Měřicí sondy byly před měřením i v jeho průběhu kompenzovány kompenzačním generátorem jednotlivých osciloskopů, aby se předešlo zkreslení charakteristik. Měření bylo prováděno na počítači PC AMD K5/166 MHz, 32MB RAM se software SCOPE verze 1.40 pod operačním systémem Windows 98.
K hardware mám několik postřehů z měření:
Za prvé, patrná je absence ovládacího prvku, který by uzemnil jednotlivé vstupy bez rozpojení obvodu, aby uživatel mohl zkalibrovat vertikální posunutí stopy na stínítku. To je běžné i v analogových, natož v číslicových osciloskopech.
Za druhé, při běžném používání osciloskopu omezuje jeho použití poměrně malá citlivost vstupů (min. 50 mV/dílek). Ovšem uvědomíme-li si, že prostředí PC je "to nejlepší, jak zarušit úplně všechno kolem dokola", pak při vyšší citlivosti by již bylo nutné použít speciální magnetické stínění všech analogových obvodů, což by konstrukci dost prodražilo.
Osciloskopické karty do PC mají obecně tu nevýhodu, že je nelze samotné umístit co nejblíže měřenému objektu. To vyžaduje, aby byl počítač, v němž jsou zasunuty, položen např. na pracovním stole, nebo použití dlouhých měřicích sond. Firma ETC dodává dvoumetrové měřicí sondy, které by tento problém měly částečně eliminovat (na jejich WWW serveru jsem však o těchto sondách nenašel ani zmínku). Bohužel samotné měřicí sondy nejsou součástí dodávky osciloskopu, proto se nákup měřicího kompletu prodraží ještě o cca 2000 korun.
A) Vertikální systém:
A.1. Ověření citlivosti pro oba vstupní kanály
Toto měření testuje linearitu AD převodníku a chybu vstupních zesilovačů.
Měření jsme prováděli sinusovým signálem 1kHz s napětím Upp
rovným nastavené citlivosti. Zobrazená hodnota byla opět měřena jako napětí
Upp. Měření jsme provedli pro každý vertikální díl stupnice.
| Citlivost nastavená [V/díl] |
Citlivost změřená, kanál A [V/díl] |
Odchylka [%] |
Citlivost změřená, kanál B [V/díl] |
Odchylka [%] |
| 50m | 50m | 0 | 50m | 0 |
| 100m | 100m | 0 | 103m | 3 |
| 200m | 203m | 1,5 | 200m | 0 |
| 500m | 515m | 3 | 500m | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 2 | 2 | 0 | 2 | 0 |
Zhodnocení: Manuál udává maximální odchylku +/-2,5%, z námi naměřených hodnot jsme vypočetli odchylku až 3%, což je ale (viz tabulka) spíše výjimečný případ a může být způsoben náhodnými vlivy při měření.
A.2. Kmitočtová charakteristika osciloskopu
Kmitočtová charakteristika je důležitým parametrem osciloskopu. Umožňuje stanovit zkreslení velikosti amplitudy harmonického signálu nebo tvaru a amplitudy neharmonického signálu a zajišťuje použitelnost osciloskopu v určité kmitočtové oblasti.
Měření jsme provedli ve dvou fázích. V první (kmitočty 0,5 Hz až 15 MHz) jsme jako
zdroj signálu pro měření použili generátor HP 33120A, ve druhé fázi pak
analogový sinusový generátor 100kHz až 400MHz. Vzhledem k tomu, že jsme neměli k dispozici
vysokofrekvenční voltmetr, měření jsme pojali jako srovnávací, jako referenci jsme
použili digitální osciloskop HP 54645D MegaZoom. Měření jsme provedli se stejnosměrnou i se
střídavou vazbou.
| Přístroj: | M221 | M221/ref. | Přístroj: | M221 | M221/ref. |
| Kmitočet [Hz] |
Odchylka AC/DC [dB] |
Odchylka DC/ref. [dB] |
Kmitočet [Hz] |
Odchylka AC/DC [dB] |
Odchylka DC/ref. [dB] |
| 0,5 | -0,282 | nedet. | 20000 | 0,000 | 0,146 |
| 1 | -0,093 | 0,236 | 31500 | 0,000 | 0,095 |
| 2 | -0,046 | 0,236 | 50000 | 0,000 | 0,047 |
| 3,15 | -0,046 | 0,284 | 100000 | 0,000 | -0,002 |
| 5 | 0,000 | 0,284 | 200000 | 0,047 | -0,002 |
| 10 | 0,000 | 0,236 | 315000 | 0,000 | 0,094 |
| 20 | 0,000 | 0,284 | 500000 | 0,000 | 0,141 |
| 31,5 | 0,000 | 0,284 | 1000000 | 0,000 | 0,141 |
| 50 | 0,000 | 0,236 | 2000000 | 0,000 | 0,140 |
| 100 | 0,000 | 0,332 | 3150000 | 0,000 | 0,140 |
| 200 | 0,000 | 0,382 | 5000000 | -0,094 | 0,046 |
| 315 | 0,000 | 0,332 | 10000000 | -0,094 | -0,494 |
| 500 | 0,000 | 0,382 | 15000000 | 0,000 | -0,768 |
| 1000 | 0,000 | 0,332 | 20000000 | 0,000 | -1,126 |
| 2000 | -0,093 | 0,382 | 31500000 | 0,000 | -0,320 |
| 3150 | 0,000 | 0,332 | 50000000 | 0,000 | -1,136 |
| 5000 | 0,000 | 0,382 | 100000000 | 0,000 | -1,377 |
| 10000 | 0,000 | 0,289 | 200000000 | 0,000 | 3,304 |
Zhodnocení: Vyjdeme-li z předpokladu, že referenční přístroj je přesný, pak největší odchylka v kmitočtové charakteristice je 1,377 dB na kmitočtu 100 MHz, což je v toleranci +/-3dB. Srovnání střídavého a stejnosměrného rozsahu jsme provedli proto, abychom otestovali kvalitu oddělovacího kondenzátoru a přepínače. Rozdíl mezi napětím změřeným stejnosměrnou vazbou a střídavou vazbou je maximálně 0,094 dB. Zhodnocení jsme provedli pro měřenou charakteristiku v kmitočtovém pásmu udaném v manuálu.
A.3. Oddělení kanálů
Tento parametr určuje, zda nedochází k ovlivnění signálu jednoho kanálu signálem z druhého měřeného kanálu.
Oddělení kanálů jsme měřili na kmitočtech 1kHz a 1MHz. Při měření jsme nezohlednili
vlastní šum kanálů. Na obou kanálech bylo zapnuto digitální
stínění s koeficientem x4. Výsledky jsou obsaženy v tabulce.
| Kmitočet | ||
| Kanály | 1 kHz | 1 MHz |
| Oddělení z A (zdroj) do B [dB] | 65,4 | 62,1 |
| Oddělení z B (zdroj) do A [dB] | 65,3 | 62,1 |
Zhodnocení: Oddělení kanálů jsme změřili minimálně 62,1 dB (na kmitočtu 1 MHz, včetně vlastního šumu). V manuálu uvedenou hodnotu 40 dB tedy spolehlivě o řád předčilo.
A.4. Vstupní odpor kanálů
Údaj vstupního odporu a kapacity je důležitý při volbě měřicí sondy. Nepřesnost vstupního odporu způsobí změnu dělicího poměru sondy a tím chybu v zobrazení hodnoty vstupního napětí. Malý vstupní odpor zase zatíží měřený obvod a tím změní jeho parametry. To samé platí o velké vstupní kapacitě, zvláště pro vysoké kmitočty. Veliká kapacita vstupu způsobuje i prodloužení hran signálu.
Měření bylo vzhledem k nedostupnosti automatického RLC mostu provedeno stejnosměrně při vazbě DC.
Změřili jsme stejnosměrný odpor obou kanálů, kapacitu bohužel nikoli.
| Kmitočet | DC | |
| Kanál A | R=1,04 MOhm | C=? |
| Kanál B | R=1,11 MOhm | C=? |
Zhodnocení: Manuál udává maximální odchylku vstupního odporu -5%, +15%. Námi změřená maximální odchylka činí 11%, což je v toleranci napsané v manuálu. Kapacitu jsme neměřili.
B) Horizontální systém
B.1. Stabilita časové základny při přímém i náhodném vzorkování
Při měření jsme nezjistili pozorovatelnou odchylku od vzorkovací frekvence na žádném z přímo vzorkovaných rozsahů. V režimu náhodného vzorkování jsme pozorovali odchylku výjimečně +/-1 dílek. Jako referenci jsme použili digitální osciloskop HP 54645D MegaZoom.
B.2. Práh spouštění
Tato hodnota udává, při kterém napětí nebo jeho změně na vstupu se osciloskop
zasynchronizuje a zobrazí změřený signál. Synchronizace tedy slouží k
ustálení obrazu na displeji.
| Externí vstup | 1,129V |
| Interní vstupy | V celém zobrazeném rozsahu, stabilní cca od napětí, které je tvořeno 0,2 dílku při každé citlivosti |
Zhodnocení: Možnosti externího spouštění jsme hodnotili sinusovým signálem o kmitočtu 1 kHz. Externí vstup reagoval již na výše uvedené napětí, v manuálu je hodnota 1,2V. Interní vstupy jsme hodnotili v průběhu měření kmitočtové charakteristiky. Stabilní synchronizace nastává při napětí Upp od cca jedné pětiny dílku v celém zobrazeném rozsahu.
B.3. Kompenzační generátor
Tento generátor je určen ke kompenzaci měřicí sondy. Jeho výstupem je
obdélníkový průběh s co nejostřejšími hranami a rovnými základnami
bez zákmitů. Kompenzace sondy spočívá v dostavení správného poměru
kapacity sondy a osciloskopu (přesně v opačném poměru k odporům sondy a osciloskopu) tak, že na displeji se
měřený obdélník zobrazí bez překmitnutí nebo nedokmitnutí.
| Napětí Vpp | 20,937V |
| Kmitočet | 1,156kHz (865us) |
| Náběžná hrana (10-90%) | 13,0us (vč. chyby osciloskopu a sondy) |
| Sestupná hrana (90-10%) | 15,3us (vč. chyby osciloskopu a sondy) |
| Střída | 0,9:1 |
| Výstupní odpor | 1,06 kOhm |
Zhodnocení: Údaje uvedené v manuálu jdou uvedeny jako orientační
(výstupní napětí cca 20Vš-š, střída cca 1:1, perioda signálu cca
850 us, výstupní odpor 1kOhm). Námi naměřené hodnoty se příliš
neliší, je však patrné, že kompenzační generátor nelze použít pro
kalibraci osciloskopu, ale jen pro kompenzaci měřicích sond.
5. Dokumentace - návod k použití
K návodu není co dodat. Je napsán a navržen velmi pečlivě, popisuje přehledně všechny
možnosti nastavení a ovládání karty i software. Je pravda, že na čtenáře klade
menší požadavky na znalost problematiky měření s osciloskopem, ale je přehledný a člověk
zvláště ocení, že v něm jsou označeny a vyzdviženy tipy pro pohodlnou práci s
tímto zařízením.
6. Závěr
Tento číslicový osciloskop má nesporně většinu výhod klasických digitálních osciloskopů. Mám však při jeho používání několik výhrad (uvedených v textu výše), které se týkají jak hardware, tak i software. Je pravda, že tyto výhrady měli i uživatelé, kteří se setkali s modulem M221 dříve a na jejichž připomínky reagovali pracovníci firmy ETC vývojem dalších měřicích přístrojů.
Digitální osciloskop M221 až na výše uvedené výhrady plně uspokojí člověka, který jej využije ve své profesi (například při vývoji a opravách elektronických zařízení), v hobby či jinde. Provedené testy dokazují, že výrobce dostojí parametrům uvedeným v dokumentaci, tzn. nelze od něho čekat o moc více, ale také o nic méně. Svojí cenou se řadí do low-end oblasti, ale jeho parametry (ve srovnání s dalšími testovanými osciloskopickými kartami) jsou srovnatelné se stolními digitálními měřicími přístroji několikrát dražšími. Jeho koupi tedy doporučuji lidem, kteří vystačí s jeho možnostmi, ale nemají desítky tisíc na stolní přístroj.
Těším se na srovnání tohoto osciloskopu s jeho vyspělejším "kolegou" od stejné firmy - verzí M621.
Pozn. K osciloskopu lze dokoupit i tzv. Development Kit, který obsahuje hlavičkové soubory a
knihovny pro vývoj vlastních programů na základě této měřicí karty. Obsahuje
příklady pro jednotlivé platformy (DOS, Windows 3.1, Windows 95 a Windows NT) včetně ovladačů, DLL a
knihoven s podrobným popisem k jejich použití. Podporuje programování v Borland Pascalu
pro Windows 3.1, Microsoft C++, Borland C++ a ve Visual Basicu. Development Kit máme k dispozici a v
dohledné době vám přineseme postřehy, které jsme získali jeho využitím.
7. Použité přístroje:
| Digitální osciloskop | M221 v.č. 1201076 |
| Digitální osciloskop | HP 54645D MegaZoom |
| Funkční generátor | HP 33120A |
| Měřicí sonda | HP9100 |
| Univerzální multimetr | M-3650D |
| Sinusový generátor 100kHz-400MHZ |
8. Použitá literatura
[1] Dokumentace k digitální měřicí kartě M221, dodaná v originálním
balení
[2] Prezentační materiály a dokumentace k digitálním osciloskopům firmy Tektronix
[3] Prezentační materiály a dokumentace k digitálním osciloskopům firmy Hewlett Packard
[4] S. Ďaďo, M. Kreidl: Senzory a měřicí obvody, ČVUT 1996
[5] M. Mikulec, V. Havlíček: Základy teorie elektrických obvodů 1 a 2, ČVUT 1997
[6] p. Havlík: Číslicové osciloskopy, KTE magazíny, 1999
V ČR prodává FANDA
Elektronik
Další informace najdete na stránce firmy FANDA Elektronik : http://www.ei.cz/etc/index_cz.htm
Firmu ETC najdete na adrese : www.etcsk.com
