Ο παλμογράφος είναι ένα βασικό και ευρεία χρησιμοποιούμενο ηλεκτρονικό όργανο εργαστηρίου ηλεκτρονικών. Ο παλμογράφος επιτρέπει την απεικόνιση κυματομορφών σε δυο διαστάσεις. Στον κατακόρυφο άξονα απεικονίζεται το πλάτος του σήματος και στον οριζόντιο άξονα ο χρόνος. Δηλαδή με τον παλμογράφο μπορούμε να δούμε την «γραφική παράσταση» του πλάτους τάσης του σήματος σε συνάρτηση με τον χρόνο.

Ο παλμογράφος εμφανίζει την κυματομορφή ενός σήματος, επιτρέποντας στους χρήστες να παρακολουθήσουν τις μεταβολές της τάσης σε σχέση με το χρόνο, και να μελετήσουν χαρακτηριστικά όπως η συχνότητα, το πλάτος, η διάρκεια των παλμών, και η μορφή του σήματος.

Χρήσεις παλμογράφων

Ανάλυση Κυκλωμάτων: Οι παλμογράφοι χρησιμοποιούνται για την ανάλυση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, εντοπίζοντας σφάλματα ή παραμορφώσεις στα σήματα.
Δοκιμή και Ανάπτυξη: Βρίσκουν εφαρμογή στην ανάπτυξη και δοκιμή συσκευών όπως ενισχυτές, ταλαντωτές, τροφοδοτικά, και άλλα ηλεκτρονικά συστήματα.
Εκπαίδευση: Οι παλμογράφοι χρησιμοποιούνται ευρέως στα εκπαιδευτικά ιδρύματα για τη διδασκαλία βασικών και προχωρημένων εννοιών στην ηλεκτρονική.
Επισκευή και Συντήρηση:  Σε εργαστήρια επισκευών, οι παλμογράφοι βοηθούν στην αναγνώριση προβλημάτων σε συσκευές και κυκλώματα.

Κατηγορίες παλμογράφων: ανάλογα την τεχνολογία κατασκευής , έχουμε:

Τον αναλογικό παλμογράφο ο οποίος υλοποιείται με αναλογικά κυκλώματα. Η προβολή της κυματομορφής σε ένα αναλογικό παλμογράφο, βασίζεται στον καθοδικό σωλήνα. Στο πίσω μέρος του καθοδικού σωλήνα υπάρχει το ηλεκτρονικό πυροβόλο, που δημιουργεί τη δέσμη ηλεκτρονίων, η οποία έρχεται μπροστά και κτυπά τη φωσφορίζουσα οθόνη, με αποτέλεσμα να εμφανίζει ένα ορατό ίχνος πάνω στην οθόνη του παλμογράφου.

Η δέσμη στην πορεία της, εισέρχεται στα οριζόντια και κατακόρυφα πλακίδια απόκλισης, που ανάλογα με την τάση που τροφοδοτούνται, προκαλούν απόκλιση της δέσμης κατά την Χ ή Υ διεύθυνση με αποτέλεσμα το ίχνος πάνω στην οθόνη να μπορεί να κινείται.

Στον αναλογικό παλμογράφο, τα πλακίδια για την οριζόντια απόκλιση τροφοδοτούνται με πριονωτό σήμα, με αποτέλεσμα το ίχνος να κινείται από αριστερά προς δεξιά, όπως βλέπουμε την οθόνη, με σταθερή ταχύτητα και μόλις φτάσει στο δεξιό άκρο μετακινείται απότομα στο αριστερό άκρο.

Ταυτόχρονα με την οριζόντια απόκλιση της δέσμης (ίχνος), έχουμε και κατακόρυφη απόκλιση ανάλογη με το σήμα εισόδου. Με αυτό τον τρόπο ο Χ – άξονας παριστάνει το χρόνο και ο Υ – άξονας το πλάτος του σήματος με συνέπεια την απεικόνιση της κυματομορφής στην οθόνη.

Τον ψηφιακό παλμογράφο ο οποίος λειτουργεί χωρίς να περιέχει καθοδικό σωλήνα και βασίζεται σε ψηφιακά κυκλώματα. Ο ψηφιακός παλμογράφος δειγματοληπτεί και καταγράφει το ηλεκτρικό σήμα. Συγκεκριμένα το ηλεκτρικό σήμα εισάγεται μέσω ενός καναλιού μέτρησης και δειγματοληπτείται μέσω ενός αναλογικοψηφιακού μετατροπέα (ADC) και αποθηκεύει τα δεδομένα.

Στη συνέχεια οι μετρήσεις αναλύονται από τον μικροεπεξεργαστή του παλμογράφου, ο οποίος μπορεί να υπολογίσει και να εμφανίσει κρίσιμες πληροφορίες, όπως συχνότητα, τάση, διάρκεια παλμού κ.λπ. Κατόπιν η κυματομορφή του σήματος εμφανίζεται σε μια οθόνη, συνήθως LCD ή TFT, δίνοντας στο χρήστη μια οπτική αναπαράσταση του σήματος σε σχέση με το χρόνο.

Είδη ψηφιακών παλμογράφων

Digital Storage Oscilloscope (DSO): Καταγράφει το σήμα σε ψηφιακή μορφή και το αποθηκεύει στη μνήμη για μεταγενέστερη ανάλυση. Η αποθηκευμένη κυματομορφή μπορεί να μελετηθεί, να μετρηθεί και να εμφανιστεί στην οθόνη.
Digital Phosphor Oscilloscope (DPO): Ο σκοπός της ψηφιακής απεικόνισης με την τεχνολογία “phosphor” είναι να παρέχει μια αίσθηση συνέχειας και να εμφανίζει τα σήματα με χρωματική κωδικοποίηση και να προβάλλει γρήγορες αλλαγές στο σήμα, όπως γινόταν με τους παλιούς αναλογικούς παλμογράφους, αλλά χρησιμοποιεί οθόνες LCD ή TFT αντί για καθοδικούς σωλήνες.
Mixed Signal Oscilloscope (MSO): Συνδυάζει τη λειτουργικότητα ενός ψηφιακού παλμογράφου με επιπλέον δυνατότητες ανάλυσης ψηφιακών σημάτων. Ιδανικό για μικτά σήματα που αποτελούνται τόσο από αναλογικά όσο και από ψηφιακά σήματα.
Ο USB παλμογράφος: Αυτό η συσκευή ψηφιακού παλμογράφου, συνδέεται μέσω της θύρας USB και χρησιμοποιεί την επεξεργαστική ισχύ του προσωπικού υπολογιστή. Αυτός ο τύπος παλμογράφου, είναι δημοφιλής στην αγορά, μιας και έχει υψηλή απόδοση σε χαμηλή τιμή. Οι PC USB παλμογράφοι διαθέτουν την λειτουργικότητα των ψηφιακών παλμογράφων, αλλά ολοκληρώνονται με την διασύνδεση τους στο PC.

Βασικές ρυθμίσεις του παλμογράφου

Ο παλμογράφος είναι ένα σύνθετο όργανο που μπορεί να ρυθμιστεί με πολλούς τρόπους. Για να έχουμε το βέλτιστο αποτέλεσμα πρέπει να το ρυθμίζουμε κατάλληλα. Μια περίληψη των βασικών ρυθμίσεων του παλμογράφου δίνεται στη συνέχεια:

Vertical gain (κατακόρυφο κέρδος): Αυτή η ρύθμιση αντανακλάται στο κέρδος του ενισχυτή εισόδου και συνεπώς το κατακόρυφο πλάτος της κυματομορφής. Ορίζεται σαν ένα αριθμό volts ανά εκατοστό πάνω στην οθόνη. Η αύξηση του αριθμού των volts ανά εκατοστό, έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση του πλάτους της κυματομορφής, δηλαδή το κατακόρυφο κέρδος αυξάνει. Όταν χρησιμοποιούμε τον παλμογράφο ρυθμίζουμε το κατακόρυφο κέρδος ώστε η κυματομορφή να πιάνει όλο το ύψος της οθόνης. Για παράδειγμα αν το κατακόρυφο κέρδος είναι ρυθμισμένο σε 1volt/cm ένα πλάτος κυματομορφής μετρημένο στην οθόνη 5cm αντιστοιχεί στα 5volts πλάτος.
Vertical position (κατακόρυφη θέση): Με αυτή τη ρύθμιση τοποθετούμε το ίχνος (όταν δεν έχουμε σήμα εισόδου) στην επιθυμητή κατακόρυφη θέση, για να τοποθετήσουμε το “μηδέν” πάνω στην οθόνη και έτσι θα μπορέσουμε να κάνουμε μετρήσεις πλάτους εύκολα. Υπάρχει και η ρύθμιση horizontal position (οριζόντια θέση) για την οριζόντια μετακίνηση της κυματομορφής, για να μπορούμε να κάνουμε μετρήσεις χρόνου.
Timebase: Με αυτή την ρύθμιση ορίζουμε το χρονικό οριζόντιο πλάτος της απεικονιζόμενης κυματομορφής. Ρυθμίζεται σε συγκεκριμένο χρόνο ανά εκατοστό πάνω στην οθόνη. Για παράδειγμα αν η timebase είναι ρυθμισμένη στα 1μs/cm και ένας κύκλος κυματομορφής επί την οθόνη έχει μήκος 10cm, η περίοδος της κυματομορφής είναι 1μs/cm x 10cm = 10μs δηλαδή έχει συχνότητα 1/10μs = 100kHz
Trigger (σκανδαλισμός): Με τη ρύθμιση του σκανδαλισμού, επιτρέπουμε στην κυματομορφή να ξεκινά από συγκεκριμένο σημείο, καθώς επαναλαμβάνεται η σάρωση της. Αυτό επιτρέπει την σταθερή απεικόνιση της κυματομορφής στην οθόνη του παλμογράφου. Κάθε φορά που ρυθμίζουμε το σκανδαλισμό, επιτρέπουμε η απεικονιζόμενη κυματομορφή να ξεκινά από διαφορετικό σημείο. Μπορούμε να τη ρυθμίσουμε να ξεκινά στην θετική άνοδο ή στην αρνητική κατάβαση της κυματομορφής.
Trigger hold-off: είναι μια λειτουργία στους παλμογράφους που καθορίζει το χρονικό διάστημα που ο παλμογράφος περιμένει πριν επιτρέψει τον σκανδαλισμό (triggering) μιας νέας κυματομορφής μετά την εμφάνιση μιας προηγούμενης. Αυτό είναι χρήσιμο όταν θέλουμε να αποτρέψουμε τον παλμογράφο να προκαλείται σε σκανδαλισμό  σε ανεπιθύμητα σημεία μιας κυματομορφής . Για παράδειγμα, αν μελετάμε ένα σύνθετο σήμα που έχει πολλαπλούς παλμούς, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το Trigger hold-off για να εξασφαλίσουμε ότι ο παλμογράφος θα ενεργοποιηθεί μόνο σε έναν συγκεκριμένο παλμό και όχι σε άλλους που εμφανίζονται ενδιάμεσα.

Αν και υπάρχουν αρκετές άλλες ρυθμίσεις, οι παραπάνω ρυθμίσεις είναι οι κυριότερες, που πρέπει να μάθει κανείς στη χρήση του παλμογράφου. Είναι χρήσιμο να μάθουμε όλες τις ρυθμίσεις, αλλά αυτές διαφέρουν από μοντέλο σε μοντέλο.

Ο παλμογράφος σαν ένα ηλεκτρονικό όργανο εργαστηρίου, η εκμάθηση του είναι σχετικά εύκολη κι αν τον συνηθίσει κανείς, είναι πολύ εύκολος ο χειρισμός του. Για το χειρισμό του, πρώτα ρυθμίζουμε το κατακόρυφο κέρδος (vertical gain control), ώστε η κυματομορφή να μπορεί να πιάνει όλο το ύψος, μετά ρυθμίζουμε την οριζόντια περίοδο (timebase), ώστε στην οθόνη να μπορούν να φαίνονται δύο με τρεις κύκλοι της κυματομορφής. Οδηγούμε το εξεταζόμενο σήμα στο παλμογράφο, ρυθμίζουμε το επίπεδο σκανδαλισμού (trigger control), ώστε η κυματομορφή να φαίνεται σταθερή στην οθόνη. Ξαναθυμίζουμε το vertical gain το timebase έτσι ώστε να πάρουμε το μέγιστο αποτέλεσμα.

Για την καλύτερη δυνατή απεικόνιση της κυματομορφής, χωρίς παρεμβολές, οδηγούμε το σήμα από το εξεταζόμενο κύκλωμα στο παλμογράφο με ειδικά probes. Ένα probe αποτελείται από το ειδικού τύπου clips, το ομοαξονικό καλώδιο και τον BNC κονέκτορα.

Σκανδαλισμός στον παλμογράφο  (Oscilloscope trigger)

Η δυνατότητα σκανδαλισμού είναι μια από τις θεμελιώδης λειτουργίες του παλμογράφου. Ο σκανδαλισμός επιτρέπει στον παλμογράφο (ψηφιακό ή αναλογικό) την απεικόνιση σταθερής κυματομορφής στην οθόνη έτσι ώστε να μπορεί να την παρατηρήσει ο χρήστης.

Χωρίς τον σκανδαλισμό ή άλλη μορφή συγχρονισμού θα ήταν αδύνατη η απεικόνιση σταθερής κυματομορφής στην οθόνη. Αυτό επιτυγχάνεται ξεκινώντας την οριζόντια σάρωση από επιλεγμένο σημείο του σήματος εισόδου. Πολλοί παλμογράφοι έχουν μια ποικιλία ρυθμίσεων σκανδαλισμού που επιτρέπουν την εμφάνιση της κυματομορφής με τον τρόπο που θέλουμε.

Το επίπεδο σκανδαλισμού (trigger level) και η κλίση σκανδαλισμού (trigger slope) είναι δυο βασικές ρυθμίσεις σκανδαλισμού οποιαδήποτε παλμογράφου, ανεξάρτητα αν είναι ψηφιακός ή αναλογικός.

Το επίπεδο σκανδαλισμού ανιχνεύει αν ορισμένο επίπεδο τάσης του σήματος έχει φτάσει σε αυτό το σημείο και ξεκινά την οριζόντια σάρωση κατά μήκος της οθόνης. Στην πραγματικότητα ο σκανδαλισμός δρα σαν συγκριτής ο οποίος ξεκινά την οριζόντια κίνηση της δέσμης όταν το σήμα ξεπερνά ένα επίπεδο τάσης.

Η κλίση σκανδαλισμού, όπως και το όνομα φανερώνει, ορίζει αν η σάρωση ξεκινά στη θετική άνοδο ή στην αρνητική κάθοδο της τάσης του σήματος. Ρυθμίζοντας το επίπεδο σκανδαλισμού και την κλίση σκανδαλισμού επιτρέπουμε να εμφανιστεί εκείνο το τμήμα της κυματομορφής που επιθυμούμε να απεικονιστεί.

Προδιαγραφές του παλμογράφου

Ο παλμογράφος είναι ένα από τα πιο χρήσιμα ηλεκτρονικά όργανα ενός σοβαρού ηλεκτρονικού εργαστηρίου. Ο παλμογράφος προβάλει την γραφική παράσταση της κυματομορφής σε ένα κύκλωμα. Αυτό κάνει τον παλμογράφο ουσιώδες όργανο για χρήση στην ηλεκτρονική σχεδίαση, έλεγχο πρωτοτύπων και για εντοπισμό βλαβών.

Ο παλμογράφος είναι ένα σύνθετο όργανο ηλεκτρονικού εργαστηρίου κι αυτό τον κάνει να κοστίζει περισσότερο από άλλα όργανα, όπως τα ψηφιακά πολύμετρα και είναι σημαντική η επιλογή του κατάλληλου παλμογράφου.

Εύρος ζώνης συχνοτήτων (bandwidth specification) Ο παλμογράφος χρησιμοποιείται συνήθως για την απεικόνιση περιοδικών κυματομορφών. Σύμφωνα με το θεώρημα Fourier μια περιοδική κυματομορφή (συνάρτηση) μπορεί να γραφεί σαν άθροισμα της θεμελιώδης συχνότητας συν τις αρμονικές συχνότητες. Σημείωση: Μια αρμονική έχει συχνότητα ακέραιο πολλαπλάσιο της θεμελιώδης συχνότητας.

Ένας παλμογράφος δεν ανταποκρίνεται σε όλες τις συχνότητες το ίδιο. Ορίζεται μια προδιαγραφή του παλμογράφου η λεγόμενη εύρος ζώνης συχνοτήτων που ορίζει μέχρι ποιες συχνότητες ο παλμογράφος ανταποκρίνεται ικανοποιητικά. Για να απεικονιστεί μια κυματομορφή ικανοποιητικά χωρίς παραμόρφωση πρέπει να ικανοποιείται ο εξής κανόνας: Το εύρος ζώνης συχνοτήτων του παλμογράφου να είναι πέντε φορές μεγαλύτερο από την θεμελιώδη συχνότητα του εξεταζόμενου σήματος.

Ακρίβεια κατακόρυφου DC κέρδους (Vertical DC gain accuracy) Αυτή είναι σημαντική όταν κάνουμε μετρήσεις πλάτους του σήματος και θέλουμε να ξέρουμε για την ακρίβεια των μετρήσεων.

Κατακόρυφη DC ανάλυση (Vertical gain resolution) Αυτό αφορά τους ψηφιακούς παλμογράφους οι οποίοι έχουν εκτοπίσει τους αναλογικούς παλμογράφους. Ανάλυση είναι το “βηματάκι” στην ψηφιακή μέτρηση του πλάτους του σήματος μέσα στη δυναμική περιοχή. Δυναμική περιοχή είναι το εύρος της τάσης στα κυκλώματα του παλμογράφου, που είναι ικανό να απεικονίζει άριστα όλο το πλάτος του σήματος. Οι περισσότεροι παλμογράφοι έχουν 8-bit ανάλυση. Οκτώ μπιτ παρέχουν 256 ψηφιοποιημένα επίπεδα στο σήμα μέσα στη δυναμική περιοχή.

Προδιαγραφή χρόνου ανόδου (Rise time specification) Μια άλλη προδιαγραφή του παλμογράφου που αξίζει προσοχής, είναι ο χρόνος ανόδου του παλμογράφου. Αυτή είναι μια ιδιαίτερα σημαντική προδιαγραφή για κάθε ψηφιακό κύκλωμα, όπου οι ακμές στα τετραγωνικά και παλμικά σήματα είναι συχνά μεγάλης σημασίας. Ο παλμογράφος πρέπει να έχει ικανοποιητικό γρήγορο χρόνο ανόδου, για να έχει ακριβείς αποτελέσματα, αλλιώς σημαντική πληροφορία δεν θα απεικονίζεται και θα έχουμε παραμόρφωση στη κυματομορφή.

Ρυθμός δειγματοληψίας (Oscilloscope sample rate) Με την αυξανόμενη παραγωγή των ψηφιακών παλμογράφων, ο ρυθμός δειγματοληψίας έχει γίνει μια διαδεδομένη και σημαντική προδιαγραφή. Ο ρυθμός δειγματοληψίας ορίζεται με τον αριθμό των δειγμάτων στην ψηφιοποίηση του σήματος εισόδου ανά δευτερόλεπτο. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση της κυματομορφής και τόσο λιγότερη πληροφορία χάνεται. Όταν θέλουμε να αγοράσουμε ένα ψηφιακό παλμογράφο, πρέπει να καθορίσουμε το χαμηλότερο ρυθμό που πρέπει να έχει κατά την χρήση του.

Oscilloscope probes

Για να μπορέσουμε να δούμε την κυματομορφή σε ένα σημείο ενός κυκλώματος θα πρέπει να οδηγήσουμε το σήμα στον παλμογράφο και αυτό γίνεται με scope probes. Αν και θα μπορούσαμε να το κάνουμε με ένα απλό σύρμα αλλά αυτό δεν παρέχει την βέλτιστη επίδοση.

Στην αγορά μπορούμε να βρούμε μια ποικιλία probes και μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε πολλούς τύπους probes στο παλμογράφο μας. Για να αγοράσουμε το καλύτερο probe πρέπει να γνωρίζουμε τις προδιαγραφές για τα probes για να διαλέξουμε αυτό που μας ταιριάζει.

Τα probes χωρίζονται σε δυο κατηγορίες:
1]Passive osciloscope probes (παθητικά probes) Αυτού του τύπου probes είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενα probes. Χρησιμοποιεί μόνο παθητικά στοιχεία και παρέχουν οδήγηση 1:1. Άλλοι τύποι probes παρέχουν μεγαλύτερη εξασθένηση.
2] Active oscilloscope probes (ενεργά probes) Όπως το όνομα φανερώνει αυτός ο τύπος probes ενσωματώνει ενεργά στοιχεία. Παρέχει υψηλότερα επίπεδα λειτουργικότητας και υψηλές επιδόσεις. Γι’ αυτό το λόγο κοστίζουν πιο ακριβά και τα προτιμούν οι επαγγελματίες των ηλεκτρονικών.

Θεωρούμε ότι η αντίσταση εισόδου όλων των παλμογράφων είναι 1ΜΩ. Για μεγαλύτερη ακρίβεια απαιτείται μεγαλύτερη αντίσταση εισόδου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται το probe 10Χ που παρέχει εξασθένιση 10:1. Αυτό ο τύπος παρεμβάλει αντίσταση 9ΜΩ που σε σειρά με την αντίσταση εισόδου του παλμογράφου παρέχει εξασθένιση 10:1 και μεγαλύτερη αντίσταση εισόδου. Επίσης ενσωματώνει τους κατάλληλους πυκνωτές έτσι ώστε το probe να ανταποκρίνεται το ίδιο σε ένα μεγάλο εύρος συχνοτήτων.