„Dziwny jest ten świat” – nadeszły czasy, gdy hobbysta może kupić oscyloskop o możliwościach i parametrach do niedawna dostępnych tylko nielicznym profesjonalistom. Problemem przestaje być bariera cenowa, natomiast niepotrzebnie przestraszyć i zniechęcić może obfitość zaawansowanych opcji.

Czy kupiłbym oscyloskop Rigol z rodziny DHO900 gdybym był wąsko specjalizowanym profesjonalistą?

Najprawdopodobniej nie, bo wtedy szukałbym jakiegoś droższego, o parametrach i możliwościach optymalizowanych do mojej wąskiej specjalizacji: albo oscyloskopu o jak najmniejszych szumach do „analogówki”, albo jakiegoś do „cyfrówki”, o jak najbogatszych opcjach analizy przebiegów cyfrowych.

Ale ja od ponad 30 lat jestem popularyzatorem szeroko pojętej elektroniki i moją uwagę zwróciły niedawno wprowadzone na rynek rodziny Rigol DHO800, DHO900, DHO1000, DHO4000. Po analizie parametrów i porównaniu cen uznałem, że dla mnie najlepszą relację możliwości do ceny daje DHO924S, widoczny na fotografii tytułowej.

Zaskakująco niska cena, jak na oferowane bogate możliwości oznacza, że konstrukcja niewątpliwie jest wynikiem licznych kompromisów. Przedstawię je w drugimi artykule, ale wypadkowy efekt tych licznych kompromisów bardzo mile zaskakuje.

W przypadku DHO924S otrzymuję trzy przyrządy:

• czterokanałowy oscyloskop o pasmie aż 250 MHz, o maksymalnej czułości 0,2 mV/dz, z przetwornikiem 12–bitowym o próbkowaniu 1,25 GS/s,
• generator podstawowych przebiegów (AFG) o częstotliwościach od 2 miliherców do 25 MHz,
• 16-kanałowy analizator logiczny 200 MHz z wykrywaniem impulsów 5-nanosekundowych.

Jest to znakomity instrument do zastosowań ogólnych, i co dla mnie bardzo ważne – edukacyjnych.

Pomimo licznych kompromisów, taki przyrząd niewątpliwie można zaliczyć do profesjonalnych, ponieważ ma mnóstwo funkcji i opcji spotykanych dotąd tylko w kosztownym sprzęcie profesjonalnym – niektóre szczegóły w dalszej części artykułu. A cena jest niewątpliwie „bardzo amatorska”, bo najtańsze wersje z rodziny DHO900 kosztują tylko trochę więcej niż 3000 zł brutto. Jeśli dla kogoś to za drogo, niech zainteresuje się trochę tylko słabszą rodziną DHO800, gdzie ceny tańszych wersji wynoszą niewiele więcej niż 2000 złotych.

Dla mnie kluczowe znaczenie ma obecność czterech kanałów – torów pomiarowych, co ogromnie rozszerza możliwości względem oscyloskopów 2-kanałowych. Zdecydowałem się na najwyższą wersję 250-megahercową, ponieważ możliwie szerokie pasmo przenoszenia potrzebne mi jest m.in. do eksperymentów pokazujących zjawiska falowe. Fotografia 1 przedstawia przykład badania zjawisk falowych (odbić) w półtorametrowym odcinku 50-omowego kabla koncentrycznego. Jedna działka na ekranie to znikome 10 nanosekund!

Fotografia 1

Sprawdziłem też, że czas narastania (rise time) tego oscyloskopu, a więc także szerokość pasma przenoszenia, jak najbardziej zgadzają się ze specyfikacją, gdzie podana jest wartość 1,4 ns, 250 MHz. Zrobiłem to w prosty sposób, przy zastosowaniu nietypowego „szybkiego” generatora impulsowego z kontaktronem o stykach zwilżanych rtęcią (mercury wetted), co jest szerzej opisane w artykule Rigol DHO924S w praktyce: pomiar czasu narastania.

Dla mnie bardzo ważna jest nie sama obecność wbudowanego generatora AFG, tylko fakt, że oprogramowanie przyrządu pozwala w łatwy i szybki sposób mierzyć charakterystyki amplitudowo–fazowe Bodego. Fotografia 2 pokazuje coś absolutnie zaskakującego! Jest to pomiar charakterystyk Bodego (amplitudowej i fazowej) bardzo specyficznego wzmacniacza lampowego. Wzmacniacza na próżniowej triodzie, ale bardzo nietypowej, świecącej magicznym niebieskozielonym światłem. Tą triodą jest... wyświetlacz VFD, wprawdzie nie 6P1 Korga, ale też wzmacniający (w układzie są też 4 tranzystory, ale tylko w roli wtórników i źródła prądowego).

Fotografia 2.

Co jeszcze ważniejsze, przyrząd pozwala też w prosty sposób w paśmie 10 Hz...25 MHz sprawdzać charakterystyki Bodego nie tylko rozmaitych wzmacniaczy, ale też stabilizatorów i zasilaczy (liniowych i impulsowych), czyli w sumie badać ich stabilność oraz ewentualne skłonności do samowzbudzenia.

Przyznam, że w chwili pisania artykułu tego jeszcze nie sprawdzałem praktycznie, ale dla mnie cechą bardzo atrakcyjną jest możliwość dekodowania przez sam oscyloskop sygnałów z popularnych magistral cyfrowych (serial – RS232, I2 C, SPI oraz „samochodowych” CAN, LIN), choćby w układach Arduino, a z wykorzystaniem wbudowanego 16-kanałowego analizatora logicznego, także magistral typu parallel w bardziej zaawansowanym sprzęcie.

Ja, jako przede wszystkim „analogowiec”, często mam do czynienia z przebiegami „trudnymi”, w przypadku których niełatwo jest uzyskać stabilny obraz na ekranie. Zwykle ratunkiem bywa wyzwalanie zewnętrzne lub tryb wyzwalania SINGLE, ale w tym oscyloskopie dostępnych jest mnóstwo typów i opcji wyzwalania (trigger), które rozwiązują szereg problemów. Rysunek 3 pokazuje, że oprócz najpopularniejszego (jedynego w najprostszych oscyloskopach) typu Edge, dostępnych jest aż 16 innych typów wyzwalania! Z jednej strony to bardzo ważna zaleta. Tak, ale z drugiej strony – zawrót głowy: liczba typów wyzwalania, a potem dostępnych w nich opcji może przytłoczyć i przestraszyć nie tylko początkujących.

Rysunek 3

Ta przytłaczająca obfitość dotyczy nie tylko typów i opcji wyzwalania. Ja mam do czynienia z oscyloskopami od ponad 40 lat. Ale przyznam, że musiałem poświęcić prawie dwa dni, żeby zapoznać się ze wszystkimi możliwościami DH924S (instrukcja obsługi ma 289 stron). Do niektórych szczegółów musiałem wracać kilkakrotnie.

Nawet dla mnie wiele informacji było zaskoczeniem – że aż tyle funkcji dostępnych jest tak ekonomicznym sprzęcie. Oczywiście jak na razie nie sprawdzałem, na ile te wszystkie funkcje i opcje naprawdę są potrzebne i na ile sprawdzają się w praktyce – to trwałoby tygodnie i miesiące.

W każdym razie to, co jest ogromną zaletą i wartością tego oscyloskopu, może speszyć i zrazić mniej śmiałych i mniej doświadczonych. Zwłaszcza przy pierwszym kontakcie, gdy nie wiadomo od czego zacząć. Przyznam, że ja też w pierwszej chwili zastanawiałem się „od czego zacząć?”, bo nie było to wcale oczywiste.

Jest też jeszcze inny aspekt sprawy, mocno związany z życiem. Otóż dziś mnóstwo osób, w tym niezbyt zaawansowanych hobbystów, może sobie pozwolić na zakup oscyloskopu w zakresie cenowym 2000++, jednak nasuwa się pytanie, czy w ogóle opanują oni obsługę takiego bogato wyposażonego sprzętu, nie mówiąc już o pełnym wykorzystaniu jego możliwości.

Otóż dziś o „pełnym wykorzystaniu wszystkich możliwości” trzeba zapomnieć, bo po prostu jest ich zdecydowanie zbyt dużo, a każdy użytkownik, nawet profesjonalista, ma inne konkretne potrzeby.

Dobra wiadomość jest taka, że w dalszej części tego artykułu zawarte są kluczowe informacje, które każdemu pozwolą z powodzeniem, bez stresu wykorzystywać oscyloskop do typowych, najczęściej przeprowadzanych pomiarów. Ale oczywiście faktem jest, że w przypadku tak bogato wyposażonego sprzętu, trzeba „nauczyć się swojego oscyloskopu” stopniowo. Ze świadomością, że może to potrwać dłuższy czas. W praktyce zwykle poznajemy bardziej zaawansowane możliwości i opcje dopiero wtedy, gdy napotykamy problemy i szukamy sposobów ich rozwiązania. A na początek ważne jest jedynie, by się nie bać i zacząć śmiało, bez kompleksów.

Pierwszy kontakt z DHO924S

Ilustracja 4 pokazuje front naszego bohatera. Przy pierwszych kontaktach zupełnie niepotrzebny jest „telefon do przyjaciela”, ponieważ w tym oscyloskopie przycisk o największych rozmiarach, oznaczony AUTO to najważniejszy pomocnik dla zupełnie początkujących. Nie tylko zresztą dla początkujących. Drugim ogromnie ważnym przyciskiem jest znajdujący się obok mniejszy, oznaczony DEFAULT.

Fotografia 4

Po włączeniu wystarczy dołączyć sondę do pierwszego z lewej gniazda BNC (lub do kilku gniazd), dołączyć sondę czy sondy do źródła badanego sygnału i nacisnąć przycisk AUTO. Oscyloskop sam spróbuje dobrać wszystkie ustawienia tak, żeby uzyskać na ekranie prawidłowy, stabilny obraz. Najczęściej zrealizuje to z powodzeniem.

Nie trzeba się obawiać, że wejście się uszkodzi, bo to jest prawdziwy oscyloskop, którego wejścia wytrzymają nawet podanie na nie napięcia 300 woltów.

Co istotne, wspomniany przycisk DEFAULT jest pomocny także profesjonalistom, bowiem często podczas pracy dobieramy specyficzne ustawienia, potem o tym zapominamy i trudno „wrócić do początku”. Przycisk DEFAULT pozwala błyskawicznie wrócić do standardowych ustawień fabrycznych w sytuacjach „gdy coś namieszamy w ustawieniach”.

Wskazane zielonymi strzałkami dwa przyciski to bardzo przydatne koła ratunkowe, ale właściwe poznawanie oscyloskopu trzeba zacząć od czegoś innego. Po pierwsze trzeba wiedzieć, że nie wszystko da się ustawić przyciskami i pokrętłami – dostęp do wszystkich funkcji i opcji daje tylko dotykowy ekran.

Można wykorzystać fakt, że ekran jest dotykowy, można podłączyć komputerową myszkę USB, a niektóre ustawienia można zmieniać za pomocą dwóch pokręteł tzw. Flex knob (wyróżnione w menu dwoma żółtymi sześciokątami z cyferkami 1, 2) lub innych pokręteł i przycisków. Nie trzeba się tego obawiać!

Podstawowa obsługa oscyloskopu

Jeżeli ktoś nie miał jeszcze do czynienia z oscyloskopem, a chciałby od razu zakupić opisywany porządny sprzęt, powinien najpierw zapoznać się z podstawami, choćby z moim filmem na YouTube wyjaśniającym podstawy budowy i wykorzystania oscyloskopu. A jeśli ktoś już miał do czynienia z oscyloskopem, to z bieżącą obsługą DHO924S i z prostym pomiarami poradzi sobie śpiewająco.

Dobra wiadomość jest taka, że bieżącą obsługę podczas pracy można zrealizować klasycznie, czyli za pomocą pokręteł i przycisków – tak jak w typowym oscyloskopie analogowym.

Obejmuje to wybór czynnych kanałów przyciskami 1...4, regulację ich czułości (SCALE) i regulację wysokości położenia przebiegów na ekranie (POSITION), czyli podstawowe regulacje czterech torów Y (Vertical). Obejmuje ustawienie „rozciągnięcia czasu” drugim pokrętłem SCALE w torze X (Horizontal). Obejmuje też wybór aktywnego zbocza (Slope) i poziomu wyzwalania (LEVEL) w torze wyzwalania (Trigger). Koniecznie trzeba przy tym pamiętać, że przyciśnięcie danego pokrętła spowoduje przejście w inny tryb – opis jest na płycie czołowej i na pewno trzeba to wypróbować.

Jednak szczegółową konfigurację należy przeprowadzić na ekranie – nie da się jej zrobić za pomocą przycisków. Dotyczy to też podstawowej konfiguracji (czterech) wejść toru Y, gdzie trzeba zdecydować przede wszystkim o tym, czy sprzężenie wejścia (Coupling) ma być typu DC(+AC), czy tylko AC. To można zrobić tylko za pomocą ekranu, otwierając paletkę konfiguracji wejść, pokazaną na rysunku 5. Mnogość dostępnych opcji nie powinna wprowadzić w zakłopotanie. Dwa najważniejsze ustawienia wskazane są zielonymi strzałkami. Oprócz sprzężenia (Coupling) DC albo AC, trzeba poinformować oscyloskop, jakie tłumienie lub wzmocnienie ma użyta sonda (Probe), dołączona do danego wejścia. Można tu też włączyć filtr ograniczający pasmo do 20 MHz (BW Limit), a tym samym zmniejszyć szumy w.cz. Inne ustawienia na tej paletce możesz zmieniać później, po bliższym poznaniu sprzętu.

Rysunek 5

Paletkę pokazaną na rysunku 5 można otworzyć, stukając palcem lub klikając myszką w dolnej części ekranu, gdzie są opisy poszczególnych wejść (1...4). Analogicznie, stukając lub klikając w górnej części ekranu, gdzie są pomarańczowe literki H, A, D oraz T można otworzyć paletki konfiguracji toru podstawy czasu i akwizycji, gdzie na początek nie trzeba niczego przestawiać (rysunek 6), oraz paletkę konfiguracji wyzwalania (rysunek 7), gdzie też nie trzeba niczego przestawiać ani modyfikować.

Rysunek 6

Rysunek 7

Niektóre z pokazanych na ostatnich rysunkach parametrów należy ustawić tylko na ekranie, ale można to zrobić rozmaicie, na kilka sposobów. Trzeba to wypróbować i poeksperymentować. Potem do bieżącej obsługi można wykorzystać pokrętła i przyciski bardzo podobnie jak w klasycznym oscyloskopie, ale warto poeksperymentować z innymi sposobami – z dotykowym ekranem i z myszką komputerową.

Z początku nie jest to intuicyjne, ale można szybko się przyzwyczaić i to polubić. W każdym razie podstawowa obsługa jest łatwa. Gorzej z poznaniem wszystkich dostępnych w przyrządzie funkcji i możliwości dodatkowych.

Niezliczone ustawienia dodatkowe

Tu zaczyna się zawrót głowy. Oprócz typowych, prostych funkcji klasycznego oscyloskopu, w przyrządach serii DHO900 dostępnych jest niezliczone mnóstwo innych możliwości i ustawień. Wszystkie są dostępne po kliknięciu w lewym dolnym rogu ekranu przycisku ze stylizowana literką R jak Rigol. Wtedy otwiera się paleta pokazana na rysunku 8. 24 widoczne tu ikony dają dostęp do wszystkich zaawansowanych funkcji przyrządu.

Rysunek 8

Pod niektórymi ikonkami kryją się funkcje proste i oczywiste. Pod innymi funkcje zaawansowane, których sensu i zastosowania w pierwszej chwili trudno zrozumieć. Nie będę Cię nudził i straszył szczegółowym opisem. Zbadasz to samodzielnie, gdy wejdziesz w posiadanie takiego sprzętu. A na razie garść uwag ogólnych.

Wygląd i łatwość obsługi

Zacznę od tego, że mocno mnie irytują opisy i recenzje sprzętu pomiarowego, w których nieproporcjonalnie dużo uwagi poświęca się wyglądowi i subiektywnie odczuwanej łatwości obsługi. Obsługa to subiektywna kwestia upodobań i przyzwyczajeń.

Dla mnie są to kwestie trzeciorzędne, a pierwszorzędne, absolutnie najważniejsze, są parametry techniczne i możliwości. A do takiej czy innej obsługi można się przyzwyczaić, a nawet polubić.

Ja z racji długoletnich nawyków niezbyt szybko przyzwyczajam się do dotykowego ekranu i wolę go obsługiwać myszką, o ile we frontowe gniazdo USB nie jest włożony „gwizdek” z pamięcią FLASH.

Oscyloskop wyposażony jest w dotykowy, pojemnościowy, 7–calowy, a więc stosunkowo duży ekran o rozdzielczości 1024×600, czyli o „kanonicznej” proporcji 16:9. Funkcje dotykowe obsługują nie tylko stuknięcie (tap), ale też przesuwanie oraz rozciąganie i ściskanie przebiegów. Pojemnościowy ekran jest nawet za bardzo czuły, bo można przypadkowo coś poprzestawiać przy dołączaniu wtyków do dwóch pierwszych gniazd wejściowych

Niestety, po wyłączeniu funkcji dotyku klawiszem Touch Lock nie da się zmienić wielu ustawień, bowiem przestaje wtedy też działać myszka.

Prawie wszystkie współczesne urządzenia to specjalizowane komputery – w tym przypadku z 6–rdzeniowym Cortex-A72 1,8 GHz, a w roli systemu operacyjnego wykorzystany jest leniwy Android, co powoduje, że oscyloskop długo się bootuje i jest gotowy do pracy dopiero 50 sekund po włączeniu.

Jeśli chodzi o „kwestie zewnętrzne”, to na pewno trzeba odnotować kompaktową budowę – oscyloskop jest płaski. Jak pokazuje fotografia 9, jego głębokość jest zaskakująco mała, ale na biurku stoi
stabilnie dzięki odchylanym nóżkom oraz sporej masie (1,78 kg), która słusznie sugeruje, że nie jest to zabawka, tylko porządny przyrząd pomiarowy.

Fotografia 9

Najważniejsze funkcje oraz „wodotryski”

Najważniejsza jest oczywiście funkcja czterokanałowego oscyloskopu, a wbudowany 25-megahercowy generator (AFG) i 16–kanałowy analizator logiczny (LA) to tylko obwody i funkcje pomocnicze.

Przy pracy w roli oscyloskopu istotną zaletą jest możliwość zapamiętania i wyświetlenia na ekranie dziesięciu przebiegów, co realizuje funkcja Ref (Reference). Dla zaawansowanych jeszcze bardziej przydatna jest możliwość określenia czterech niezależnych lub powiązanych ze sobą operacji matematycznych (M, Math), których wyniki mogą być wyświetlone w oddzielnych oknach, co widać na fotografii tytułowej i na fotografii 4.

Bardzo atrakcyjne są możliwości dekodowania przez analizator informacji przesyłanych według najpopularniejszych protokołów przez popularne interfejsy, takie jak serial (RS232), I2 C, SPI, CAN, LIN. Na fotografii 4 w lewej górnej części ekranu widać znaki ASCII napisu RIGOL dekodowane z sygnału RS232.

Po praktycznym zapoznaniu się ze sprzętem, z „wodotrysków”, czyli funkcji efektownych, a mało dziś już użytecznych w praktyce, wymieniłbym jedynie bardzo atrakcyjny dla mniej zorientowanych tryb XY, pozwalający wyświetlać tzw. figury Lissajous (fotografia 10). Dawniej tryb XY był wykorzystywany, a dziś zależności fazowe mierzymy zupełnie inaczej, niepomiernie prościej. Figury Lissajous pozostały intrygującą ciekawostką i zabawką. No chyba, że ktoś zaawansowany chciałby wykorzystać tryb XY, a nawet tryb XYZ z możliwością modulacji jasności, do budowy jakichś charakterografów.

Fotografia 10

Innych „wodotrysków” nie znalazłem. Nie jest „wodotryskiem” funkcja „cyfrowego fosforu”, czyli zmiany czasu poświaty, a także kolorowania „wielokrotnych” przebiegów. Rzadko, ale czasem mogą one mieć znaczenie praktyczne. Do „wodotrysków” na pewno nie można też zaliczyć funkcji Pass/Fail, ale szczerze mówiąc, jest ona przydatna tylko na liniach produkcyjnych.

Na pewno dostępne w przyrządzie funkcje i opcje trzeba poznawać stopniowo. Jednak tylko dla bardzo nielicznych użytkowników naprawdę potrzebne okażą się dość rozbudowane w tym budżetowym oscyloskopie możliwości rejestracji i analizy, w tym wyszukiwania błędów i analizy statystycznej (m.in. histogramy). Całkowicie wystarczy to dla nauki, ale jeżeli ktoś istotnie potrzebuje ich do celów profesjonalnych, zapewne zakupi wyższy, droższy model oscyloskopu.

Warto podkreślić, że w oscyloskopie zdublowane są niektóre funkcje pomiarowe. Pomiary można realizować w trybie oscyloskopu, przy okazji obserwowania przebiegów. Rysunek 11 pokazuje trzy zakładki paletki pomiarowej Measure z wielkościami – parametrami, które mogą być mierzone i pokazywane w okienku z wynikami (Result) z prawej strony ekranu, dość zresztą niewygodnym, bo zasłaniającym prawą część przebiegu.

Rysunek 11

Dodatkowo dostępny jest częstościomierz (Counter) i woltomierz (DVM). Wyniki ich pomiarów też wyświetlane są w tym zamykanym na życzenie panelu bocznym z prawej strony ekranu – rysunek 12.

Rysunek 12

Nie tylko do nauki można natomiast wykorzystać znajdujące się z tyłu oscyloskopu (fotografia 13) gniazda interfejsów komunikacyjnych. Wyjście HDMI pozwoli pokazać zawartość ekranu na dużym monitorze (telewizorze). Gniazdo LAN pozwoli dołączyć przyrząd do sieci ethernetowej i włączyć go w skład jakiegoś dowolnie dużego systemu pomiarowego zgodnego z LXI. Znacznie łatwiej wykorzystać gniazdo USB DEVICE. Pozwala ono dołączyć oscyloskop do dowolnego komputera, na którym zainstalowane zostanie uniwersalne darmowe oprogramowanie Rigola o nazwie Ultra Sigma. Wiele osób dociekliwych i zaawansowanych zechce zgłębić szczegóły dotyczące zdalnej obsługi za pomocą rozkazów SCPI.

Gniazdo USB-C służy do zasilania.

Fotografia 13

Tyle informacji podstawowych i ogólnych. W drugim artykule Rigol DHO924S w praktyce: mocne i słabe strony przedstawię garść dalszych istotnych informacji o tym oscyloskopie i jego kuzynach.

Autor: Piotr Górecki

Poznaj ofertę serii DHO900 tutaj.