Test oscyloskopu FNIRSI 1014D

Producent, dostawcy i ceny

Chociaż urządzenie to jest oferowane pod inną nazwą na niektórych stronach internetowych, jest całkiem pewne, że chińska firma FNIRSI jest projektantem tego oscyloskopu. Urządzenie to jest popularne i oferowane przez dziesiątki dostawców (polecamy www.sklep.avt.pl). Przy okazji, warto nie dać się zwieść niektórym dostawcom podającym ceny około 75,00 € za pośrednictwem Google. W tej kwocie, na tych stronach, oferowane jest zupełnie inne urządzenie!

Wygląd 1014D

Jak pokazuje poniższe zdjęcie, 1014D wygląda dokładnie tak, jak powinien wyglądać nowoczesny oscyloskop cyfrowy. Dzięki dużym wymiarom przedniego panelu, wynoszącym 31,0 cm na 14,5 cm, wszystkie 43 przyciski są łatwe w obsłudze. Urządzenie ma tylko 7,5 cm głębokości i waży 1,5 kg. Dzięki rozkładanym nóżkom stoi pod dobrym kątem na stole warsztatowym.

Co otrzymujesz za wydane pieniądze?

Producent zapewnia kompleksowy pakiet:

• oscyloskop 1014D,
• 20-stronicowy podręcznik,
• zasilacz sieciowy z wtyczką amerykańską,
• adapter do europejskich gniazdek zasilania,
• kabel zasilający,
• kabel USB-A do USB-A,
• dwie sondy pomiarowe,
• kabel BNC z zaciskiem krokodylkowym,
• wkrętak regulacyjny do sond pomiarowych.

Zawartość przesyłki modelu 1014D

Podręcznik

Instrukcja obsługi to schludnie ułożona, dwudziestostronicowa broszura w języku angielskim. Co dziwne, nie ma prawie żadnych zdjęć wyjaśniających działanie i obsługę oscyloskopu. Zamieściliśmy tę instrukcję na naszym koncie w archive.org i można ją obejrzeć pod adresem: https://archive.org/download/Chinese-producten-manuals/FNIRSI_1014D_Oscilloscope_Manual.pdf.

Zalety 1014D

Ten oscyloskop jest wyraźnie podstawowym modelem o ograniczonej funkcjonalności, dzięki czemu jest bardzo intuicyjny w obsłudze nawet dla kogoś, kto nie ma dużego doświadczenia z takimi urządzeniami.

1014D nie ma wbudowanego zasilacza sieciowego, zamiast tego, jest zasilany z zewnętrznego napięcia 5 V DC. W zestawie znajduje się prosty zasilacz sieciowy, ale oscyloskop ten można zasilać z dowolnego źródła o napięciu 5 V DC i wydajności 2 A. Oscyloskop może być wtedy używany w dowolnym miejscu, nawet tam, gdzie w pobliżu nie ma zasilania sieciowego.

Po jednym naciśnięciu przycisku „AUTO”, 1014D samodzielnie oblicza najlepsze ustawienia czułości i podstawy czasu.

Oscyloskop ma wbudowany, prosty generator funkcyjny o zakresie częstotliwości od 1 Hz do 10 MHz dla sygnału sinusoidalnego i od 1 Hz do 2 MHz dla wszystkich innych sygnałów. Użytkownik może wybierać spośród 14 kształtów sygnałów, dostępnych w urządzeniu.

Sygnał pojawiający się na ekranie można zapisać w pamięci po wykonaniu kilku prostych czynności i używać go jako samodzielnie zdefiniowanego sygnału wyjściowego generatora funkcyjnego. 

Obraz ekranu można zapisać w pamięci wewnętrznej jednym naciśnięciem przycisku „S PIC”. Pamięć ta może pomieścić 1000 obrazów.

Oba sygnały wejściowe można również zarejestrować, w pamięci oscyloskopu, za pomocą przycisku „S WAV” a następnie odtworzyć je i poddać analizie, mając do dyspozycji wszystkie funkcje 1014D, takie jak zmiany podstawy czasu i czułości, analiza FFT itp.

Ponadto, oscyloskop ten można podłączyć do komputera za pomocą kabla USB i wyeksportować zapisane obrazy na dysk twardy.

Na wyświetlaczu oscyloskopu można wyświetlać wartości liczbowe łącznie sześciu parametrów obu sygnałów wejściowych.

1014D może również przeprowadzić bardzo podstawową analizę częstotliwości obu sygnałów wejściowych, zgodnie z „szybką transformatą Fouriera”.

Przyciski „H CUR” i „V CUR” umożliwiają włączenie dwóch poziomych i dwóch pionowych linii kursora w celu numerycznego pomiaru czasu i napięcia.

Oscyloskop można przełączyć w tryb X/Y, który umożliwia wyświetlanie znanych figur Lissajous.

Oba wejścia są zabezpieczone przed napięciami szczytowymi powyżej 400 V.

Ograniczenia modelu 1014D

Czułości pionowej 50 mV/div nie można nazwać spektakularną. Większość oscyloskopów cyfrowych ma czułość co najmniej 10 mV/div.

Dostarczony zasilacz sieciowy również nie jest doskonałej jakości. 

W praktyce szerokość pasma, podana w specyfikacji, (100 MHz) okazuje się mocno zawyżona.

To samo dotyczy częstotliwości próbkowania. Jest ona określona jako 1 GSample/s, ale jest to wartość dostarczana przez oprogramowanie. Prędkość sprzętowa zastosowanego przetwornika ADC wynosi tylko 200 MSamples/s. W rezultacie wymagany jest absolutnie stabilny i okresowy sygnał wejściowy, aby obliczyć kształt fali za pomocą oprogramowania i umieścić go na ekranie.

Wbudowany generator funkcyjny dostarcza sygnały o stałej wartości od góry i od dołu wynoszącej 2,5 V. Brak możliwości regulacji wielkości napięcia wyjściowego czyni tę opcję bezużyteczną i niepotrzebną zabawką.

Podany czas narastania nie odpowiada rzeczywistości. Zmierzona wartość jest znacznie większa i niezgodna z podaną szerokością pasma wynoszącą 100 MHz.

Model 1014D NIE posiada zewnętrznego wejścia wyzwalającego!

Uśrednianie obrazu

1014D nie jest oscyloskopem czasu rzeczywistego! Oscyloskop 1014D wyraźnie wykorzystuje technikę zwaną „uśrednianiem”. W języku angielskim używa się do tego słowa „averaging” (uśrednianie).

Wiąże się to z przechowywaniem w pamięci dużej liczby kolejnych obrazów. Następnie oprogramowanie oblicza średnią wartość wszystkich zapisanych obrazów. Ten „średni” obraz jest następnie wysyłany na ekran. Zaletą jest to, że na ekranie pojawia się ładny, stabilny oscylogram. Wadą jest to, że krótkie, jednorazowe zjawiska, takie jak impuls zakłócający, są pomijane w procesie uśredniania, a zatem nie pojawiają się na ekranie. W większości oscyloskopów cyfrowych można włączyć lub wyłączyć to „uśrednianie”. W przypadku modelu 1014D nie jest to możliwe.

Wewnętrzna elektronika

Obie części całkowicie plastikowej obudowy są połączone siedmioma śrubami. Pojedyncza duża płytka drukowana jest przymocowana do przedniej płyty oscyloskopu. Na poniższym zdjęciu widać dwie strony tej płytki drukowanej. 

Na tej płytce znajduje się zaskakująco mało elektroniki. Większość chipów jest nierozpoznawalna. Wyraźnie rozpoznawalne są F1C100S i EF2L45LG144B.

F1C100S to system-on-chip (SoC) opracowany przez chińską firmę Allwinner Technology. Jest to stosunkowo prosty interfejs między systemem a wyświetlaczem cyfrowym. Wiele cyfrowych ramek na zdjęcia wykorzystuje ten układ.

F1C100S bazuje na jednordzeniowym procesorze ARM926EJ-S o częstotliwości taktowania do 900 MHz i zawiera wbudowany akcelerator grafiki 2D.

EF2L45LG144B od chińskiej firmy Anlu Technology Anlogic to FPGA (Field Programmable Gate Array), złożony blok logiczny zawierający tysiące obwodów logicznych, które można w unikalny sposób połączyć za pomocą oprogramowania.

Układ ten bez wątpienia zawiera całą logikę sterującą 1014D.

Dwie strony płytki drukowanej (© 2022 pcprogrammer, edit 2024 Jos Verstraten)

To, co się wyróżnia, po lewej stronie płytki drukowanej i obramowane przez nas na zielono, to metalowe gniazdo na kartę pamięci. To gniazdo rzeczywiście zawiera kartę i oczywiste jest założenie, że 1000 zrzutów ekranu, które można zapisać, jest przechowywanych na tej karcie. Obwody wejściowe, obramowane przez nas na czerwono, zawierają po trzy mini-przekaźniki używane do przełączania czułości wejścia. Wyraźnie słychać klikanie tych przekaźników, gdy oscyloskop wyszukuje najlepszą czułość wejściową za pomocą funkcji „AUTO”. Oba obwody są w pełni binarne, a ekranowanie na powyższym zdjęciu zostało usunięte.

Według źródeł internetowych, 1014D wykorzystuje dwa przetworniki AD9288, które próbkują dwa analogowe sygnały wejściowe. Każdy układ zawiera dwa identyczne przetworniki ADC o dokładności 8 bitów i maksymalnej częstotliwości próbkowania wynoszącej 100 MSa/s. Trudno jest zrozumieć, w jaki sposób można osiągnąć częstotliwość próbkowania 1 GSa/s w czasie rzeczywistym przy użyciu takich układów, jak twierdzi producent. Jeśli oba przetworniki ADC w jednym chipie próbkują ten sam sygnał równolegle z sygnałem zegara przesuniętym w fazie, częstotliwość próbkowania wynosi 200 MSa/s. Tak więc sprzętowa częstotliwość próbkowania jest znacznie niższa, a oprogramowanie implementuje algorytm nadpróbkowania.

Elektronika połączona jest z wyświetlaczem poprzez prostokątne wgłębienie w płytce PCB, za pomocą płaskiego kabla taśmowego.

Pierwsze rozczarowujące pomiary za pomocą 1014D

Problemy z zasilaniem sieciowym

Podłączyliśmy urządzenie do napięcia sieciowego za pomocą dostarczonego zasilacza sieciowego. Natychmiast po włączeniu urządzenia i przyłożeniu sygnału 1 kHz do „CH1”, okazało się, że obraz był bardzo niestabilny i od czasu do czasu można było zaobserwować dziwne piki w sygnale, patrz obrazek poniżej. Po kilku eksperymentach problemem okazał się dostarczony zasilacz sieciowy. Po użyciu innego zasilacza 5 V problemy te zniknęły jak śnieg na słońcu i urządzenie zaczęło działać znakomicie.

Wyświetlacz 1014D

Wyświetlacz ma szerokość 15,2 cm i wysokość 8,5 cm. Wokół pola, w którym pojawiają się dwa sygnały, znajdują się różne dane, z których można odczytać ustawienia oscyloskopu. Taka ilość danych na ekranie jest konieczna, ponieważ obok przycisków sterujących nie ma opisu. Dane są pogrupowane, a każda grupa zawiera stan określonej funkcji oscyloskopu. Podsumowaliśmy to w przejrzysty sposób na obrazku na kolejnej stronie:

• A: Szczegóły dotyczące wyzwalania,
• B: Dane ustawień kanału CH1,
• C: Dane ustawień kanału CH2,
• D: Sześć danych liczbowych dwóch sygnałów,
• E: Status wyzwalania,
• F: Dane ustawień podstawy czasu.

Dane wyświetlane na wyświetlaczu

Elementy sterujące 1014D

Na poniższym obrazku widać, że oscyloskop trzeba obsługiwać za pomocą 33 przycisków, pięciu potencjometrów obrotowych (małe pokrętła) i trzech koderów obrotowych (duże pokrętła). Wydaje się to dużo dla początkującego hobbysty, ale po kilku ćwiczeniach będziesz w stanie obsługiwać urządzenie bezbłędnie. W poniższych akapitach pokrótce wyjaśnimy funkcje tych pokręteł.

Przyciski sterujące modelu 1014D

Opcje menu

Naciśnięcie przycisku „MENU” spowoduje wyświetlenie poniższego okna. Za pomocą przycisków kursora „▲” i „▼” można wybrać jedną z jedenastu opcji. Naciśnięcie przycisku „OK” spowoduje uruchomienie tej opcji.

Opcja 1: Przeglądanie obrazów

Na ekranie wyświetlane są wszystkie zrzuty ekranu zapisane w pamięci. Cztery przyciski kursora „▲”, „▼”, „◄” i „►” umożliwiają wybranie jednego z obrazów. Pięć przycisków „SEL”, „SEL ALL”, „DEL”, „LAST” i „NEXT” pod ekranem umożliwia przewijanie ekranów, wybieranie i usuwanie obrazów.

Jedenaście opcji menu

Opcja 2: Przeglądanie przebiegów

Identycznie dla sygnałów zapisanych w pamięci. Po wybraniu jednego z sygnałów należy nacisnąć przycisk „OK”, a sygnał ten pojawi się ponownie na ekranie oscyloskopu, tak jakby był sygnałem wejściowym. Następnie można zastosować do niego wszystkie funkcje oscyloskopu.

Opcja menu „Przeglądanie obrazów” 

Opcja 3: Przeglądanie danych wyjściowych

Jest to miejsce, w którym sygnały wybrane za pomocą funkcji „Capture output” są przechowywane w celu załadowania do generatora funkcyjnego jako samodzielnie zdefiniowany kształt sygnału.

Opcja 4: Przechwytywanie danych wyjściowych

Pojawią się dwie fioletowe pionowe linie kursora, które można wybrać za pomocą kursorów „◄” i „►” i przesuwać po ekranie za pomocą pokrętła znajdującego się obok kursorów. Część sygnału pomiędzy dwiema liniami kursora jest zapisywana w pamięci „Output browsing”.

Opcja 5: Jasność ekranu

Można ustawić intensywność wyświetlania.

Opcja 6: Skalowanie jasności

Można ustawić intensywność skalowania.

Opcja 7: Automatyczne 50%

Można włączyć lub wyłączyć automatyczne ustawianie poziomu wyzwalania w połowie wartości sygnału od góry do dołu.

Opcja 8: Krzywa trybu X-Y

Podstawa czasu jest wyłączona. Sygnał na „CH1” przesuwa punkt po osi X, a sygnał na „CH2” przesuwa punkt po osi Y. Ta opcja umożliwia zapisanie na ekranie znanych figur Lissajous. Umożliwia to wizualizację różnic fazy i częstotliwości między dwoma sygnałami.

Opcja menu „Krzywa trybu X-Y”

Opcja 9: Kalibracja podstawowa

Opcja ta pozwala na zrównanie linii zerowych obu kanałów z żółtymi i jasnoniebieskimi trójkątami po lewej stronie ekranu. Opcję tę należy stosować tylko w przypadku otwartych wejść!

Opcja 10: Eksport USB

Pamięć 1014D staje się zewnętrznym dyskiem twardym, do którego można uzyskać dostęp i zarządzać nim za pomocą „Eksploratora” systemu Windows. Opcja ta umożliwia eksportowanie zrzutów ekranu zapisanych w pamięci na dysk twardy komputera.

Opcja 11: Ustawienie fabryczne

Wszystkie ustawienia zostaną przywrócone do wartości fabrycznych.

Przyciski „AUTO” (niebieski) i „RUN/STOP” (czerwony)

Jeśli po podłączeniu mierzonych sygnałów do wejść „CH1” i „CH2” naciśniesz przycisk „AUTO”, 1014D automatycznie wybierze najlepsze pozycje czułości i podstawy czasu, dzięki czemu na wyświetlaczu pojawi się ładny, spokojny obraz. Naciśnięcie przycisku „RUN/STOP” zamraża obraz na wyświetlaczu lub przywraca urządzenie do pracy.

Ustawienie obu kanałów

Za pomocą dolnych dużych pokręteł można oczywiście regulować czułość w zakresie od 50 mV/div do 5 V/div w 7 krokach. Mniejsze pokrętła przesuwają sygnały w górę i w dół. Przyciski „CH1” i „CH2” włączają lub wyłączają kanały. Za pomocą dwóch przycisków „CONF” można zdefiniować wszystkie ustawienia obu kanałów. Po naciśnięciu jednego z tych przycisków pojawi się poniższe okno. 

W tym oknie, ponownie używając klawiszy kursora i przycisku „OK”, można skonfigurować kanał: 

• Sonda: W tym miejscu należy wprowadzić tłumienie sondy pomiarowej, aby oscyloskop mógł uwzględnić to tłumienie przy wyświetlaniu wartości liczbowych napięcia. 
• Sprzężenie: Napięcie DC w sygnale jest wyświetlane (DC) lub nie jest wyświetlane (AC).
• FFT: „Szybka transformata Fouriera” (analiza częstotliwościowa) sygnału może, ale nie musi być wyświetlana na ekranie. Nawiasem mówiąc, jest to bardzo ograniczona wersja prawdziwego FFT, z którym można zrobić bardzo niewiele. Jeśli o nas chodzi, ta funkcja mogłaby zostać pominięta!

Ustawienie obu kanałów

Ustawianie podstawy czasu

Dolne duże okrągłe pokrętło wybiera prędkość podstawy czasu w zakresie od 50 s/div do 10 ns/div w 30 krokach. Mniejsze pokrętło przesuwa sygnały w przód i w tył na ekranie. Przycisk „ORIG” ustawia punkt, w którym 1014D uruchamia się na środku ekranu. Zielona strzałka w górnej części ekranu określa lokalizację tego punktu wyzwalania.

Ustawienia wyzwalania

Jedno pokrętło naturalnie ustawia poziom wyzwalania. Cztery przyciski:

• MODE (Tryb): Umożliwia wybór pomiędzy opcjami „Single” (Pojedynczy), „Normal” (Normalny) i „Auto” (Automatyczny). Zazwyczaj wybieraną opcją jest „Auto”. Jeśli nie uzyskasz nieruchomego obrazu, wybierz opcję „Normal”. W trybie „Single” po osiągnięciu poziomu wyzwalania zapisywany jest tylko jeden obraz.
• EDGE: Wybór wyzwalania sygnałem narastającym lub opadającym.
• CHX: Wyzwalanie na wejściu CH1 lub CH2.
• 50%: Automatyczne wyzwalanie następuje przy napięciu znajdującym się dokładnie pośrodku między wartością maksymalną i minimalną.

Klawisze funkcyjne od F1 do F6

Przyciski te umożliwiają numeryczny pomiar łącznie sześciu parametrów sygnału „CH1” i/lub sygnału „CH2”. Po naciśnięciu jednego z przycisków na ekranie pojawi się poniższe okno. Za pomocą przycisków kursora można wybrać parametr. Naciśnij „OK”, aby potwierdzić wybór.

Wybór sześciu parametrów wyświetlanych numerycznie na ekranie

Przycisk SLOW

Przycisk ten pozwala zmniejszyć czułość sześciu potencjometrów obrotowych, umożliwiając bardziej precyzyjne ustawienie odpowiedniej funkcji.

Przycisk GEN

Ten przycisk otwiera małe okno poniżej, w którym można ustawić sygnał wyjściowy generatora funkcyjnego. Oczywiście należy ponownie użyć klawiszy kursora i przycisku „OK”. Sygnał pojawia się ze stałą wartością od góry do dołu 2,5 V na zielonym złączu BNC.

• Freq: Wybiera częstotliwość sygnału wyjściowego. Najniższa częstotliwość wynosi 1 Hz, najwyższa dla sygnału sinusoidalnego 10 MHz, a dla innych sygnałów 2 MHz.
• Duty: W przypadku napięć impulsowych określa stosunek poziomu wysokiego do niskiego. Parametr ten można ustawić w zakresie od 1% do 99%.
• Typ: Możesz wybrać 1 z 14 predefiniowanych kształtów sygnału. Ponadto istnieje możliwość samodzielnego dodania jednego kształtu sygnału. Odbywa się to w następujący sposób. Otwórz menu i wybierz opcję „Output browsing”. W opisany już sposób wybierz jeden z kształtów sygnału, zapisanych w pamięci za pomocą opcji „Capture output”. Naciśnij „OK” i wyjdź z menu. Następnie naciśnij przycisk „GEN” i wybierz opcję „Type”. W sekcji „Custom” (niestandardowy) pojawi się wybrany kształt sygnału.

Ustawianie sygnału generatora funkcyjnego

Test oscyloskopu 1014D

Różne testy oscyloskopu 1014D znalezione w Google pokazują, że większość recenzentów tego oscyloskopu uważa, że producent publikuje zbyt optymistyczne specyfikacje. Dotyczy to w szczególności szerokości pasma, częstotliwości próbkowania i czasu narastania. Oczywiście sami to przetestowaliśmy i musimy stwierdzić, że nasi koledzy mają rację. Zarówno podana szerokość pasma 2×100 MHz, jak i czas narastania poniżej 3 ns są mocno zawyżone.

Aby ująć ten temat w konkurencyjnej perspektywie, w naszych testach wykorzystaliśmy nasz własny oscyloskop, XDS2102A firmy OWON jako porównanie. Chociaż urządzenie to jest znacznie droższe niż 1014D, wynika to z faktu, że oscyloskop ten działa w trybie 12-bitowym zamiast 8-bitowym i ma wiele dodatkowych funkcji. Jednak określona szerokość pasma i czas narastania są podobne: 2×100 MHz i mniej niż 3,5 ns.

Testowanie częstotliwości próbkowania za pomocą fali sinusoidalnej 50 MHz

Wielkość ta odnosi się do liczby próbek pobieranych przez oscyloskop z sygnału wejściowego na sekundę. Wysoka częstotliwość próbkowania zapewnia dokładniejszą rekonstrukcję sygnałów o wysokiej częstotliwości. Zgodnie z twierdzeniem Nyquista-Shannona, częstotliwość próbkowania musi być co najmniej dwa razy wyższa niż częstotliwość sygnału wejściowego, aby zapewnić dokładną reprodukcję na ekranie. Dlatego sygnał o częstotliwości 50 MHz wymaga sprzętowej częstotliwości próbkowania co najmniej 100 MSa/s. Do tego właśnie zdolny jest przetwornik ADC zastosowany w 1014D. Dlaczego więc częstotliwość próbkowania wynosi 1 GSa/s? Ponieważ w większości oscyloskopów cyfrowych stosowana jest technika zwana „nadpróbkowaniem”. Polega ona na programowym przeplataniu wyników, powiedzmy, pięciu lub nawet dziesięciu kolejnych, ale nieznacznie przesuniętych w czasie cykli próbkowania. Technika ta jest również stosowana na przykład w cyfrowym audio.

Podczas rekonstrukcji sygnału na ekranie oscyloskopu stosowany jest algorytm matematyczny zwany „interpolacją sin(x)/x”. Polega to na łączeniu kolejnych próbek sygnału, które pojawiają się jako kropki na ekranie, liniami, które jak najdokładniej przybliżają oryginalny kształt sygnału.

Aby ocenić wydajność oscyloskopu 1014D w zakresie wysokich częstotliwości, do wejść obu oscyloskopów podaliśmy sygnał sinusoidalny o częstotliwości 50 MHz z generatora sinusoidalnego Marconi TF2015. Wyniki można zobaczyć na poniższych oscylogramach. Możemy być z tego bardzo zadowoleni, chociaż testowaliśmy tak zwane oscyloskopy 100 MHz przebiegiem o częstotliwości 50 MHz. Jedynym zarzutem jest to, że sygnał nie jest wyświetlany symetrycznie względem osi zerowej. Część dodatnia jest wyraźnie większa niż część ujemna. Ale można z tym żyć!

Należy pamiętać, że tutaj oceniamy tylko rekonstrukcję sygnału i ten test nie mówi nic o szerokości pasma!

Fala sinusoidalna 50 MHz na ekranie obu oscyloskopów

Definicje szerokości pasma i czasu narastania

Dla niektórych czytelników może być zasadne, aby najpierw wyjaśnić, co oznacza „szerokość pasma” i „czas narastania” oscyloskopu.

Szerokość pasma to częstotliwość, przy której wyświetlany na ekranie sygnał sinusoidalny jest o 3 dB mniejsze niż równie duży sygnał sinusoidalny o częstotliwości 1 MHz. Odpowiada to zmniejszeniu amplitudy przebiegu na ekranie o współczynnik 0,707. Jeśli fala sinusoidalna 1 MHz jest wyświetlana na ekranie z amplitudą 10 cm, szerokość pasma jest określana przez częstotliwość równie dużego sygnału, który pojawia się na ekranie oscyloskopu o wysokości zaledwie 7,07 cm. W poniższym przykładzie po lewej stronie oscyloskop miałby szerokość pasma około 64 MHz.

Czas narastania to czas potrzebny oscyloskopowi do wyświetlenia 80% zbocza narastającego bardzo szybkiego impulsu. Jak pokazano na rysunku po prawej stronie, te 80% jest obliczane od czasu t1, w którym urządzenie zapisało 10% amplitudy, do czasu t2, w którym zapisano 90% amplitudy. Tak więc w tym przykładzie czas narastania jest równy opóźnieniu między czasami t1 i t2.

Definicje szerokości pasma i czasu narastania w oscyloskopie

Testowanie czasu narastania

Używamy do tego celu chińskiego generatora impulsów „Fast Edge Pulse Generator”, który dostarcza sygnał prostokątny o częstotliwości 1000 MHz z gwarantowanymi czasami narastania i opadania poniżej 180 ps. Wartość ta jest znikomo mała w porównaniu z czasami narastania oscyloskopów. Można więc wywnioskować, że czasy narastania widoczne na ekranach są spowodowane przez elektronikę w oscyloskopach. Ta płytka drukowana jest podłączana bezpośrednio do wejścia BNC oscyloskopu. Parametry kabla nie mogą zatem wpływać na wyświetlanie sygnału.

Wyniki tego testu można zobaczyć na poniższym rysunku. Teraz jest jasne, że 1014D nie spełnia parametru podanego w specyfikacji. Podany czas narastania poniżej 3 ns odbiega od zmierzonego 11,6 ns. W przypadku XDS2102A specyfikacje są całkowicie poprawne, zmierzony czas narastania wynosi 3,04 ns.

Pomiar czasów narastania obu oscyloskopów

Obliczanie szerokości pasma na podstawie czasu narastania

Istnieje prosta matematyczna zależność między czasem narastania a szerokością pasma:

Szerokość pasma (MHz) = 350/czas narastania (ns) 

Zastosujmy ten wzór do obu oscyloskopów:

• FNIRSI 1014D: 350/11,6=30,17 MHz
• OWON XDS2102A: 350/3,04=115,13 MHz

Tak niewiele pozostało z twierdzenia FNIRSI, że 1014D ma szerokość pasma 100 MHz!

Bezpośredni pomiar szerokości pasma

Drugą metodą sprawdzania szerokości pasma oscyloskopu jest użycie generatora sinusoidalnego o bardzo szerokim paśmie. Warunkiem jest jednak to, że urządzenie to ma absolutnie płaską charakterystykę amplituda/częstotliwość.

Oznacza to, że jeśli ustawisz napięcie wyjściowe na 1,0 V, urządzenie dostarczy napięcie wyjściowe 1,0 V przy wszystkich częstotliwościach. Nasz generator sinusoidalny TF2015 firmy Marconi spełnia ten wymóg. Taki pomiar przebiega następująco. Najpierw wprowadzamy sygnał o częstotliwości 10 MHz i ustawiamy poziome kursory na szczytach fali sinusoidalnej. Powoli zwiększamy częstotliwość, oczywiście pozostawiając czułość oscyloskopu w tej samej pozycji. Można ustawić szybszą podstawę czasu. Amplituda sygnału na ekranie będzie coraz mniejsza. Gdzieś istnieje częstotliwość, przy której wartość fali sinusoidalnej staje się równa 70% odległości między dwoma kursorami. Jest to szerokość pasma oscyloskopu. 

Zastosowaliśmy ten pomiar do obu oscyloskopów, używając częstotliwości 10 MHz, 20 MHz, 50 MHz i 100 MHz. Aby wyeliminować duże obciążenie pojemnościowe na wejściach oscyloskopów, w obu przypadkach używamy dobrze dostrojonych sond 1/10 o szerokości pasma 100 MHz.

Wyniki zostały podsumowane na poniższym rysunku. Wyraźnie widać, że podczas gdy specyfikacja szerokości pasma 100 MHz jest łatwo spełniona przez OWON XDS2102A, zdecydowanie nie ma to miejsca w przypadku FNIRSI 1014D.

Tłumienie sygnału do 70,7% znajduje się gdzieś pomiędzy 20 MHz a 50 MHz. Tak więc wartość obliczona na podstawie czasu narastania 30,17 MHz będzie prawidłowa! Tłumienie sygnału wzrasta tak szybko powyżej 50 MHz, że nic nie pojawia się na ekranie z sygnału 100 MHz.

Należy pamiętać, że nie oznacza to, że na ekranie oscyloskopu 1014D nigdy nie pojawi się sygnał o częstotliwości 100 MHz. Generator sinusoidalny TF2015 dostarcza bardzo mały sygnał wyjściowy, który jest również dziesięciokrotnie tłumiony (sonda 1/10!) na wejściu oscyloskopu. Jeśli na wejściu umieścimy wystarczająco dużą falę sinusoidalną o częstotliwości 100 MHz (i powinniśmy pomyśleć o sygnale o wartości w zakresie woltów), to 1014D rzeczywiście może ją zdigitalizować i prawdopodobnie zobaczymy coś na ekranie. Nie mamy jednak generatora, który dostarczałby tak wysokie napięcia HF, więc nie możemy udowodnić tego założenia.

Bezpośredni pomiar szerokości pasma

Wyświetlanie fali prostokątnej 1 MHz

Płytka drukowana „Fast Edge Pulse Generator” wytwarza bardzo ładną symetryczną falę prostokątną o częstotliwości dokładnie 1000 MHz. Następnym testem jest to, jak oba oscyloskopy wyświetlają ten sygnał na swoich ekranach. Model 1014D wypada tutaj powyżej oczekiwań! Numeryczne wyświetlanie częstotliwości na ekranie jest również dokładne: 1000 MHz.

Reprezentacja bardzo stromej fali prostokątnej 1000 MHz

Wpływ uśredniania na wyświetlanie sygnałów nieokresowych

Jak już napisano, oscyloskop 1014D działa z niewyłączanym uśrednianiem. Nie jest to więc oscyloskop czasu rzeczywistego! Ta technika, w której kilka cykli próbkowania jest przetwarzanych przez oprogramowanie, działa bardzo dobrze w przypadku wyświetlania stabilnych sygnałów okresowych. Jeśli jednak chcesz zmierzyć sygnał nieokresowy, niewiele wyjdzie z takiego pomiaru na oscyloskopie uśredniającym.

Aby sprawdzić, jak wyświetlany jest sygnał nieokresowy, zasilamy oba oscyloskopy szumem. Jest to doskonały przykład sygnału nieokresowego. Oczywiście w przypadku oscyloskopu OWON XDS2102A „uśrednianie” jest wyłączone, co umożliwia prawidłowe porównanie. Oba urządzenia są ustawione na identyczne tryby: 50 mV/div i 100 ns/div.

Wyraźnie widać tutaj, że według 1014D sygnał jest znacznie mniejszy niż twierdzi XDS2102A. Trzeba wziąć to ograniczenie 1014D pod uwagę w praktyce!

Wyświetlanie szumu na obu oscyloskopach 

Liniowość przetwornika ADC

Jeśli przedstawisz na oscyloskopie absolutnie liniowo narastające napięcie (idealny przebieg piłokształtny), napięcie to powinno również pojawić się na ekranie jako czysta linia prosta. Wszelkie odchylenia są spowodowane niedoskonałościami w działaniu przetwornika ADC. Na poniższym obrazku porównujemy to, co robią 1014D i XDS2102A i po raz kolejny staje się jasne, dlaczego jeden oscyloskop kosztuje 150 euro, a drugi 400 euro.

Reprezentacja liniowo rosnącego napięcia

Opóźnienie między obydwoma kanałami

Jednym z głównych zastosowań oscyloskopów dwukanałowych jest porównywanie zależności czasowych między dwoma sygnałami. Aby zrobić to prawidłowo, konieczne jest, aby elektronika oscyloskopu nie powodowała opóźnień między dwoma kanałami. Przetestowaliśmy to w pełnym zakresie częstotliwości od 0 Hz do 50 MHz i nie wykryliśmy żadnych opóźnień. Poniższy oscylogram przedstawia ekran po podaniu fali sinusoidalnej o częstotliwości 50 MHz na oba wejścia. Oba obrazy są całkowicie identyczne.

Testowanie opóźnienia sygnału między dwoma wejściami

Test generatora funkcyjnego w 1014D

Jednym z najważniejszych wymagań stawianych generatorowi sygnału jest możliwość dokładnego ustawienia wielkości sygnału wyjściowego. Generator funkcyjny obecny w 1014D nie posiada takiej opcji i dlatego uważamy, że jest to raczej zbędna zabawka niż przydatna opcja. Niemniej jednak przeprowadziliśmy kilka testów, w których oczywiście użyliśmy naszego XDS2102A, aby pokazać wyniki.

Sygnał sinusoidalny o częstotliwości 10 MHz

Poniższy oscylogram pokazuje, jak wygląda napięcie sinusoidalne przy maksymalnej częstotliwości 10 MHz. Ustawienia XDS2102A: 500 mV/div i 20 ns/div. Wyraźnie widać pewne zniekształcenia sygnału, ale jesteśmy bardzo zadowoleni z tego wyniku. Mieliśmy przyjemność podziwiać wiele gorszych generatorów funkcyjnych!

Wyjście generatora funkcyjnego przy fali sinusoidalnej 10 MHz

Zniekształcenia sygnału są szybko redukowane po ustawieniu niższej częstotliwości. Na przykład na poniższym obrazku można zobaczyć analizę zniekształceń przy 100 kHz. Wtedy całkowite zniekształcenia harmoniczne spadają do 0,7%, co jest doskonałą wartością dla tak taniego urządzenia. Jak widać na zdjęciu, zniekształcenia harmoniczne (niebieski sygnał) składają się głównie z szumu cyfrowego, spowodowanego niedoskonałościami przetwornika cyfrowo-analogowego, który generuje sygnał analogowy z cyfrowych kodów z pamięci. 

Zniekształcenia sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 100 kHz

Sygnał prostokątny o częstotliwości 2 MHz

Aby zakończyć ten bardzo obszerny przegląd/test FNIRSI 1014D, na poniższym rysunku pokazujemy sygnał wyjściowy generatora funkcyjnego ustawionego na napięcie prostokątne o częstotliwości 2 MHz.

Wyjście generatora funkcyjnego dla przebiegu prostokątnego o częstotliwości 2 MHz

Nasza opinia na temat FNIRSI 1014D

FNIRSI 1014D bez wątpienia nie zdobędzie pochwał od profesjonalnych inżynierów elektroników, jak również od tych, którzy twierdzą, że „wszystko, co chińskie, jest bezwartościowe”. Jego rzeczywiste pasmo jest na to zbyt małe, a rzeczywisty czas narastania zbyt duży. Jeśli jednak szukasz bardzo przystępnego cenowo i łatwego w obsłudze modelu klasy podstawowej, ten oscyloskop doskonale się sprawdzi. Jego mocne strony oczywiście nie leżą w wykonywaniu pomiarów HF lub dokładnym pomiarze amplitudy sygnałów. Ale przeciętny hobbysta również tego nie potrzebuje. W przypadku większości zadań pomiarowych na wzmacniaczach audio, eksperymentów z Arduino i podobnych działań hobbystycznych, 1014D może bez wątpienia stać się niezbędnym i niezawodnym przyrządem. Elementy sterujące są proste i intuicyjne w obsłudze, a oscylogramy wyraźne.

Plusem jest z pewnością zasilanie urządzenia z zewnętrznego źródła zasilania 5 V. Zręczny majsterkowicz może nawet wbudować baterię, stabilizator 5 V i elektronikę ładującą w pustą przestrzeń w obudowie.

Naszym zdaniem, 1014D można bez zastrzeżeń polecić hobbystom i szkołom oraz do wykonywania większości typowych napraw urządzeń elektronicznych.

Wszystkich zainteresowanych omówionym oscyloskopem zapraszamy do sklepu