اسیلوسکوپ (oscilloscope) – راهنمای قدم به قدم استفاده

اسیلوسکوپ (oscilloscope) – راهنمای قدم به قدم استفاده

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 می شوند. در مدل های 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 موج برای اندازه گیری ولتاژ، دوره تناوب (T)، اختلاف فاز (θ) و غیره استفاده می شود. از این تجهیز می توان 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 می توان يک ولتمتر دقيق در نظر گرفت. اسيلوسکوپ ها بر خلاف مولتی متر ها، در فرکانسهای بالا به خوبی کار می کند. عموما انواع اسکوپ را بر اساس رنج (بازه اندازه گیری) فرکانس دسته یندی می کنند. به عنوان مثال اسيلوسکوپ 40MHz می تواند مقادیر نوسان امواج را تا 40 مگا هرتر نمايش دهد و در هنگام خرید با این ویژگی و قیمت های متفاوت به خریدار عرضه می شوند.

 

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

V=IR

یک اسکوپ می تواند 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 می شود گفته می شود. دوره تناوب مفهوم مقابل آن است و به تعداد ثانیه هایی که هر شکل موج تکراری طول میکشد گفته می شود.

f(Hz)=1/T(s)

 روند محاسبه فرکانس و دوره تناوب موج

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 می شود. نسبت دوره کاری duty cycle به شما می گوید در هر دوره چه مدت یک سیگنال “on” است در مقابل چه مدت “off” می شود.

 نحوه محاسبه چرخه وظیفه duty cycle در مدار و موج

D=Ton /Ton+Toff*100

D=(PW/T)*100%

مدت زمان صعود و نزول موج و سیگنال :  مدت زمان حرکت موج از نقطه پایین مثلا صفر به نقطه بالا 5 ولت را  مدت زمان صعود و عکس آن را نزول می گویند.  این ویژگی ها هنگام در نظر گرفتن سرعت واکنش مدار به سیگنال ها مهم هستند.

رایس تایم و فال تایم موج در اسیلوسکوپ ها

 

ویژگی های وابسته به ولتاژ در یک موج شامل

دامنه Amplitude : مقدار دامنه بزرگی یک سیگنالرا نشان می دهد. 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 می کند. (دامنه پیک فقط میزان بالا یا پایین بودن سیگنال از 0 ولت را اندازه می‌گیرد.)

حداکثر و حداقل ولتاژ : دامنه می تواند دقیقاً به شما بگوید که ولتاژ سیگنال شما چقدر بالا و پایین می شود.

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

 مشخصات امواج

آموزش کار با اسیلوسکوپ دیجیتال و آنالوگ

معرفی اجزای پنل اسیلوسکوپ دیجیتال

اگر چه کلید های کنترلی اسکوپ های مختلف کمی با هم فرق می کنند ولی در مجموع در انواع اسیلوسکوپ های آنالوگ و دیجیتال یک سری کلید های اصلی وجود دارد که ما در این تحقیق سعی داریم با توجه به عکس های 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 می دهند. این اشکال به  قسمت های مختلف تقسیم شده اند که در ادامه توضیح آنها را خواهید دید .

اجزای پنل تنظیمات اسیلوسکوپ

صفحه نمایش

 صفحه نمایش اسیلوسکوپ آنالوگ سیانکو

صفحه نمایشگر در اسیلوسکوپ های آنالوگ و دیجیتال اصلی ترین نقطه تمایز این دو دستگاه می باشد. صفحه نمایش اسیلوسکوپ های انالوگ یک لامپ صفحه کاتدی فلورسنت است و در مدل های 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 مدل های آنالوگ جزییات بهتری از موج را مشخص می کنند که برای این کیفیت در مدل های دیجیتال باید از مدل های 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 می شود. که اصطلاحا به آن دستگاه مختصات دکارتی ( کارتزین ) و یا متعامد گفته می شود.

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

 آشنایی با صفحه نمایش اسیلوسکوپ

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 می تواند 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 می شود.

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 کلید های Vertical)

با توجه به این که بخواهید از کدام یک از ورودی های اسیلوسکوپ استفاده کنید می توانید کلیدMODE (26) را تنظیم کنید، به ترتیب از بالا به پایین شما می توانید شکل موج های 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 می شود هرگاه این پیچ در حالت cal  قرار بگیرد تغییرات ولت دیویژن بر روی موج بی تاثیر خواهد بود.

دکمه های (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 می شود.

توجه: در برخی از اسیلوسکوپ ها موارد AC و DC و GND به عنوان یک کلید سه حالته در زیر ولوم Volt/Div قرار می گیرد  این کلید همانند حالت قبل به شما این امکان را می دهد 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 موج ما حذف خواهد شد. وضعیت GND شبیه به حالت قبل و وضعیت DC موج را بدون تغییر به شما نشان می دهد که این موج شامل مقادیر DC و AC خواهد بود.

 

نکته1: استفاده از وضعیت AC اگر چه می تواند باعث مسدود کردن مقدار DC موج شود اما در فرکانس های پایین می تواند باعث اعوجاج و به هم ریختگی شکل موج شود و دلیل این مسئله استفاده از خازن های 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 می تواند برای اندازه گیری ریپل های بسیار کوچک موجود بر روی ولتاژ های  DC مفید باشد.

 

دکمه INV برای معکوس کردن شکل موج در هر کانال استفاده می شود.

 

 

آموزش اسیلوسکوپ دیجیتال و آنالوگ پنل عمودی

کلید Volt/Div (بخوانید ولت دیویژن 28 ) برای تغییر مقیاس عمودی بر اساس ضریب های  موجود بر روی ولوم استفاده می شود. هر ضریب بیانگر مقیاس هر خانه از جدول در راستای محور عمودی بر اساس ولت یا میلی ولت می باشد. 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 می دهد. 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 دستگیره های Time/Div و Volt/Div  به صورت  ولومی کوچکتر وجود داره که مانند همان ولوم قبلی برای کالیبره کردن مقادیر اسیلوسکوپ استفاده می شود. همیشه باید قبل از تنظیم ولوم تایم یا ولت دیوویژن این پیچ  را تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخانیم در غیر اینصورت اندازه گیری ها صحیح نخواهد بود.

 

بخش تنظیم پارامتر های افقی و زمان (بخش کلید های Horizonal)

همان طور که در می دانید صفحه نمایش اسکوپ ها با واحد هایی مدرج شده اند. بخش افقی آن عموما با پارامتر زمان درجه بندی شده است، این کار برای پیدا کردن فرکانس موج استفاده می شود.

 

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) می باشد. تریگر و تحریک های موج در اسکوپ ها سبب مشخص کردن سیگنال و وضوح آن می شود. کنترل های تریگر به کاربر این امکان را می دهد تا شکل موج های تکراری را تثبیت کند و شکل موج های تک شات بر روی صفحه نمایش ظاهر شود. تریگر ها با نمایش مکرر یک بخش از سیگنال ورودی، شکل موج های تکراری را بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ثابت نشان می دهند.

همانطور که در فیلم زیر نشان داده شده است، تریگر ها کمک می کنند 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 عقربه های 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 کلید های 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 می خواهید 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 می کنند اما در مدل های انالوگ نیازمند محاسبات ریاضی هستید. تعداد خانه های 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 موج بدست آید. برای بدست آوردن دامنه ی سیگنال، تعداد خانه های 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 موج خواهد بود. سایر مقادیر را می توانید به وسیله فرمول های 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 های آموزشی و آزمایشگاهی