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.

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

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. 3. Praca w trybie XY