کار با اسیلوسکوپ دغدغه بسیاری از مهندسین الکترونیک می باشد که در این مقاله تیم فنی شرکت شاهکار الکترونیک به  آموزش اسیلوسکوپ ویژه علاقه مندان می پردازد.

آموزش کار با اسیلوسکوپ

 1- اسیلوسکوپ (oscilloscope)

اصولا کلمه oscilloscope به معنی نوسان نما یا نوسان سنج است و این وسیله برای نمایش دوبعدی سیگنال های متغیر با زمان است. که محور افقی نمایش زمان و محور عمودی محور اختلاف ولتاژ بین دو نقطه از مدار است.پس اسیلوسکوپ فقط توانایی نمایش ولتاژ رو داره و وسیله ای صرفا برای اندازه گیری است و یک اسکوپ ایده آل نباید هیچ تاثیری بر روی سیگنال ورودی داشته باشه و فقط آن را نمایش بدهد.

 2- تنظیمات پایه

اگرچه کلیدهای کنترلی اسکوپ های مختلف کمی با هم فرق می کنند ولی در مجموع در اسکوپ های آنالوگ یک سری کلید های اساسی وجود دارد که اگرچه در ظاهر تفاوت هایی وجود دارد ولی در نهایت وظیفه ی آنها در مدل های مختلف یکی است.در شکل زیر یکی از ساده ترین مدل ها رو می بینید.این شکل به چهار قسمت مختلف تقسیم شده است که سه قسمت مهم آن نامگذاری شده که در زیر توضیح آنها را خواهید دید .

a. انتخاب وضعیت عمودی (کلید Vertical MODE در مرز مشترک قسمت 2 و 3)

بسته به این که بخواهیم از کدام یک از ورودی های اسکوپ استفاده کنیم می تونیم کلید MODE رو تنظیم کنیم که به ترتیب از بالا به پایین اسکوپ،روی صفحه نمایش،کانال یک،کانال دو،دو موج را همزمان و در وضعیت ADD،جمع ریاضی دو موج را نشان خواهد داد.

توجه1: بعضی از اسکوپ ها بجای کلید DUAL دو کلید دیگر به نام های ALT و CHOP دارند که هر دوی آن ها هم دو موج را همزمان نمایش می دهند اما تفاوت ALT و CHOP در این است که ALT یک دوره تناوب از یک موج رو به طور کامل و بسیار سریع نمایش میدهد و بعد موج کانال دیگه را و اما این تغییر آنقدر سریع انجام میشود که ما آن را حس نمی کنیم.اما وضعیت CHOP به صورت انتخابی بریده هایی از یک موج و بریده هایی از یک موج دیگر را هم زمان نشان میدهد که ممکن است شکل موج در فرکانس های پایین با نقطه هایی خالی نشان داده شود.

توجه2: ( MODE X-Y) در بعضی از اسکوپ ها دکمه ی تغییر وضعیت به X-Y در کنار همین دکمه های Vertical mode قرار دارد و در بعضی در قسمت تریگر و برخی در قسمت های دیگه مثلا کلید MODE (نه Vertical MODE مثل چیزی که در بالا توضیح داده شد).اما چیزی که مهم است این است که این وضعیت برای حذف بین دو کانال استفاده میشود و در واقع آنچه بر روی اسکوپ نشان داده میشود،مشخصه  انتقالی بین دو نقطه است که محور عمودی معرف تغییرات کانال A و محور افقی نمایش تغییرات کانال B است.

b.کنترل زمان

صفحه نمایش (CRT) اسکوپ با واحدهایی مدرج شده که در مورد زمان برای پیدا کردن فرکانس موج استفاده می شود به این شکل که فرض کنیم یک موج به ورودی اسکوپ وارد شده (منبع اش می تواند مثلا یک سیگنال ژنراتور یا یک ترانسفورماتور باشد که توضیح داده خواهد شد) و ما می خواهیم فرکانس آن را پیدا کنیم. اول باید سوییچ Sweep time/Div رو به صورتی تنظیم کنیم که یک موج ثابت با حداقل یک دوره ی تناوب بر روی صفحه مشخص شود،بعد از آن عددی را که سوییچ روی آن است در واحد آن قسمت ضرب کنیم و به این ترتیب دوره ی تناوب یا پریود موج به دست می یاد که با معکوس کردن آن می توانیم فرکانسش را به دست بیاوریم.مثلا فرض کنیم در مورد موج بالا اگه سوییچ time/div(بخوانید تایم دیویژن) روی عدد 5 در قسمت ms باشد،نشان می دهد که هر واحد افقی ما 5 میلی ثانیه رو نشان داده و از آن جایی که موج ما در یک دوره ی تناوب در امتداد 4 خانه قرار گرفته،پس 4 تا 5 میلی ثانیه که 20 میلی ثانیه (یا 0.02 ثانیه) است دوره ی تناوب این موج است و در نتیجه فرکانس آن 0.02/1 یا پنجاه هرتز است که مثلا می تواند خروجی یک ترانس از برق شهری باشد .

c.کنترل ولتاژ یا دامنه

کنترل دامنه یا روش خواندن دامنه ی موج دقیقا مثل روش خوندن زمانه با این تفاوت که باید واحد های عمودی در Volt/Div (بخوانید ولت دیویژن) ضرب شود.مثلا در مورد موج بالا اگه بخواهیم ولتاژ P-P (پیک تو پیک یا از قله تا قله) را اندازه بگیریم.با فرض اینکه Volt/Div بر روی عدد 1 باشه از قله تا قله ی موج ما 4 خانه رو اشغال کرده که ضربدر عدد یک، 4 ولت رو نشون میده.و این تنظیمات برای هر کانال ورودی باید به طور جداگانه انجام شود و موج هر کانال باید بر اساس مقیاس خودش خوانده شود .

نکته ی مهم: در اکثر اسکوپ ها روی دستگیره های Time/Div و Volt/Div یه دستگیره ی کوچکتر وجود داره که برای کالیبره کردن اسکوپ استفاده میشه و ما همیشه باید قبل از تنظیم این سوییچ ها این دستگیره ی کوچکتر را تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخانیم در غیر اینصورت اندازه گیری های ما صحیح نخواهد بود.

d. انتخاب وضعیت های AC , GND , DC

این کلید سه حالته که معمولا زیر Volt/Div قرار دارد به ما امکان میده که نوع خروجی مان را انتخاب کنیم به این صورت که اگر کلید در وضعیت AC قرار داشته باشه تنها مولفه ی AC سیگنال نمایش داده خواهد شد و مقدار DC یا آفست موج ما حذف خواهد شد.وضعیت GND ورودی ما را به زمین اتصال کوتاه می کند و امکان تنظیم عمودی سطح صفر را به ما میدهد.و وضعیت DC موج را دست نخورده و بدون تغییر به ما نشان می دهد که این موج مقدار شامل DC و AC خواهد بود.

توجه: همیشه در ابتدای کار باید از تنظیم بودن وضعیت صفر اسکوپ مطمئن شویم به این ترتیب که کلید را در حالت GND قرار داده و با دستگیره های Position خط افقی را بر روی صفر قرار دهیم.اینکار را باید برای هر کانال به طور جداگانه باید انجام دهیم و برای تغییر وضعیت از یک کانال به کانال دیگر می توانیم از کلید MODE (که توضیح داده شد) استفاده کنیم.

نکته1: استفاده از وضعیت AC اگرچه 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 درون اسکوپ وجود دارد .

نکته2: اگرچه استفاده از وضعیت AC ،ممکن است مشکل مطرح شده در قسمت الف را بوجود بیاورد،اما استفاده ی مفید آن می تواند برای اندازه گیری ریپل های بسیار کوچک موجود بر روی ولتاژ های به ظاهر DC باشد .(چگونه ؟)

نکته3: تنها مشکل وضعیت DC این است که ممکن است مقدار DC موج،مزاحم اندازه گیری دقیق مقدار AC شود .

اساسی ترین مسائل مربوط به اسکوپ را بررسی کردیم ولی مطالب دیگری هم وجود دارد که معمولا در استفاده های مقدماتی کمتر از آنها استفاده میشود مثل تریگر کردن اسکوپ با یک منبع خارجی (و کلا بخش Triggering) یا کالیبره کردن اسکوپ بوسیله ی سیگنال مربعی که اسکوپ در اختیارمون قرار میدهد و یا مسایل نسبتا گسترده در رابطه با پروب ها جهت اندازه گیری های بسیار دقیق و ... )

راهنمای قدم به قدم استفاده از اسکوپ

•          قدم اول: روشن کردن اسکوپ!

•          قدم دوم: اطمینان از کالیبره بودن اسکوپ

کلید های Gain Variable Control را که به صورت کلیدی کوچکتر بر روی کلیدهای Volt/Div و Time/Div وجود دارد تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخانید.

•          قدم سوم: تنظیم زمین اسکوپ

کلید سه حالته ی AC GND DC را برای هر دو کانال در حالت GND قرار بدید و با دستگیره ی Position محور عمودی را روی صفر قرار بدهید. بوسیله ی کلیدهای Intensity و Focus به ترتیب شدت نور و نازکی موج را تنظیم کنید و بعد از تنظیم زمین کلیدها را در وضعیت DC قرار بدهید.

 •         قدم چهارم: وصل مدار به اسکوپ

اگر از یک کانال می خواهید استفاده کنید با یک پروب و اگه از دو کانال با دو پروب باید مدار را به اسکوپ وصل کنید. به این صورت که سوکت پروب را به ورودی کانال مورد نظر وصل کنید و سر دیگه ی اون را به دو سر المان یا قسمتی از مدار که می خواهید تغییرات ولتاژ اون رو بررسی کنید،وصل کنید.

•          قدم پنجم: پایداری موج

اگه موجی که روی صفحه نشون داده میشه یا سریع حرکت میکنه،دستگیره ی Trigger Level را در حالت وسط قرار بدید و کمی Time/Div را هم تغییر بدید تا شکل موج واضحتر بشه و اگه موجتون ثابت بود به قدم بعد برید.

•          قدم ششم: انتخاب منبع

کانال مورد نظرتون را برای نمایش روی صفحه بوسیله ی کلید چند حالته ی Vertical Mode انتخاب کنید. اگه هر دو کانال را هم زمان می خواهید ببینید یکی از حالتهای ALT یا CHOP را انتخاب کنید و اگه مجموع دو موج مورد نظرتونه وضعیت ADD را انتخاب کنید.

  قدم هفتم: اندازه گیری مشخصات موج

تعداد خونه های افقی را که در امتداد یک دوره ی تناوب قرار گرفته اند در واحد Time/Div ضرب کنید و عدد به دست اومده را معکوس کنید تا فرکانس موج بدست بیاد.برای بدست آوردن دامنه ی سیگنال،تعداد خانه های افقی را از قله تا پایین ترین نقطه ی موج بشمارید و در Volt/Div آن کانال ضرب کنید.عدد به دست آمده اندازه ی دامنه ی P-P موج خواهد بود.

اگر مدارتان را درست بسته باشید و اسکوپ تان هم سالم باشد باید بعد از این مراحل یک شکل موج ثابت را بر روی اسکوپ ایجاد کرده باشید و مشخصات آن را هم اندازه گیری کرده باشید.در غیر اینصورت باید دنبال پیدا کردن اشکال مدارتان یا اطمینان از سالم بودن اسکوپ داشته باشید.

دکتر حسین عظمتی

مطالب مرتبط : 

تکترونیکس

گودویل

ریگول