آموزش الکترونیک

اسیلوسکوپ چیست؟ انواع و آموزش کار با اسیلوسکوپ

اگر این مطلب را می خوانید، احتمالاً تازه وارد این مبحث شده اید یا قصد خرید اولین اسیلوسکوپ خود را دارید. بنابراین اسیلوسکوپ چیست؟ از نامش مشخص است: oscillo – برای نوسان دادن (تغییرات بالا و پایین) و scope – برای مشاهده کردن. به عبارت دیگر، ابزار یا سیگنال الکتریکی ای است که با گذشت زمان دامنه آن تغییر می کند.

انتخاب اسیلوسکوپ مناسب

اسیلوسکوپ ها انواع مختلفی دارند (در حال حاضر آن ها را چنین می نامیم)- آنالوگ، اشعه کاتدی (CRT)- دیجیتال، ال سی دی، مبدل PC. اسیلوسکوپ ها با توجه به استانداردهای جدول زمانی الکترونیک قدیمی هستند و برای اولین بار در WW2 برای کمک به توسعه اولین سیستم رادار ظاهر شدند، اما همچنان وجود دارند و از آن زمان تاکنون تغییر پیدا کرده اند. اما در مقاله، اسیلوسکوپ آنالوگ و مبتنی بر CRT مورد نظر است زیرا برای خرید، این اسیلوسکوپ مقرون به صرفه خواهد بود. تعداد زیادی اسیلوسکوپ مستعل و کاملا کاربردی، به راحتی در دسترس هستند.

خریدهای عالی مستعمل شاملTektronix ، HP (Agilent) Kikosui و National است. هرچه پهنای باند اسیلوسکوپ بیشتر باشد(حداکثر فرکانسی که با دقت نشان می دهد)، هزینه آن بیشتر است. برای استفاده عمومی، 20 مگاهرتز کافی است، اما اگر می خواهید روی موارد RF کار کنید، 100 مگاهرتز بهتر است. بالاترین توانایی خود را داشته باشید. اما اگر مبتدی باشید، اسیلوسکوپ پیچیده و گران قیمت شما را ناامید خواهد کرد. نگران تاخیر زمانی نباشید- در 40 سال استفاده از اسیلوسکوپ، ممکن است سه یا چهار بار به آن نیاز باشد.

در زیر سه اسیلوسکوپ در آزمایشگاه من نشان داده شده است. من از همه آن ها استفاده می کنم زیرا هرکدام ویژگی و فایده خاص خود را دارند. این ها یک Tektronix دیجیتال، Kikosui آنالوگ و Philips آنالوگ با تاخیر زمانی (از چپ به راست) هستند. به طور کلی، اسیلوسکوپ های  دیجیتال برای نمایش مقادیر اندازه گیری شده عالی هستند، اما هنگام مشاهده شکل موج های پیچیده RF مانند سیگنال های مدوله شده، عملکرد ضعیفی دارند، در این مورد اسیلوسکوپ های آنالوگ عالی هستند.

برای یادگیری آردوینو (برنامه نویسی، ساخت ربات، ارتباط با اندروید) روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.
برای یادگیری کامل الکترونیک روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

انتخاب اسیلوسکوپ مناسب

سه اسیلوسکوپی که من استفاده می کنم.

اسیلوسکوپ چیست؟

چرا به جای مولتی متر از اسیلوسکوپ استفاده می کنید؟ زیرا اسیلوسکوپ می تواند فراتر از اعداد موجود در صفحه نمایش مولتی متر را نشان دهد. اسیلوسکوپ به شما این امکان را می دهد تا سیگنال های الکتریکی، DC و AC را “ببینید”. به طور خلاصه، تغییرات ولتاژ برحسب زمان را نشان می دهد. بنابراین اگر آن را به یک منبع موج سینوسی متصل کنید، یک موج سینوسی روی صفحه مشاهده خواهید کرد و روابط شکل موج های مختلف با یکدیگر مانند فاز و فرکانس را مشاهده خواهید کرد. موارد اصلی به شرح زیر است:

  • مشاهده سیگنال ها در نقاط مختلف تقویت کنند برای بررسی اعوجاج، برش و جبران.
  • با نگاهی به مدارهای دیجیتال برای بررسی شکل و سطح پالس ها، شاید اشکالات ناخواسته، ببینید که اسیلاتورها مرتب و با فرکانس مناسب کار می کنند. و
  • نگاهی به سطح خروجی مبدل گیتار، میکروفون و …

در داخل اسیلوسکوپ چه چیزی وجود دارد؟

این مقاله در مورد طراحی داخلی اسیلوسکوپ نیست. اما به طور خلاصه، یک لامپ مانند CRT با یک کاتد گرم شده در انتهای آن وجود دارد، و انتهای صفحه یک آند (با پوشش فسفر) با ولتاژ بسیار بالا(هزاران ولت، بنابراین دستان خود را از آنجا دور نگه دارید!) که به آن اعمال می شود. ولتاژ بالا باعث می شود که یک دسته الکترون کاتد را ترک کرده و به آند (صفحه) برخورد کنند و باعث فلورسن (درخشش) آن در نقطه برخورد شود. در دو طرف باریکه تیوب، دو مجموعه صفحه انحراف X و Y وجود دارد. اگر پتانسیلی را به این ها اعمال کنید، باعث انحراف پرتو و حرکت از مرکز می شود. بنابراین اگر ولتاژ متناوب را به صفحات Y (عمودی) وصل کنید، یک خط عمودی روی صفحه خواهید داشت. برعکس، اگر همین کار را با صفحات X انجام دهید (افقی)، یک خط افقی دریافت می کنید.

اگر چند قطعه مدار دیگر اضافه کنیم – تقویت کننده / میراگر برای کنترل سطح سیگنال ورودی Y، یک نوسانگر رمپ زمانی برای اعمال بر روی صفحات X و ایجاد یک منحنی افقی و روشی برای همگام سازی با فرکانس ورودی و فاز – شما یک اسیلوسکوپ اساسی خواهید داشت. روی صفحه نمایش گراتیکول قرار دارد و هر دو تقویت کننده X و Y دارای پین های کنترل تنظیم شده هستند تا انحراف عمودی را در volt/division و افقی را در میکرو ثانیه بر میلی ثانیه در هر قسمت نشان دهند.

اگر در خدمات فنی اسیلوسکوپ مهارت ندارید هرگز آن را باز نکنید زیرا در داخل ولتاژهای کشنده وجود دارد. همچنین، هرگز پروب های اسیلوسکوپ خود را به شبکه برق متصل نکنید، مگر اینکه بدانید چه کاری انجام می دهید. این اشتباه ممکن است سلامتی و شما و اسیلوسکوپ را به خطر بیندازد. با استفاده از یک ترانسفورماتور ایزوله شده و پروب های تشخیص دهنده امکان پذیر است، اما این یک موضوع پیشرفته است.

تنظیم اسیلوسکوپ

ساده به نظر نمی رسد: وقتی برای اولین بار با اسیلوسکوپ جدیدی روبرو می شوید که ولوم های آن دستکاری شده اند، ممکن است چند دقیقه طول بکشد تا چیزی روی صفحه نمایش داده شود. بنابراین یک روش کوتاه برای این کار وجود دارد:

  1. اطمینان حاصل کنید که اسیلوسکوپ روشن است – هر led، لامپ پیلوت یا چراغ صفحه باید روشن شود.
  2. ولوم ها را به موقعیت مرکزی بچرخانید.
  3. ولوم شدت را تا حدود 80٪ تنظیم کنید.
  4. حالت  “auto” را انتخاب کنید.
  5. “داخلی” را در منبع رفت و برگشت انتخاب کنید.
  6. راه انداز را روی کانال 1 داخلی تنظیم کنید.
  7. حالت عمودی کانال 1 را انتخاب می کند و اتصال AC را انتخاب می کند.
  8. عمودی روی 0.1V / div تنظیم شده است.
  9. افقی روی 1mS / div تنظیم شده است.

ولوم های موقعیت عمودی و افقی را بچرخانید تا سیگنالی پیدا کنید. اسیلوسکوپ اکنون باید یک خط افقی نشان دهد. اگر سیگنال دارید، فوکوس و شدت آن را تنظیم کنید.

سر یک پروب را به آن اتصال دهید. باید شکل موج اصلی 50Hz هرتز را مشاهده کنید، کنترل های عمودی و افقی را تنظیم کنید تا سیگنال مشاهده شده متناسب با صفحه باشد.

اگر اسیلوسکوپ شما کالیبراتور دارد، پروب را به آن متصل کنید، باید یک موج مربع مرتب، معمولاً 1 ولت یا 5 ولت، در 1 کیلوهرتز بدست آورید. اگر بیش از حد در حال نوسان است، تایمر کوچک روی پروب را تنظیم کنید تا موج مربعی مرتبی داشته باشد.

حالا میتوانید ادامه دهید.

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

توجه: در صورت امکان، برای پهنای باند وسیع تر، از تنظیمات 10X روی پروب استفاده کنید. در حال حاضر گزینه های زیادی برای بررسی کانالی که عمل تریگر در آن انجام می شود(کانالی که پروب شما به آن متصل است)وجود دارد، با تنظیم یک ولوم می توان شکل موج نمایش داده شده بروی صفحه راثابت نگه داشت. اگر اسیلوسکوپ دو کاناله دارید، گزینه هایی مانند ALT CHOP و ADD وجود دارد. وضعیت ADD  یک سیگنال را نشان می دهد که جمع ریاضی شکل موج هردو کانال است. وضعیت ALT یک دوره تناوب از کانال 1 را به طور کامل نمایش می دهد و بعد موج کانال 2. CHOP کاری مشابه انجام می دهد اما به طور انتخابی بریده هایی از یک موج و بریده هایی از موج دیگر را به طور هم زمان نشان می دهد. شما باید از ALT و CHOP استفاده کنید تا بهترین شکل موج را برای فرکانس منحنی و عمل تریگری که استفاده می کنید، بدست آورید. ما هرگز به اندازه گیری های DC اشاره نکردیم. اگر اتصال عمودی را روی DC تنظیم کنید، می توانید از موقعیت عمودی برای تنظیم یک خط پایه استفاده کنید و سپس اندازه گیری های DC را انجام دهید. استفاده از وضیعت DC ممکن است نتایج غیر منتظره ای مثل ریپل بیش از حد منبع تغذیه، سیگنال AC در نقطه ای که انتظار DC دارید، چیزی نوسانی، ولتاژها و پالس های انحرافی به وجود آورد. اگر خطایی داشته باشم یا مشکلی وجود داشته باشد، شرایط DC را بررسی می کنم و همیشه این کار را با اسیلوسکوپ انجام می دهم.

چند نمونه از شکل موج

برخی از اشکال موجی که ممکن است مشاهده کنید.

چند نمونه از شکل موج

جایی که ممکن است آن ها را پیدا کنید.

نمونه از موج ها در اسیلوسکوپ

برخی از اندازه گیری های واقعی

در تصویر زیر، یک موج سینوسی مرتب روی صفحه وجود دارد و ما می خواهیم دامنه و فرکانس را پیدا کنیم.

برای یافتن دامنه، باید 3 مورد را بدانید: بهره پروب (X1 یا X10)، تقویت کننده عمودی volt/div و اندازه شکل موج روی صفحه. بنابراین در تصویر بالا، بهره پروب X1،  volt/div، 50mV/div وشکل موج 6 قسمت است. با توجه به اینكه ولتاژ پیک تا پیک (Vpp) 50 * 6 = 300mVpp است. اندازه پیک(اوج) نیمی از آن است – 150 میلی ولت و مقدار RMS (آنچه در متر می خوانید) 0.707 * 150 = 106 میلی ولت است (0.707 برابر 1 / / 2).

برای یافتن فرکانس (F)، فقط به time / div و تعداد تقسیمات بین هر دو قله (پیک) تکرار شونده شکل موج نیاز داریم. در مثال زیر، time / div 0.5mS.div است و 2.2 div 0.5 * 10- 3 = 0.0011 وجود دارد . اکنون، این دوره تناوب است، و F 1 / period = 1 / 0.0011 = 909Hz است.

تصویر یک اسیلوسکوپ حرفه ای

اندازه گیری های دیگر

زمان بالا امدن به عنوان زمان مورد نیاز برای افزایش پالس از 10 درصد به 90 درصد مقدار ثابت آن تعریف می شود. زمان بالا امدن نشان داده شده 4.55uS است. انجام این کار بصورت دستی، time/ div افقی 2.5uS / div است و به نظر می رسد که حدود 1.8 قسمت است، یعنی 1.8 * 2.5uS = 4.5uS.

زمان بالا آمدن موج در اسیلوسکوپ

زمان سقوط به عنوان زمان مورد نیاز برای کاهش پالس از 90 درصد به 10 درصد از مقدار ثابت آن تعریف می شود. در سیگنال نشان داده شده، time/div افقی 1uS است و اگر اسیلوسکوپ ایده ال نداشتید (1.08uS را نشان می دهد)، می توانید آن را در حدود 1 div، یعنی 1uS تخمین بزنید. duty cycle، نسبت طول پالس یا عرض پالس (PW) به کل دوره شکل موج است که به صورت درصد بیان می شود. در مثال، فرکانس 1.3kHz است، بنابراین دوره تناوب 786uS = 1/f، و بالاترین زمان پالس 79.

زمان پایین آمدن سیگنال در اسیلوسکوپ

چرخه کار 79.7 / 786 = 10.1٪ است. همچنین می توانید این را به صورت زیر تخمین بزنید: افقی 100uS / div و حدود 8.8 divs است و پالس حدود 90uS عرض دارد، بنابراین چرخه کار 90 / (8.8 * 100) = 0.1023 ، 10.2٪ است که بررسی می کند.

اندازه گیری چرخه وظیفه با اسیلوسکوپ

اندازه گیری فاز . در اینجا یک موج 50 هرتزی (ناصاف) و یک سیگنال ژنراتور تقریباً با همان فرکانس تنظیم شده است، اما در فاز افست می شود (موج سینوسی مرتب). توجه داشته باشید که سیگنال ژنراتور 50Hz را با تقسیم 1 واحد یعنی 5mS هدایت می کند. فاز θ = td * F * 360 ° = 5mS * 50 * 360 = 90 درجه پیش فاز.

اندازه گیری فاز با اسیلوسکوپ

شما می توانید کارهای زیادی را با یک اسیلوسکوپ انجام دهید، به میزان قابل توجهی بیشتر از آنچه یک مولتی متر می تواند ارائه دهد. این یک ابزار بسیار قدرتمند و پیشرفته است و ارزش دارد که کتابچه راهنمای آن را دریافت / بارگیری کنید و به دقت مطالعه کنید.

برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید.

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

تصویر از محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

1 دیدگاه

  1. باسلام. ببخشید یک سوال درمورداسیلوسکوپ دارم برای تشخیص فلزات درون زمین می‌توان استفاده کرد وبرای این کار کدام بهتراست وبه چه شکل باتشکر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *