|
De DS1102E van Rigol is met zijn bandbreedte van 100 MHz, zijn samplingsnelheid van 1 GSa/s, zijn twee kanalen en zijn prijs van rond EUR 350,00 een typische vertegenwoordiger van de moderne generatie medium-priced digitale oscilloscopen. In dit artikel een overzicht van wat u allemaal van zo'n apparaat kunt verwachten.
|
Kennismaking met de DS1102E
Van analoog naar digitaal
Voor wie gewend is aan het werken met een oude analoge scoop, al is het dan eentje van de betere klasse, is de kennismaking met een moderne digitale scope als de DS1102E een ware relevatie. Het apparaat weegt een pluimpje, is ondiep, geeft vrijwel onmiddellijk beeld en presenteert zijn meetresultaten in vrolijke kleuren in plaats van in het traditionele groen.
Maar wat ook onmiddellijk opvalt is de digitale quantiseringsruis die op het signaal aanwezig is en die bij analoge oscilloscopen volledig afwezig is. Zeker bij dergelijke goedkope apparaten, waar gesampled wordt met acht bits, is duidelijk merkbaar dat het schermbeeld is samengesteld uit de beroemde 'trapvormige benadering' van de analoge ingangsspanning. Dit verschijnsel, inherent aan het digitaliseren van gelijk welk analoog signaal, is duidelijk merkbaar in onderstaande screendump, waar wij zowel de horizontale gevoeligheid als de tijdbasissnelheid hebben opgevoerd om de individuele quantiseringsstapjes duidelijk zichtbaar te maken.
 |
| De basismanier waarop een digitale scope werkt: een 'trapvormige benadering' van de ingangsspanning. (© 2017 Jos Verstraten) |
De DS1102E van Rigol
Met zijn afmetingen van 303 mm bij 154 mm bij 133 mm en zijn gewicht van 2,4 kg is de DS1102E een handzaam apparaat, dat u gemakkelijk overal mee naar toe neemt. Niet erg handig is het feit dat de 230 V netaansluiting aan de linker zijkant is aangebracht en de netschakelaar op de bovenzijde van de behuizing. Op de achterzijde treft u drie connectoren aan waarmee het apparaat kan communiceren met de buitenwereld: een USB-connector, een seriële bus en een via een optische koppelaar galvanisch gescheiden BNC-connector. In het apparaat zit een helaas nogal luidruchtige ventilator die de processor en overige elektronica koelt. Het kleurenscherm werkt met TFT-LCD technologie en heeft een diagonale afmeting van 145 mm.
 |
| De behuizing van de DS1102E van Rigol. (© Rigol) |
Op het frontplaatje herkent u de instellingen die u op iedere digitale scope aantreft. In onderstaande figuur hebben wij alle knopjes van hun exacte functie voorzien. Wat bij deze scope opvalt is dat de instellingen voor de twee ingangskanalen gecombineerd zijn. U hebt maar één draaiknop ter beschikking voor het instellen van de gevoeligheid en één potentiometer voor het verticaal verplaatsen van het beeld. U moet even kort op een van de druknopjes 'CH1' of 'CH2' drukken om het apparaat duidelijk te maken welk kanaal u wilt instellen.
Alle knoppen hebben bovendien een dubbele functie. U kunt er natuurlijk aan draaien om de waarde van een parameter te wijzigen. Maar daarnaast kunt u er ook op drukken. Bij de meeste knopjes wordt hiermee de basisinstelling hersteld. Drukt u bijvoorbeeld op de knop 'POSITION' van de verticale instellingen, dan wordt het nulniveau van het betreffende kanaal weer in het midden van het scherm ingesteld. De 'SCALE'-knop voor het instellen van de gevoeligheden heeft een speciale dubbele functie. Normaal stelt u de gevoeligheid in volgens de bekende 1-2-5 sequentie. Drukt u deze knop echter even in, dan kunt u de gevoeligheid van beide kanalen instellen per 20 mV en bij doordraaien per 50 mV. Het indrukken van de 'SCALE'-knop van de tijdbasis zet onmiddellijk de vertraagde tijdbasis in werking, zie later.
 |
| De bedieningsorganen van de DS1102E van Rigol. (© 2017 Jos Verstraten) |
De gegevens die standaard op het scherm verschijnen zijn voorgesteld in onderstaande figuur. De twee kanalen worden weergegeven in het blauw en het geel. Die kleuren staan ook bij de twee BNC-connectoren waarop u de te meten signalen aansluit. Een derde kanaal, dat op het scherm wordt geschreven bij sommige wiskundige functies, wordt in het paars weergegeven. Een referentie-signaal dat u in het geheugen kunt bewaren en weer oproepbaar is, verschijnt in het wit.
 |
| De standaard gegevens op het scherm. (© 2017 Jos Verstraten) |
Als u op de knop 'AUTO' of op een van de knoppen uit het veld 'MENU' drukt, verschijnt het betreffende menu rechts in het beeld. De diverse menu-opties staan uitgelijnd met de vijf knoppen, rechts naast het scherm. U ziet dus onmiddellijk met welke van de vijf knoppen u een menu-functie kunt bedienen. Soms ziet u onder in het menu een grote pijl met '1/2' of '1/3'. Dat betekent dat het menu twee of drie pagina's bevat die u met de onderste menu-knop kunt openen. In de standaard instellingen blijft het menu in beeld tot u op het kleine, witte knopje 'MENU ON/OFF' drukt. In het menu 'Display' kunt u deze optie wijzigen, zodat het menu vanzelf na een instelbare tijd van het scherm verdwijnt.
 |
| Een van de menu's die op het scherm wordt ingeblend. (© 2017 Jos Verstraten) |
De behuizing van de DS1102E bestaat uit twee delen die uit kunststof zijn gemaakt. Lekker goedkoop, natuurlijk. Dat werpt echter de vraag op hoe het zit met het tegenhouden van elektromagnetische straling, die een dergelijk apparaat zonder enige twijfel uitstraalt. Helaas is het onmogelijk de behuizing te openen, althans in dit geval van deze review-scope die na de review ongeschonden terug moet naar de leverancier (helaas, het leven van een reviewer is zwaar!). Gelukkig geeft de service-manual, die via Google op te sporen was, uitsluitsel. Na het verwijderen van de kunststof behuizing blijkt de volledige elektronica opgesloten te zitten in een mooie metalen kooi van Faraday die via de netstekker geaard wordt. De kans dat er elektromagnetische storing uit of in de scope komt is dus minimaal.
 |
| De metalen kooi van Faraday die onder de kunststof behuizing aanwezig is. (© Rigol) |
De specificaties van de Rigol DS1102E
Verticale specificaties
- Ingangskoppeling: AC, DC, GND
- Ingangsimpedantie: 1 MΩ, 15 pF
- Maximale ingangsspanning: 400 V
- Probe-compensatie: verzwakking 1x, 5x, 10x, 50x, 100x, 500x, 1.000x
- Gevoeligheid: 2 mV/div tot 10 V/div (1-2-5 sequentie)
- Fijnregeling: per 20 of 50 mV/stap
- Analoge bandbreedte: 5 Hz tot 100 MHz
- Bandbreedte begrenzing: 20 MHz
- Stijgtijd: kleiner dan 7,0 ns
- Tijdvertraging tussen beide kanalen: 500 ps typisch
Tijdbasis specificaties
- Sampling snelheid real time: 1 GSa/s
- Sampling snelheid bij equivalent sampling: 25 GSa/s (niet altijd bruikbaar)
- Interpolatie algoritme: Sin(x)/x
- Geheugenbereik: 16.000 samples tot 1.000.000 samples
- Tijdbasis: 2 ns/div tot 50 s/div (1-2-5 sequentie)
Trigger specificaties
- Gevoeligheid intern: 0,1 div tot 1,0 div
- Gevoeligheid extern: ±1,2 V
- Hold-off bereik: 100 ns tot 1.5 s
- Triggering op flank: stijgend, dalend, stijgend en dalend
- Instelling pulsbreedte waarop getriggerd wordt: 20 ns tot 10 s
- Triggering op puls als: groter dan, kleiner dan of gelijk aan ingestelde breedte
- Video triggering: NTSC, PAL, SECAM
Numerieke metingen specificaties
- Aantal cursoren: 2 x spanning, 2 x tijd
- Soort grootheden: spanning, tijd, spanningsverschil, tijdverschil
- Metingen V: Vpp, Vamp, Vmax, Vmin, Vtop, Vbase, Vavg, Vrms, Vovershoot, Vpreshoot
- Metingen t: frequentie, periode, stijgtijd, daaltijd, +breedte, -breedte, ±vertraging tussen kanalen
Algemene specificaties
- Beeldscherm: 5.7 inch TFT-LCD, multicolor
- Resolutie: 320 x 234 pixels
- Aantal kleuren: 64.000
- Probe-compensatie: 1 kHz, 3 Vtop-tot-top
- Netspanning: 100 Vac tot 240 Vac, 45 Hz tot 440 Hz
- Vermogen: minder dan 50 W
- Afmetingen: 303 mm x 154 mm x 133 mm
- Gewicht: 2,4 kg
Standaard metingen met de DS1102E
Twee gecorreleerde signalen meten
In de meeste gevallen zult u twee signalen meten die uit een en dezelfde schakeling komen en die dus een tijdrelatie met elkaar hebben. Gecorreleerd, heet dit met een ingewikkeld woord. Het werken met de DS1102E is dan uiterst eenvoudig. Sluit de twee signalen aan op de twee ingangen en druk even op de 'AUTO'-knop. U hoort een paar seconden relais klikken en nadien verschijnt het onderstaande beeld op de scope, met een menuutje waarin u een aantal keuzes kunt maken. U kunt kiezen tussen 'Multi-cycle' of 'Single-cycle'. In het eerste geval stelt de scope de tijdbasis zo in, dat er vijf perioden van het signaal op het scherm verschijnen. In het tweede geval krijgt u maar één periode te zien. Met 'Rise Edge' of 'Fall Edge' kunt u kiezen of de scope op de stijgende of dalende flank triggert.
 |
| De DS1102E heeft de twee ingangssignalen geëvalueerd en biedt u een paar keuzes aan. (© 2017 Jos Verstraten) |
Misschien wilt u exact weten wat de effectieve waarde van de signalen is of moet u de frequentie tot op de hertz nauwkeurig kennen. U kunt drie numerieke waarden op het scherm zetten. Druk op de knop 'Measure'. In het menu kunt u de volgende keuzes maken:
- Source:
kanaal 1 of kanaal 2
- Voltage:
Vpp, Vamp, Vmax, Vmin, Vtop, Vbase, Vavg, Vrms, Overshoot, Preshoot
- Time:
Periode, Freq, Rise Time, Fall Time, +Width, -Width, +Duty, -Duty, Delay1-2Rise, Delay1-2Fall
U selecteert door het draaien aan de witte 'Multifunction'-knop links naast de menu-knoppen en bevestigt door het drukken op deze knop. Begrijpt u niet wat al de grootheden te betekenen hebben? Geen nood, de scope zet kleine pictogrammen in de menu's waardoor u onmiddellijk snapt wat er gemeten gaat worden. In het onderstaande voorbeeld hebben wij de top-tot-top spanning van beide kanalen en de frequentie van kanaal 2 op het scherm gezet.
 |
| Met deze pictogrammen maakt de DS1102E duidelijk wat wordt gemeten. (© 2017 Jos Verstraten) |
 |
| U kunt drie numerieke meetwaarden van de signalen op het scherm zetten. (© 2017 Jos Verstraten) |
In hetzelfde menu ziet u de optie 'Display All'. Activeert u deze optie, dan berekent de scope razendsnel alle achttien grootheden en zet de numerieke waarden daarvan in een tabelletje op het scherm, onder het signaal dat wordt gemeten.
 |
| Schaadt overdaad? Wellicht, als u de scope achttien numerieke gegevens laat berekenen. (© 2017 Jos Verstraten) |
Twee oscilloscopen in één apparaat
Alternate triggering
Als u twee niet-gecorreleerde signalen wilt meten, zit u bij de meeste scopes met een probleem. U hebt immers maar één tijdbasissnelheid en u kunt slechts óf op kanaal 1 óf op kanaal 2 triggeren, met als gevolg dat een van de twee oscillogrammen over het scherm loopt. Bij de DS1102E kunt u echter de twee kanalen volledig onafhankelijk van elkaar laten werken, dus ieder met een eigen tijdbasissnelheid en eigen triggerniveau.
Werkwijze
Sluit de twee niet-gecorreleerde signalen aan op de twee ingangen. Druk op de knop 'MENU' van de triggerfuncties en selecteer de functie 'Mode'. U ziet een menu met als onderste keuze 'Alternate'. Na het selecteren van deze optie met de witte 'Multifunction'-knop en bevestigen van uw keuze door even deze knop in te drukken verschijnen de twee signalen stilstaand in beeld. Door even op 'CH1' of op 'CH2' te drukken kunt u de gevoeligheid, de tijdbasissnelheid en de triggercondities van beide kanalen volledig onafhankelijk van elkaar instellen. Onder ieder signaal ziet u de betreffende tijdbasis-instelling. Twee onafhankelijk werkende scopes in één apparaat!
 |
| Twee niet-gecorreleerde signalen stabiel op één scherm. (© 2017 Jos Verstraten) |
Meten met Delayed Scan
Ideaal voor het observeren van smalle pulsen
De analoge oscilloscopen van het betere soort bezitten de functie 'Delayed Timebase'. Hiermee kunt u een klein deel van het oscillogram uitvergroten, dat deel verschijnt als nieuw oscillogram onder het algemene oscillogram. Een ideale functie voor het goed observeren van smalle pulsen met een lage herhalingsfreqentie. Ook de DS1102E heeft een dergelijke functie, die gemakkelijk is op te roepen en die 'Delayed Scan' wordt genoemd.
Werkwijze
Zet het signaal op een van beide kanalen en stel de tijdbasis zo in dat u minstens een van de smalle pulsen in beeld ziet. Druk nu even op de knop 'SCALE' van de horizontale instelling. Het beeld wordt onmiddellijk opgesplitst in twee oscillogrammen. U ziet in het bovenste oscillogram een 'venster' verschijnen. U kunt de breedte van dit venster instellen met de 'SCALE'-knop en het venster verplaatsen met de 'POSITION'-knop.
 |
| Uitvergroten van een smal signaal met de functie 'Delayed Scan'. (© 2017 Jos Verstraten) |
Inschakelen van de mathematische functies
Krachtige functie achter de knop 'MATH'
Na het indrukken van de knop 'MATH' verschijnt het wiskunde-menu op uw scherm. Nu zult u niet vaak de behoefte voelen opkomen om beide kanalen op te tellen, af te trekken of te vermenigvuldigen. De onderste selectie 'FFT' is echter interessant. Onder deze optie zit namelijk een spectrum-analyzer verborgen, die u met één druk op de knop een inzicht geeft in de frequentiesamenstelling van het ingangssignaal.
Even wat theorie over FFT
FFT staat voor Fast Fourier Transform. Het is een wiskundig algoritme dat uit opeenvolgende samples van een periodiek signaal de Fourier-samenstelling van dat signaal kan afleiden. De Franse wiskundige Fourier ontdekte in 1822 dat alle periodieke signalen kunnen worden ontbonden in de som van een reeks sinussen met frequenties die veelvouden zijn van de frequentie van het signaal. Deze sinussen noemt men de harmonischen van het signaal. Een blokgolf met een frequentie van 1 kHz bestaat dus uit sinusvormige signalen met frequenties van 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, etc. tot in het oneindige. De grootte van de sinussen wordt wel steeds kleiner, zodat men in de praktijk meestal slechts tot de twintigste harmonische ontleedt. Deze theorie heeft belangrijke toepassingen in de elektronica, bijvoorbeeld bij de synthese van de klanken van muziekinstrumenten. Dat een pianotoets met een frequentie van 440 Hz heel ander klinkt dan een vioolsnaar met een frequentie van 440 Hz heeft alles te maken met de verschillende harmonische samenstelling van deze tonen. De theorie van Fourier verklaart ook waarom gemoduleerde HF-signalen die via de kabel worden verzonden een bepaalde frequentie-afstand van elkaar verwijderd zijn. Zou men de draaggolven te dicht bij elkaar zetten, dan zouden de harmonischen elkaar kunnen storen, waardoor de integriteit van de signalen wordt aangetast.
FFT op de DS1102E in de praktijk
Zet een mooie blokgolf met een duty-cycle van exact 50% op een van de ingangen en roep de FFT-functie op middels de 'MATH'-knop. Het scherm splitst onmiddellijk op in twee oscillogrammen. Het bovenste geeft de vorm van het ingangssignaal weer, het onderste geeft de frequentie-samenstelling van dit signaal. Uiteraard kunt u met de verticale en horizontale instellingen stoeien om de Fourier-analyse zo mooi mogelijk in beeld te krijgen.
 |
| De Fourier-analyse van een keurige blokgolf geeft het te verwachten resultaat. (© 2017 Jos Verstraten) |
Werken met de cursors
Twee verticale en twee horizontale cursors
Met de menu-knop 'Cursor' kunt u twee horizontale en twee verticale cursors in beeld krijgen. De horizontale gebruikt u uiteraard om spanningen te meten, de verticale voor het meten van tijden. U kunt óf verticaal óf horizontaal meten, samen gaat niet.
De top-tot-top waarde van een spanning meten
In onderstaand voorbeeld hebben wij de top-tot-top waarde van een spanningspuls handmatig gemeten door de twee horizontale cursors in te stellen. U kiest 'Mode Manual', 'Type Y', 'Source CH1' en u kunt nadien door achtereenvolgens 'CurA' en 'CurB' te selecteren de twee lijnen precies instellen met de witte 'Multifunction'-knop. De gemeten waarden verschijnen rechtsboven in beeld, alsmede het berekende spanningsverschil Delta-V (ΔV).
 |
| Meten van de top-tot-top waarde van een puls met de horizontale cursors. (© 2017 Jos Verstraten) |
Exporteren van de oscillogrammen
Aansluiten op de PC
Rigol levert Windows-software, waarmee u de DS1102E kunt laten samenwerken met uw PC. Met deze software 'UltraScope' kunt u de oscillogrammen als .BMP-bestanden bewaren of de samples uitlezen als .TXT-bestand voor verdere verwerking in analyse-software. Uiteraard kunt de oscillogrammen ook uitprinten.
Opslaan op een USB-stick
Opslaan van te bewaren gegevens gaat echter veel eenvoudiger door in de USB-connector onder het scherm een USB-stick te pluggen. U ziet op het scherm een symbooltje oplichten en via het menu 'Storage' kunt u zowel de volledige scherminhoud, de instellingen van de knoppen als de numerieke waarde van de samples bewaren.
Een screenshot maken
Waarschijnlijk hebt u het vaakst behoefte om het volledige scherm te bewaren, bijvoorbeeld als toelichting bij een verslag of voor publicatie op een blog. Alle screenshots in dit artikel zijn op deze manier gemaakt. Open het menu 'Storage' en selecteer 'Storage Bip Map', 'Para Save OFF' en 'External'. Met de optie 'Invert' kunt u de zwarte achtergrond van het scherm omzetten in een witte achtergrond. In het volgende menu kunt u aan het screenshot een eigen naam toekennen. Het toetsenbordje kunt u bedienen met de witte 'Multifunction'-knop. Na klik op de knop 'Save' wordt het volledige scherm als .BMP-file weggeschreven naar de USB-stick. Deze kunt u vervolgens in uw PC pluggen en via gelijk welk grafisch programma de .BMP-bestanden zichtbaar maken, desgewenst omzetten naar het couranter .JPG-formaat en uitprinten. De resolutie van de screenshots is gelijk aan de resolutie van het beeldscherm, dus 320 x 234 pixels.
 |
| In dit menu kunt u aan een screenshot een eigen naam op de USB-stick toekennen. (© Rigol) |
Overige functies
De DS1102E heeft nog meer te bieden
Hebben wij nu alle functies en capaciteiten van de DS1102E besproken? Alles behalve. Dus tot slot van dit artikel een overzicht van de overige functies, die u echter waarschijnlijk zelden zult gebruiken.
Probe Compensator:
Naast de trigger-ingang zit een connector waar een 1 kHz blokgolf ter beschikking staat voor het afregelen van de trimmercondensator in meetprobes.
Trigger Holdoff:
Een instelbare vertraging tussen het triggermoment en het moment waarop de scope begint te samplen. Is interessant bij het waarnemen van complex gevormde signalen.
BW Limit:
Een optie waarmee u de analoge bandbreedte beperkt tot 20 MHz, geschikt voor het onderdrukken van HF-ruis.
Digital Filter:
Een optie waarmee u de bandbreedte digitaal kunt beperken tot laagdoorlaat, banddoorlaat, bandsper of hoogdoorlaat. Met de witte 'Multifunction'-knop kunt u de sper-frequenties instellen.
Ref Waveform:
U kunt een oscillogram opslaan in een niet-vluchtig geheugen en dit later als referentie op het scherm zetten, zodat u een nieuw oscillogram kunt vergelijken met deze referentie. De referentie wordt wit weergegeven.
X-Y Mode:
De tijdbasis wordt uitgeschakeld en CH2 wordt gebruikt voor de verticale as van het scherm. Ideaal voor het schrijven van Lissajous-figuren ter bestudering van de fase- en frequentie-relatie tussen de twee signalen.
 |
| Vergelijking van de frequenties van twee signalen in de X-Y Mode. (© 2017 Jos Verstraten) |
Exact instellen van de breedte van een puls waarop getriggerd wordt, met als selecties kleiner dan, groter dan, gelijk aan, zowel voor positieve als voor negatieve pulsen.
Averaged Sampling:
De samples die op het scherm worden geschreven zijn de gemiddelde waarden van 2 tot 256 gemeten samples. Ideaal voor het bevrijden van kleine signalen uit ruis.
Equivalent Sampling:
Een software-algoritme dat alleen bruikbaar is bij zeer stabiele periodieke signalen en dat de schijnbare samplingsnelheid verhoogt tot 25 Gsa/s.
Vector Display:
Een software algoritme waarbij de opeenvolgende puntjes op het scherm, die ieder een sample voorstellen, worden doorverbonden met kleine vectoren waardoor een aaneengesloten oscillogram ontstaat. Aanbevolen!
Grid:
Selectie tussen diverse beeldrasters.
Internal Store:
Maximaal tien screenshots en instellingen kunnen in een intern non-volatile geheugen worden opgeslagen en altijd weer opgeroepen. Non-volatile wil zeggen dat de geheugen-inhoud bewaard blijft, ook als u de scope uitschakelt.
I/O SETUP:
Instellen van de RS-232 en GPIB communicatie-parameters.
Waveform Recorder:
Maakt een filmpje van een van de kanalen, met een maximaal aantal van 1.000 frames. Het interval tussen twee frames is instelbaar tussen 1 ms en 1.000 s. Dit filmpje is nadien weer af te spelen.
Pass/Fail:
U creëert een masker rond een van de signalen. Nadien wordt ieder ingangssignaal vergeleken met dit masker. Zo ziet u onmiddellijk of een nieuwe meting, binnen de toleranties van het masker, gelijk is aan de referentiemeting. In het onderstaande voorbeeld valt de nieuwe meting ruim buiten de toleranties van het masker van de referentiemeting.
 |
| De werking van de Pass/Fail-functie. (© 2017 Jos Verstraten) |
Koop uw oscilloscoop bij Banggood
