y. Bij digitale scopen is dit meestal een menu functie.

Calibrator

Een scoop heeft meestal voorop een uitgang zitten waar een blokgolf op staat. Dat kun je gebruiken om je probe te compenseren. In het manual staat hoe dat moet. Het komt er op neer dat je blokgolf er dan uitziet zoals hierboven. Goede hoogfrequent probes hebben daar twee stelschroefjes voor. Je moet een probe altijd compenseren voor de ingang van je scoop. Een calibrator kan je ook mooi gebruiken om bij aankoop wat basis functies van de scoop te testen.

Triggering

Een heel belangrijke eigenschap. Zonder triggering zie je een signaal voorbij lopen of meerdere beelden door elkaar. Het is echter ook het meest complexe deel van de scoop. Veel triggerfuncties maakt het mogelijk moeilijke signalen toch stil op beeld te krijgen. Digitale scopen hebben daar veel software functies voor maar hebben wel de neiging een wat "dansend" beeld te geven. Dat heet jitter. Door de samplerate te stellen en average te kiezen kun je dat wat verbloemen. Analoge scopen hebben er weinig last van. Hoe goedkoper de digitale scoop, hoe meer kans op jitter. Vaak is er naast interne triggering op line (50Hz), instelbaar triggerpunt of nog andere opties ook een auto functie en een externe trigger ingang.

In de specs staat meestal wat het trigger bereik is. De scoop kijkt op een bepaald punt van de amplitude, positief of negatief en als daar de juiste waarde voorbij komt begint de trace daar. Er zijn vaak ook weer opties om vandaar uit te vertragen zodat je gewenste puls niet links op het randje staat maar midden in beeld komt. Dat is wel het sterke punt van digitale scopen met veel geheugen. Dat geheugen bepaalt wel heel veel van de prijs. Het geheugen moet eigenlijk heel erg snel zijn en liefst veel. Een dure Agilent heeft wanstaltig snel en duur geheugen, een budget scoop gebruikt gewoon standaard geheugen en beperkt zo de papieren specs vaak in de praktijk. Dat is het zelfde als heel traag geheugen in een heel snelle pc. Het blijft bijvoorbeeld een 2GHz maar de prestaties blijven achter.

Sampling

Het principe van sampling is, heel in het kort, dat je een repeterend signaal een aantal keer per cyclus gaat meten in amplitude. Er zijn verschillende manieren om dat te doen. Uiteindelijk wordt er uit die informatie het originele signaal terug gewonnen. Je bent dan wel alle incidentele fenomenen kwijt. Niet iedere manier is even goed en er wordt nu bij de digitale scopen ook flink met niets zeggende commerciële termen gestrooid. Zoals equivalent sampling time. Het gaat juist om de real time sample rate en de average mogelijkheden. Hoe meer punten in een cyclus hoe beter de "long time" reconstructie. De sample rate wordt in aantal samples per seconde opgegeven. Een 1GSa/s scoop is dus geen 1GHz scoop. Bij 1GHz kan de scoop net 1 sample per cyclus nemen, dat schiet niet op. Die sample rate moet vaak ook verdeeld worden over de kanalen. Let daar ook op, geven ze het totaal aan, of per kanaal.

Analoge sampling op een Philips PM3410 oscilloscoopAnaloge sampling op een Philips PM3410 oscilloscoop

Er zijn ook analoge sample scopen. Hierbij kun je mooi de puntjes zien die gesampled worden. Zoals hierboven bij de PM3410 1GHz sampling scope uit 1968. Als je een andere sample rate kiest liggen de puntjes nog veel verder uit elkaar. Maar houd in de gaten dat dit geen spelfout is. Deze scopen werden wel in bandbreedte op gegeven. Dit is dus een 1GHz en niet 1GSa/s scoop. Deze kan stijgtijden van 250pS aan. Hij kan echter met audio totaal niet overweg.

Display geheugen

Vertical resolution, dit is de geheugen diepte van de scoop. Minimaal 8 bit. De meetfuncties worden bij budget scopen meestal berekend uit het display geheugen. Dat kan dus nog weleens afwijken. 2 cijfers achter de komma zegt dan niet zoveel. Een goede test is het om een signaal te meten en dan de trace op de X en Y as te verschuiven. De meetwaarden (spanning, frequentie en stijgtijd) moeten dan gelijk blijven.

Probes

Bij een scoop gebruik je meestal probes. Die zijn er in nog meer soorten dan scopen. Ten eerste moet de bandbreedte passen bij het gebruik en bij de scoop. Dat kun je op de zelfde manier testen als bij de scoop. Een scoop heeft een bepaalde ingangsweerstand en capaciteit. Een probe moet op die ingang aangepast worden. Daarom staat de capaciteit ook op de probe vermeld. Op de probe zit een schroefje wat je kan verstellen om hem te compenseren, zoals dat heet. Hoe dat moet staat in het manual. Een heel goede probe heeft er twee. Een voor hoge en een voor lage frequenties. Een probe zonder compensatie mogelijkheden is bagger (of iets heel speciaals).

Ten tweede zijn er verschillende verhoudingen. 1:1 of 10:1 zijn de meest voorkomende. Vaak omschakelbaar. Handig, maar een vaste 10:1 probe is beter voor hoge frequenties. Ook hier geldt weer dat de spanningsbestendigheid veranderd met de frequentie. Verder zijn er actieve probes, stroomprobes, high-Z probes, hoogspanningsprobes, differentieel probes enzovoort.

Let er op dat bij een scoop de juiste probes zitten. Vaak is een gebruikte scoop zonder probes en bij een 200MHz scoop horen dus 200MHz probes. Tweedehands probes vindt je niet veel dus vaak betekent dat nieuw kopen en dan kan de prijs van de probes wel eens die van de scoop overtreffen.

Plugins

Even een zijsprong over plugins mocht je een Tektronix 5XX, 5000 of 7000 serie vinden. Bij een 100MHz scoop horen 100MHz plugins. Soms zie je dan een 20MHz plugin erin, de eigenaar heeft de snelle en duurdere plugins dan zelf gehouden.

Opties

Scopen van grote merken waren/zijn leverbaar met opties. Laat je daar niet door verleiden als je niet weet wat ze inhouden. Het is niet altijd een extraatje, er waren ook opties waarbij bepaalde functies vervielen of onhandige functies zoals een 75 Ω ingang ipv 50 Ω.

Manuals

Manuals en documentatie zijn een pré. Van veel scopen zijn manuals te vinden op het net maar veel scopen zijn jaren lang gemaakt en er zijn dan veel veranderingen. Het originele boek bevat in ieder geval de juiste schema's. Van Tek en HP zijn volop gratis manuals te vinden. Van Philips wordt het een stuk lastiger behalve de populaire modelen. Hameg is meestal geen probleem. Van de vele Japanse merken of eigen-label scopen wordt vaak lastig.

Bakerpraatjes en diversen

Ook hier zie je ze, van een oud vrouwtje geweest, altijd binnen gestaan. Een scoop van 30 jaar die weinig gebruikt is komt wel voor maar vergeet niet dat 30 jaar geleden die dingen erg duur waren. Die kocht je niet even in een opwelling om hem daarna in de kast te zetten. Meestal heeft het apparaat zijn eerste jaren regelmatig zo niet dagelijks bij een bedrijf aangestaan om afgeschreven uiteindelijk bij een hobbyist te belanden.

Dus een bijna niet gebruikte scoop op leeftijd altijd wantrouwig bekijken. Het komt ook voor dat ze 25 jaar of zo ergens op zolder hebben gestaan. Dan nog kunnen ze 5 of 10 jaar intensief gebruikt zijn maar speelt er nog wat anders. Onderdelen verouderen en verlopen en als de verkoper het ding zo plompverloren in het stopcontact heeft geduwd (en de scoop dat overleefd heeft) voor de foto, betekent dat voor jou dat je binnenkort de elco's kunt vervangen. Kijk ook of er nog genoeg licht in de buis zit. Draai even de helderheid helemaal open. Doe dat maar heel kort. De trace moet dan aardig het beeld overstralen, echt te fel om bruikbaar te zijn. Met de knop halverwege moet het beeld al heel goed zichtbaar zijn. Ziet de trace er normaal bruikbaar uit bij de maximale helderheid dan is de buis al aardig op aan het raken.