اسیلوسکوپ چیست؟ و چه کاربردهایی دارد؟

اسیلوسکوپ چیست؟ اسیلوسکوپ ابزاری آزمایشگاهی است، که عمدتا برای نشان دادن و تحلیل شکل موج سیگنال‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار […]

اسیلوسکوپ چیست؟

اسیلوسکوپ ابزاری آزمایشگاهی است، که عمدتا برای نشان دادن و تحلیل شکل موج سیگنال‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه به‌صورت موثر نموداری از ولتاژ لحظه‌ای سیگنال را با احتساب زمان رسم می‌کند. اسیلوسکوپ معمولی قادر است، شکل موج‌های جریان متناوب AC و یا جریان مستقیم پالسی DC را با فرکانس‌هایی حدود 1 هرتز تا چند مگاهرتز نشان دهد. همچنین اسیلوسکوپ های پیشرفته نیز می‌توانند سیگنال‌هایی با فرکانس تا چند صد گیگاهرتز نمایش دهند.

نمایشگر این دستگاه دارای تقسیمات عمودی و افقی است و زمان را در مقیاس افقی از سمت چپ به سمت راست نشان می‌دهد. ولتاژ لحظه‌ای در مقیاس عمودی ظاهر می‌شود، به‌صورتی که مقدارهای مثبت به سمت بالا و مقدارهای منفی به پایین نشان داده می‌شود.

قدیمی‌ترین اسیلوسکوپ که هنوز در بعضی آزمایشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد با نام اسیلوسکوپ پرتو کاتدی شناخته می‌شود. این دستگاه قادر است، تصویر را با ایجاد حرکت پرتو الکترون پیوسته به‌صورت متدهای خاص در سطح لوله پرتو CRT تولید نماید. در حالی که اسیلوسکوپ های مدرن و جدید این کار را به‌صورت الکترونیکی به وسیله نمایشگر کریستال مایع LCD هماهنگ با نمایشگرهای رایانه‌ای قابل حمل شبیه سازی می‌کنند. مدرن‌ترین اسیلوسکوپ از رایانه‌ها جهت پردازش و نشان دان شکل موج استفاده می‌کنند. این رایانه‌ها می‌توانند از هر نوع نمایشگری چون LCD، CRT، گاز و پلاسما استفاده نمایند. می‌توان گفت اسیلوسکوپ ها از تنظیمات قابل تغییر جهت حرکت افقی و انحراف عمودی برخوردار می‌باشند.

مهم‌ترین مشخصه‌ها اختلاف فاز دو سیگنال است. اختلاف فاز توسط اختلاف زمانی و یا منحنی لیساژور به‌دست می‌آید.

رسم سیگنال الکتریکی اسیلوسکوپ با تغییرات آن

انواع مختلف اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ آنالوگ

روش کارکرد اسیلوسکوپ آنالوگ استفاده از لامپ پرتو کاتدی Cathode-Ray Oscilloscope است. این نوع اسیلوسکوپ عمدتا وزن سنگینی دارند و نمایشگر آن به‌صورت تک رنگ است و می‌تواند پارامترهای شکل موج را به شکل دیداری به‌دست آورد. به عنوان مثال باید تعداد خانه‌های شکل موج از پیک پایین تا بالا را شمارش کرد و در مقیاس زمان ضرب کرد.

اسیلوسکوپ دیجیتال

این مدل از دستگاه اسیلوسکوپ که جزء مدل‌های جدید به حساب می‌آید، از طریق مبدل آنالوگ به دیجیتال سیگنال را تحلیل کرده و نشان می‌دهد. ویژگی اصلی این دستگاه وزن پایین، صفحه نمایش LCD از نوع رنگی، محاسبه اتوماتیک شاخصه‌های سیگنال است. برای مثال برای محاسبه VPP از طریق قابلیت MEASURE می‌توان مقدارهایی را بدون محاسبه مشاهده کرد. از دیگر مشخصه‌های این دستگاه می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم.

داشتن حافظه
قابلیت اتصال به رایانه
کالیبره اتوماتیک
نمایشگر بزرگ
قابل حمل کردن و وزن سبک

یکی از مواردی که لازم است در مورد دستگاه اسیلوسکوپ بدانید، مربوط به؛ چند کاناله بودن آن است. در واقع اسیلوسکوپ های دو کانال و چهار کانال معروف‌تر هستند.

کاربردهای مختلف اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ در اصل برای سنجش و مقیاس ولتاژ طراحی می‌شود و قادر است سیگنال‌های مختلف را تشخیص و اندازه گیری نماید. این موارد به شرح زیر است.

برای اندازه گیری کاهش ولتاژ در مقاومت شنت به منظور مقیاس جریان
نمایش (FFT) FAST FOURIER TRANSFORM
عیب یابی و شناسایی نویز در مدارها
تعمیر دستگاه‌های صنعتی مانند درایو و تجهیزات برقی خانگی
استفاده در مراکز علمی و پژوهشی
صنایع الکتریکی و مخابراتی
تشخیص شکل موج مربعی، مثلث، سینوسی و دندانه اره‌ای و…
برای کاهش اختلاف فاز بین دو سیگنال متفاوت

مزایا اسیلوسکوپ دیجیتال نسبت به آنالوگ

صفحه نمایش رنگی از نوع LCD که عمر کاری LCD نسبت به لامپ بالاتر است.
نمایشگرهای بزرگتر از 6 اینچ
دارای حافظه و امکانات رکورد سیگنال
امکانات متصل شدن به رایانه یا اتصال Flash usb
دارای وزن حجم و وزن کم
امکان پشتیبانی از SCPI
امکانات اندازه گیری ولتاژ پیک تو پیک، فرکانس، ولتاژ RMS و…
با برخورداری از امکان AUTO SET شدن سیگنال (پیدا کردن اتوماتیک مناسب‌ترین مقیاس زمان و ولتاژ)
کالیبراسیون خودکار
قابلیت نشان دادن شکل موج با فرکانس بالا

اجزای اصلی اسیلوسکوپ دیجیتال

بعد از اینکه متوجه کارکرد اسیلوسکوپ شده‌اید حالا جهت درک بهتر ساختار این دستگاه قصد داریم به بررسی اجزای تشکیل دهنده آن بپردازیم.

صفحه نمایش دیجیتال رنگی
صفحه کلید رابط کاربر
کارت‌های ارتباطی
تقویت کننده
دارای مبدل A/D
پردازنده
تریگر Trigger

نحوه تست اسیلوسکوپ

تمام دستگاه‌های اسیلوسکوپ، فلز کوچکی دارند که سیگنال تست تولید می‌کند و برای تنظیمات اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیگنال به‌صورت رایج یک شکل موج مربع با دامنه واحد و فرکانس معین است که اگر بعد از متصل شدن پراب اسیلوسکوپ به آن، شکل موج نمایش داده شود، نشانگر سلامت دستگاه می‌باشد و در حالت بالعکس نشانه ایرادات دستگاه است.

جهت نشان دادن و تست اسیلوسکوپ می‌توان از سیگنال تولید شده به وسیله ژنراتور استفاده نمود. البته باید در نظر داشت که این شیوه ممکن است، دقیق نباشد.

اجزای تنظیمات اسیلوسکوپ

پیچ تنظیم کننده مقیاس
پیچ تغییر مکان در شکل موج
تنظیمات شکل موج
اندازه گیری و سنجش کمیت با دستگاه اسیلوسکوپ
برگرداندن به تنظیمات اصلی

پیچ تنظیم کننده مقیاس

این پیچ دارای دو بخش است.

پیچ SEC/DIV برای تغییر مقیاس زمان که با چرخاندن آن واحد زمان نمایش داده شده از SIGNAL را تغییر می‌دهید. به این صورت که هر چقدر زمان بیشتر گردد و یا بازه دید بیشتری از SIGNAL داشته باشید، تغییرات بیشتری در دستگاه اسیلوسکوپ نشان داده می‌شود.
پیچ VOLT/DIV به منظور تغییر میزان ولتاژ کارایی دارد و اندازه ولتاژی هر خانه عمودی را تغییر می‌دهد.

پیچ تغییر مکان در شکل موج

سیگنال‌های متناوب مقدار ثابت DC دارد و مقدار متغیر AC که با تغییر پیچ POSITION امکان بالا و یا پایین بردن مقدار DC جا‌به‌جایی شکل موج را ایجاد می‌کند.

تنظیمات شکل موج

اسیلوسکوپ جهت تنظیم سیگنال و مشخص کردن مقدار DC و AC به‌صورت دقیق گزینه‌ای با عنوان GND دارد که یا در بخش تنظیم کانال و یا دکمه‌ای جدا دارد.

با انتخاب کردن این گزینه می‌توانید، خط 0 موج را بر خط 0 دستگاه که درست وسط صفحه است، مطابق نمایید و کار را ادامه دهید.

اندازه گیری و سنجش کمیت با دستگاه اسیلوسکوپ

بعضی از دستگاه‌های دیجیتال پیشرفته بخشی جدا دارند که مقدار معینی از سیگنال را مورد اندازه گیری قرار می‌دهد. عمدتا این تنظیمات از طریق دکمه Measure مشاهده می‌شود. پارامترهایی که از موج نشان داده می‌شود، شامل مواردی مانند فرکانس، دامنه، دوره تناوب و… است.

برگرداندن به تنظیمات اصلی

بیشتر دستگاه‌های اسکوپ دارای دکمه auto set است، که اگر تنظیمات را تغییر دهید، با فشردن دکمه شکل موج در بهترین حالت ممکن است به وسیله دستگاه نمونه برداری و نشان داده شود. یا کلیه تنظیمات به حالت پیش فرض بر گردد.

گاهی ممکن است، به دلیل نویز سیم‌ها این قسمت درست عمل نکند.

ارتباط اسیلوسکوپ با درایو

ارزیابی خروجی درایو

از کاربرد مهم اسیلوسکوپ در اینورتر بررسی شکل موج خروجی آن است. خروجی اینورتر عمدتا به شکل سینوسی، شبه سینوسی، مربعی است. این دستگاه کمک می‌کند کیفیت و دقت خروجی درایو بررسی شود.

بررسی سوئیچینگ

اینورتر از کلید قدرت چون IGBT و MSFET برای تولید سیگنال AC استفاده می‌کند. اسیلوسکوپ می‌تواند عملکرد کلیدها، زمان سوئیچینگ، ولتاژ یا جریان آن را سنجش کند.

عیب یابی و تعمیرات درایو

در صورتی‌که اینورتر دچار خرابی و اشکال شود و کارکرد نامنظم و همراه با نویز داشته باشد. دستگاه اسیلوسکوپ می‌تواند به مهندسان جهت شناسایی ایرادات و تعمیر درایو کمک نماید.