Обзор

Цифровой осциллограф Hantek DSO5102P - тест и обзор

     Оглавление:
   1. Внешний вид, конструкция, внутренности и доработка

   2. Тестовые испытания (форма сигналов)

   3. Тестовые испытания (АЧХ и измерения)

   4. Окончательный диагноз и рекомендации
 

Предисловие

Обзор посвящен осциллографу Hantek DSO5102P, представляющему собой недорогую модель нижней части среднего класса. Он имеет два канала, полосу до 100 МГц и частоту кодирования 1 ГГц (Gsps).

Осциллографа такого уровня должно хватить для большинства работ, не связанных с "тяжелыми случаями", т.е. с очень высокими частотами или большим числом каналов и логическим анализом.

Такие приборы называют "ослик", "рабочая лошадка" и тому подобными синонимами.

Но всё ли в нём хорошо? Обязательно найдём ответ на этот вопрос!

Итак, знакомьтесь: осциллограф Hantek DSO5102P:

(изображение с официального сайта Hantek)

Основные технические характеристики цифрового осциллографа Hantek DSO5102P:

Примечание: в двухканальном режиме частота дискретизации составляет 500 Msps (500 МГц).

Осциллограф также обладает широкими возможностями математической обработки осциллограмм: определение среднего значения, величины пик-пик, частоты; может усреднять несколько осциллограмм; производить несложные математические операции между каналами (суммирование, вычитание), строить спектр и т.п.

Полностью со всеми параметрами можно ознакомиться по приведённой выше ссылке на официальную страницу осциллографа.

Цена за протестированный осциллограф на Алиэкспресс составила $249 на дату обзора с доставкой из России в Россию. Цена может меняться, проверить актуальную цену  можно здесь или здесь (товар одинаковый; берите, где дешевле).

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Упаковка, комплектация, внешний вид и конструкция осциллографа Hantek DSO5102P

Осциллограф был упакован в коробку из гофрокартона типовой конструкции с пластиковой ручкой:

Внутри коробки осциллограф дополнительно защищён вставками из пористого материала:

Комплектация осциллографа:

В комплектацию входят два щупа марки PP-150, диск с ПО, сетевой кабель, кабель USB и немного "макулатуры".

У щупов есть особенность: в "обычном" режиме у них полоса до 6 МГц, а при переключении в режим делителя 10x полоса увеличивается до 100 МГц (за счёт балансировки внутренних ёмкостей). Для точной балансировки в кабеле есть триммер; подкрутить можно комплектной отвёрточкой.

И, наконец, сам красавец-осциллограф:

Украшение осциллографа - большой 7-дюймовый экран. Углы обзора - хорошие, при отклонении на 60 градусов в любую сторону изображение остаётся различимым.

На лицевой панели Hantek DSO5102P нет ни одного органа управления с древними переменными резисторами; все вращающиеся ручки - это энкодеры.

Большинство кнопок - прорезиненные и очень приятные на ощупь. Кроме того, часть кнопок имеет подсветку, показывающую, что управляемая ими функция - активна.

Справа от экрана - ряд кнопок "контекстного меню", назначение которых определяется подсказками на экране.

Под экраном - разъём USB. На USB-флешку можно сбрасывать скриншоты и осциллограммы; а также с неё устанавливаются обновления прошивки.

Слева внизу - механическая кнопка включения/выключения осциллографа.

Справа внизу - контакты встроенного сигнала калибровки 5 В 1 кГц.

Сверху - складная ручка для переноски; снизу - ножки, при откидывании которых прибор принимает удобное для работы слегка наклонное положение.

Вид на осциллограф сзади:

Сзади есть только два разъёма - USB для связи с компьютером и стандартный трёхконтактный разъём для подачи питания.

Вид сбоку:

С правого бока расположены отверстия для вентиляции. Внутри осциллографа сразу за ними расположен небольшой вентилятор (работает не шумно).

Теперь - приступаем к разборке осциллографа (она делается несложно).

Вид без крышки:

Слева - упомянутый ранее вентилятор, справа - плата блока питания, а внизу, за металлическим экраном, - основная часть осциллографа. Экран очень полезен для защиты от помех, создаваемых импульсным блоком питания.

Далее снимаем этот металлический экран:

Рассмотрим отдельно правую и левую части главной платы.

Левая часть:

На этой стороне платы расположена, в основном, аналоговая часть и элементы управления этой частью.

За металлическим кожухом - входные цепи и каскады предварительного усиления.

Светлые прямоугольники - реле, осуществляющие переключение делителей напряжения и коммутацию каналов механическим способом.

Также здесь в левом нижнем углу расположен линейный стабилизатор на 5 В; о нём позже будет особый разговор.

Правая сторона платы:

Две маленькие квадратные микросхемы под радиаторами - это аналого-цифровые преобразователи.

Большая микросхема под радиатором - ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема), служит для аппаратного выполнения тех операций, которые по быстродействию не может осилить процессор программным способом.

Далее на плате - процессор Samsung S3C2416, оперативная память Micron с маркировкой D9SBJ (DDR2 64 MB), флеш-память ISSI 128 MB.

Также здесь в правом верхнем углу расположена батарейка для подпитки часов и памяти режимов; чуть ниже - круглая тёмная "пишалка"; а примерно между ними - слот для карты памяти micro-SD.

Касательно карты памяти micro-SD надо сказать, что она упоминается в некоторых пунктах меню осциллографа, но они не активны. Вставка карты памяти ничего не меняет, эти пункты остаются не активными. Так что найти полезное применение карте памяти не удалось.

Теперь вернёмся на левую сторону платы к расположенному там линейному стабилизатору на 5 В. На фото он обозначен красной точкой:

На этой 4-ногой микросхеме нет никакого теплоотвода, и греется она будь здоров как! Прикоснувшись к ней, можно реально получить ожог, её температура - не менее 80 градусов, а скорее всего - ближе к 100.

Такой нагрев угрожает её жизни и здоровью, т.к. высокая температура значительно ускоряет процессы старения и деградации как полупроводника, так и корпуса микросхемы.

В связи с этим я прикрутил к ней для охлаждения кусок алюминиевого уголка, отрезав его так, чтобы его окончание лежало на реле. Корпус у реле - пластиковый, в связи с чем замыкание исключено.

Выглядит весь этот "колхоз" так:

И другим владельцам этого осциллографа я рекомендую сделать что-то аналогичное. Но при этом надо помнить, что работы осложняются по следующим причинам: слева от стабилизатора установке теплоотвода мешают электролитические конденсаторы, а сверху будет мешать экранирующий кожух.

Кроме того, сам стабилизатор впаян в плату с перекосом, что также будет ограничивать свободу действий при установке радиатора.

Устанавливаемый радиатор не должен быть слишком массивным; иначе он при транспортировке осциллографа раскачает и выломает охлаждаемый стабилизатор.

И, наконец, последняя составляющая нашего экскурса по внутренностям осциллографа - блок питания:

Блок выдаёт напряжения +3.3 В, +5 В, +14 В и -8 В.

Такой большой комплект напряжений делает малоперспективной возможность переделки осциллографа на встроенное питание от аккумулятора, так как  придётся устанавливать слишком много DC-DC преобразователей. Кроме того, из-за сильно греющейся упомянутой выше микросхемы линейного стабилизатора, энергия аккумулятора в значительной степени будет расходоваться просто "на воздух" (получится низкий КПД и быстрый расход аккумулятора).

Так что оставляем осциллограф в покое и не пытаемся его переделывать.

В заключение главы - вид осциллографа в "боевой работе":

По умолчанию первый канал осциллографа рисуется желтой линией, а второй - голубой.

Теперь переходим к испытаниям осциллографа.

Испытания осциллографа Hantek DSO5102P
Часть 1 - форма сигнала

При испытаниях поочерёдно использовались два канала, в связи с чем часть скриншотов будет с желтыми осциллограммами, а часть - с голубыми.

При испытаниях использовались комплектные щупы в положении переключателя 10x, так как это улучшает частотные характеристики передачи сигнала через щуп.

Для начала посмотрим на точность передачи осциллографом формы сигнала при разных частотах. При этом помним, что искажения могут быть как в источнике сигнала (DDS генераторе), так и в осциллографе, и в щупе. В связи с этим вердикт по точности передачи сигнала будет приблизительным.

Начнём с самого простого - меандр, 1 МГц:

На плоских частях осциллограммы заметна "бахрома" шумов и помех. Избавиться от неё поможет усреднение сигнала по нескольким осциллограммам.

Так выглядит та же осциллограмма, но с 32-кратным усреднением:

Как видите, осциллограмма очень неплохо "очистилась". Проблема только в том, что такой метод применим только к периодическим сигналам, иначе получится "каша".

Усложним задачу: снова меандр, но уже на частоте 10 МГц:

Форма сигнала уже не столь гламурна, но всё ещё хорошо различима.

Идём дальше. Меандр на частоте 25 МГц:

   И, наконец, предел, который может выдать генератор - 60 МГц:

На этой частоте меандр уже полностью выродился в синус. Но, к сожалению, сказать, какая из составляющих измерительной цепи в этом виновата (генератор, щуп, осциллограф) не представляется возможным. Возможно, что все три составляющих "приложили руку".

В любом случае пользователю надо иметь в виду, что даже теоретически увидеть на приборе с полосой в 100 МГц изображение прямоугольных импульсов с частотой 100 МГц будет невозможно: они превратятся в синус.

Для полноты картины - ещё три стандартных сигнала (треугольник, пила и обратная пила) на частотах 10 МГц и 25 МГц. Смотрим только форму кривых, о точности поговорим отдельно.

На частоте 10 МГц:

Теперь - те же кривые, но на частоте 25 МГц:

Приведённую серию кривых следует воспринимать как положительную характеристику осциллографа: кривые легко можно опознать. Ожидаемо искажены, в основном, лишь их "экстремальные" элементы: фронты и острые вершины.

И, последний момент касательно формы сигналов: строб-эффект.

Он возникает в тех случаях, когда на экране отображаемые на экране соседние отсчеты сигнала относятся к разным периодам сигнала.  В этом случае создаётся иллюзия замедленного сигнала.

В этом осциллографе он тоже присутствует, но "поймать" его сложно. Пример "пойманного" строб-эффекта  - на следующем скриншоте:

Здесь период сигнала по картинке составляет почти 7 делений по 8 мс (итого - 56 мс), а частота, соответственно должна составлять около 18 Гц. На самом же деле частота составляет 124.98 КГц (видна в нижней строке).

Но мешать работе этот эффект не должен, так как пользователь легко обнаружит, что "что-то здесь не так" по двум признакам.

Первый - показания частоты в нижней строке на экране; а второй - нестабильность картинки (плохая синхронизация), так как осциллограф синхронизируется по реальным фронтам сигнала, а не по фиктивным.
 

Испытания осциллографа Hantek DSO5102P
Часть 2 - АЧХ осциллографа и измерение сигнала

Следующий эксперимент - снятие амплитудно-частотной характеристики осциллографа (АЧХ).

Для этого с генератора подавался сигнал качающейся частоты в двух вариантах: 0 - 400 Гц и 0 - 60 МГц, скриншоты осциллограмм при этом фактически и представляет собой АЧХ.

Разделить диапазон на два пришлось из-за обнаруженной неравномерности в области низких частот.

АЧХ в диапазоне 0 - 400 Гц:

На мелкие "зазубрины" на осциллограммах не обращаем внимания.

На скриншоте поместились два прохода полосы частот 0 - 400 Гц. При этом можно заметить, что уровень сигнала вблизи старта и на протяжении примерно первых двух делений ниже, чем в остальной части кривой. Он составляет 96.6% от уровня "высокой" части графика.

Особенно это заметно вблизи середины экрана, где произошла смена циклов прохода частот.

Дальнейшие замеры показали, что более близки к истине показания осциллографа в области около 0 Гц, а на остальной части они примерно на 3.5% завышены.

Теперь переходим к АЧХ в широкой полосе (0 - 60 МГц), т.к. 60 МГц - это максимум, который может выдать используемый для теста генератор.

Ещё раз напомню, что причин неравномерности может быть целых три (генератор, щуп, осциллограф), поэтому приведённый далее скриншот нельзя считать "истиной в последней инстанции" (но на правду он всё-таки похож):

АЧХ в диапазоне 0 - 60 МГц:

Здесь тоже поместилось два цикла прохода диапазона частот.

Уровень в конце диапазона (на частоте 60 МГц) составил 86% от уровня вблизи 0 Гц.

Экстраполируя кривую далее к частоте 100 МГц, можно подтвердить заявленную производителем полосу частот осциллографа в 100 МГц по уровню минус 3 дБ (70.7%); но, повторюсь, с ранее изложенными допущениями и возможными неточностями.

Все указанные особенности АЧХ как в области низких, так и высоких частот необходимо учитывать при измерениях сигналов по осциллограммам: их точность будет сильно зависеть от частоты.

Теперь - о самих измерениях.

Для измерений и вычислений в осциллографе имеется множество возможностей, все их охватить в обзоре вряд ли возможно, да и вряд ли есть смысл.

Самое простое и доступное - это измерение в осциллограммах напряжения и времени.

Так выглядит измерение напряжений:

А так выглядит измерение времени (очень похоже на измерение напряжения, только курсоры - вертикальные):

Самое интересное с математической точки зрения измерение в осциллографе - быстрое преобразование Фурье (БПФ), т.е. спектральный анализ.

Для примера - спектр меандра 1 кГц; на картинке видны характерные нечётные гармоники и "борода" шумов и помех (масштаб по вертикали - логарифмический):

Окончательный диагноз цифрового осциллографа Hantek DSO5102P

Протестированный цифровой осциллограф относится к достаточно серьёзным аппаратам, которые уже могут использоваться в профессиональных целях (при условии соответствия по частотному диапазону и числу каналов).

При этом по цене он примерно равен всего лишь смартфону среднего уровня, т.е. относится к числу очень доступных.

Его возможности соответствуют своему классу; и они весьма широки: осциллограф не только показывает сигнал, но и может его всесторонне измерить и сохранить.

Его управление построено логично и не вызовет затруднений у пользователя.

К минусам следует отнести небольшое падение АЧХ в области самых нижних частот. Это - очень неожиданный недостаток: обычно в этой области с АЧХ вообще никаких проблем не бывает.

Чаще бывают проблемы в верхней части диапазона частот, но здесь у нашего пациента вроде бы всё в порядке.

Теперь - достоинства и недостатки списком.

"Плюсы" осциллографа:

- доступная цена;

- хорошие для своей цены технические параметры;

- небольшие габариты и вес;

- удобство управления, интуитивно-понятный интерфейс;

- хорошие углы обзора экрана;

- возможность обновления прошивки.
 

"Минусы" осциллографа:

- наличие небольшого падения АЧХ вблизи 0 Гц;

- малый объём доступной памяти для записи осциллограмм;

- желательна доработка в части установки теплоотвода на микросхему линейного стабилизатора напряжения.
 

Рекомендации:

В Сети есть советы, как этот осциллограф перепрошивкой переделать на DSO5202P, у которого полоса частот составляет 200 МГц.

Делать это нет никакого смысла, так как расширение диапазона частот в программе не приведёт к его реальному физическому расширению. Так же останется неизменной и частота семплирования.

Ещё раз о цене и где купить Hantek DSO5102P.

Цена за протестированный осциллограф на Алиэкспресс составила $249 на дату обзора с доставкой из России в Россию. Цена может меняться, проверить актуальную цену  можно здесь  или здесь (товар одинаковый; берите, где дешевле). С доставкой из России в Россию прибор стоит дешевле, чем с доставкой из Китая (если работает доставка из России).

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
 

Обзоры других контрольно-измерительных приборов, протестированных на данном сайте - здесь.

Весь раздел "Сделай сам! (DIY)" - здесь.

  Ваш Доктор.
 27 мая 2020 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!