Tektronix TBS2104 – oscyloskop dla edukacji

 

tek_tbs2104_fotatyt2

Trudno sobie wyobrazić, aby w dzisiejszych czasach absolwenci szkół technicznych nie potrafili obsługiwać oscyloskopu. Nie jest to jednak umiejętność nabywana genetycznie, trzeba się jej jakoś nauczyć. Wychodząc naprzeciw nauczycielom prowadzącym odpowiednie laboratoria i pracownie Tektronix opracował specjalną, przeznaczoną dla potrzeb edukacji rodzinę oscyloskopów cyfrowych. W ofercie jest już rodzina TBS2000, a należący do niej model TBS2104 przedstawiono w artykule.

doart_tespol

Dla doświadczonych elektroników sztuka obsługi oscyloskopu cyfrowego wydaje się tak naturalna jak jazda na rowerze. Ale nie zawsze początki są łatwe i lekkie. Świadome korzystanie nawet ze średnio skomplikowanego oscyloskopu cyfrowego wymaga choćby elementarnej wiedzy na temat jego budowy i zasady działania. Zakładamy, że etap poznawania teorii młodzi adepci elektroniki mają już za sobą, i są na tyle wyedukowani, że mogą przystąpić do zajęć praktycznych. Najlepszą ich formą będzie wykonanie serii doświadczeń, pomiarów i eksperymentów, w których oscyloskop będzie podstawowym narzędziem pomiarowym. Taki skrócony i przyspieszony kurs przejdziemy wraz z Czytelnikami wykonując kilka przykładowych pomiarów. Jako narzędzie pomiarowe posłuży nam oscyloskop Tektronix TBS2104, który jest w zasadzie normalnym przyrządem pomiarowym, wyróżnia go jednak pewien specyficzny przycisk widoczny na płycie czołowej. O tym, jaką funkcję ów przycisk pełni można przeczytać w dalszej części artykułu, wcześniej przyjrzymy się oscyloskopowi traktując go jako typowy przyrząd pomiarowy.

 

Charakterystyka oscyloskopu TBS2104

Oscyloskop TBS2104 to dobry oscyloskop średniej klasy, wyposażony w cztery kanały pomiarowe pozwalające na obserwację przebiegów w paśmie do 100 MHz, z próbkowaniem 1 GSa/s i rekordem max. 20 Mpunktów. Już przy pierwszym kontakcie rzuca się w oczy duży, można wręcz powiedzieć ogromny, jak na tę klasę przyrządów, wyświetlacz LCD o przekątnej 9 cali i rozdzielczości WVGA. Tektronix od lat stara się utrzymywać pewien określony wygląd swoich urządzeń, co ma stanowić zewnętrzną cechę wyróżniającą wyroby własne od wyrobów innych producentów. I tak jest w przypadku TBS2104, z tym że tradycja ta została nieznacznie przełamana czarną maskownicą otaczającą wyświetlacz. Względy estetyczne nie wpływają oczywiście w najmniejszym stopniu na cechy funkcjonalne oscyloskopu. Nie bez znaczenia natomiast dla użytkowników, szczególnie związanych z edukacją, jest aż 5-letnia gwarancja.

Duży ekran, a właściwie jego proporcje wymusiły podział osi poziomej wyświetlacza na 15 działek, a pionowej na 10. Dzięki takim proporcjom można obserwować o 50 procent więcej sygnału niż w typowych przyrządach. Tak przynajmniej sprytnie akcentuje to producent w specyfikacji technicznej. Należy jednak sprawiedliwie dodać, że jest to prawda przy cichym założeniu, że standardem jest ekran o proporcjach zbliżonych do kwadratu, co dzisiaj powoli przestaje już być typowym rozwiązaniem.

Kolejna cecha, przed którą należy pochylić czoła, to wejścia pomiarowe. W oscyloskopie TBS2104 są one przystosowane do współpracy z pasywnymi i aktywnymi sondami napięciowymi i prądowymi, a także z sondami różnicowymi. Zastosowano interfejs TekVPI, dotychczas dostępny w wyższych seriach oscyloskopów firmy Tektronix. Dzięki niemu oscyloskop jest w stanie automatycznie rozpoznać typ dołączonej sondy, programowo ustawić jej stopień podziału, a w przypadku sond prądowych wykonać ich rozmagnesowanie z poziomu definiowanych wirtualnie przycisków oscyloskopu, bądź zdalnie z PC. Jeśli w danym kanale mierzona jest inna wielkość niż napięcie, można ustawić odpowiadającą jej jednostkę. Oscyloskop TBS2104 wyposażono w gniazda USB (Host i Device), LAN 10/100 Mb/s oraz AUX Out.

Popatrzmy teraz, czy dostępne funkcje pomiarowe i czynności manualne związane z obsługą oscyloskopu TBS2104 różnią się w jakimś stopniu od innych przyrządów tego typu. Spodziewamy się, że różnic takich nie będzie, wszak ma to być ogólna nauka korzystania z oscyloskopu. Pomijamy przy tym ewentualne niuanse spotykane w wyrobach różnych producentów.

Zaczynamy od rozkładu elementów regulacyjnych na płycie czołowej (fot. 1). Mamy dość typowy podział na takie sekcje jak: nawigacja, zasoby, elementy regulacyjne toru poziomego, wyzwalanie i odchylanie pionowe. Odchylanie jest oczywiście terminem umownym, jednak często stosowanym jako odniesienie do starych oscyloskopów analogowych. Poszczególne sekcje są wyraźnie zaznaczone stosownym opisem i linią zakreślającą obszar każdej z nich. W górnej części płyty czołowej można jeszcze wyróżnić kilka przycisków, które nie zaliczają się do żadnej z wymienionych grup.

Jednym z najważniejszych elementów regulacyjnych oscyloskopu jest wielofunkcyjne pokrętło z przyciskiem znajdujące się w sekcji nawigacyjnej („Navigation”). Jest ono wykorzystywane w wielu różnych sytuacjach, takich jak wybieranie opcji menu czy przesuwanie kursorów ekranowych. Wokół niego rozmieszczono również przyciski związane z powiększaniem oscylogramu i funkcjami wyszukiwania. Pewną niewygodą jest zmieniająca się w różnych sytuacjach czułość tego elementu. Czasami nawet niewielkie muśnięcie pokrętła powoduje akcję, ale zdarza się też, że nawet wykonanie półobrotu nie wywołuje żadnej reakcji.

W sekcji „Resources” umieszczono cztery przyciski wykorzystywane do uruchamiania pomiarów automatycznych, zapisywania oscylogramów i konfiguracji w pamięci USB, wybierania opcji użytkowych oraz przywracania nastaw fabrycznych. Ostatnia z tych funkcji będzie zapewne często wykorzystywana przez niedoświadczonych użytkowników (uczniów lub studentów). Dość nietypowo przebiega procedura wybierania pomiarów automatycznych. Po naciśnięciu przycisku Measure na ekranie zostają wyświetlone wszystkie możliwe opcje w postaci kafelków, z których zawsze jeden jest podświetlony. W dolnym rogu ekranu pojawia się graficzne wyjaśnienie wybranego pomiaru. Dopisanie danej pozycji do listy wykonywanych pomiarów polega na podświetleniu wybranego kafelka za pomocą pokrętła uniwersalnego i naciśnięciu skojarzonego z nim przycisku (rys. 1).

Rys. 1. Okno wyboru pomiarów automatycznych
Rys. 1. Okno wyboru pomiarów automatycznych

Sekcja „Horizontal” zawiera pokrętło regulacji podstawy czasu, pokrętło przesuwu poziomego oscylogramu oraz przycisk opcji związanych z akwizycją. W specyfikacji technicznej oscyloskopu TBS2104 można przeczytać, że szybkość próbkowania jest równa 1 GSa/s. Doświadczeni użytkownicy wiedzą jednak, że parametr ten jest zależny od wybranej podstawy czasu. Najwyższa szybkość 1 GSa/s jest osiągana jedynie dla najszybszej podstawy czasu, czyli 1 ns/dz. Wyjątkiem jest akwizycja w trybie „Peak Detect”, w której próbkowanie przebiega zawsze z szybkością maksymalną. Parametr ten ponadto zależy od tego, które kanały pomiarowe zostały włączone. Współdzielone z przetwornikiem analogowo-cyfrowym oscyloskopu są kanały 1 z 2 i 3 z 4. Jeśli więc wykorzystywane są dwa kanały, warto dołączać sondy do tych kanałów, które nie są współdzielone, np.: 1 i 3, 1 i 4, 2 i 3 lub 2 i 4. Każda inna kombinacja oraz każde zwiększenie liczby wykorzystywanych kanałów zmniejszy szybkość próbkowania 2-krotnie.

W podstawowej wersji oscyloskopu dostępne są trzy najczęściej spotykane w oscyloskopach tryby: Simple, Peak Detect i Average. Po podświetleniu kolejnej pozycji menu możliwe staje się ustalenie długości rekordu w zakresie od 2000 do 20 Mpunktów z opcją Auto. Zasada doboru długości rekordu to temat na szerszą dyskusję. W tym miejscu wystarczy zauważyć, że od tego parametru zależy liczba szczegółów przebiegu zapisanych w każdym cyklu akwizycji (rys. 2). Oczywiste jest jednak, że wraz ze zwiększaniem rekordu wydłuża się też czas akwizycji. Dobrą radą dla mniej doświadczonych użytkowników jest korzystanie z opcji Auto, co powinno okazać się optymalnym wyborem w większości przypadków.

Ostatnia opcja układu akwizycji przełącza tryb pracy z normalnego na XY (rys. 3). Należy korzystać z par kanałów 1 i 2 oraz 3 i 4. Niemożliwe jest więc wykreślenie wykresu XY używając np. kanału 1 i 3. Zachowując natomiast powyższą zasadę można jednocześnie wykreślić dwa wykresy XY.

Rys. 2.Wpływ długości rekordu na wygląd oscylogramów
Rys. 2.Wpływ długości rekordu na wygląd oscylogramów
Rys. 3. Praca w trybie XY
Rys. 3. Praca w trybie XY

O autorze

Jarosław Doliński
Jarosław Doliński jest absolwentem Wydziału Elektroniki na Politechnice Warszawskiej. Pracował w Przemysłowymi Instytucie Telekomunikacji oraz Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, gdzie zajmował się konstruowaniem urządzeń transmisji danych. Współpracował z Zakładem Urządzeń Teatralnych m.in. w zakresie konstrukcji interkomów teatralnych i urządzeń dla inspicjentów. Brał także udział w pracach projektowych rejestratorów urządzeń wiertniczych i elektroniki montowanej na żurawiach mobilnych. Obecnie prowadzi firmę zajmująca się konstruowaniem i produkcją urządzeń elektronicznych dla rehabilitacji i wspomagania treningu sportowego. Jest autorem czterech książek poświęconych elektronice i mikrokontrolerom, współpracuje ponadto z miesięcznikami „Elektronika Praktyczna”, „Elektronik” oraz „Świat Radio”.