دستگاه اسیلوسکوپ (اسکوپ)

مقدمه

یکی از ابزارهای پرکاربرد در ساخت و تعمیر دستگاه های الکترونیکی دستگاه اسیلوسکوپ (اسکوپ) می‌باشد.دستگاه اسکوپ توانایی نمایش شکل موج را بر روی صفحه دارد . اسیلوسکوپ های قدیمی برای نمایش موج همانند تلویزیون های قدیمی از لامپ CRT بهره می گرفتند و سیستم آنالوگ داشتند ،اما اسیلوسکوپ های امروزی دارای نمایشگر LCD هستند و  از سیستم دیجیتال بهره می‌گیرند .

چه پارامترهایی برای انتخاب اسیلوسکوپ مهم است؟

فرض کنید قرار است یک اسیلوسکوپ خریداری کنید، اگر سری به بازار بزنید و یا مدل های اسیلوسکوپ را در اینترنت جستجو کنید، خواهید دید که تنوع زیادی در انواع و همچنین قیمت آنها وجود دارد که از زیر یک میلیون تا قیمت های بسیار بالا را شامل می شود . این تنوع ضرورت آشنایی با امکانات، پارامترها و ویژگی های اسیلوسکوپ را دو چندان می کند که به شرح آنها می پردازیم.

محدوده فرکانس کاری(پهنای باند)

هر اسیلوسکوپ محدوده کاری ای دارد. حداکثر فرکانس قابل پشتیبانی یک اسیلوسکوپ از اهمیت بالاتری برخوردار است. به عنوان مثال یک اسیلوسکوپ، می تواند دارای فرکانس های 20MHz،30MHz،60MHz،100MHz و یا بالاتر باشد . دقت کنید که اندازه گیری فرکانس های نزدیک به فرکانس حداکثر یک اسیلوسکوپ به سختی قابل اندازه گیری هستند و با خطای بالایی همراه هستند. به عبارت دیگر انقدر شکل موج در هم فشرده می شود که گاهی به صورت یک مستطیل رنگی دیده می شود. پس اگر قرار است مثلا یک اسکوپ 20 مگاهرتز را برای فرکانس حدود 20 مگاهرتز استفاده کنید چندان مناسب نیست .شرکت Tektronix در مقاله ((12 نکته ای که باید قبل از خرید اسکوپ جدید در نظر داشته باشید)) بر این باور است که اگر بخواهید اندازه گیری ای با +/- 2 در صد خطا داشته باشید باید (پهنای باند) فرکانس حداکثر اسیلوسکوپ 5 برابر از پهنای باندی باشد که قرار است آن را اندازه گیری کنید.

حداکثر دامنه پیک تا پیک قابل اندازه گیری

اسکوپ قادر به اندازه گیری ولتاژ پیک تا پیک می باشد (هر چند در بسیاری از اسکوپ های دیجیتال مقادیر موثر و متوسط هم محاسبه می شود).

نکته!

با استفاده از پروب های تضعیف کننده می توان ولتاژهای با دامنه های بالاتری را نیز اندازه گرفت . فرض کنید حداکثر ولتاژ پیک تا پیک قابل اندازه گیری توسط یک اسکوپ 50 ولت باشد و روی پروب ×10 نوشته شده باشد . در این صورت با این پروب می توانید ولتاژ را تا حداکثر 500 ولت اندازه گیری کنید .

تعداد کانال های اسیلوسکوپ

به تعداد کانال های اسکوپ می توانید روی صفحه نمایشگر، به صورت همزمان شکل موج داشته باشید. و با هم مقایسه کنید . این قابلیت بویژه برای اندازه گیری اختلاف فاز چند موج و مقایسه آنها با یکدیگر بسیار کاربرد دارد.

RISE TIME

هرچقدر در مهندسی آنالوگ پهنای باند اسیلوسکوپ از اهمیت بالایی برخوردار است، در مهندسی دیجیتال Rise Time  حائز اهمیت است زیرا زمانی که به عنوان مثال می خواهیم یک پالس مربعی یا پله ای را اندازه گیری کنیم، Rise Time اسیلوسکوپ بسیار مهم است. به زبان ساده Rise Time سریعتر دقت بیشتری را در در اندازه گیری تغییرات نتیجه می دهد.Rise Time مطلوب باید یک پنجم سریعترین سیگنالی باشد که در موج ما داریم .

پهنای باند پروب ها

اندازه گیری دقیق از نوک پروب ها شروع می شود . پهنای باند پروب ها نیز باید با پهنای باند موجی که می خواهیم آن را اندازه گیری کنیم و همچنین اسیلوسکوپ هماهنگی داشته باشد.برای داشتن بهترین نتیجه سعی کنید برند پروب را مطابق با برند اسیلوسکوپ تهیه کنید. معمولا پهنای باند پروب روی آن نوشته می شود.

نرخ نمونه برداری

بهتراست این نرخ پنج برابر بالاترین فرکانس مورد اندازه گیری در مدار باشد.

ویژگی های خاص

امکان تزریق سیگنال X و Y و مشاهده اشکال لیساژور

امکان محاسبه مقادیر مختلف نظیر، ولتاژ موثر، متوسط، فرکانس، دوره تناوب، Duty Cycle و … به صورت خودکار

امکان فوکوس مطلوب

پارامترهای بیشتری در انتخاب اسیلوسکوپ اهمیت دارد که از حوصله این بحث خارج است. به همین دلیل تنها به ذکر چند مورد اکتفا کردیم .

نکاتی که باید هنگام کار با اسیلوسکوپ های CRT رعایت کرد

Brightness را نباید زیاد بالا برد . مخصوصا زمانی که در حالت نقطه (Spot) قرار گرفته است .این کار ممکن است باعث آسیب دیدن صفحه فلورسنت شود و همچنین برای چشم شما مضر است.

از اتصال ولتاژ بالاتر از تحمل اسیلوسکوپ به آن خودداری کنید .

نکته!

اغلب اسیلوسکوپ ها بعد 1000 ساعت استفاده نیاز به کالیبراسیون دارند.

آموزش کار با اسیلوسکوپ

1. نمایشگر اسیلوسکوپ که دارای خطوط محور X و Y  می باشد . محور Y بیانگر دامنه ولتاژ و محور X بیانگر زمان می باشد.
2. جابجایی عمودی شکل موج کانال 1 در صورتی که این ولوم را به بیرون بکشید موج اعمال شده به کانال یک نمایش داده نمی شود.
3. VOLTS/CM تنظیم ضریب ولتاژ (محور عمودی) (در برخی از اسیلوسکوپ های این سلکتور با VOLT/DIV مشخص شده است)
4. ورودی کانال 1
5. کلید تعیین وضعیت که دارای حالت های زیر است
   1. DC کل شکل موج را نشان می دهد
   2. GND ولتاژ ورودی را گراند می کند و برای زمانی مفید است که بخواهیم سطح مبدا خط افقی را تعیین کنیم.
   3. AC فقط بخش AC سیگنال اعمال شده را نمایش می دهد و ولتاژ افست را حذف می کند.
6. کلید Trigger : عمل تریگر را با استفاده از موج اعمال شده به کانال 1 یا کانال 2 تعیین می کند.در صورتی که موج به کانال 1 وارد شده باشد، باید تریگر را روی CH- 1 ودر صورتی که موج به کانال 2 وارد شده باشد، باید تریگر را روی CH- 2 قرار دهیم و در صورتی که دو موج یه اسیلوسکوپ اعمال شده باشد، انتخاب بین این دو حالت بستگی به شرایط آزمایش دارد.
7. GND امکان اتصال مستقیم سیم گراند وجود دارد.
8. ورودی کانال 2
9. مشابه کلید وضعیت شماره 5 است ولی برای کانال 2
10. مشابه شماره 3 برای کانال 2 می باشد.
11. مشابه شماره 2 برای کانال دو می باشد.
12. MODE  که دارای وضعیت های زیر است :
    1. (ALT(μs زمانی که دوره تناوب موج اعمال شده مضربی از میکرو ثانیه باشد باید کلید MODE را در این وضعیت قرار دهیم .ضمنا با انتخاب این حالت اسیلوسکوپ دو موج را به صورت یکی در میان نمایش می دهد و برای نمایش دو موج روی نمایشگر کاربرد دارد.
    2. (mS (CHOP زمانی که دوره تناوب موج اعمال شده مضربی از میلی ثانیه باشد باید کلید MODE را در این وضعیت قرار دهیم .
    3. TV.H برای نمایش موج افقی در تلویزیون های CRT کاربرد دارد.
    4. TV.V برای نمایش موج عمودی در تلویزیون های CRT کاربرد دارد.
    5. X-Y امکان اعمال سیگنال جاروب Y به کانال یک و X به کانال 2 را فراهم می کند.
13. PULL موج/های نمایش داده شده را به صورت افقی جابجا می کند و امکان تنظیم نقطه شروع موج از نقطه دلخواه را فراهم می کند.
14. TIME/CM که در برخی از اسیلوسکوپ ها به آن TIME/DIV نیز گفته می شود ضریب محور افقی می باشد که تعیین کننده دوره تناوب می باشد.
15.  SLOP جهت شروع سیگنال را تغییر می دهد . به شکل زیر دقت کنید.
16. 

16. LEVEL سطح جاروب را تعیین می کند . به زبان ساده زمانی از این ولوم استفاده می کنیم که شکل موج به صورت افقی حرکت کند و موج ثابت نباشد.

17. SOURCE تعیین کننده منبع تامین تریگر می باشد که دارای دو حالت INTERNAL ( داخلی ) و یا EXTERNAL (خارجی ) می باشد.

18. EXT.TRIG محل اعمال تریگر به صورت خارجی می باشد.

19.  چراغ پاور

20. POWER ON کلید پاور

21. INTENSITY تنظیم شدت نور صفحه

22. FOCUS فوکوس برای تنظیم نمایش خطوط شکل موج به صورت دقیق می باشد.

23. CAL خروجی ای که یک موج مربعی را به دامنه 0.5 ولت پیک تا پیک به منظور کالیبراسون اسیلوسکوپ می دهد.

نحوه اندازه گیری ولتاژ پیک تا پیک توسط اسیلوسکوپ

اگر به شکل بالا دقت کنید، یک سیکل (سمت چپ) علامت گذاری شده است که چهار خانه عمودی (محور Y) را اشغال کرده است. اگر ضریب VOLT/CM بر روی عدد 2 تنظیم شده باشد، هر خانه دارای ارزش 2 ولت می باشد.لذا شکل موج فوق 4×2=8 ولت پیک تا پیک را نمایش می دهد. حال فرض کنید ضریب VOLT/CM روی عدد 0.5 ولت تنظیم شده باشد در این صورت ولتاژ محاسبه شده برابر 4×0.5=2 ولت خواهد بود.

محاسبه دوره تناوب و فرکانس توسط اسیلوسکوپ

اگر TIME/CM روی عدد 0.5 تنظیم شده باشد، و سلکتور MODE روی mS قرار گرفته باشد و با توجه به اینکه یک سیکل در چهار خانه قرار گرفته است، در نتیجه دوره تناوب این موج سینوسی به صورت زیر خواهد بود.

0.5mS×4=2mS

با داشتن دوره تناوب فرکانس به سادگی قابل محاسبه است.

1/2mS=500Hz