Rigol DS1052E

Już minęły czasy, w których oscyloskop był narzędziem dostępnym wyłącznie dla wąskiej grupy specjalistów. Za sprawą techniki cyfrowej oraz przyjaciół zza wielkiego muru, ceny oscyloskopów znacząco spadły. Prezentowany tutaj Rigol DS1052E kosztuje obecnie 1700zł brutto. Czy to dużo? Jak na oscyloskop, to prawie pół darmo, w stosunku do możliwości, które ten model oferuje. Ktoś powie, że to oscyloskop low-endowy, z dolnej półki. Wszystko prawda, ale proszę pamiętać, że ceny lepszych oscyloskopów nierzadko przekraczają cenę samochodu czy nawet mieszkania! Kiedyś miałem okazję zobaczyć oscyloskop który kosztuje... milion złotych! Tak więc 1700zł za Rigola to prawie darmo :) 

Istnieje kilka wersji wchodzących w skład jednej rodziny, różniących się bardzo niewiele.

  • DS1052E - pasmo 50MHz
  • DS1052D - pasmo 50MHz + analizator logiczny
  • DS1102E - pasmo 100MHz
  • DS1102D - pasmo 100MHz + analizator logiczny

Podstawowe parametry

Pozwolę sobie skopiować tabelkę z danymi z innej strony. 

Dane jakie są, każdy widzi. Nie będę tutaj szczegółowo opisywał, co oznacza który parametr, gdyż nie jest to celem tego artykułu. Zwracam tylko uwagę na długość rekordu przy włączonym jednym kanale wynosi aż milion punktów, co wyróżnia ten oscyloskop na tle innych w tej kategorii cenowej.

W zestawie dostajemy wszystkie rzeczy przydatne do pracy - kabel zasilający i USB, dwie sondy bierne, chwytaki do sondy, kolorowe znaczniki na wtyczki, parę innych drobnostek i oczywiście instrukcję obsługi. Plus za to, że instrukcja jest w języku polskim i za to, że są w niej praktyczne przykłady jak zmierzyć różne rzeczy. Będzie to bardzo przydatne dla osób, pierwszy raz stykających się z oscyloskopem.

Automatyczne ustawianie

Oscyloskop Rigol DS1052E został wyposażony w funkcję automatycznego ustawiania parametrów, aby wyręczyć użytkownika od kręcenia pokrętłami. Wystarczy wcisnąć przycisk AUTO, a następnie wybrać, co chcemy oglądać: kilka okresów, jeden okres, zbocze rosnące lub zbocze malejące. Po wybraniu jednej z tych opcji, automatycznie uaktywnią się odpowiednie pomiary i pokażą na wyświetlaczu.

Ustawianie ręczne jest oczywiście możliwe i nie stwarza problemów. Udogodnieniem jest to, że można sobie wybrać czy obraz ma być rozciągany względem masy, jak w starszych oscyloskopach, czy względem środka wyświetlacza. Co za różnica? Na przykład, kiedy mamy sinus o amplitudzie 1V przesunięty o 10V. W przypadku pierwszej opcji, zmiana skali z 500V/div na 200mV/div spowoduje, że obraz wyskoczy nam poza ekran, jeżeli rozciągamy obraz względem masy. Kiedy mamy włączone rozciąganie względem środka ekranu, wystarczy przesunąć przebieg na środek, a potem zmieniać skalę do woli, bez obawy, że przebieg zniknie za ekranem i bez włączania Coupling AC.

Zoom i pamięć 1M

Kolejną ciekawostką w DS1052E jest opcja ZOOM, uaktywniana po wciśnięciu pokrętła zmiany podstawy czasu. Ekran dzieli się na dwie części: na górnej widać przebieg taki, jaki pokazuje się normalnie, przy czym prawa i lewa część jest zasłonięta niebieską poświatą. Część, która zasłonięta nie jest, pokazuje się na dole monitora w żądanym powiększeniu.

Na wejście podałem sygnał prostokątny i wybrałem do powiększenia zbocze rosnące. Oto rezultat tego działania:

Ale zaraz! Zbocze wygląda jakby ktoś je linijką narysował! Tak być nie powinno. Co należy zrobić? Trzeba zwiększyć częstotliwość próbkowania i zwiększyć pamięć. Domyślnie te opcje są wyłączone. Wystarczy wcisnąć przycisk ACQUIRE i ustawić żądane parametry. Niestety brak przeczytania instrukcji obsługi powoduje, że w internecie można znaleźć różnych narzekaczy, twierdzących, że nie da się czegoś zrobić...

No i już mamy piękne zbocze. Podstawowy przebieg został zarejestrowany przy podstawie czasu 5ms, a powiększony jest do 5us.

Pomiary automatyczne

Współczesny oscyloskop nie jest już narzędziem, pokazującym wyłącznie krzywe linie, które zmierzyć można licząc kratki na ekranie. Rigol DS1052E umożliwia automatyczne wykonanie 20 pomiarów. Między innymi są dostępne:

  • Napięcie maksymalne
  • Napięcie minimalne
  • Napięcie międzyszczytowe
  • Napięcie średnie
  • Napięcie skuteczne
  • Napięcie amplitudy
  • Przerost (overshoot)
  • Przedrost (preshoot)
  • Okres
  • Częstotliwość
  • Czas narastania zbocza
  • Czas opadania zbocza
  • Współczynnik wypełnienia
  • Przesunięcie między jednym a drugim kanałem

Wyniki pomiarów są umieszczane na dole ekranu. W ten sposób można mieć zawsze podane napięcie max i min oraz okres, co bardzo pomaga w interpretacji obrazu. Można również wyświetlić wszystkie możliwe pomiary.

Oscyloskop zaznacza na wyświetlaczu to, co właśnie mierzy. W powyższym przykładzie jest to okres dość zdeformowanego sygnału sinusoidalnego. Dzięki graficznemu zaznaczaniu mierzonych parametrów, trudniej jest popełnić błąd przy sygnałach nieregularnych, gdzie trudno jest wyróżnić typowe elementy takie jak zbocza, okresy, itp.

Osobną sprawą jest licznik częstotliwości widoczny w prawym górnym roku. Liczy on przejścia sygnału przez próg wyzwalania (trigger), co nie zawsze jest równie odwrotności okresu!

Matematyka i FFT

Możemy wykonać standardowe operacje, takie jak dodawanie, odejmowanie i mnożenie kanałów. Oprócz tego bardzo przydatną funkcją jest FFT czyli szybka transformata Fouriera. Zgodnie z teorią, każdy sygnał okresowy można rozłożyć na składową stałą oraz składowe o kształcie sinusoidalnym, o różnych częstotliwościach i amplitudach. Dzięki tej opcji możemy wykryć na przykład zakłócenia przedostające się z sieci lub z przetwornicy. Rozkład prezentowany jest na wykresie w osobnym oknie lub można go nałożyć na obserwowany przebieg.

Poniżej widać sygnał sinusoidalny, na który zostały nałożone różne okresowe zakłócenia. Po włączeniu FFT uzyskujemy taki widok:

Aby wyznaczyć częstotliwości poszczególnych prążków, można posłużyć się pokrętłem przesuwania wykresu w poziomie. Kręcimy w taki sposób, aby prążek pokrywał się z pionową linią na środku ekranu, a następnie odczytujemy częstotliwość. W poniższym przykładzie, mamy składową o częstotliwości 50Hz.

Można zmierzyć prążki także przy pomocy kursorów. Można posłużyć się dwoma kursorami i odczytać dwie wartości, a przy okazji samoczynnie obliczy się różnica oraz odwrotność różnicy. 

Sygnał REF i pamięci

Oscyloskop Rigol DS1052E posiada dwa kanały, ale dzięki funkcji REF można uzyskać trzeci pseudo-kanał. Trik polega na zapisaniu bieżącego przebiegu w pamięci i wyświetlaniu go na ekranie, podczas gdy na dwóch normalnych kanałach wyświetlane są aktualne przebiegi. Opcję tę można wykorzystać, by pokazać zmianę przed i po wykonaniu jakiejś modyfikacji lub do zapisania sygnału zegarowego. W poniższym przykładzie, przebiegi żółty i niebieski to kanały 1 i 2, a linia biała to kanał REF.

Oscyloskop DS1052E ma możliwość zapisania w wewnętrznej pamięci dziesięciu przebiegów z obu kanałów. Przebiegi mogą być w przyszłości oglądane na oscyloskopie lub przesłane do komputera. 

Można również zapisać obrazy na pendrive, podłączanym do gniazdka na przednim panelu oscyloskopu. Przebiegi można zapisać w postaci obrazka BMP, pliku CSV, waveform i można również zapisać ustawienia, przy których pracuje oscyloskop. Zdjęcia z oscyloskopu są bardzo przydatne, kiedy pytam o coś na elektrodzie :) odpowiadający nie muszą zgadywać ani wróżyć z fusów.

Tryby wyzwalania

Oprócz opcji standardowych, takich jak edge, pulse, video oraz slope, jest też tryb wyzwalania alternatywnego. Po wybraniu tej opcji, ekran dzieli się na pół i mamy dwa niezależne oscyloskopy jednokanałowe. Każdy z nich może mieć inną podstawę czasu oraz skalę, różne tryby wyzwalania, itp. 

Dostępne są trzy tryby pracy:

  • Auto - oscyloskop cały czas rejestruje i wyświetla przebiegi, nawet jeśli nie ma obecnie prawidłowych impulsów wyzwalających.
  • Normal - oscyloskop rysuje przebieg na ekranie tylko po wykryciu prawidłowego impulsu wyzwalającego i czeka na kolejny impuls. Przydatne do rejestrowania danych, np z UART, gdzie należy ustawić oczekiwanie na odpowiednie zbocze.
  • Single - tak jak Normal, jednak po zakończeniu zbierania danych, oscyloskop wyłącza układ akwizycji i czeka na ponowne włączenie przez użytkownika.

Pass/Fail i wykrywacze szpilek

Funkcja Pass/Fail jest przydatna do wykrywania nieprawidłowości w sygnale, np. zakłóceń oraz szpilek. Polega na porównywaniu przebiegu z maską. Tworzenie maski jest bardzo proste - podłączamy sondę do źródła sygnału wzorcowego, np. do generatora funkcyjnego. Następnie określamy margines błędu w pionie i poziomie, jaki jest przez nas dopuszczalny. Na podstawie tego powstaje korytarz, wewnątrz którego musi zmieścić się badany sygnał. 

W wewnętrznej pamięci można zapisać jedną maskę. Jeżeli to nie wystarcza, można zapisać większą ilość na pendrive. Funkcja Pass/Fail jest szczególnie użyteczna do diagnozowania usterek w niedziałających urządzeniach, kiedy podczas normalnych pomiarów i obserwacji nie można stwierdzić nic konkretnego. 

Po wykryciu nieprawidłowości, oscyloskop może zatrzymać pracę i wyświetlać niepoprawny przebieg w oczekiwaniu na reakcję użytkownika. Jest możliwość wyprowadzenia sygnału o błędzie poprzez specjalne złączę umieszczone z tyłu obudowy, w celu automatyzacji produkcji. 

W celu szukania usterek, przydaje się także opcja Persist Infinite, polegająca na tworzeniu poświaty we wszystkich punktach, w których znajdował się mierzony sygnał. Na poniższym zdjęciu widać przebieg, którego zbocze rosnące jest bardzo nieregularne - czasami jest krótsze, a czasami dłuższe. Przy pomocy Persist Infinite oraz kursorów zmierzyłem, czasy trwania tych zboczy i wersji najkrótszej i najdłuższej. Przy okazji udało się też wychwycić kilka szpilek. 

Jest też tryb akwizycji peak-detect, specjalnie przeznaczony do wykrywania szpilek. Niestety w chwili pisania tego artykułu nie miałem pod ręką nic, na czym mógłbym przetestować ten tryb pracy.

Inne pomocne rzeczy

Oscyloskop Rigol DS1052E wyposażony jest w Recorder, służący do cyklicznego nagrywania przebiegów, tak jakby to były klatki filmu. Można je potem przeglądać w zwolnionym tempie. Może to być przydatne do przebiegów bardzo nieregularnych i dynamicznych. Można także nagrywać przebiegi rozpoznane jako wadliwe przez opcję Pass/Fail i zapisać je do analizy w przyszłości. 

Rigol w komplecie dostarczana program Ultrascope, dzięki któremu można jeszcze bardziej zwiększyć możliwości. Wystarczy podłączyć oscyloskop do komputera przez USB (precz z RS232 i LPT!!!) i uruchomić program. Przebiegi można wyświetlać w dużej rozdzielczości i obserwować szczegóły, których nie widać na monitorku wbudowanym w oscyloskop. Jest też bardziej rozbudowany tryb Pass/Fail, w którym można zdefiniować pomiary oraz ich wartości graniczne. Oprócz tego można wykorzystać wirtualną konsolę, do zdalnego sterowania wszystkimi parametrami oscyloskopu oraz robienia zrzutów ekranu do plików BMP.

Mnogość funkcji może przytłoczyć, dlatego projektanci zaszyli w oscyloskopie plik pomocy. Jeżeli nie wiesz, do czego służy jakaś opcja, wystarczy dłużej przytrzymać klawisz, który ją uaktywnia. Poniżej przedstawiam przykładowe opisy dla okna FFT oraz wstęp do trybów wyzwalania.

Jeżeli zamierzasz kupić używany oscyloskop Rigol DS1052E, warto sprawdzić, jak bardzo jest wyeksploatowany. W tym celu należy wcisnąć klawisz Utility, dwa razy strzałkę w dół, System Info, a po tym wpisujemy tajny kod CH1, CH1, CH2, CH2, MATH. Oprócz wersji oprogramowania i sprzętu, pojawi się liczba uruchomień oscyloskopu.

Podsumowanie

Przed zakupem oscyloskopu długo zastanawiałem się nad wyborem właściwego modelu. Nawet najtańszy oscyloskop i tak jest bardzo drogi, więc nie można sobie pozwolić na wyrzucenie pieniędzy na jakiś bubel. Rigol DS1052E okazał się strzałem w dziesiątkę i nawet nie spodziewałem się, że będę z niego taki zadowolony! Jedynym mankamentem tego sprzętu jest głośny wentylator, ale w internecie można znaleźć opis, jak go wyciszyć. Producent daje aż trzy lata gwarancji, co jest ewenementem, gdyż na ogół gwarancja jest dwuletnia, albo jest "fikcyjna" i serwisu trzeba szukać na drugim końcu świata. Dodatkowym wielkim plusem jest możliwość przeróbki, polegającej na zwiększeniu pasma z 50MHz do 100MHz :) 

Na zakończenie filnik z EEVblog, na którym można zobaczyć bebechy Rigola.