اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ اسیلوسکوپ

قسمتهای مختلف اسیلوسکوپ
لامپ پرتو کاتدی
اسیلوسکوپ از یک لامپپرتو کاتدی که قلب دستگاه است و تعدادی مدار برای کار کردن لامپ پرتو کاتدی تشکیلشده است. قسمتهای مختلف لامپ پرتو کاتدی عبارتند از:


:

تفنگ الکترونی باریکه متمرکزی از

را بوجود می‌‌آورد که

زیادی کسبکرده‌اند. این باریکه الکترون با انرژی کافی به صفحه فلوئورسان برخورد می‌کند و برروی آن یک لکه نورانی تولید می‌‌کند. تفنگ الکترونی ازرشته گرمکن ، کاتد ، شبکهآند پیش شتاب دهنده ، آند کانونی کننده و آند شتاب دهندهتکیل شدهاست.

الکترونها از کاتدی که بطور غیر مستقیم گرم می‌شود، گسیل می‌‌شوند. اینالکترونها از روزنه کوچکی در شبکه کنترل می‌‌گردند. شبکه کنترل معمولا یک استوانههم محور با لامپ است و دارای سوراخی است که در مرکز آن قرار دارد. الکترونهای گسیلشده از کاتد که از روزنه می‌‌گذرند (به دلیل پتانسیل مثبت زیادی که به آندهای پیششتاب دهنده و شتاب دهنده اعمال می‌‌شود)، شتاب می‌‌گیرند. باریکه الکترونی را آندکانونی کننده ، کانونی می‌‌کند.
صفحات انحراف دهنده :

صفحات انحراف دهنده شامل دو دسته صفحه است. صفحات انحراف قائم که بطور افقی نسب می‌شوند و یک



در صفحه قائم ایجاد می‌‌کنند و صفحات y نامیده می‌شوند. صفحات انحرافافقی بطور قائم نصب می‌شوند و انحراف افقی ایجاد می‌‌کنند و صفحات x نامیدهمی‌‌شوند. فاصله صفحات به اندازه کافی زیاد است که باریکه بتواند بدون برخورد باآنها عبور کند.
صفحه فلوئورسان :

جنس این پرده که در داخل لامپ پرتو کاتدی قراردارد، از جنس

است. این مادهدارای این خاصیت است که



الکترونهای برخورد کننده را جذب می‌‌کند و آنها را به صورت یک لکه نورانیظاهر می‌سازد. قسمتهای دیگر لامپ پرتو کاتدی شامل پوشش شیشه‌ای ، پایه که از طریقآن اتصالات برقرار می‌‌شود، است.
مولد مبنای زمان
اسیلوسکوپها بیشتر برای اندازه گیری و نمایشکمیاتوابسته به زمانبکار می‌‌روند. برای این کار لازم است که لکه نورانی لامپ رویپرده با سرعت ثابت از چپ به راست حرکت کند. بدین منظور یک ولتاژ مثبت به صفحاتانحراف افقی اعمال می‌‌شود. مداری که این ولتاژ مثبت را تولید می‌‌کند،مولدمبنای زمانیامولد رویشنامیده می‌‌شود.
مدارهای اصلی
سیستم انحراف قائم
چون سیگنالها برای ایجاد انحراف قابل اندازه گیری برروی صفحه لامپ به اندازه کافی قوی نیستند، لذا معمولا تقویت قائم لازم است. هنگاماندازه گیری سیگنالهای با ولتاژ بالا باید آنها را تضعیف کرد تا در محدوده تقویتکننده‌های قائم قرار گیرند. خروجی تقویت کننده قائم ، از طریق انتخاب همزمانی دروضعیت داخلی، به تقویت کننده همزمان نیز اعمال می‌‌شود.

http://khodroha.com/osilo1.gif
سیستم انحراف افقی
صفحات انحراف افقی را ولتاژ رویش که مولد مبنای زمانتولید می‌‌کند، تغذیه می‌کند. این سیگنال از طریق یکتقویت کنندهاعمال می‌‌شود، ولی اگر دامنهسیگنالها به اندازه کافی باشد، می‌‌توان آن را مستقیما اعمال کرد. هنگامی ‌که بهسیستم انحراف افقی ، سیگنال خارجی اعمال می‌‌شود، باز هم از طرق تقویت کننده افقی وکلید انتخاب رویش در وضعیت خارجی اعمال خواهد شد. اگر کلید انتخاب رویش در وضعیتداخلی باشد، تقویت کننده افقی ، سیگنال ورودی خود را از مولد رویش دندانه‌داری کهبا تقویت کننده همزمان راه اندازی می‌‌شود، می‌‌گیرد.
همزمانی
هر نوع رویشی که بکار می‌‌رود، باید با سیگنال مورد بررسی همزمانباشد. تا یک تصویر بی حرکت بوجود آید. برای این کار باید فرکانس سیگنال مبنای زمانمقسوم علیه‌ای از فرکانس سیگنال مورد بررسی باشد.
مواد محو کننده
در طی زمان رویش ، ولتاژ دندانه‌دار رویش اعمال شده بهصفحات x ، لکه نورانی را بر یک خط افقی از چپ به راست روی صفحه لامپ حرکت می‌دهد. اگر

حرکت کم باشد، یکلکه دیده می‌‌شود و اگر سرعت زیاد باشد، لکه به صورت یک خط دیده می‌‌شود. درسرعتهای خیلی زیاد ، ضخامت خط کم شده و تار به نظر می‌‌رسد و یا حتی دیده نمی‌‌شود.
کنترل وضعیت
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 یاراست حرکت داد. این کار را می‌‌توان با اعمال یک ولتاژ کوچک سیستم داخلی (که مستقلاست) به صفحات انحراف دهنده انجام داد. این ولتاژ را می‌‌توان با یک

تغییر داد.
کنترل کانونی بودن
الکترود کانونی کننده مثل یک

بافاصله کانونی تغییر می‌‌کند. این تغییر با تغییر پتانسیل آند کانونی کننده صورتمی‌‌گیرد.
کنترل شدت
شدت باریکه با پتانسیومتر کنترل کننده شدت که پتانسیل شبکه رانسبت به کاتد تغییر می‌‌دهد، تنظیم می‌‌شود.
مدار کالیبره سازی
در اسیلوسکوپهای آزمایشگاهی معمولا یک ولتاژ ایدارداخلی تولید می‌‌شود که دامنه مشخصیدارد. این ولتاژ که برایکالیبره سازیمورد استفاده قرار می‌گیرد،معمولا یکموج مربعیاست
طریقه کار با اسیلوسکوپ
اسیلوسکوپ (oscilloscope) اصولا کلمه oscilloscope به معنی نوسان نما یا نوسان سنجاست و این وسیله برای نمایش دوبعدی سیگنال های متغیر با زمان است. که محور افقینمایش زمان و محور عمودی محور اختلاف ولتاژ بین دو نقطه از مدار است. پس اسیلوسکوپفقط توانایی نمایش ولتاژ رو داره و وسیله ای صرفا برای اندازه گیری است و یک اسکوپایده آل نباید هیچ تاثیری بر روی سیگنال ورودی داشته باشه و فقط اون رو نمایش بده.



http://khodroha.com/osilo2.jpg

2- تنظیمات پایه
اگرچه کلیدهای کنترلی اسکوپهای مختلف کمی با هم فرق می کنه ولی در مجموع در اسکوپ های آنالوگ یکسری کلیدهای اساسی وجود داره که اگرچه در ظاهر تفاوت هاییوجود داره ولی در نهایت وظیفهی اونا در مدل های مختلفیکیه و در شکل زیر یکی از ساده ترین مدل ها رو میبینید.
. انتخاب و ضعیت عمودیکلیدVerticalMODE بسته به این که بخواهیم از کدوم یک از ورودی های اسکوپ استفاده کنیم میتونیم کلید MODE رو تنظیم کنیمکه به ترتیب از بالا به پایین اسکوپ، روی صفحه نمایش، کانال یک، کانال دو، دو موجرا
همزمان و در وضعیت ADD،جمع ریاضی دو موج را نشان خواهد داد.

http://khodroha.com/osilo3.jpg

توجه1: بعضی از اسکوپ ها بجای کلید DUAL دو کلید دیگر به نام های ALT و CHOP دارند که هر دوی اون ها هم دو موج روهمزمان نمایش می دن اما تفاوت ALT و CHOP در اینه که ALT یک دوره تناوب از یک موج روبه طور کامل و بسیار سریع نمایش میده و بعد موج کانال دیگه رو. اما این تغییر انقدرسریع انجام میشه که ما اون رو حس نمی کنیم. اما وضعیت CHOP به صورت انتخابی بریده هایی از یک موج وبریده هایی ازیک موج دیگه رو هم زمان نشون میده که ممکنه شکل موج در فرکانس هایپایین با نقطه هایی خالی نشون داده بشه.
توجه2http://l.yimg.com/us.yimg.com/i/mesg/emoticons7/2.gifMODEX-Y) در بعضیاز اسکوپ ها دکمه ی تغییر وضعیت به X-Y در کنار همین دکمه های Vertical mode قرار داره و در بعضی در قسمت تریگر و برخی در قسمتهای دیگه مثلا کلید MODE (نه Vertical MODE مثل چیزی که دربالا توضیح داده شد). اما چیزی که مهمه اینه که این وضعیت برای حذف بین دو کانالاستفاده میشه و درواقع اونچه بر روی اسکوپ نشون داده میشه، مشخصه ی انتقالی بین دونقطه است که محور عمودی معرف تغییرات کانال A و محور افقی نمایش تغییرات کانال B است.
کنترل زمان

http://khodroha.com/osilo4.jpg

همون طور که در شکلزیر می بینید صفحه نمایش (CRT) اسکوپ با واحدهایی مدرج شده که در مورد زمان برای پیدا کردن فرکانس موج استفاده میشه به این شکل که فرض کنیم یک موج به ورودی اسکوپ وارد شده(منبع اش می تونه مثلا یکسیگنال ژنراتور یا یک ترانس باشه که توضیح داده خواهد شد) و ما می خواهیم فرکانس اشرو پیدا کنیم. اول باید سوییچ Sweep time/Div رو به صورتی تنظیم کنیم که یک موج ثابت با حداقل یک دوره ی تناوب برروی صفحه مشخص بشه، بعد از اون عددی رو که سوییچ روی اونه در واحد اون قسمت ضربکنیم و به این ترتیب دوره ی تناوب یا پریود موج به دست می یاد که با معکوس کردن اونمی تونیم فرکانس اش رو به دست بیاریم. مثلا فرض کنیم در مورد موج بالا اگه سوییچ time/div(بخونید تایم دیویژن) روی عدد 5 در قسمت ms باشه،نشون می ده که هر واحد افقی ما 5 میلی ثانیه رو نشون می ده و از اون جایی که موج مادر یک دوره ی تناوب در امتداد 4 خونه قرار گرفته، پس 4 تا 5 میلی ثانیه که 20 میلیثانیه(یا 0.02 ثانیه) است دوره ی تناوب این موجه و در نتیجه فرکانس اون 0.02/1 یاپنجاه هرتزه که مثلا می تونه خروجی یه ترانس از برق شهری باشه.

http://khodroha.com/osilo5.jpg

کنترل ولتاژ یا دامنه

http://khodroha.com/osilo6.jpg

کنترل دامنه یا روش خوندن دامنه ی موج دقیقا مثل روش خوندن زمانه بااین تفاوت که باید واحد های عمودی در Volt/Div (بخونید ولت دیویژن) ضرب بشه. مثلادر مورد موج بالا اگه بخواهیم ولتاژ P-P (پیک تو پیک یا از قله تا قله) رو اندازه بگیریم. با فرض اینکه Volt/Div بر روی عدد 1 باشه ازقله تا قله ی موج ما 4 خونه رو اشغال کرده که ضربدر عدد یک، 4 ولت رو نشون میده. واین تنظیمات برای هر کانال ورودی باید به طور جداگانه انجام بشه و موج هر کانالباید بر اساس مقیاس خودش خونده بشه.
نکته ی مهم: دراکثر اسکوپ ها روی دستگیره های Time/Div و Volt/Div یهدستگیره ی کوچکتر وجود داره که برای کالیبره کردن اسکوپ استفاده میشه و ما همیشهباید قبل از تنظیم این سوییچ ها این دستگیره ی کوچکتر رو تا انتها در جهت عقربه هایساعت بچرخونیم در غیر اینصورت اندازه گیری های ما صحیح نخواهد بود.
انتخاب وضعیت های AC , GND , DC
این کلید سهحالته که معمولا زیر Volt/Div قرار داره به ما امکان میده که نوع خروجی مون رو انتخاب کنیم به این صورا که اگرکلید در وضعیت AC قرار داشتهباشه تنها مولفه ی AC سیگنالنمایش 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 صفررو به ما میده. و وضعیت DC موجرو دست نخورده و بدون تغییر به ما نشون می ده که این موج مقدار شامل DC و AC خواهد بود.
توجه: همیشه در ابتدای کار باید از تنظیم بودن وضعیت صفر اسکوپ مطمئنبشیم به این ترتیب که کلید رو 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 تغیر وضعیت ازیک کانال به کانال دیگه می تونیم از کلید MODE (که توضیح داده شد) استفادهکنیم.
نکته1: استفاده از وضعیت AC اگرچه می تونه باعث مسدود کردن مقدار DC موج بشه اما در فرکانس هایپایین می تونه باعث اعوجاج و به هم ریختگی شکل موج بشه و دلیل این مسئله استفاده ازخازن های ظرفیت بالایی است که برای حذف مقدار DC موج درون اسکوپ وجودداره.
نکته2: اگرچهاستفاده از وضعیت AC، ممکنهمشکل مطرح شده در قسمت الف رو بوجود بیاره، اما استفاده ی مفید اون می تونه برایاندازه گیری ریپل های بسیار کوچک موجود بر روی ولتاژ های به ظاهر DC باشه.(چطوری)
نکته3: تنها مشکل وضعیت DC اینه که ممکنه مقدار DC موج، مزاحم اندازه گیری دقیق مقدار AC بشه.
اساسی ترین مسائل مربوط به اسکوپ رو بررسی کردیم ولی مطالب دیگه ای هموجود داره که معمولا در استفاده های مقدماتی کمتر از اونا استفاده میشه مثل تریگرکردن اسکوپ با یک منبع خارجی(و کلا بخش Triggering) یا کالیبره کردن اسکوپ بوسیله یسیگنال مربعی یی که اسکوپ در اختیارمون قرار میده و یا مسایل نسبتا گسترده در رابطهبا پروب ها جهت اندازه گیری های بسیار دقیق و ... که در یک پست دیگه بعد از معرفیمولتی متر دیجیتال و سیگنال ژنراتور، اونا رو خواهم نوشت ولی تنظیم برخی از کلیدهایبخش Triggering رو (بدون دلیل) جهت اندازه گیری صحیح در قسمت راهنمای قدم به قدم نوشته ام.

راهنمای قدم به قدم استفادهاز اسکوپ

قدم اول: روشن کردن اسکوپ!

http://khodroha.com/osilo7.gif


قدم دوم: اطمیناناز کالیبره بودن اسکوپ

کلید های Gain Variable Control رو که به صورت کلیدیکوچکتر بر روی کلیدهای Volt/Div و Time/Div وجود داره تا انتها در جهت عقربه هایساعت بچرخونید.

http://khodroha.com/osilo8.jpg


قدم سوم: تنظیمزمین اسکوپ

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


قدم چهارم: وصل مداربه اسکوپ

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


قدمپنجم: پایداری موج

اگه موجی که روی صفحه نشون داده میشه یا سریع حرکتمیکنه، دستگیره ی Trigger Level رو در حالت وسط قرار بدید و یه کم Time/Div رو همتغییر بدید تا شکل موج واضحتر بشه و اگه موجتون ثابت بود به قدم بعدبرید.


قدم ششم: انتخاب منبع

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


قدمهفتم: اندازه گیری مشخصات موج

تعداد خونه های افقی رو که در امتداد یک دورهی تناوب قرار گرفته اند در واحد Time/Div ضرب کنید و عدد به دست اومده رو معکوسکنید تا فرکانس موج بدست بیاد. برای بدست اوردن دامنه ی سیگنال، تعداد خونه هایافقی رو از قله تا پایین ترین نقطه ی موج بشمارید و در Volt/Div اون کانال ضربکنید. عدد به دست اومده اندازه ی دامنه ی P-P موج خواهد بود.

اگه مدارتون رودست بسته باشید و اسکوپ تون هم سالم باشه باید بعد از این مراحل یک شکل موج ثابت روبر روی اسکوپ ایجاد کرده باشید و مشخصات اون رو هم اندازه گیری کرده باشید. در غیراینصورت باید دنبال پیدا کردن اشکال مدارتون یا اطمینان از سالم بودن اسکوپ باشید. در پست های بعدی کار با سیگنال ژنراتور و مولتی متر دیجیتال رو خواهم نوشت. موفقباشید.


کلیدها و ولومهای اوسیلوسکوپ

1- کلید پاور : کلید اصلیروشن و خاموش کردن اوسیلوسکوپ
2- ولوم فوکوس : برای وضوح تصویر
3- ولوم ولتبر قسمت : ولوم ولت بر قسمت براي تنظيم دامنه(محور عمودي كانال يك) موج را بزرگتريا كوچكتر نشان مي دهد.
4- ولوم كاليبره كننده، كه اين ولوم هميشه بايد در منتهااليه سمت راست باشد.
5- كليد سه حالته انتخاب وضعيت سيگنال ورودي كانال يك درحالت AC فقط موجAC را نشان ميدهد و در حالت DC سيگنال AC و DC را نشان ميدهد . درحالت GND خط صفري در صفحه اسيلوسكوپ داريم كه ازآن به عنوان خط مبنا (خط صفر) استفاده مي شود .
6-با چرخاندن ولوم Position ، سيگنال ورودي كانال يك به بالا وپايين تغيير مكان ميدهد .
7- ALT در صورتي كه براي نمايش امواج ورودي هر دوكانال با فركانس هاي بيش از يك كيلو هرتز است .در صورت فشردن كليد به حالت CHOP ميرود ، كه براي امواج كمتر از 1كيلو هرتز است .
8- DCBAL :اين پنتانسيومتر برايبالانس محور عمودي به كار ميرود .
9- كليد 4حالته MODE:

در حالت CH1 ورودي فقط از كانال 1 است .

درحالت CH2 ورودي فقط از كانال 2 است.

درحالت DOUL وردي هر دو نشان داده مي شود .(به طور جداگانه ).

در حالت ADD مجموعه دامنه ورود ي هر دو كانال نشان داده ميشود .

10- در اسيلوسكوپ مداريوجود دارد كه وجود ياعدم وجود سيگنال ورودي را تشخيص دهد.

اگركليد 4 حالته Mode در حالت:

AUTO:در صورت عدم وجود سيگنال ورودي يك خط صاف روي صفحه اسكوپظاهر ميشود .

NORM :در صورت عدم وجود سيگنال ورودي هيچ شكل موجي روي صفحهظاهر نميشود.

11-كليد SLOP دامنه ي موج را در وضعيت بيرون مثبت و در وضعيتدرون منفي نشان ميدهد (180درجه اختلاف فاز ايجاد ميكند(
12-TRIG-ALT : امواجورودي هر دو كانال را به روش متناوب جاروب ميكند.
13- كليد SWP.VAR.براي كاليبرهكردن پريود، بايد در منتها اليه سمت راست قرار مي گيرد.
14- با چرخاندن ولوم POSITION شكل موج به چپ و راست تغيير مكان ميدهد .

پروب اسیلوسکوپ :

http://khodroha.com/osilo9.jpg