Analoog vs. Digitaal Oscilloscoop: Hoe de Juiste te Kiezen voor Uw Projecten

Wat is een Oscilloscoop?

Oscilloscopen zijn belangrijke testinstrumenten in de elektronica-ingenieurswetenschap. Vooral wanneer we een deel van een herhalende golfvorm of een hoogfrequent signaal meten. Er is echter een vraag onder beginners: analoog vs. digitaal oscilloscoop – welke is beter? In de meeste gevallen zult u merken dat digitale oscilloscopen duurder zijn dan hun analoge tegenhangers. Maar waarom? In deze gids beantwoorden we deze vraag en meer. We behandelen ook hoe elk scoop werkt en hoe u het kunt identificeren. Aan het einde van deze gids zou u in staat moeten zijn om het verschil te maken en te bepalen welke het beste is voor uw project.

De oscilloscoop gaat bij veel namen. U kunt het noemen een oscillograaf, o-scope, CRO (kathodestraal-oscilloscoop), DSO (digitaal opslag-oscilloscoop), of simpelweg een scope. Het is een stuk apparatuur dat een meetpunt gebruikt om de varierende signaalspanning tussen twee punten van een elektronisch apparaat of elektrische schakeling te meten.

Bij het meten van spanning neemt een multimeter een schakelwaarde op van een enkel tijdstip. Aan de andere kant, oscilloscopen laten u de spanning van een schakeling over de tijd meten. Essentieel neemt het duizenden metingen en plottet ze op uw scherm. Hierdoor kunt u eenvoudig eventuele spanningspieken of -dalingen van overgangsgebeurtenissen vergelijken.

Er zijn twee hoofdtypen oscilloscopen: analoge oscilloscopen en digitale oscilloscopen. Ze werken virtueel hetzelfde, maar zoals u zult zien, komen digitale oscilloscopen met extra functies die hun analoge tegenhangers niet hebben.

Analoge Oscilloscopen

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 wijzigden de positie van de straal. Wanneer de elektronenstraal de fosforlaag op het scherm raakte, gloedde de landingsplaats op. Gevolg: dit toonde een lichtpuntje dat uiteindelijk een waarneembare golflengte werd.

Er waren tweestraal-oscilloscopen die u kon gebruiken om twee verschillende signalen te vergelijken. Ze gaven en toonden gelijktijdig twee elektronenstralen op een enkel vlak scherm.

Basale analoge oscilloscopen kwamen niet met een opslagfunctie. U kon echter een analoge opslagscoop kopen om een invoergolfvormafbeelding op te slaan. Toch waren deze analoge opslagscopen duur en tamelijk primitief naar moderne standaards.

Oorspronkelijk waren analoge scopes doorgaans groot en onhandig. Echter, dankzij digitale technologie, werden toekomstige scopes compact genoeg voor veldtoepassingen.

Digitale Oscilloscopen

Vaste-schermen overnamen van de grote en onhandige CRT's. Hierdoor werden scopes veel kleiner en niet zo diep. Daarnaast gaf dit ze meer weergavefuncties. Vandaag de dag zijn digitale oscilloscopen de meest voorkomende typen scopes.

Bovendien maakte het avontuur van digitale scopes extra functies mogelijk zoals standaardopslag, verbeterde weergavemanipulatie, betere triggering, etc.

Typen Digitale Oscilloscopen

toen fabrikanten en bedrijven de eerste digitale scopes vrijgaven, introduceerden ze ze onder digitaal fosfor-oscilloscoop (DPO) en digitaal opslag-oscilloscoop (DSO). Dit is omdat de eerste paar digitale oscilloscopen fosforschermen gebruikten. Een modern digitale oscilloscoop gebruikt een LED of LCD-scherm.

In het verleden beperkten schermgrootte en resolutie analoge oscilloscopen. Integen, hebben moderne digitale oscilloscopen dit probleem niet.

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

De nieuwe mogelijkheden die digitale scopes boden gingen ver verder dan wat velen zich in de analoge dagen konden voorstellen. Ze integreerden mogelijkheden zoals logische analysekanalen naast de twee of meer analoge scoopkanalen die normaal beschikbaar zijn. Bijvoorbeeld, mixed-signal oscilloscopen (MSO) werden beschikbaar. Andere mogelijkheden zoals een functiegenerator-uitgang en een digitale multimeter waren ook mogelijk.

Bijna alle moderne oscilloscopen hebben standaard MSO-modellen. Als alternatief bieden ze meerdere digitale kanalen als optie. Verder bevatten veel digitale oscilloscopen signaalverwerking om metingen in het frequentiedomein te maken, nl. spectrumanalyse. Dit stelt testen van schakelingen toe die een mengsel van spectrumanalyse en normale scoopmetingen kunnen vereisen.

Een echte mixed domain oscilloscoop heeft een speciale RF-connector die u alleen kunt gebruiken voor frequentiedomeinmetingen. Interessant genoeg heeft het normaal een hogere prestatie spectrumanalyse mogelijkheid.

Digitale Sampling Oscilloscopen

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 niche-toepassingen. Bijvoorbeeld, het kan kijken naar aspecten zoals jitter op signalen wel in de tientallen gigahertz regio. Als zodanig gebruiken we deze scopes niet voor gemiddelde oscilloscooptoepassingen.

Als gevolg hebben ze een beperkt gebruiksbereik. Scopes komen ook in een verscheidenheid aan formaten. Ze kunnen in standaard bankkasten komen voor gebruik in een laboratorium. In tegenstelling, zijn anderen meer geschikt voor veldtoepassingen.

USB en PC-gebaseerde Oscilloscopen

Een PC-gebaseerde oscilloscoop kan als een zelfstandige oscilloscoop of als een externe oscilloscoop komen. Externe PC-gebaseerde oscilloscopen vereisen een verbinding met uw PC om te werken. Bovendien kunnen ze het computerscherm, de voeding en de processor gebruiken. Vaak kunt u ze koppelen via een USB-interface.

Echter, sommige externe oscilloscopen kunnen computertbussystemen gebruiken zoals het PXI-systeem. Natuurlijk moet u oscilloscopesoftware en drivers op uw computer installeren voor correcte interfacing.

Aan de andere kant, interne PC-gebaseerde zelfstandige oscilloscopen komen met interne computeronderdelen. Ze hebben interne microprocessoren die hen extra functies geven zoals instrumentbesturing, automatische meting en weergavebeheer. Daarnaast staan ze complexere verwerking van gedigitaliseerde signalen toe. Dit overstijgt de mogelijkheden van analoge versies met direct-view opslag CRT's.

Er is een enorme verscheidenheid aan verschillende typen en modellen van oscilloscopen. Door hun kenmerken te kennen en naar hun specificatiebladen te kijken, kunt u kijken naar hun prestaties, vormfactor en algehele mogelijkheden.

Belangrijkste Verschillen Tussen een Analoog en Digitale Oscilloscopen

Verschillen in Bediening

Er is een groot misverstand onder de beginnende elektronica-gemeenschap. Veel mensen nemen aan dat alleen analoge scopes CRT-displays gebruiken. Dit is onwaar. Digitale oscilloscopen zoals de Tektronix 2230 digitale opslag-oscilloscoop gebruiken een CRT-display.

Als u een oude analoge scope zoals de Tektronix 2213 vergelijkt met de Tektronix 2230 DSO, zult u merken hoe de laatste meer paneelbedieningen heeft. Dus er is intrinsiek meer complexiteit in hoe een digitale opslagscoop werkt.

Een digitale scope kan alles wat een analoge scope kan. Echter, wanneer u begint uit te zoomen op een analoge scope, vooral als het een lagere frequentie is, begint de uitvoerafbeelding te flikkeren. Dit komt door hoe het CRT-scherm golfvormen weergeeft.

De digitale opslag-oscilloscoop lost dit op door u een stabielere afbeelding te geven. In plaats van de varierende spanning weer te geven, neemt de DSO de golfvormen op wisselende punten, slaat ze op en toont ze. Dit geeft een stabielere weergave en maakt het gemakkelijker om de volledige golfvorm te bekijken.

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

De analoge scope is niet in staat dezelfde persistentie te hebben als een digitale scope. Verder kunt u de effectieve persistentie op een digitale scope instellen, zodat het meer ruis oppikt. De weergavekalibratie stelt u in staat een nauwkeurigere meting en betere grafiekkwaliteit te zien. Verder maakt het gebruik van LCD-technologie digitale systemen lichter en draagbaarder.

Verschillen in Specificaties

Een andere manier om sommige verschillen tussen oscilloscopen te begrijpen is door hun specificaties te observeren. In deze sectie behandelen we die specificaties:

Bandbreedte (BW):

Dit is de vlagspecificatie voor een oscilloscoop. Het beschrijft hoe hoog een frequentie de front-end van de oscilloscoop kan aan en hoe snel een stijgtijd het kan vangen. Dus de frequentie van het signaal en de stijgtijd van dat signaal zijn inherent gerelateerd. Om de snelste stijgtijd te berekenen die uw scope kan zien, deelt u 0.35 door de gespecificeerde bandbreedte van de scope. De formule ziet er zo uit: snelste vangbare tijd = 0.35 / bandbreedte. Zowel analoge als digitale oscilloscopen hebben bandbreedtespecificaties. Echter, moderne digitale scopes overstijgen de bandbreedtemogelijkheden van oudere scopes bij lange na.

Steekproef/Sampling Rate:

Deze specificatie is uniek voor digitale scopes. Het vertelt u op hoeveel punten per seconde uw oscilloscoop gegevens verworft. Essentieel routeert het invoersignaal via de analoge front-end (waar de bandbreedte vandaan komt), en dan bemonstert de digitalisator de analoge golfvorm. Terwijl de bemonsteringssnelheid gerelateerd is aan de bandbreedte, beïnvloedt het deze niet. Het doet niets anders dan gegevens van de analoge front-end nemen. Nochtans beschrijft de bandbreedte het analoge deel van de oscilloscoop, terwijl de bemonsteringssnelheid het digitale deel beschrijft. Hieruit kunnen we begrijpen waarom de bemonsteringssnelheid een spec is die exclusief is voor digitale oscilloscopen.

Geheugendiepte/Grootte:

Bemonsteringssnelheid en geheugendiepte zijn attributen die nauw met elkaar verband houden in een oscilloscoop. De geheugendiepte beschrijft hoeveel golfvormgegevens de oscilloscoop kan vastleggen. Hoe sneller de bemonsteringssnelheid, hoe korter de vastgelegde golf. Dus golfvormen met snellere bemonsteringssnelheden nemen meer geheugen in beslag. Verder, hoe meer geheugen u kunt benutten, hoe meer tijd u kunt opslaan. Geheugendiepte is de derde belangrijkste eigenschap van een digitale oscilloscoop. Opnieuw, het is een specificatie die uniek is voor digitale opslag-oscilloscopen. Analoge oscilloscopen vangen of registreren geen golfvormen. Als zodanig hebben ze geen geheugendiepte-eigenschappen.

Resolutie (ADC Bits):

Moderne oscilloscopen komen met 8, 10 en 12 ADC-bits. De analoog-naar-digitaal converter neemt een analoog signaal, converteert het en kwantiseert het naar digitale informatie. Dus een 8-bit ADC is capabel van 256 kwantisatieniveaus (2^8 = 256). Dit is de verticale resolutie van de ADC. Hoe hoger de resolutie, hoe duidelijker de golfvormweergave zal zijn. Verder zullen de ADC-bits de invoerbereik dicteren. Bijvoorbeeld, scopes met hogere resoluties zijn meer geschikt voor het analyseren van kleine signalen. Dit is een andere unieke specificatie die analoge oscilloscopen niet hebben.

Trigger:

• Elke digitale scope komt met een knop waarmee u het triggerniveau op de scope kunt aanpassen. De trigger vertelt de scope eigenlijk wanneer het een snapshot van de golfvorm moet nemen.

Uw standaard DSO komt met veel verschillende triggermodi, die vertellen hoe te reageren wanneer het een triggergebeurtenis tegenkomt. Bijvoorbeeld, de flanktrigger-modus vertelt de oscilloscoop een snapshot te maken wanneer het signaal de rand van het raster op het display raakt. Dit geeft u een veelzijdige manier om de golfvorm te meten. Opnieuw, omdat analoge scopes geen gegevens vastleggen en opslaan, zijn triggers meestal uniek voor digitale opslag-oscilloscopen.

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?

Makkelijker te Gebruiken:

Digitale scopes neigen ertoe meer uitgebreide oscilloscopen te zijn. Integen, kunnen analoge oscilloscopen makkelijker te gebruiken zijn omdat ze minimale bedieningen en minder verwarrende displays hebben. Dus kunt u ze gebruiken om de basis van spanningsmeting 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 is omdat ze ouder zijn en minder functies hebben, en aangezien u veel tweedemodellen 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 in sommige gevallen kunnen ze minder ruisvol lijken.

Beschikbaarheid:

Ook weer, omdat ze ouder zijn, zijn er veel oude tweedemodellen die u kunt kopen. Bovendien is de vraag er minder naar. Dus de meeste gerenommeerde elektronica- en apparatenwinkels neigen ertoe vol te zitten met voorraad.

Conclusie

Voor de meeste eenvoudige testen in de elektronica-ingenieurswetenschap presteren analoge oscilloscopen even goed als digitale oscilloscopen. Als u een beginner of hobbyist bent, kunt u meer profiteren van het kopen van een analoge scope in plaats van een digitale scope. Echter, bij het kopen van een scope, moet u duidelijk zijn over uw doelen en of de functies van de oscilloscoop ermee overeenstemmen.

Bijvoorbeeld, u moet het oscilloscopontwerp analyseren, digitale of analoge bandbreedte, stijgtijd, bemonsteringssnelheid, kanaaldichtheid, recordlengte, golfvormvastleggingsnelheid, connectiviteit en uitbreidbaarheid. Voor digitale oscilloscopen moet u u zorgen maken over geheugen per kanaal en geheugendiepte. Eenmaal deze eenvoudige specificaties begrepen, zult u in staat zijn te onderscheiden welke oscilloscoop het beste voor u is. Nu, wanneer mensen vragen: "analoog vs. digitaal oscilloscoop; welke is beter?" zult u in staat zijn om hen een duidelijk antwoord te geven. Niettemin, we hopen dat u deze gids nuttig heeft gevonden. Wie altijd, bedankt voor het lezen.