اسیلوسکوپ (oscilloscope)

اصولا کلمه oscilloscope به معنی نوسان نما یا نوسان سنج است. عموما اسیلوسکوپ ها برای نمایش دوبعدی سیگنال‌ های متغیر با زمان استفاده می‌شوند. در مدل‌‌های اولیه محور افقی X برای نمایش زمان و محور عمودی Y  برای نمایش اختلاف ولتاژ بین دو نقطه از مدار است.

اسیلوسکوپ ها علاوه بر نمایش شکل امواج برای اندازه گیری ولتاژ، دوره تناوب (T)، اختلاف فاز (θ) و غیره استفاده می‌شود. از این تجهیز می‌توان برای نمایش منحنی مشخصه (ولت-آمپر) قطعات نیمه هادی نظیر ديود، ترانزيستور، ترایاک، دیاک، دیود زنر و ال ای دی و غیره استفاده کرد. اسيلوسکوپ را می‌توان يک ولتمتر دقيق در نظر گرفت. اسيلوسکوپ ها بر خلاف مولتی متر‌ها، در فرکانسهای بالا به خوبی کار می‌کند. عموما انواع اسکوپ را بر اساس رنج (بازه اندازه گیری) فرکانس دسته بندی می‌کنند. به عنوان مثال اسيلوسکوپ 40MHz می‌تواند مقادیر نوسان امواج را تا 40 مگا هرتر نمايش دهد و در هنگام خرید با این ویژگی و قیمت های متفاوت به خریدار عرضه می‌شود.

باید توجه داشته باشید که اسکوپ ها توانايی اندازه گيری جريان را به طور مستقيم ندارد. برای اندازه گيری جريان بايد از روش‌‌های غير مستقيم مانند قانون اهم استفاده کرد.

V=IR

یک اسکوپ می‌تواند مشخصه‌ های مبتنی بر زمان و نیز بر اساس ولتاژ را اندازه گیری کند

• ویژگی های وابسته به زمان یک موج عبارتند از

– فرکانس و دوره تناوب : فرکانس به تعداد دفعاتی که یک شکل موج در ثانیه تکرار می‌شود گفته می‌شود. دوره تناوب مفهوم مقابل آن است و به تعداد ثانیه‌‌هایی که هر شکل موج تکراری طول میکشد گفته می شود.

f(Hz)=1/T(s)

حداکثر فرکانسی که یک اسیلوسکوپ می تواند  با توجه به سطح تکنولوژی خود اندازه گیری کند متفاوت است
– چرخه کاری (duty cycle) : درصدی از یک دوره تناوب است که یک موج مثبت یا منفی می‌شود. نسبت دوره کاری duty cycle به شما می‌گوید در هر دوره چه مدت یک سیگنال “on” است در مقابل چه مدت “off” می‌شود.

D=Ton /Ton+Toff*100

D=(PW/T)*100%

– مدت زمان صعود و نزول موج و سیگنال :  مدت زمان حرکت امواج از نقطه پایین مثلا صفر به نقطه بالا 5 ولت را  مدت زمان صعود و عکس آن را نزول می‌گویند. این ویژگی‌ها هنگام در نظر گرفتن سرعت واکنش مدار به سیگنال‌ها مهم هستند.

ویژگی‌های وابسته به ولتاژ در یک موج شامل

– دامنه Amplitude : مقدار دامنه بزرگی یک سیگنالرا نشان می‌دهد. انواع مختلفی از تعاریف اندازه گیری دامنه وجود دارد، از جمله دامنه پیک به اوج  که تفاوت مطلق بین یک نقطه ولتاژ بالا و پایین سیگنال را اندازه گیری می‌کند. (دامنه پیک فقط میزان بالا یا پایین بودن سیگنال از 0 ولت را اندازه می‌گیرد.)

– حداکثر و حداقل ولتاژ : دامنه می‌تواند دقیقاً به شما بگوید که ولتاژ سیگنال شما چقدر بالا و پایین می‌شود.

– ولتاژ میانگین : اسیلوسکوپ ها می‌توانند میانگین یا میانگین سیگنال شما را محاسبه کنند و همچنین می‌توانند میانگین حداقل و حداکثر ولتاژ سیگنال را به شما بگویند.

آموزش کار با اسیلوسکوپ دیجیتال و آنالوگ

اگر چه کلید‌‌های کنترلی اسکوپ‌ های مختلف کمی با هم فرق می‌کنند ولی در مجموع در انواع اسیلوسکوپ‌ های آنالوگ و دیجیتال یک سری کلید‌‌های اصلی وجود دارد که ما در این تحقیق سعی داریم با توجه به عکس‌های زیر عملکرد این کلید ها را تشریح کنیم. دو شکل زیر یکی از انواع اسیلوسکوپ دیجیتال و نمای گرافیکی یک اسیلوسکوپ آنالوگ ساده را نشان می‌دهند. این اشکال به  قسمت‌‌های مختلف تقسیم شده اند که در ادامه توضیح آنها را خواهید دید .

صفحه نمایش

صفحه نمایشگر در اسیلوسکوپ‌های آنالوگ و دیجیتال اصلی ترین نقطه تمایز این دو دستگاه می‌باشد. صفحه نمایش اسیلوسکوپ‌ های انالوگ یک لامپ صفحه کاتدی فلورسنت است و در مدل‌های دیجیتال نمایشگر ال سی دی یا احتمالا ال ای دی. تفاوت بین این دو بسیار است و هرکدام تکنولوژی خود را دارند اما مزیت اصلی صفحات دیجیتال وزن سبک انهاست. اما مدل‌های آنالوگ جزییات بهتری از موج را مشخص می‌کنند که برای این کیفیت در مدل‌های دیجیتال باید از مدل‌‌های معروف به فلورسنت LCD اسیلوسکوپ استفاده کرد.

محور مختصات دکارتی: به دلیل نمایش دوبعدی شکل موج در اکثر اسیلوسکوپ ها انالوگ و دیجیتال امواج در نمایشگر برروی محور X, Y نمایش داده می‌شود. که اصطلاحا به آن دستگاه مختصات دکارتی ( کارتزین ) و یا متعامد گفته می‌شود.

خطوط جدول، محور های کمکیX  و خطوط راهنما: خطوط مختلف موازی با محور‌های دکارتی نظیر جدول بندی و … در اسیلوسکوپ ها جهت کمک بصری به کاربر برای شناخت بهتر تغییرات موج طراحی شده اند.

پنل تنظیمات اسیلوسکوپ

دکمه روشن خاموش کردن اسیلوسکوپ و نشانگر پاور دستگاه: برای روشن کردن دستگاه باید دکمه پاور آن را فشار دهید و صب کنید تا سیستم آن راه اندازی شود.

پیچ چرخش (شماره 3): این پیچ برای چرخش Rotation محور افقی در هنگام کالبیراسیون دستگاه به کمک موج داخلی اسیلوسکوپ طراحی شده است کاربر می‌تواند به کمک پیچ گوشتی محور افقی اسیلوسکوپ را کاملا کالیبره کند.

ولوم‌ های فوکوس (5) و تنظیم روشنایی سیکنال (4) برروی صفحه نمایش: پتانسیومتر intensity برای تنظیم شدت نور سیگنال و پیچ focus برای تنظیم ضخامت موج درون یابی شده استفاده می‌شود.

درگاه موج کالیبراسیون اسیلوسکوپ: این زائده برای خروجی موج دو ولت یک کیلو هرتز داخلی اسیلوسکوپ جهت کالبیراسیون دستگاه طراحی شده است.

بخش تنظیم پارامتر های عمودی (بخش کلید‌های Vertical)

با توجه به این که بخواهید از کدام یک از ورودی‌‌های اسیلوسکوپ استفاده کنید می‌توانید کلیدMODE (26) را تنظیم کنید، به ترتیب از بالا به پایین شما می‌توانید شکل موج‌های ورودی به کانال یک، کانال دو،  نمایش همزمان هر دو کانال و جمع ریاضی دو موج را انتخاب کنید.

ولوم تنظیم متغیر های عمودی در اسیلوسکوپ، این پیچ (7) جهت تنظیم فشرده و باز کردن امواج در راستای محور عمودی استفاده می‌شود هرگاه این پیچ در حالت cal  قرار بگیرد تغییرات ولت دیویژن بر روی موج بی تاثیر خواهد بود. دکمه‌های (8) AC و DC و GND به ترتیب برای فیلتر کردن مقادیر DC  یا آفست در هنگام فعال بودن کلید و GND برای نمایش ولتاژ صفر یا خط مبنای عمودی استفاده میشود. توجه: در برخی از اسیلوسکوپ ها موارد AC و DC و GND به عنوان یک کلید سه حالته در زیر ولوم Volt/Div قرار می‌گیرد  این کلید همانند حالت قبل به شما این امکان را می‌دهد تا نوع خروجی خود را انتخاب کنید به طوریکه که اگر کلید را در وضعیت AC قرار دهید تنها مولفه ی AC سیگنال نمایش داده خواهد شد و مقدار DC یا آفست امواج ما حذف خواهد شد. وضعیت GND شبیه به حالت قبل و وضعیت DC موج را بدون تغییر به شما نشان می‌دهد که این موج شامل مقادیر DC و AC خواهد بود.   نکته1: استفاده از وضعیت AC اگر چه می‌تواند باعث مسدود کردن مقدار DC شود اما در فرکانس‌های پایین می‌تواند باعث اعوجاج و به هم ریختگی شکل موج شود و دلیل این مسئله استفاده از خازن‌های ظرفیت بالایی است که برای حذف مقدار DC موج در اسیلوسکوپ تعبیه شده اند. نکته2: اگر چه استفاده از وضعیت AC، ممکن است مشکل مطرح شده در قسمت قبل را پدید آورد، اما استفاده ی مفید آن می‌تواند برای اندازه گیری ریپل‌ های بسیار کوچک موجود بر روی ولتاژ‌های  DC مفید باشد.   دکمه INV برای معکوس کردن شکل سیگنال در هر کانال استفاده می‌شود.

کلید Volt/Div (بخوانید ولت دیویژن 28 ) برای تغییر مقیاس عمودی بر اساس ضریب‌‌های  موجود بر روی ولوم استفاده می‌شود. هر ضریب بیانگر مقیاس هر خانه از جدول در راستای محور عمودی بر اساس ولت یا میلی ولت می‌باشد. با فرض اینکه Volt/Div بر روی عدد 1 باشد و قله تا قله ی (P-P) موج ما 4 خانه را اشغال کرده باشد با ضریب یک، اسیلوسکوپ مقدار 4 ولت را نشان می‌دهد. و این تنظیمات برای هر کانال ورودی باید به طور جداگانه انجام شود و هر موج در هر کانال باید بر اساس مقیاس خودش خوانده شود.

نکته ی مهم: در برخی اسکوپ ها پیچ شماره 7 (var-cal) روی دستگیره‌های Time/Div و Volt/Div  به صورت  ولومی کوچکتر وجود داره که مانند همان ولوم قبلی برای کالیبره کردن مقادیر اسیلوسکوپ استفاده می‌شود. همیشه باید قبل از تنظیم ولوم تایم یا ولت دیوویژن این پیچ  را تا انتها در جهت عقربه‌های ساعت بچرخانیم در غیر اینصورت اندازه گیری ها صحیح نخواهد بود.

بخش تنظیم پارامتر‌های افقی و زمان (بخش کلید‌های Horizonal)

همان طور که در می‌دانید صفحه نمایش اسکوپ ها با واحد‌هایی مدرج شده اند. بخش افقی آن عموما با پارامتر زمان درجه بندی شده است، این کار برای پیدا کردن فرکانس امواج استفاده می‌شود.

بخش تنظیم تریگر ها در اسیلوسکوپ (کلید های Trigger)

عملکرد تریگر در انواع اسیلوسکوپ تصحیح حرکت افقی و تثبیت موج به کمک سیگنال همگام ساز (synchronizes signal) می‌باشد. تریگر و تحریک‌ های امواج در اوسیلوسکوپ ها سبب مشخص کردن سیگنال و وضوح آن می‌شود. کنترل‌های تریگر به کاربر این امکان را می‌دهد تا شکل موج‌های تکراری را تثبیت کند و شکل موج‌های تک شات بر روی صفحه نمایش ظاهر شود. تریگر‌ها با نمایش مکرر یک بخش از سیگنال ورودی، شکل موجهای تکراری را بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ثابت نشان می‌دهند. کانکتور BNC برای اتصال تریگر خارجی به دستگاه و اعمال آن به شکل موج‌ها ورودی استفاده می‌شود (13) دکمه 14 (SLOPE) برای تریگر شیب مثبت و منفی و مشخص کردن نیم سیکل اول موج ب اساس پلاریته + یا – استفاده می‌شود دکمه TRIG ALT برای نمایش و اعمال همزمان تریگر ها به موج استفاده می‎شود سوییچ‌های 16 و 17 برای نمایش هر یک از حالات درج شده بر روی پنل استفاده میشود.

همانطور که در فیلم زیر نشان داده شده است، تریگر ها کمک می‌کنند تا امواج در هم ریخته بر روی نمایشگر به صورت ثابت و واضح نمایش داده شوند.

راهنمای قدم به قدم آموزش استفاده از اسیلوسکوپ

• قدم اول: روشن کردن اسیلوسکوپ!

• قدم دوم: اطمینان از کالیبره بودن اسکوپ
کلید های Gain Variable Control (7) را تا انتها در جهت عقربه‌های ساعت بچرخانید.

• قدم سوم: تنظیم زمین اسیلوسکوپ
کلید حالت  GND را برای هر دو کانال فعال کنید و به کمک ولوم  Position محور عمودی را روی صفر تنظیم کنید. بوسیله ی کلید‌های Intensity و Focus به ترتیب شدت نور و قطر موج را تنظیم کنید.

• قدم چهارم: اتصال مدار به اسیلوسکوپ
برای اتصال مدار خود به اسیلوسکوپ پروب BNC را به درگاه کانال مورد نظر متصل کنید و سر دیگر پراب را به دو سر المان یا قسمتی از مدار که می‌خواهید تغییرات ولتاژ ان را بررسی کنید، وصل نمایید

• قدم پنجم: انتخاب سورس موج
کانال مورد نظر خود را برای نمایش روی نمایشگر به وسیله ی کلید چند حالته ی Vertical Mode انتخاب کنید. اگر هر دو کانال را هم زمان نیاز دارید یا مجموع دو موج مورد نظر یا تنها یک کانال حالت مورد نظر را انتخاب کنید.

• قدم ششم: پایدار کردن موج
اگر موج نشان داده شده بر روی صفحه نمایش سریع حرکت می کند، ولوم (20) Trigger Level را در حالت وسط قرار دهید و کمی پیچ Time/Div را هم تغییر دهید تا شکل موج واضح تر شود اگر سیگنال ثابت شد به قدم بعد بروید.

• قدم هفتم: اندازه گیری مشخصات موج در اسیلوسکوپ
مدل های دیجیتال مقادیر را به طور خودکار برای شما اندازه گیری می‌کنند اما در مدل‌های انالوگ نیازمند محاسبات ریاضی هستید. تعداد خانه‌های افقی را که در امتداد یک دوره ی تناوب قرار گرفته اند در واحد Time/Div ضرب کنید و عدد به دست آمده را معکوس کنید تا فرکانس امواج بدست آید. برای بدست آوردن دامنه ی سیگنال، تعداد خانه‌های افقی را از قله تا پایین ترین نقطه ی موج بشمارید و در مقدار Volt/Div آن کانال ضرب کنید. مقدار به دست آمده اندازه ی دامنه ی P-P خواهد بود. سایر مقادیر را می‌توانید به وسیله فرمول‌های ریاضی و موج نمایش داده شده بدست آورید.

برای خرید و مشاهده انواع تجهیزات آزمایشگاه برق و الکترونیک نظیر اسیلوسکوپ و فانکشن ژنراتور ، مولتی متر و غیره بر روی لینک زیر کلیک کنید.

↵ لیست دستگاه ها انواع اسیلوسکوپ و فانکشن ژنراتور …