Mi van a műhelyben?

Mi van a műhelyben? Mivel mérünk? Mit és miért? Mivel csavarozunk? Mivel forrasztunk? Mit és miért? Ötletszerűen megpróbálkozom elmagyarázni. Ha érdeklődés hiányában nem lesz sikeres, akkor abbahagyom, ha igen akkor folytatom… Fussunk neki.
Az OSZCILLOSZKÓP.
Hogy miért pont ezzel? Erre szakközépiskolai tanárom okító szavait idézve tudnék válaszolni: ” Egy jó műszerésznek az életben való boldoguláshoz két eszközre van szüksége: egy dugóhúzóval kombinált sörnyitóra, és egy oszcilloszkópra.” Kezdjük hát az utóbbival:
Az oszcilloszkóp olyan elektronikus mérőműszer, amely – legáltalánosabb felhasználásakor – elektromos feszültségek időtartománybeli ábrázolására és mérésére szolgál.
katódsugárcsöves (Cathode Ray Tube vagy CRT) oszcilloszkóp
Egy katódsugárcső elektronágyújából kiindulva elektronnyaláb halad a képernyő felé. A katódsugárcső fókuszáló rendszere ezt az elektronnyalábot a képernyő belső felületén egy pontban (eltérítés nélkül a középpontban) gyűjti össze, ezen a helyen a képernyő fluoreszkáló bevonata fényt bocsát ki. A képernyő felé haladó elektronnyaláb egy vízszintes és egy függőleges eltérítő elektródapár között halad el. A vízszintes eltérítő rendszer elektródái közé kapcsolt feszültség hatására a sugárnyaláb az ernyőn vízszintes irányban; a függőleges eltérítő rendszer lemezei közé kapcsolt feszültség hatására pedig függőleges irányban kitér.
Az oszcilloszkóp legáltalánosabban használt üzemmódjában a vízszintes eltérítő lemezpár közé az idővel arányosan növekvő feszültséget kapcsolnak, ennek hatására az elektronsugár (és így az ernyőn világító fénypont) egyenletes sebességgel halad az ernyő bal oldalától a jobb oldaláig. A vízszintes eltérítő feszültséget az oszcilloszkóp eltérítő generátora szolgáltatja, az eltérítés sebessége beállítható. A mérési eredmények az ernyő előtti négyzetháló formájú skáláról olvashatók le. A vízszintes eltérítés sebességét idő/skálaosztás formátumban adják meg. (DIV = division = skálaosztás; a beállítható vízszintes eltérítési sebesség általában néhány sec/DIV és néhány nsec/DIV között változtatható.)

Egyidejűleg a függőleges eltérítő lemezpár közé (megfelelő erősítés után) a vizsgálandó jelet kapcsolják. Így az ernyőn a fénypont vízszintesen az idővel arányosan; ezzel egyidejűleg függőlegesen a vizsgált jel pillanatértékével arányosan térül ki, azaz az ernyőre rajzolja a vizsgált jel feszültség/idő diagramját. (A függőleges erősítő erősítése kalibrált lépésekben változtatható, az “érzékenységet” feszültség/skálaosztás, azaz V/DIV formában adják meg. A függőleges érzékenység szokásos értéke 2-10 mV/DIV és 5-20 V/DIV között változtatható.)
Az ernyő belső felületén elhelyezett fénypor az elektronnyaláb becsapódásakor bocsát ki fényt (fluoreszcencia), majd (általában néhányszor 10 msec-ig) utánvilágít (foszforeszcencia). Így a vizsgált jel feszültség/idő diagramjának egyes pontjai az ernyőn olyan rövid ideig vannak csak jelen, amely nem elegendő a mérés elvégzésére, a skála leolvasására. Az ART (Analog Real Time) oszcilloszkópok úgy hoznak létre az ernyőjükön leolvasható, állni látszó képet, hogy a vizsgált jelnek ugyanazt a szakaszát újra és újra az ernyőre rajzolják olyan ismétlődési sebességgel, hogy az ernyő utánvilágítása illetve az emberi szem tehetetlensége miatt azt úgy látjuk, mint ha folyamatosan az ernyőn lenne. Mindebből következik, hogy az ART oszcilloszkópok csak periodikusan ismétlődő jelek mérésére alkalmasak (ezeknél ismétlődnek csak a jelnek ugyanazon szakaszai). Amikor a vizsgált jel értéke egy beállított feszültségszintet adott irányban átlép, úgynevezett trigger jel képződik, melynek hatására megindul a vízszintes eltérítés. Amikor az elektronsugár az ernyőn vízszintesen végigfutott, rövid idő alatt visszatér az ernyő bal oldalára, és ott várakozik az újabb trigger jel beérkezéséig (a visszafutás és várakozás alatt az ernyőn a fénypont ki van oltva). Az újabb trigger jel akkor keletkezik, amikor a jel ugyanazt a beállított értéket lépi át, ezért a vízszintes eltérítés is a jelnek ugyanannál a szakaszánál indul el ismét.
A nem ismétlődő jelek mérését kezdetben csak hosszú (néhány sec) utánvilágítású katódsugárcsővel tudták megoldani (ilyen katódsugárcsövet használtak pl. a lokátortechnikában is), majd analóg tárolószkóppal.

Analóg tároló oszcilloszkóp
Az analóg tároló oszcilloszkópba külön e célra fejlesztett tároló katódsugárcsövet (és a tárolást működtető áramköröket) építenek be. A tároló katódsugárcső típusától függően néhány másodperctől több óráig képes megtartani az ernyőre rajzolt képet. Ha a tárolás ki van kapcsolva, az oszcilloszkóp ugyanúgy működik, mint az ismertetett ART szkóp. A tárolás bekapcsolásakor az ernyőn megjelenő kép a tárolócső típusától és a beállításoktól függő ideig az ernyőn látható marad, így egyszeri lefutású jelek is vizsgálhatók. Ilyenkor indításra gyakran azt az üzemmódot használják, amikor csak az első trigger jel hatására indul meg a vízszintes eltérítés (single sweep)

Analóg mintavevő oszcilloszkóp
Az oszcilloszkóp (a függőleges erősítőfokozatok áramkörei, de maga a katódsugárcső is) határt szabnak az ernyőn megjeleníthető jel maximális frekvenciájának.

Igen magas frekvenciájú (periodikus) jelek ún. mintavevő oszcilloszkóppal mérhetők. Ezek mérési elve az, hogy a trigger jel után minden periódusban azonos mértékben növelt idő után mintát vesznek a jelből, és e mintákat jelenítik meg a képernyőn. (A mintavételezésnek ezt a módját, tehát amikor a mintavételi időköz nagyobb, mint a periódusidő, nem valós idejű mintavételezésnek nevezik. Az azonos mértékben növelt időközönkénti mintavételezés pedig ekvivalens idejű mintavételezés.) Ha a vizsgálandó jelből a mintát minden ismétlődésnél 1%-kal arrébb veszik, a századik mintánál összeáll a vizsgálandó jel egy teljes periódusa, de a függőleges és vízszintes eltérítő áramkörök csak a vizsgált jel eredeti frekvenciájának 1/100-ad részének megfelelő frekvenciával kell, hogy működjenek.

Digitális mintavevő oszcilloszkóp (DSO)
A digitális technika terjedése az oszcilloszkópok fejlődésére is kihatott. A vizsgálandó jelből (szükség szerinti erősítés után) periódusonként több mintát vesznek (ezt a mintavételezési módot, tehát amikor a mintavételi időköz kisebb, mint a periódusidő, valós idejű vagy real time mintavételezésnek nevezik), majd analóg-digitál átalakítóra (ADC) vezetik. (Jelenleg 8 bites ADC alkalmazása a szokásos, ez 256 jelszint megkülönböztetését teszi lehetővé.) A mintavételi időközönként kapott 8 bites (=1 byte) digitális értékeket rögzítik az oszcilloszkóp memóriájában, amely jelenleg ezertől akár több millió értéket képes tárolni. A tárolt értékeket a memóriából külön áramkör olvassa ki, és jeleníti meg a kijelzőn. CRT oszcilloszkópoknál a digitális értéket először digitál-analóg átalakítóra (DAC) kell vezetni, majd az annak a kimenetén kapott analóg jelet erősítik és vezetik a függőleges eltérítő lemezpárra. LCD (folyadékkristályos) kijelző esetén annak vezérlése is digitális úton történik, ezért DAC-ra nincs szükség. Az oszcilloszkópon ábrázolható jel maximális frekvenciája elvileg (Shannon mintavételi tétele alapján) a mintavételi frekvencia fele, gyakorlatilag azonban szinuszos jel vizsgálatánál is csak a mintavételi frekvencia ötöde. Jelenleg az 1…2 GS/s (GigaSample/sec) mintavételi gyakoriság a szokásos, az ilyen oszcilloszkópokkal akár 200…400 MHz-es szinuszos jelek is vizsgálhatók.

Mivel a vizsgált jelből vett minták a memóriában eltárolva (az oszcilloszkóp kikapcsolásáig korlátozás nélkül) rendelkezésre állnak, a digitális mintavevő szkóp egyúttal tárolószkóp is.

A memóriában tárolt digitális értékekkel végzett vizsgálatok, matematikai műveletek révén a digitális oszcilloszkóp olyan szolgáltatásokat is nyújt, amelyekre az analóg oszcilloszkóp nem képes (pl. a memóriában tárolt értékek alapján utólag választja ki a trigger időpontot, és a trigger esemény előtti jelalak is megjeleníthető a kijelzőn). A jelenleg általános 8 bites felbontás érzékelhetően gyengébb, mint az analóg oszcilloszkópé, de a digitális technika világában megfelelőnek bizonyult.

A digitális jeltárolás ill. működtetés lehetővé teszi a számítógéppel való kapcsolatot. Az oszcilloszkóp memóriájában tárolt adatok, a kijelzőn megjelenő ábra, a kezelő szervek beállításai adathordozóra (pendrive) menthetők, az adatok, beállítások a memóriába visszatölthetők.

Persze ez olyan wikipédiás megközelítés. Olyan általános.
Olyan próbaféle.