Oskilloskooppi

Taajuuden mittaus analogiaoskilloskoopilla

Kaupallisissa digitaalioskilloskoopeissa on olemassa tila, jossa oskilloskooppi ilmoittaa suoraan mitattavan signaalin taajuuden numeerisesti (hertseinä). Signaalin taajuus voidaan mitata myös analogisella oskilloskoopilla, mutta tarkka mittaus vaatii ulkopuolisen tunnetun taajuuslähteen mikäli analoginen oskilloskooppi sellaista ei sisällä. Joissakin analogisissa oskilloskoopeissa on taajuuden sekä muiden suureiden mittaamiseen myös numeerisia toimintoja joista yksi voi olla myöskin taajuuslaskuri.

Perinteinen hyvin alkeellinen menetelmä

Perinteisessä oskilloskoopin taajuudenmittausmenetelmässä mitataan oskilloskoopin näytöltä yhden jakson kestoaika ja lasketaan tuloksesta taajuus. Ellei yhden jakson signaalipulssi näy oskilloskoopin näytöllä, on pyyhkäisyaikaa pienennettävä: oskilloskoopin pyyhkäisyajan (maksimi mittaustaajuus) on oltava suurempi kuin suurin mitattava taajuus. Mittaustarkkuutta voidaan parantaa mittaamalla useamman jakson aika ja laskemalla keskiarvo. Menetelmä on yksinkertainen, mutta erittäin epätarkka: jos mitattava taajuusvaste ei ole suoraan puhdas vaihtojännite (esimerkiksi siniaalto), on taajuusmittausta varten mitattava kaikki eri signaalin taajuudet.

Lissajous'n menetelmä

Lissajous'n menetelmällä päästään parempaan tarkkuuteen kuin perinteisellä menetelmällä suoritetussa taajuuden oskilloskooppimittauksessa, mutta mittaukseen tarvitaan erillinen tarkka generaattori. Lissajous'n menetelmässä tutkittava signaali syötetään pystypoikkeutuslevyille (y-levyt) ja tunnettu signaali (ulkopuolisesta tarkasta generaattorista) vaakapoikkeutuslevyille (x-levyt), jolloin oskilloskoopin näyttöön syntyy Lissajous'n kuvio. Tuntemattomassa signaalissa taajuus kerrotaan generaattorin lukemasilmukoiden lukumäärällä (kuvan oltava stabiili). Menetelmän tarkkuus määräytyy generaattorin lukematarkkuudesta.

Z-modulointimenetelmä

Z-modulointimenetelmää voidaan käyttää haluttaessa mitata oskilloskoopilla tuntematonta taajuutta tarkasti. Oskilloskoopin kuvapinnalle saadaan menetelmässä ellipsi jos tutkittava jännite syötetään oskilloskoopin toiselle levyparille ja RC-piirin virtaan verrannollinen jännite toiselle levyparille. Kuvan kirkkauden ohjaus suoritetaan syöttämällä (tarkkuus)funktiogeneraattorista suorakaidesignaali oskilloskoopin z-modulaatio porttiin. Tunnettua taajuutta säätämällä saadaan pysähtynyt kuva, missä ellipsi koostuu kaaren osista, jolloin mitattava taajuus saadaan jakamalla tunnettu taajuus kaaren osien lukumäärällä. Menetelmä on vähemmän altis virhetoiminnoille verrattuna lissajous-menetelmään. Z-modulointimenetelmän tarkkuus on sama kuin funktiogeneraattorin lukematarkkuus.

Historia

Braunin putki tunnettiin vuonna 1897, ja vuonna 1899 Jonathan Zenneck varusti sen säteenmuodostusalueen levyillä ja magneettikentän jäljen tekemiseen. Varhainen katodisädeputkia oli käytetty kokeellisesti Laboratoriomittausten jo 1920-luvulla, mutta kärsivät huonosta vakaudesta tyhjiön ja katodin aiheuttajina. VK Zworykin esitti pysyvästi suljetun, korkea-tyhjiön kuvaputken vuonna 1931. Se oli vakaa ja uudelleen käytettävä komponentti salli General Radion valmistaa oskilloskoopin, joka oli käyttökelpoinen laboratoorion ulkopuolella. Toisen maailmansodan jälkeen elektroniikan ylijäämäosien hinnan lasku mahdollisti Heathkit Corporation, joka valmisti 50 dollarin oskilloskooppi rakennussarjan tällaisista osista valmistettu oskilloskooppi oli ensimmäinen menestyjä markkinoilla.