نوسان‌نما یا اسیلوسکوپ :( Oscilloscope)

نوشته شده توسط
رای دادن به این مورد
(1 رای)


نوسان‌نما یا اسیلوسکوپ :( Oscilloscope)

اسیلوسکوپ یک دستگاه مفید و چند کاره آزمایشگاهی است که برای نمایش دادن و اندازه گیری‬ ‫تحلیل شکل موجها و دیگر پدیده های مدارهای الکتریکی و الکترونیکی بکار میرود.نوسان نمادر گذشته اسیلوگراف نیز نامیده می شده و گاهی بطور مختصر با حروف CRO اسیلوسکوپ اشعه کاتدی یا DSO نیز نمایش داده می شود .‬ ‫اصولا  ‪ oscilloscope‬ یا نوسان سنج  امکان مشاهده ولتاژ را فراهم می‌نماید. در اسیلوسکوپ اغلب مقدار ولتاژ به صورت نموداری دوبعدی نشان داده می‌شود که محور افقی زمان را نمایش میدهد و محور عمودی محور اختلاف‬ ‫ولتاژ بین دو نقطه از مدارمی باشد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ از نوسان سنج(‪ oscilloscope‬) عموماً برای نمایش دقیق موج استفاده می‌شود. نوسان‌نماها علاوه بر دامنه، معمولاً توانایی اندازه‌گیری و نمایش دیگر پارامترها همچون عرض پالس، دوره تناوب و زمان بین دو حادثه (مانند وقوع دو پیک) را دارند .می توان گفت که با اسیلوسکوپ یک دستگاه اندازه گیری است که می توان از آن برای مشاهده  شکل موج ها و اندازه گیری ولتاژ, فرکانس, زمان تناوب, اختلاف فاز و همچنین مشخصه های ولت -آمپر عناصر نیمه هادی (مانند دیودها, ترانزیستورها و...) استفاده نمود.  همچنين اسيلوسکوپ قادر به نمایش رويدادهائيست که تکرار مي شوند و يا با تغييرات کمي تکرار مي شوند . سیگنال های غیر الکتریکی (نظیر:صدا ، لرزش و شدت نور و …. ) نیز می توانند به حالت الکترونیکی تبدیل شوند و بر روی اسیلوسکوپ به نمایش گذاشته شوند.‬‬‬‬نوسان نما قابلیت آنکه یک شکل موج ولتاژ را برحسب دیگری نمایش دهند ، را نیز دارند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬از طرفی اسیلوسکوپ ها قادرند تا دو یا چند شکل موج ولتاژ در واحد زمان را به طور همزمان روی صفحه اسیلوسکوپ نمایش دهند.

اسیلوسکوپ یک ولت متر دقیق است ولی توانایی اندازه گیری جریان را به طور مستقیم ندارد و برای اندازه گیری جریان باید از روش های غیر مستقیم مانند قانون اهم استفاده کرد . یکی از مزایای اسیلوسکوپ این است که بر خلاف مولتی مترهای معمولی ، در فرکانس های بالا نیز به خوبی کار می کند . اندازه گیری و مشاهده شکل موج ها در اسیلوسکوپ از ولتاژ با فرکانس صفر  DC  شروع و به فرکانس مشخصی ختم می گردد که معمولاً اسیلوسکوپ را با این فرکانس مشخص می کنند . مثلاً اسیلوسکوپ 40 مگاهرتز ، یعنی اسیلوسکوپی که می تواند ولتاژهای DC و AC تا 40MHZ را نمایش دهد . اسیلوسکوپ ها در نوع آنالوگ و دیجیتال ساخته می شوند.
اسیلوسکوپ ها برای مشاهده تغییرات سیگنال در زمان به کار برده می شوند که اغلب به صورت گراف پیوسته ای بر روی واحد های مشخص شده از نظر مقیاس نمایش داده می شوند. از روی شکل موج سیگنال ها که بر روی اسیلوسکوپ نمایش داده می شود می توان اطلاعاتی مانند دامنه ، طول موج ، فرکانس ، زمان بالارفتن و پایین آمدن موج و میزان اعوجاج امواج را مشاهده و محاسبه نمود که برای محاسبه این کمیت ها باید بر اساس واحد های مدرج روی صفحه و ضرایب سلکتور های اسیلوسکوپ اقدام نمایید.
قبل از اینکه الکترونیک دیجیتال فراگیر شود ، اسیلوسکوپ ها از نمایشگر های CRT : Cathode Ray Tube برای نمایش سیگنال ها و آمپلی فایر های خطی برای پردازش سیگنال ها استفاده می نمودند که CRO به این دست اسیلوسکوپ ها اشاره می نماید.CRO های بعد از فراگیر شدن الکترونیک دیجیتال ، جای خود را به اسیلوسکوپ های حافظه دیجیتال دادند که دارای صفحه نمایش های LCD یا LED باریک و مبدل های آنالوگ به دیجیتال سریع و پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) هستند.از آنجا که قیمت اسیلوسکوپ های دیجیتال گرانتر از نوع CRT است ، اسیلوسکوپ های دیجیتالی نیز وجود دارند که برای ارزانتر شدن قیمت بدون نمایشگر داخلی ارائه می شوند و این دستگاه ها که دیجیتایزر Digitiser نامیده می شوند به یک کامپیوتر متصل می شوند و سیگنال ها بواسطه کامپیوتر پردازش و نمایش داده می شود اسیلوسکوپ های حافظه دار امکان ذخیره و بازبینی سیگنال ها را فراهم می کنند که به شما کمک می کند. تا سیگنال های فرکانس بالا را با دقت بیشتری تحلیل نمایید.
یک اسیلوسکوپ ایده آل نباید هیچ تاثیری بر روی سیگنال ورودی داشته باشه و فقط اون رو نمایش بده.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
osi1

عموماً دستگاه های اندازه‌گیری براساس اعمال نیروی مکانیکی(کوپل مکانیکی) یا حرارت که موجب انحراف عقربه می شوند کار می کنند ولی با توجه به وجود اینرسی و اصطکاک معمولاً این ابزارها نمی توانند تغییرات سریع را نمایش دهند. با اختراع لامپ اشعه کاتد و با توجه به وزن بسیار کم بازوی الکترونی(پرتوی کاتدی) امکان نشان دادن یک متغیر به صورت خطی با زمان فراهم شد و اسیلوسکوپ اولین دستگاه الکترونیکی بود که از این امکان بهره‌مند شد

osi2

اسیلوسکوپ ها ممکن است یک کاناله و یا چند کاناله باشند . اسیلوسکوپ های یک کاناله در هر لحظه فقط می توانند یک سیگنال را روی صفحه نمایش خود نمایش دهند . اما اسیلوسکوپ های چند کاناله ، همزمان می توانند چند سیگنال را روی صفحه نمایش خود ، نمایش دهند . اسیلوسکوپ نمایش داده شده بالا ، یک اسیلوسکوپ دو کاناله می باشد یعنی همزمان قادر به نمایش دادن دو سیگنال روی صفحه نمایش خود می باشد . اما سیگنال های الکتریکی چگونه به اسیلوسکوپ منتقل می شوند ؟ برای انتقال سیگنال های الکتریکی به اسیلوسکوپ ، از پروب استفاده می شود که در ادامه به بررسی آن می پردازیم .
پروب ( Probe ) : برای انتقال سیگنال های الکتریکی به اسیلوسکوپ ، از پروب که به آن پراب نیز می گویند استفاده می شود . یک نمونه پروب در شکل نمایش داده شده است .

osi3

سیم رابط پروب معمولاًً از جنس کابل کواکسیال می باشد تا میزان نویز به حداقل برسد . نوک پروب به صورت گیره ای فنری است که می توان آن را به یک نقطه از مدار وصل کرد . اگر پوشش پلاستیکی نوک پروب را برداریم ، نوک آن به صورت سوزنی می شود که در بعضی مواقع از آن استفاده می گردد . انتهای فلزی سیم رابط که به ورودی اسیلوسکوپ وصل می شود BNC نام دارد . BNC دارای یک شیار مورب است که وقتی آن را به ورودی اسیلوسکوپ وصل می کنیم و 90 درجه در جهت عقربه های ساعت می چرخانیم این قطعه کاملاً به اسیلوسکوپ متصل می شود . همچنین روی پروب کلیدی با دو حالت 1× و 10× وجود دارد که در حالت 1× ، سیگنال بدون هیچ گونه تضعیفی از طریق پروب به اسیلوسکوپ اعمال می گردد و در حالت 10×، ابتدا سیگنال در داخل پروب 10 برابر تضعیف شده و سپس بهاسیلوسکوپ اعمال می گردد . باید توجه داشت که اگر از حالت 10× پروب ، برای اندازه گیری استفاده شود مقادیر قرائت شده دامنه را باید در عدد 10 ضرب نمود تا مقدار واقعی دامنه سیگنال بدست آید . موارد کاربرد 10× برای سیگنال های با دامنه زیاد می باشد .
در ادامه ابتدا به بررسی صفحه نمایش و کلیدها و ولوم های روی پانل اسیلوسکوپ می پردازیم و سپس به بررسی کاربردهای اسیلوسکوپ می پردازیم . برای نمایش بهتر پانل اسیلوسکوپ ، تصویری از نمای روبه روی اسیلوسکوپ نمایش داده شده است .
   osi4

1-صفحه نمایش اسیلوسکوپ : اسیلوسکوپ ها دارای یک صفحه نمایش هستند که این صفحه نمایش در راستای افقی به 10 قسمت و در راستای عمودی به 8 قسمت تقسیم می شود که برای دقت بیشتر در اندازه گیری ، در راستاهای افقی و عمودی ، خطوط وسط دارای تقسیمات ریزتری نیز می باشند به طوری که هر خانه به 5 قسمت تقسیم شده و هر قسمت معادل 0.2 خانه است .

2- کلید روشن و خاموش کردن اسیلوسکوپ : در هر اسیلوسکوپ کلیدی برای روشن و خاموش کردن اسیلوسکوپ وجود دارد که آن را با کلمه POWER و یا ON/OFF نمایش می دهند . در نزدیکی این کلید ، معمولاً یک LED جهت نمایش روشن و یا خاموش بودن اسیلوسکوپ وجود دارد.

3- ولومIntensity  :  این ولوم شدت نور سیگنال نمایش داده شده را کم و زیاد می کند . این ولوم باید در حالتی قرار گیرد که شدت نور برای رؤیت سیگنال کافی باشد . این ولوم ممکن است به اختصار با Inten نمایش داده شود .
4- ولوم Focus :کلمه Focus به معنای کانونی و یا تمرکز است و این ولوم ضخامت موج رسم شده بر روی صفحه اسیلوسکوپ را کم و زیاد می کند . این ولوم باید در حالتی قرار داده شود که خطوط شکل موج ، حداقل ضخامت را داشته باشند .
5- پین تنظیمات یا کالیبراسیون : این قسمت برای تست و تنظیم سلکتورهای Volt/Div و Time/Div و نیز برای بررسی سالم و یا معیوب بودن پروب مورد استفاده قرار می گیرد . اسیلوسکوپ یک سیگنال مرجع با دامنه و فرکانس معین برای تست و تنظیم خود ایجاد می کند و به این پین انتقال می دهد . اگر سیگنال مزبور به ورودی اسیلوسکوپ داده شود می توان شکل موج آن را مشاهده کرد . در عین حال چون دامنه و فرکانس سیگنال مزبور معین است ، می توان صحت تنظیمات سلکتورهای Volt/Div و Time/Div را تحقیق کرد . همچنین اگر در اثر تماس نوک پروب با این پین ، سیگنال موجود بر روی پین ، در صفحه نمایش اسیلوسکوپ ظاهر شود و زمانی که گیره زمین پروب را همزمان با نوک پروب به این پین متصل می کنیم یک خط افقی و یا به عبارتی ولتاژ صفر ، روی صفحه اسیلوسکوپ ظاهر شود پروب سالم است .
6- پیچ آستیگمات : این پیچ به همراه ولوم تنظیم نقطه کانونی برای ایجاد واضح ترین نقطه گرد استفاده می شود و معمولاً با عبارت Astig مشخص می شود . بعضی از اسیلوسکوپ ها  این ولوم را ندارند .

7- پیچ چرخش محور افقی : توسط این پیچ کجی محور افقی کاملاً در وضعیت افقی تصحیح می گردد . این ولوم با عبارت Trace Rotation مشخص می شود .
برای بررسی بقیه ولوم ها و کلیدهای اسیلوسکوپ ، تصویر واضح تری از نیمه سمت راست اسیلوسکوپ نمایش داده شده در شکل بالا ، در شکل زیر نمایش داده شده است .
osil

8-کلیدTime/Div  :    این کلید دارای ضرایبی بر حسب ثانیه ، میلی ثانیه و میکروثانیه است و این ضرایب نشان دهنده این هستند که چقدر زمان لازم است تا اشعه در راستای افقی به اندازه یک خانه جا به جا شود . مثلاً در شکل بالا ضریب Time/Div برابر است با 0.2 میلی ثانیه و این یعنی اینکه در این حالت برای اینکه اشعه در راستای افقی به اندازه یک خانه جا به جا شود 0.2 میلی ثانیه یا 200 میکروثانیه زمان لازم است .

9- ولوم Time Variable  :  این ولوم برای فشرده و باز کردن شکل موج در راستای افقی استفاده می شود . برای اندازه گیری زمان تناوب توسط اسیلوسکوپ باید حتماً این ولوم تا آخر در جهت حرکت عقربه های ساعت چرخانده شده و روی علامت Cal قرار گیرد . اگر این ولوم از حالت Cal خارج شود ضرایب Time/Div دیگر معتبر نبوده و نمی توان زمان تناوب را محاسبه نمود . از این ولوم زمانی استفاده می شود که صحت ضرایب Time/Div اهمیتی نداشته باشد مثل زمانی که می خواهیم اختلاف فاز دو موج هم فرکانس را محاسبه کنیم . 10-کلید بزرگنمایی در راستای افقی : توسط این کلید می توان مقیاس افقی را به میزان 5 و یا 10 برابر بزرگ نمود . به این ترتیب که در حالت عادی مقیاس افقی همان است که سلکتور Time/Div نشان می دهد اما در حالت انتخاب این کلید ، شکل موج در جهت افقی 5 و یا 10 برابر باز می شود و این معادل این است که عدد نشان داده شده توسط سلکتور Time/Div به 5 و یا 10 تقسیم شده باشد . در بعضی از اسیلوسکوپ ها کلید بزرگنمایی افقی جزئی از همان ولوم تغییر مکان افقی ( Horizontal Position ) می باشد . به این صورت که وقتی این ولوم داخل است ، بزرگنمایی غیر فعال بوده و وقتی این ولوم بیرون کشیده می شود ، بزرگنمایی فعال می شود . مورد استفاده کلید بزرگنمایی افقی در مورد نمایش امواج با فرکانس زیاد است . این کلید با MAG به همراه 5× و یا 10× نمایش داده می شود . 11-کلید بزرگنمایی در راستای افقی : این کلید نیز همانند کلید بزرگنمایی در راستای عمودی است و در مواقعی که دامنه ولتاژ خیلی کم است مورد استفاده قرار می گیرد . در این صورت میزان ولتاژ اندازه گیری شده توسط اسیلوسکوپ باید بر ضریب کلید بزرگنمایی تقسیم شود .

12- ولوم تغییر مکان افقی( Horizontal Position ) : این ولوم شکل موج را در جهت افقی جا به جا می کند . این ولوم ممکن است به اختصار با Hor.Pos و یا با علامت► ◄ نشان داده می شود .

13- کلیدVolt/Div  :این کلید نیز همانند کلید Time/Div دارای ضرایبی است که این ضرایب بر حسب ولت و میلی ولت می باشند و هر ضریب بیان کننده این است که هر خانه در راستای عمودی چند ولت می باشد . این کلید برای اندازه گیری دامنه ولتاژ به کار می رود . با تغییر این کلید ، شکل موج در راستای عمودی باز و جمع می شود . اگر ضریب کلید Volt/Div کانال 2 برابر با 0.5 ولت باشد،  این امر نشان دهنده این است که به ازای انتخاب کانال 2 ، در صفحه نمایش اسیلوسکوپ هر خانه در راستای عمودی برابر با 0.5 ولت می باشد .

14- ولوم Volt Variable    :این ولوم شکل موج را در راستای عمودی فشرده و باز می کند . اما اگر این ولوم از حالت Cal خارج شود دیگر مقادیر Volt/Div معتبر نبوده و نمی توان اندازه ولتاژ را محاسبه نمود . بنابراین این ولوم هنگام اندازه گیری ولتاژ باید روی علامت Cal یاشد .

15- ولوم Vertical Position : این ولوم شکل موج را در راستای عمودی جا به جا می کند و ممکن است به اختصار با Ver.Pos و یا با استفاده از علامت های ▼ و ▲ نمایش داده شود .

16- پیچ بالانسDC  :به دلیل استفاده از اسیلوسکوپ در مناطق و حرارت های متفاوت می بایست سلکتورهای Volt/Div هر یک از دو کانال ، از نظر DC بالانس شوند . با تنظیم این پیچ ها باید حالتی را انتخاب نمود که در آن حالت با تغییر سلکتور Volt/Div ، خط افقی هیچ تغییر مکانی در جهت عمودی نداشته باشد . این پیچ ها معمولاً با DC–Bal مشخص می شوند .

17- کلید AC–GND–DC :  اگر این کلید در حالت AC باشد یک خازن در مسیر ورودی اسیلوسکوپ قرار می گیرد که سبب حذف مؤلفه DC شکل موج می گردد . یعنی در این حالت فقط سیگنال های AC روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ، نمایش داده می شوند و سیگنال های DC حذف می شوند . اما اگر این کلید در حالت DC باشد هر چه در ورودی باشد بدون تغییر در صفحه نمایش اسیلوسکوپ ، نمایش داده می شود . یعنی در این حالت مؤلفه های AC و DC روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ، نمایش داده می شوند و در صورتی که این کلید در حالت GND باشد ورودی اسیلوسکوپ به صفحات انحراف عمودی که در ادامه در رابطه با آنها صحبت می کنیم منتقل نخواهد شد بلکه این صفحات به اختلاف پتانسیل صفر ولت متصل می شوند . بنابراین در این حالت روی صفحه اسیلوسکوپ یک خط افقی دیده می شود که از آن برای تعیین خط مبنای عمودی و یا ولتاژ صفر ولت استفاده می شود .

18- کلیدADD–DUAL–CH2–CH1 :  اگر این کلید در حالت CH1 باشد فقط سیگنال اعمال شده به کانال 1 روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده می شود و اگر این کلید در حالت CH2 باشد فقط سیگنال اعمال شده به کانال 2 روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده می شود . در صورتی که DUAL را انتخاب کنیم شکل موج های هر دو کانال همزمان روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده می شوند و در صورت انتخاب ADD حاصل جمع لحظه ای دو شکل موج روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده می شود .
 
19-کلیدCHOP–ALT : اگر فرکانس سیگنال های ورودی بیشتر از 1KHZ باشد با استفاده از حالت ALT می توانیم دو شکل موج را به طور همزمان در صفحه نمایش اسیلوسکوپ مشاهده کنیم . در این حالت در یک دوره تناوب موج Ramp ( در ادامه در رابطه با موج Ramp صحبت خواهیم کرد ) ، سیگنال اعمال شده به کانال 1 و در دوره تناوب بعدی این موج ، سیگنال اعمال شده به کانال 2 روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ، نمایش داده می شود اما به دلیل فرکانس بالای موج Ramp و سیگنال های ورودی ، سیگنال های هر دو کانال به طور همزمان بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ قابل مشاهده هستند . اما اگر فرکانس سیگنال های ورودی کم باشد مشاهده دو شکل موج به طور همزمان در حالت انتخاب ALT امکان پذیر نخواهد بود . زیرا در این صورت وقتی اسیلوسکوپ سیگنال کانال 1 را نمایش می دهد سیگنال کانال 2 از دید محو می شود و وقتی اسیلوسکوپ سیگنال کانال 2 را نمایش می دهد سیگنال کانال 1 از دید محو می شود و بنابراین دو موج به صورت چشمک زن روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ظاهر می شوند . برای نمایش سیگنال های با فرکانس کم از حالت CHOP استفاده می کنیم . در این حالت یک نقطه کوچک از سیگنال کانال 1 و سپس یک نقطه کوچک از سیگنال کانال 2 و به همین ترتیب تا آخر نمایش داده می شود . در این روش لحظه ای که سیگنال کانال 1 نمایش داده می شود کانال 2 قطع است و برعکس در لحظه ای که سیگنال کانال 2 نمایش داده می شود کانال 1 قطع است اما چون این نقاط فوق العاده کوچک هستند ما آنها را کنار هم و به صورت پیوسته مشاهده می کنیم و در نتیجه دو شکل موج به طور همزمان بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ قابل مشاهده هستند .

20- کلید CH2INV: زمانی که این کلید انتخاب می شود شکل موج کانال 2 به اندازه 180 درجه اختلاف فاز پیدا می کند .
21-کلید X–Y  : اگر این کلید فعال شود ارتباط موج Ramp با صفحات انحراف افقی قطع شده و هر یک از سیگنال های ورودی به یکی از صفحات انحراف افقی یا عمودی اعمال می شود . مثلاً در اسیلوسکوپ ای که  در کنار ترمینال ورودی کانال 1 حرف X و در کنار ترمینال ورودی کانال 2 حرف Y درج شده باشد، در این اسیلوسکوپ ، در حالت انتخاب کلید X–Y ، سیگنال ورودی کانال 1 به صفحات انحراف افقی و سیگنال ورودی کانال 2 به صفحات انحراف عمودی اعمال می شود . این کلید برای مشاهده منحنی مشخصه ولت – آمپر عناصر نیمه هادی و نیز مشاهده اشکال لیساژور کاربرد دارد . در هر اسیلوسکوپی قسمتی مربوط به کنترل تریگر وجود دارد که در ادامه می خواهیم به بررسی آن بپردازیم اما قبل از معرفی کلیدها و ولوم های این قسمت به سؤالی که ممکن است برای بعضی ها مطرح شود پاسخ می دهیم و آن سؤال این است که منظور از تریگر چیست ؟ برای پاسخ به این سؤال باید مطالبی را در مورد ساختمان داخلی اسیلوسکوپ بدانید . در اسیلوسکوپ در ابتدا یک اشعه الکترونی تولید می شود . منظور از اشعه الکترونی تعداد زیادی الکترون می باشد که به صورت یک اشعه فوق العاده باریک درآمده و با سرعت بسیار زیاد ( چند هزار کیلومتر در ثانیه ) در حرکت است . زمانی که این اشعه الکترونی با سرعت زیاد با مواد فسفرسانس پشت صفحه نمایش اسیلوسکوپ برخورد می کند مواد فسفرسانس از خود نور تولید می کنند . برای اینکه این اشعه الکترونی شکل موج ها را روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش دهد لازم است در دو جهت عمودی و افقی حرکت کند و بر این اساس دو سری صفحه به نام های صفحات انحراف عمودی و صفحات انحراف افقی را در مسیر حرکت اشعه الکترونی قرار می دهند . هر سری از این صفحات ، خود شامل دو صفحه موازی می باشد . در اثر ایجاد اختلاف پتانسیل بین دو صفحه موازی ، اشعه الکترونی به سمت صفحه دارای پتانسیل بیشتر متمایل می شود و به این ترتیب محل برخورد اشعه الکترونی با مواد فسفرسانس پشت صفحه نمایش تغییر می کند و در نتیجه محل تولید نور روی صفحه نمایش تغییر می کند . سیگنالی که ما می خواهیم روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده شود به صفحات انحراف عمودی اعمال می شود و متناسب با تغییرات دامنه این سیگنال ، اشعه الکترونی در راستای عمودی جا به جا می شود . اما برای اینکه شکل موج به طور صحیح روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده شود باید همزمان با جا به جا شدن اشعه در راستای عمودی ، اشعه در راستای افقی نیز جا به جا شود . مثلاً اگر هدف ، نمایش یک موج سینوسی بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ باشد با رسیدن موج سینوسی به صفحات انحراف عمودی ، اشعه الکترونی متناسب با دامنه موج سینوسی در راستای عمودی جا به جا می شود و اگر هیچ موجی به صفحات انحراف افقی اعمال نشود ، روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ به جای یک موج سینوسی فقط یک خط عمودی دیده می شود . بنابراین همیشه باید همزمان با سیگنال ورودی ، یک موج به صفحات انحراف افقی اعمال شود تا شکل موج ورودی به درستی بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده شود . این موج را موج Ramp می گویند که یک موج دندانه اره ای است . اگر فرکانس موج Ramp با فرکانس سیگنال ورودی یکی باشد یک سیکل کامل از موج ورودی بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده می شود و اگر فرکانس موج Ramp بیش از فرکانس سیگنال ورودی باشد چند سیکل از سیگنال ورودی بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ نمایش داده می شود . برای اینکه شکل موج ساکنی بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ داشته باشیم لازم است تا حرکت افقی اشعه الکترونی هر بار از محل مشخصی از سیگنال ورودی شروع شود که این وظیفه بر عهده قسمت تریگر اسیلوسکوپ می باشد . اگر عمل تریگر انجام نشود ممکن است سیگنال ورودی در صفحه نمایش اسیلوسکوپ حرکت کند . برای عمل تریگر روش های مختلفی وجود دارد و بر این اساس کلیدهایی بر روی پانل اسیلوسکوپ تعبیه شده است که به وسیله آنها می توان نوع تریگر را انتخاب نمود . این کلیدها عبارتند از :
22-کلید Auto–Normal :اگر این کلید در حالت Auto باشد حتی اگر به ورودی اسیلوسکوپ سیگنالی اعمال نشود مدار داخلی اسیلوسکوپ یک موج دندانه اره ای به صفحات انحراف افقی اعمال می کند و بنابراین خطی افقی بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ظاهر می شود که نشان دهنده آماده به کار بودن اسیلوسکوپ است . اما در صورتی که این کلید در حالت Normal باشد عمل تریگر فقط به کمک موج ورودی انجام می شود و لذا در صورتی که ورودی نداشته باشیم هیچ گونه خطی و یا موجی بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ظاهر نخواهد شد . این کلید در حالت عادی باید بر روی Auto باشد .

23-کلید Source Trigger : این کلید ممکن است دارای حالت های زیر باشد .
الف ) AC : در این حالت عمل تریگر با مؤلفه AC انجام می شود .
ب ) DC : در این حالت عمل تریگر با خود موج به اضافه مؤلفه DC انجام می شود .
پ ) CH1 : در این حالت عمل تریگر توسط سیگنال اعمال شده به کانال 1 انجام می شود .
ت ) CH2 : در این حالت عمل تریگر توسط سیگنال اعمال شده به کانال 2 انجام می شود .
ث ) Line : در این حالت عمل تریگر با فرکانس برق شهر انجام می شود .
ج ) Ext : در این حالت باید موجی را که می خواهیم توسط آن عمل تریگر انجام شود از خارج اسیلوسکوپ و توسط ترمینال مخصوص آن به اسیلوسکوپ اعمال کنیم .
چ ) TV : در این حالت یک فیلتر پایین گذر مؤلفه های فرکانس بالای موج ورودی را حذف نموده و سپس عمل تریگر انجام می شود . این کلید در حالتی استفاده می شود که یک موج مزاحم بر روی موج اصلی ، مانع عمل تریگر شود .
ح ) TV–H : در این حالت عمل تریگر توسط سیگنال های افقی تلویزیون انجام می شود .
خ ) TV–L : در این حالت عمل تریگر توسط سیگنال های عمودی تلویزیون انجام می شود .

24- ولوم Level : این ولوم نقطه شروع موج نشان داده شده بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ را معین می کند . همچنین اگر موج نمایش داده شده بر روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ ، در جهت افقی حرکت کند و ثابت نباشد باید به کمک این ولوم شکل موج را ثابت نگهداشت .

25- کلید Slope : این کلید مشخص کننده این است که اولین نیم سیکل موج نشان داده شده مثبت و یا منفی می باشد . در حالت عادی باید علامت مثبت ( + ) انتخاب شود . در واقع علامت مثبت ( + ) به معنای شیب مثبت و علامت منفی ( – ) به معنای شیب منفی در نقطه شروع موج می باشد .

اسکوپهای دیجیتال و آنالوگ تفاوتهای چشم گیری دارند مهمترین اختلاف آنها در نوع نمایش سیگنال است که در اسیلوسکوپهای آنالوگ صفحه نمایشگر شطرنجی CRT اما در اسیلوسکوپ دیجیتال حافظه دار ،صفحه نمایشLCD  است .همچنین توابع اندازه گیری اتوماتیک،مدهای تریگر پیشرفته،ارتباط با کامپیوتر از مهمترین مشخصه های اسیلوسکوپ های دیجیتال  هستند. بدون شک امکانات اسکوپ های دیجیتال بسیار بیشتر از انواع آنالوگ هستند.

انواع اسیلوسکوپ:

‫اسیلوسکوپ آنالوگ


اسیلوسکوپ در حقیقت رسامهای بسیار سریع هستند که سیگنال ورودی را در برابر زمان یا در‬ ‫برابر سیگنال دیگر نمایش می دهند. قلم این رسام یک لکه نورانی است که در اثر برخورد یک باریکه‬ ‫الکترون به پردهای فلوئورسان بوجود می آید.‬
‫به علت لختی بسیار کم باریکه الکترون می توان این باریکه را برای دنبال کردن تغییرات لحظه ای‬ ‫(ولتاژهایی که بسیار سریع تغییر میکنند، یا فرکانسهای بسیار بالا) بکار برد. اسیلوسکوپ بر اساس‬ ‫ولتاژ  کار میکند. البته به کمک مبدلها (ترانزیستورها) می توان جریان الکتریکی و کمیتهای دیگر‬ ‫فیزیکی و مکانیکی را به ولتاژ تبدیل کرد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
osi6

‫اسیلوسکوپ دیجیتال‬

اسیلوسکوپ دیجیتال در واقع تشکیل شده از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال به علاوه یک مبدل‬ ‫دیجیتال به آنالوگ سیگنال توسط ‪ adc‬دیجیتال شده و توسط ‪ dac‬برای نمایش به شکل اولیه باز‬ ‫تبدیل می شود.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
osi7

رزولوشن اسیلوسکوپ دیجیتال چیست؟ تفاوت بین اسیلوسکوپ 8 بیتی و 12 بیتی چیست؟


با دیجیتالی شدن دستگاه ها، مفاهیم و تعاریف جدیدی ایجاد گردید. یکی از مهمترین ویژگی های اسیلوسکوپ های دیجیتال، رزولوشن می باشد. همانند دوربین های دیجیتال که رزولوشن بیان کننده کیفیت تصویر می باشد در اسکوپ های دیجیتال، بیان کننده قدرت نمایش و وضوح سیگنال است. در اسیلوسکوپ ها، مبدلی بنام ADC تعبیه شده که به معنی Analogue to Digital Converter (مبدل آنالوگ به دیجیتال) است. دیگر اسامی A/D یا A to D نیز می گویند. این مبدل وظیفه تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال را دارد و تعداد بیت هایی که ADC تبدیل میگردد را رزولوشن میگویند. به طور مثال اسیلوسکوپ با  A/D 8 بیتی را اسیلوسکوپ 8 بیتی می نامند.
هر چه میزان رزولوشن بالا تر باشد قابلیت تفکیک سیگنال بهتر و واضح تر می شود. امروزه معرفی اسیلوسکوپ های 12 بیتی این امکان را به کاربر می دهد که سیگنالی با کیفیت 16 برابر 8 بیتی داشته باشد.

کاربرد های اسیلوسکوپ

از اسيلوسکوپ در علوم مختلف ، طب ، مهندسي ، ارتباطات و صنعت به عنوان يک دستگاه چند منظوره بوده براي مثال مي توان از اين ابزار دقيق در آناليز سيستم جرقه زن اتومبيل يا در شکل موج ضربان قلب که به الکتروکاردياگرام موسوم است استفاده کرد.
اسیلوسکوپ ها در مراکز علمی ، پزشکی ، مهندسی و صنایع ارتباطی و نظامی کاربرد دارند. معمولا اسیلوسکوپ های معمولی و با کاربرد عمومی برای تعمیر و رفع عیب دستگاه های الکترونیکی و در آزمایشگاه ها استفاده می شوند اما اسیلوسکوپ های مخصوص ممکن است برای بررسی سیستم احتراق خودرو یا نمایش ضربان قلب ( الکتروکاردیوگرافی ) استفاده شوند.
اسیلوسکوپ ها کاربرد های گسترده ای در علم الکترونیک دارند و ابزاری بسیار کاربردی در رفع عیب و اندازه گیری اغلب مدارهای الکترونیکی علی الخصوص مدار های الکترونیکی فرکانس بالا هستند. یکی از مهم ترین پارامتر های یک اسیلوسکوپ، فرکانس کاری اسکوپ و سرعت نمونه برداری آن است که در هنگام خرید حتما باید به این پارامتر توجه نمود و اسیلوسکوپ ها از چند مگاهرتز تا چند گیگاهرتز وجود دارند که هرچه فرکانس بالاتر می رود کاربرد ها محدود تر و حرفه ای تر می شود و قیمت اسیلوسکوپ نیز به شدت به این پارامتر بستگی دارد و باعث شده تا محدوده قیمت اسیلوسکوپ ها از چند صد هزارتومان تا چند صد میلیون گسترده باشد.

اسیلوسکوپ ها مزایای زیادی دارند:‬‬‬

حمل آسان‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

ذخیره سازی شکل موج ها‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

قابلیت اتصال به کامپیوتر‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

دارای امکانات جانبی )مالتی متر(‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

قابلیت نمایش تمام شکل موجها با فرکانس های بالا‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

دارای کلیه امکانات اسکوپ انالوگ‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

نرخ نمونه برداری بالا‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

زمان سعود پایین )‪( 14ns‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

‫رنج زمان اولیه اسکن وسیع ‪5ns~50s/div‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

اصول عملکرد اسیلوسکوپ‬‬‬‬‬‬‬‬‬

اسیلوسکوپ در حقیقت رسامهای بسیار سریع هستند که سیگنال ورودی را در برابر زمان یا در برابر سیگنال دیگر نمایش می‌دهند. قلم این رسام یک لکه نورانی است که در اثر برخورد یک باریکه الکترون به پرده‌ای فلوئورسان بوجود می‌آید.
به علت لختی بسیار کم باریکه الکترون، می‌توان این باریکه را برای دنبال کردن تغییرات لحظه‌ای (ولتاژهایی که بسیار سریع تغییر می‌کنند، یا فرکانسهای بسیار بالا) بکار برد. اسیلوسکوپ بر اساس ولتاژ کار می‌کند. البته به کمک مبدلها (ترانزیستورها) می‌توان جریان الکتریکی و کمیتهای دیگر فیزیکی و مکانیکی را به ولتاژ تبدیل کرد.

osi8

 

یک اسیلوسکوپ آنالوگ مدل ۴۷۵A قابل حمل، یک دستگاه بسیار رایج در اواخر دهه ۱۹۷۰ (سال ۱۹۷۰ تا ۱۹۷۹)

osi9

اجزاء اسیلوسکوپ

    لامپ پرتو کاتدی
    اسیلوسکوپ از یک لامپ پرتو کاتدیکه قلب دستگاه است و تعدادی مدار برای کار کردن لامپ پرتو کاتدیتشکیل شده‌است.
    تفنگ الکترونی
    تفنگ الکترونی باریکه متمرکزی ازالکترونهارا بوجود می‌آورد که شتاب زیادی کسب کرده‌اند. این باریکه الکترون با انرژی کافی به صفحه فلوئورسان برخورد می‌کند و بر روی آن یک لکه نورانی تولید می‌کند. تفنگ الکترونی از رشته گرمکن، کاتد، شبکه آند پیش شتاب دهنده، آند کانونی کننده و آند شتاب دهنده تشکیل شده‌است. الکترونها از کاتدی که بطور غیر مستقیم گرم می‌شود، گسیل می‌شوند. این الکترونها از روزنه کوچکی در شبکه کنترل می‌گردند. شبکه کنترل معمولاً یک استوانه هم محور با لامپ است و دارای سوراخی است که در مرکز آن قرار دارد. الکترونهای گسیل شده از کاتد که از روزنه می‌گذرند (به دلیل پتانسیل مثبت زیادی که به آندهای پیش شتاب دهنده و شتاب دهنده اعمال می‌شود)، شتاب می‌گیرند. باریکه الکترونی را آند کانونی کننده، کانونی می‌کند.
    صفحات انحراف دهنده
    صفحات انحراف دهنده شامل دو دسته صفحه‌است. صفحات انحراف قائم که بطور افقی نصب می‌شوند و یک میدان الکتریکی در صفحه قائم ایجاد می‌کنند و صفحات y نامیده می‌شوند. صفحات انحراف افقی بطور قائم نصب می‌شوند و انحراف افقی ایجاد می‌کنند و صفحات x نامیده می‌شوند. فاصله صفحات به اندازه کافی زیاد است که باریکه بتواند بدون برخورد با آنها عبور کند.
    صفحه فلوئورسان
    جنس این پرده که در داخل لامپ پرتو کاتدی قرار دارد، از جنس فسفر است. این ماده دارای این خاصیت است که انرژی جنبشی الکترونهای برخورد کننده را جذب می‌کند و آنها را به صورت یک لکه نورانی ظاهر می‌سازد. قسمتهای دیگر لامپ پرتو کاتدی شامل پوشش شیشه‌ای، پایه که از طریق آن اتصالات برقرار می‌شود، است.
    مولد مبنای زمان
    اسیلوسکوپها بیشتر برای اندازه گیری و نمایش کمیات وابسته به زمان بکار می‌روند. برای این کار لازم است که لکه نورانی لامپ روی پرده با سرعت ثابت از چپ به راست حرکت کند. بدین منظور یک ولتاژ مثبت به صفحات انحراف افقی اعمال می‌شود. مداری که این ولتاژ مثبت را تولید می‌کند، مولد مبنای زمان یا مولد رویش نامیده می‌شود.
           osi10

مدارهای اصلی اسیلوسکوپ
 

   سیستم انحراف قائم
    چون سیگنالها برای ایجاد انحراف قابل اندازه گیری بر روی صفحه لامپ به اندازه کافی قوی نیستند، لذا معمولاً تقویت قائم لازم است. هنگام اندازه گیری سیگنالهای با ولتاژ بالا باید آنها را تضعیف کرد تا در محدوده تقویت کننده‌های قائم قرار گیرند. خروجی تقویت کننده قائم، از طریق انتخاب همزمانی در وضعیت داخلی، به تقویت کننده همزمان نیز اعمال می‌شود.
    سیستم انحراف افقی
    صفحات انحراف افقی را ولتاژ رویش که مولد مبنای زمان تولید می‌کند، تغذیه می‌کند. این سیگنال از طریق یک تقویت کننده اعمال می‌شود، ولی اگر دامنه سیگنالها به اندازه کافی باشد، می‌توان آن را مستقیماً اعمال کرد. هنگامی که به سیستم انحراف افقی، سیگنال خارجی اعمال می‌شود، باز هم از طرق تقویت کننده افقی و کلید انتخاب رویش در وضعیت خارجی اعمال خواهد شد. اگر کلید انتخاب رویش در وضعیت داخلی باشد، تقویت کننده افقی، سیگنال ورودی خود را از مولد رویش دندانه‌داری که با تقویت کننده همزمان راه اندازی می‌شود، می‌گیرد.
    همزمانی
    هر نوع رویشی که بکار می‌رود، باید با سیگنال مورد بررسی همزمان باشد. تا یک تصویر بی حرکت بوجود آید. برای این کار باید فرکانس سیگنال مبنای زمان مقسوم علیه‌ای از فرکانس سیگنال مورد بررسی باشد.
    مواد محو کننده
    در طی زمان رویش، ولتاژ دندانه‌دار رویش اعمال شده به صفحات x، لکه نورانی را بر یک خط افقی از چپ به راست روی صفحه لامپ حرکت می‌دهد. اگر سرعت حرکت کم باشد، یک لکه دیده می‌شود و اگر سرعت زیاد باشد، لکه به صورت یک خط دیده می‌شود. در سرعتهای خیلی زیاد، ضخامت خط کم شده و تار به نظر می‌رسد و یا حتی دیده نمی‌شود.
    کنترل وضعیت
    osi11

این شکل لوله پرتوهای کاتدی داخلی را برای استفاده در یک اسیلوسکوپ نشان می‌دهد. اعداد در شکل: ۱. الکترود ولتاژ انحراف ۲. تفنگ الکترونی ۳. شعاع الکترون ۴. سیم پیچ تمرکز ۵. سطح داخلی فسفرپوش شده صفحه نمایش
    وسیله‌ای برای کنترل حرکت مسیر باریکه بر روی صفحه لازم است. با این کار شکل موج ظاهر شده بر روی صفحه را می‌توان بالا یا پائین یا به چپ یا راست حرکت داد. این کار را می‌توان با اعمال یک ولتاژ کوچک سیستم داخلی (که مستقل است) به صفحات انحراف دهنده انجام داد. این ولتاژ را می‌توان با یک پتانسیومتر تغییر داد.
    کنترل کانونی بودن
    الکترود کانونی کننده مثل یک عدسی با فاصله کانونی تغییر می‌کند. این تغییر با تغییر پتانسیل آند کانونی کننده صورت می‌گیرد.
    کنترل شدت
    شدت باریکه با پتانسیومتر کنترل کننده شدت که پتانسیل شبکه را نسبت به کاتد تغییر می‌دهد، تنظیم می‌شود.
    مدار کالیبره سازی
    در اسیلوسکوپهای آزمایشگاهی معمولاً یک ولتاژ پایدار داخلی تولید می‌شود که دامنه مشخصی دارد. این ولتاژ که برای کالیبره سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد، معمولاً یک موج مربعی است.
    از فاکتورهاي مهم در انتخاب اسيلوسکوپ پهناي باند ميباشد که ميزاني براي تعيين رنج فرکانسي که ميتواند نمايش دهد است براي مثال در صورتي که اسيلوسکوپ مورد نظر ما براي نمايش پالسي با زمان يک نانو ثانيه باشد پهناي باند بايستي 350 مگاهرتر در نظر گرفته شود .در نمونه هاي ديجتال اسيلوسکوپ نرخ نمونه برداري پيوسته بايستي ده برابر بيشترين فرکانس مورد نظر باشد براي مثال نرخ 20 مگاسمپل بر ثانيه براي اندازه گيري دو مگاهرتر مناسب است .

خواندن 679 بار آخرین بار تغییر یافته یکشنبه, 10 ارديبهشت 1396 17:18

ارسال نظر

کادرهایی که با علامت (*) مشخص شده اند وارد کردن اطلاعات در آنها الزامی می باشد. کد HTML مجاز نیست.