Analoge vs. digitale oscilloscoop:wat is het verschil?

Oscilloscopen zijn belangrijke testinstrumenten in de elektronica-engineering. Vooral wanneer we een deel van een zich herhalende golfvorm of een hoogfrequent signaal meten. Er is echter een vraag onder beginners; analoge versus digitale oscilloscoop - wat is beter? In de meeste gevallen zult u merken dat digitale oscilloscopen meer kosten dan hun analoge tegenhangers.

Maar waarom? In deze handleiding beantwoorden we deze vraag en meer. We zullen ook bespreken hoe elk bereik werkt en hoe u het kunt identificeren. Aan het einde van deze handleiding moet u onderscheid maken tussen de twee en welke het beste is voor uw project.

Wat is een oscilloscoop?

Een hand die een oscilloscoop afstelt

De oscilloscoop heeft vele namen. U kunt het een oscillograaf, o-scope, CRO (kathodestraal-oscilloscoop), DSO (digitale opslagoscilloscoop) of gewoon een scoop noemen. Het is een apparaat dat een sonde gebruikt om de variërende signaalspanning tussen twee punten van een elektronisch apparaat of elektrisch circuit te meten.

Bij het meten van spanning neemt een multimeter een circuituitlezing vanaf een enkel punt in de tijd. Aan de andere kant kun je met oscilloscopen de spanning van een circuit in de loop van de tijd meten. In wezen zijn er vele duizenden metingen nodig en worden ze op uw scherm weergegeven. Hierdoor kunt u gemakkelijk spanningspieken of -dalingen van voorbijgaande gebeurtenissen vergelijken.

Er zijn twee hoofdtypen oscilloscopen; analoge oscilloscopen (of analoge oscilloscopen) en digitale oscilloscopen. Ze werken vrijwel hetzelfde, maar zoals u zult zien, hebben digitale oscilloscopen extra functies die hun analoge tegenhangers niet hebben.

Analoge oscilloscopen

Analoge oscilloscoop

Toen fabrikanten analoge oscilloscopen introduceerden, gebruikten ze een CRT met horizontale afbuigplaten om golfvormen weer te geven.

Spanningen op de horizontale platen op de buis veranderden de positie van de stroom. Toen de elektronenstroom de fosforcoating op het scherm raakte, gloeide het landingsgebied. Bijgevolg vertoonde dit een lichtvlek die uiteindelijk een waarneembare golflengte zou worden.

Er waren dual-beam oscilloscopen die je kon gebruiken om twee verschillende signalen te vergelijken. Ze zouden tegelijkertijd twee elektronenstralen uitzenden en weergeven op een enkel plat scherm.

Standaard analoge oscilloscopen hadden geen opslagfunctie. U kunt echter een analoge opslagscope aanschaffen om een ​​ingangsgolflengtebeeld op te slaan. Desalniettemin waren deze analoge storage scopes kostbaar en vrij rudimentair volgens moderne maatstaven.

Oorspronkelijk waren analoge scopes vaak groot en omslachtig. Dankzij digitale technologie werden toekomstige scopes echter compact genoeg voor buitendiensttoepassingen.

Digitale oscilloscopen

Rigol DS2000-serie digitale oscilloscopen

Solid-state schermen namen het over van de grote en omslachtige CRT's. Dienovereenkomstig maakte dit scopes veel kleiner en lang niet zo diep. Bovendien bood dit hen ook meer weergavefuncties. Tegenwoordig zijn digitale oscilloscopen de meest voorkomende soorten scopen.

Bovendien zorgde de komst van digitale scopes voor extra functies zoals standaardopslag, verbeterde weergavemanipulatie, betere triggering, enz.

Soorten digitale oscilloscopen

Toen fabrikanten en bedrijven de eerste digitale scopen uitbrachten, introduceerden ze deze onder de digitale fosforoscilloscoop (DPO) en digitale opslagoscilloscoop (DSO). Dit komt omdat de eerste paar digitale oscilloscopen fosforschermen gebruikten. Een moderne digitale oscilloscoop maakt gebruik van een LED- of LCD-scherm.

In het verleden beperkte de schermgrootte en resolutie analoge oscilloscopen. Omgekeerd hebben moderne digitale oscilloscopen dit probleem niet.

Mixed-Signal en Mixed-Domain Oscilloscopen (MSO en MDO)

Agilent 54622D MSO Teardown

Bron:Flickr

De nieuwe mogelijkheden die digitale scopes bieden, gingen veel verder dan wat velen zich in de analoge tijd konden voorstellen. Ze bevatten mogelijkheden zoals logische analysekanalen die verder gaan dan de twee of meer analoge scope-kanalen die normaal beschikbaar zijn. Zo komen er mixed-signal oscilloscopen (MSO) beschikbaar. Andere mogelijkheden zoals een functiegeneratoruitgang en een digitale multimeter waren ook mogelijk.

Bijna alle moderne oscilloscopen hebben standaard MSO-modellen. Als alternatief kunnen ze als optie meerdere digitale kanalen aanbieden. Bovendien bevatten veel digitale oscilloscopen signaalverwerking om metingen te doen in het frequentiedomein, d.w.z. spectrumanalyse . Dit maakt het testen van circuits mogelijk die een combinatie van spectrumanalyse en de normale scopemetingen vereisen.

Een echte gemengde domeinoscilloscoop heeft een speciale RF-connector die u alleen kunt gebruiken voor metingen in het frequentiedomein. Interessant is dat het normaal gesproken een spectrumanalyse met hogere prestaties heeft.

Digitale Sampling Oscilloscopen

Digitale bemonsteringsoscilloscoop

Bron:Wikimedia Commons

Een andere vorm van een oscilloscoop is de digitale sampling scope . Het is een zeer gespecialiseerde vorm van scope die mensen gebruiken voor een beperkt aantal nichetoepassingen. Het kan bijvoorbeeld kijken naar aspecten als jitter op signalen tot ver in de tientallen gigahertz-regio's. Daarom gebruiken we deze telescopen niet voor gemiddelde oscilloscooptoepassingen.

Als gevolg hiervan hebben ze een beperkte use-case. Scopes zijn er ook in verschillende formaten. Ze kunnen worden geleverd in standaard benchcases voor gebruik in een laboratorium. Andere zijn daarentegen meer geschikt voor buitendiensttoepassingen.

Analoog versus digitale oscilloscoop– USB en pc-gebaseerde oscilloscopen

Een PicoScope 6000 die wordt aangesloten op een laptop

Bron:Wikimedia

Een pc-gebaseerde oscilloscoop kan als zelfstandige oscilloscoop of als externe oscilloscoop worden geleverd. Externe pc-gebaseerde oscilloscopen hebben een verbinding met uw pc nodig om te werken. Bovendien kunnen ze het beeldscherm, de voeding en de processor van de computer gebruiken. Vaak kunt u ze koppelen via een USB-interface.

Sommige externe oscilloscopen kunnen echter computerbussystemen gebruiken, zoals het PXI-systeem. Natuurlijk moet u oscilloscoopsoftware en stuurprogramma's op uw computer installeren om deze correct te laten communiceren.

Aan de andere kant worden interne pc-gebaseerde stand-alone oscilloscopen geleverd met interne computeronderdelen. Ze hebben interne microprocessors die hen extra functies verlenen, zoals instrumentcontrole , automatische meting, en displaybeheer . Bovendien maken ze een complexere verwerking van gedigitaliseerde signalen mogelijk. Dit overtreft de mogelijkheden van analoge versies met direct-view storage CRT's.

Er is een enorme verscheidenheid aan verschillende soorten en modellen oscilloscopen. Als u hun kenmerken kent en naar hun specificatiebladen kijkt, kunt u hun prestaties, vormfactor en algemene mogelijkheden bekijken.

Analoog versus digitale oscilloscoop– Belangrijkste verschillen tussen analoge en digitale oscilloscopen

Verschillen in bediening

Elektronische werkbank met een oscilloscoop

Er is een groot misverstand onder de beginnende elektronicagemeenschap. Veel mensen gaan ervan uit dat alleen analoge scopes CRT-beeldschermen gebruiken. Dit is niet waar. Digitale oscilloscopen zoals de Tektronix 2230 digitale opslagoscilloscoop gebruiken een CRT-scherm.

Als je een oude analoge scope zoals de Tektronix 2213 zou vergelijken met de Tektronix 2230 DSO, zou je merken dat de laatste meer paneelbedieningen heeft. Er is dus intrinsiek meer complexiteit in hoe een digitale opslagscope werkt.

Een digitale scope kan alles wat een analoge scope kan. Wanneer u echter begint uit te zoomen op een analoge scoop, vooral als deze een lagere frequentie heeft, begint het uitgangsbeeld te flikkeren. Dit komt door de manier waarop het CRT-scherm golfvormen weergeeft.

De digitale opslagoscilloscoop lost dit op door u een stabieler beeld te bieden. Dus in plaats van de variërende spanning weer te geven, zal de DSO de golfvormen op verschillende punten bemonsteren, opslaan en weergeven. Dit geeft het een stabielere weergave en maakt het voor u gemakkelijker om de volledige golfvorm te bekijken.

De digitale oscilloscoop bereikt dit door zijn analoog-naar-digitaalomzetter (ADC). Het neemt de gemeten spanningen als analoge signalen en vertaalt ze in digitale signalen.

De analoge scope is niet in staat tot dezelfde persistentie als een digitale scope. Bovendien kun je de effectieve persistentie afstemmen op een digitale scope, waardoor deze meer ruis oppikt. Met de displaykalibratie kunt u een nauwkeurigere meting en een betere grafiekkwaliteit zien. Bovendien maakt het gebruik van LCD-technologie digitale systemen lichter en draagbaarder.

Verschillen in specificaties

Oscilloscoop vectorafbeelding

Bron:Commons Wikimedia

Een andere manier om enkele van de verschillen tussen oscilloscopen te begrijpen, is door hun specificaties te observeren. In dit gedeelte behandelen we die specificaties:

Analoog versus digitale oscilloscoop– Bandbreedte (zwart-wit):

Dit is de bannerspecificatie voor een oscilloscoop. Het beschrijft hoe hoog een frequentie de voorkant van de oscilloscoop aankan en hoe snel hij een stijgtijd kan opvangen.

De frequentie van het signaal en de stijgtijd van dat signaal zijn dus inherent gerelateerd. Om de snelste stijgtijd te berekenen die uw scope kan zien, deelt u 0,35 door de opgegeven bandbreedte van de scope. Dus de formule ziet er als volgt uit:snelste vastlegbare tijd =0,35 / bandbreedte.

Zowel analoge als digitale oscilloscopen hebben bandbreedtespecificaties. Moderne digitale scopes overtreffen echter verreweg de bandbreedtemogelijkheden van oudere scopes.

Sample/bemonsteringsfrequentie:

Deze specificatie is uniek voor digitale scopes. Het vertelt u op hoeveel punten per seconde uw oscilloscoop gegevens verzamelt. In wezen loopt het ingangssignaal door de analoge front-end (waar de bandbreedte vandaan komt), en vervolgens bemonstert de digitizer de analoge golfvorm.

Hoewel de samplefrequentie gerelateerd is aan de bandbreedte, heeft dit geen invloed. Het enige dat het doet, is gegevens van de analoge frontend halen. Niettemin beschrijft de bandbreedte het analoge deel van de oscilloscoop, terwijl de samplefrequentie het digitale deel beschrijft. Hieruit kunnen we begrijpen waarom de samplefrequentie een specificatie is die exclusief is voor digitale oscilloscopen.

Geheugendiepte/grootte:

Sample rate en memory depth zijn attributen die in een oscilloscoop nauw met elkaar samenhangen. De geheugendiepte beschrijft hoeveel golfvormgegevens de oscilloscoop kan vastleggen. Hoe sneller de samplefrequentie, hoe korter de vastgelegde golf. Golfvormen met snellere samplefrequenties nemen dus meer geheugen in beslag. Bovendien, hoe meer geheugen u kunt gebruiken, hoe meer tijd u kunt opslaan.

Geheugendiepte is de derde belangrijkste eigenschap van een digitale oscilloscoop. Nogmaals, het is een specificatie die uniek is voor digitale opslagoscilloscopen. Analoge oscilloscopen vangen of registreren geen golfvormen. Als zodanig hebben ze geen geheugendiepte-eigenschappen.

Analoog versus digitale oscilloscoop-resolutie (ADC-bits):

  Moderne oscilloscopen worden geleverd met 8,10 en 12 ADC-bits. De analoog-naar-digitaal omzetter neemt een analoog signaal, zet het om en kwantiseert het in digitale informatie. Een 8-bits ADC is dus in staat tot 256 kwantiseringsniveaus (2^8 =256). Dit is de verticale resolutie van de ADC.

Hoe hoger de resolutie, hoe duidelijker de golfvormrepresentatie zal zijn. Bovendien bepalen de ADC-bits het invoerbereik . Zo zijn scopes met hogere resoluties meer geschikt voor het analyseren van minuscule signalen. Dit is weer een unieke specificatie die analoge oscilloscopen niet hebben.

Analoog versus digitale oscilloscoop– Trigger:

• Elke digitale scope wordt geleverd met een knop waarmee je het triggerniveau op de scope kunt wijzigen. De trigger vertelt het bereik in wezen wanneer een momentopname van de golfvorm moet worden gemaakt.

Uw standaard DSO wordt geleverd met veel verschillende triggermodi, die aangeven hoe te reageren wanneer deze een triggergebeurtenis tegenkomt. De edge-triggermodus vertelt de oscilloscoop bijvoorbeeld om een ​​momentopname te maken wanneer het signaal de rand van het weergegeven raster raakt. Dit geeft u een veelzijdige manier om de golfvorm te meten.

Nogmaals, omdat analoge scopes geen gegevens vastleggen en opslaan, zijn triggers meestal uniek voor digitale opslagoscilloscopen.

Analoge vs. digitale oscilloscoop:voordelen van analoge oscilloscopen

Er zijn veel voordelen aan het gebruik van digitale oscilloscopen ten opzichte van analoge. Maar wat zijn de voordelen van het gebruik van oude analoge oscilloscopen?

Gebruiksvriendelijker: 

Digitale scopes zijn meestal meer uitgebreide oscilloscopen. Omgekeerd kunnen analoge oscilloscopen gemakkelijker te gebruiken zijn omdat ze minimale bedieningselementen en minder verwarrende weergaven hebben. U kunt ze dus gebruiken om de basisprincipes van spanningstests te leren. Vaak zijn minder functies gelijk aan meer eenvoud. U hoeft niet zoveel tijd te besteden aan het configureren van analoge scopes.

Minder duur:

Analoge oscilloscopen zijn goedkoper dan digitale typen. Dit komt omdat ze ouder zijn en minder functies hebben, en omdat je veel tweedehands scopes van dit type kunt vinden, zijn ze goedkoper.

Beter voor analoge metingen:

Analoge metingen lijken vaak beter op analoge CRT-schermen. Ze zijn duidelijker en kunnen in sommige gevallen minder luidruchtig lijken.

Beschikbaarheid:

Nogmaals, omdat ze ouder zijn, zijn er veel oude tweedehands modellen die je kunt kopen. Bovendien zijn ze minder gewild. Daarom hebben de meeste gerenommeerde elektronica- en apparatuurwinkels de neiging om vol te zitten met voorraad.

Er zijn veel voordelen aan het gebruik van digitale oscilloscopen ten opzichte van analoge. Maar wat zijn de voordelen van het gebruik van oude analoge oscilloscopen?

• Gebruiksvriendelijker: Digitale scopes zijn meestal meer uitgebreide oscilloscopen. Omgekeerd kunnen analoge oscilloscopen gemakkelijker te gebruiken zijn omdat ze minimale bedieningselementen en minder verwarrende weergaven hebben. U kunt ze dus gebruiken om de basisprincipes van spanningstests te leren. Vaak zijn minder functies gelijk aan meer eenvoud. U hoeft niet zoveel tijd te besteden aan het configureren van analoge scopes.
• Minder duur: Analoge oscilloscopen zijn goedkoper dan digitale typen. Dit komt omdat ze ouder zijn en minder functies hebben, en omdat je veel tweedehands scopes van dit type kunt vinden, zijn ze goedkoper.
• Beter voor analoge metingen: Analoge metingen lijken vaak beter op analoge CRT-schermen. Ze zijn duidelijker en kunnen in sommige gevallen minder luidruchtig lijken.

Beschikbaarheid: Nogmaals, omdat ze ouder zijn, zijn er veel oude tweedehands modellen die je kunt kopen. Bovendien zijn ze minder gewild. Daarom hebben de meeste gerenommeerde elektronica- en apparatuurwinkels de neiging om vol te zitten met voorraad.

Conclusie

Voor de meest eenvoudige tests in de elektronische techniek presteren analoge oscilloscopen even goed als digitale oscilloscopen. Als beginner of hobbyist heb je wellicht meer baat bij de aanschaf van een analoge richtkijker in plaats van een digitale richtkijker. Bij het kopen van een scope moet u echter duidelijk zijn over uw doelen en of de kenmerken van de oscilloscoop daarmee overeenkomen.

U moet bijvoorbeeld het ontwerp van de oscilloscoop, de digitale of analoge bandbreedte, de stijgtijd, de samplefrequentie, de kanaaldichtheid, de opnamelengte, de golfvormvastleggingssnelheid, de connectiviteit en de uitbreidbaarheid analyseren. Voor digitale oscilloscopen moet u zich zorgen maken over geheugen per kanaal en geheugendiepte. Zodra u deze eenvoudige specificaties begrijpt, kunt u bepalen welke oscilloscoop het beste voor u is. Nu, wanneer mensen vragen:"analoge versus digitale oscilloscoop; welke is beter?" dan kun je ze een duidelijk antwoord geven. Desalniettemin hopen we dat u deze gids nuttig vond. Zoals altijd, bedankt voor het lezen.