آیا برایتان پیش آمده است که در حال عیب‌یابی مداری باشید و به اطلاعات بیشتری نسبت به یک مولتی متر ساده نیاز پیدا کنید؟ اگر نیاز به دانستن اطلاعاتی مانند فرکانس، نویز، دامنه یا هر ویژگی دیگری دارید که ممکن است در طول زمان تغییر کند، به یک اسیلوسکوپ (Oscilloscope) نیاز خواهید داشت.
اسیلوسکوپ‌ها ابزارهای مهمی در هر آزمایشگاه مهندسی برق هستند. آن‌ها به شما امکان می‌دهند سیگنال‌های الکتریکی را ببینید. سینگال‌های الکتریکی در لحظه تغییر می‌کنند و در نتیجه با استفاده از این دستگاه، می‌توان در لحظه وضعیت مدار را رصد کرد. به این ترتیب به راحتی می‌توان فهمید چرا مدار تایمر به درستی چشمک نمی‌زند یا اینکه چرا نویزساز شما به حداکثر سطوح تداخل نمی‌رسد.
یکی از وسایلی که در آزمایشگاه‌های مخابرات و الکترونیک، بخش جدایی ناپذیر اندازه‌گیری‌های دانشجویان است، اسیلوسکوپ کاربردی است که قرار است در ادامه با جزئیات دقیق آن آشنا شویم.
اسیلوسکوپ یا نوسان نما چیست؟
اسیلوسکوپ یا نوسان نما که به اختصار “scope” نامیده می‌شود، یک ابزار تست الکترونیکی رایج است که برای نمایش و تجزیه و تحلیل شکل موج‌های الکتریکی استفاده می‌شود. این دستگاه سیگنال‌های ولتاژ را به صورت نمودار نمایش می‌دهد و کاربران را قادر می‌سازد تا شکل، دامنه، فرکانس و ویژگی‌های زمان‌بندی سیگنال‌های الکتریکی را در طول زمان مشاهده کنند. o-scope در انواع موقعیت‌های عیب یابی و تحقیق مفید است، ازجمله:
- تعیین فرکانس و دامنه سیگنال که می‌تواند در شناسایی اشکال در ورودی، خروجی یا سیستم‌های داخلی مدار حیاتی باشد. از این طریق، می‌توانید متوجه شوید که آیا یک جزء در مدار شما خراب شده است.
- تشخیص میزان نویز در مدار شما به راحتی انجام می‌شود.
- شناسایی شکل موج – سینوسی، مربع، مثلث، دندانه اره، پیچیده و… امکان‌پذیر است.
- کم کردن اختلاف فاز بین دو سیگنال مختلف را می‌توان انجام داد.
کاربردهای اسیلوسکوپ چیست؟
اسیلوسکوپ به روش‌های مختلفی در الکترونیک، مخابرات و سایر زمینه‌های علمی و مهندسی استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای رایج این وسیله عبارت‌اند از:
1- نمایش شکل موج
اسیلوسکوپ می‌تواند شکل موج‌های الکتریکی را به صورت بصری نمایش دهد و کاربران می‌توانند داده‌ها را در زمان واقعی تجزیه و تحلیل کنند، ازجمله شکل سیگنال، دامنه، فرکانس و ویژگی‌های زمان.
2- اندازه‌گیری سیگنال
اسیلوسکوپ اندازه‌گیری‌های دقیقی ازجمله ولتاژ، جریان، فرکانس، دوره، زمان افزایش، زمان سقوط و سایر پارامترهای شکل موج را ارائه می‌دهد. این اندازه‌گیری‌ها به تجزیه‌وتحلیل مدارهای الکترونیکی کمک می‌کند.
3- عیب یابی و رفع اشکال
اسیلوسکوپ ابزاری ارزشمند برای عیب یابی مدار است. با مشاهده شکل موج در نقاط مختلف مدار، مهندسان می‌توانند مشکلاتی مانند اعوجاج سیگنال، نویز، مشکلات زمان‌بندی و ناهنجاری‌های ولتاژ را شناسایی و مکان‌یابی کنند.
4- تجزیه و تحلیل یکپارچگی سیگنال
در سیستم‌های دیجیتال پرسرعت، حفظ یکپارچگی سیگنال بسیار مهم است. اسیلوسکوپ‌ها در تجزیه و تحلیل کیفیت سیگنال، اندازه‌گیری اعوجاج سیگنال، تائید سطوح سیگنال و ارزیابی عملکرد انتقال داده‌ها و سیگنال‌ها مفید هستند.
5- تجزیه و تحلیل زمان
اسیلوسکوپ‌ها نمای دامنه زمانی سیگنال‌ها را ارائه می‌دهند و مهندسان را قادر می‌سازند رویدادهای گذرا، روابط زمان‌بندی و مسائل همگام‌سازی را ارزیابی کنند. این به‌ویژه برای تجزیه و تحلیل سیگنال‌های پالسی، مدولاسیون و پدیده‌های متغیر با زمان مفید است.
6- تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس
با ابزارهای اضافی مانند تبدیل فوریه سریع (FFT)، اسیلوسکوپ می‌تواند سیگنال‌ها را در حوزه فرکانس تجزیه و تحلیل کند. این ویژگی کاربر را قادر می‌سازد تا محتوای فرکانس، هارمونیک‌ها، اعوجاج و ویژگی‌های طیفی سیگنال را تعیین کند.
7- مشخصه و تائید سیگنال
اسیلوسکوپ‌ها به بررسی طراحی و عملکرد مدارهای الکترونیکی کمک می‌کنند. مهندسان می‌توانند شکل موج‌های واقعی را با شکل موج‌های مورد انتظار مقایسه کنند، رفتار مدار را تأیید کنند و مطابقت با کدها و استانداردها را تأیید کنند.
8- تحقیق و توسعه
این دستگاه نقش حیاتی در فعالیت‌های تحقیق و توسعه دارد. از آن برای تجزیه و تحلیل و ارزیابی فناوری‌های جدید، آزمایش نمونه‌های اولیه، اندازه‌گیری عملکرد سیستم و مطالعه رفتار سیستم‌های الکترونیکی پیچیده استفاده می‌شوند.
9- آموزش
مؤسسات آموزشی و دانشگاه‌ها، اغلب از اسیلوسکوپ‌ها برای آموزش اصول الکترونیک، تجزیه و تحلیل سیگنال و عیب یابی مدار استفاده می‌کنند. آن‌ها دانشجویان را قادر می‌سازند تا رفتار سیگنال‌های الکتریکی را تجسم و درک کنند.
به طور کلی، اسیلوسکوپ یک ابزار همه کاره است که به تجزیه و تحلیل شکل موج، عیب‌یابی، اندازه‌گیری و تأیید برای کاربردهای مختلف در الکترونیک، مخابرات و تحقیقات علمی کمک می‌کند.
نحوه کار اسیلوسکوپ چگونه است؟
یک اسیلوسکوپ با گرفتن سیگنال‌های الکتریکی و نمایش آن‌ها به صورت موج روی یک نمایشگر گرافیکی کار می‌کند. این عملکرد شامل مراحل زیر است:
1- دریافت سیگنال
اسیلوسکوپ یک سیگنال الکتریکی ورودی را از طریق اتصال‌دهنده‌های ورودی خود دریافت می‌کند. سیگنال می‌تواند آنالوگ یا دیجیتال باشد و ممکن است از منابع مختلفی مانند سنسورها، مدارها یا مولدهای موج بیاید. سیگنال ورودی معمولاً با استفاده از پروبها یا سایر آداپتورهای مناسب به اسیلوسکوپ متصل می‌شود.
2- تقویت سیگنال
سیگنال ورودی را تا سطح مناسب برای پردازش و نمایش تقویت کنید. این تقویت تضمین می‌کند که حتی سیگنال‌های ضعیف را می‌توان به طور دقیق مشاهده کرد.
3- انحراف افقی
سیستم انحراف افقی مقیاس زمانی نمایش داده شده را کنترل می‌کند. این سیستم یک رمپ یا شکل موج دندانه اره‌ای ایجاد می‌کند که به صورت افقی در سراسر صفحه با سرعت مشخصی حرکت می‌کند. این نمودار نشان‌دهنده زمان است.
4- انحراف عمودی
سیستم انحراف عمودی مقیاس ولتاژ نمایشگر را کنترل کرده، سیگنال ورودی را تقویت می‌کند و سطح ولتاژ آن را به محور عمودی صفحه نمایش می‌دهد. کاربران می‌توانند موقعیت عمودی و حساسیت را برای مشاهده بخش موردنظر از شکل موج تنظیم کنند.
5- کنترل پایه زمانی
به کاربر امکان می‌دهد مقیاس زمانی نمایش داده شده یا سرعت اسکن را تنظیم کند. این کنترل سرعت حرکت شکل موج را به صورت افقی در سراسر صفحه تعیین می‌کند و درنتیجه وضوح زمانی را کنترل می‌کند.
6- تریگر
سیستم تریگر برای تثبیت نمایش شکل موج استفاده می‌شود. این سیستم تضمین می‌کند که هر شکل موج به دست آمده در همان نقطه روی صفحه شروع می‌شود. ماشه یا تریگر را می‌توان بر روی منابع مختلف تنظیم کرد. به عنوان مثال یک سطح ولتاژ خاص، یک لبه در حال افزایش یا سقوط یا یک سیگنال تریگر خارجی.
7- نمایش
شکل موج پردازش شده روی صفحه اسیلوسکوپ نمایش داده می‌شود. در یک اسیلوسکوپ آنالوگ، از یک لوله پرتو کاتدی (CRT) برای ایجاد نمایش بصری شکل موج استفاده می‌شود. در یک اسیلوسکوپ دیجیتال، شکل موج‌ها به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌شوند و بر روی صفحه نمایش LCD یا LED نمایش داده می‌شوند.
انواع اسیلوسکوپ
بسته به نوع کاربری و نیازها، اسیلوسکوپ‌های مختلف مانند اسیلوسکوپ‌های مرتبه راه‌اندازی، اسیلوسکوپ‌های آنالایزر لاجیک، اسیلوسکوپ‌های آزمایشگاهی و … وجود دارند؛ اما در حالت کلی اسیلوسکوپ‌های آنالوگ و دیجیتال دو نوع اصلی هستند. در زیر توضیحات کوتاه آن‌ها آمده است:
1- اسیلوسکوپ آنالوگ
اسیلوسکوپ‌های آنالوگ از یک لوله اشعه کاتدی (CRT) برای نمایش شکل موج استفاده می‌کنند. سیگنال ورودی تقویت می‌شود و پرتو الکترونی در CRT به صورت عمودی و افقی منحرف می‌شود تا شکل موج روی صفحه نمایش را ردیابی کند. شکل موج به صورت یک نمایش پیوسته و بدون وقفه نمایش داده می‌شود. اسیلوسکوپ‌های آنالوگ می‌توانند شکل موج‌هایی که به سرعت در حال تغییر هستند را به دقت ثبت و نمایش دهند. با این حال، آن‌ها فاقد ویژگی‌های پیشرفته و قابلیت‌های اندازه‌گیری اسیلوسکوپ‌ها ی دیجیتال هستند.
2- اسیلوسکوپ دیجیتال
اسیلوسکوپ‌های دیجیتال سیگنال ورودی را به داده‌های دیجیتال تبدیل کرده و با استفاده از تکنیک‌های پردازش سیگنال دیجیتال پردازش می‌کنند. شکل موج سپس بر روی یک صفحه دیجیتال، معمولاً یک صفحه نمایش LCD یا LED نمایش داده می‌شود. اسیلوسکوپ‌های دیجیتال مزایای زیادی نسبت به آنالوگ دارند. آن‌ها سطح بالاتری از دقت را ارائه می‌دهند، قابلیت‌های اندازه‌گیری پیشرفته‌ای را ارائه می‌دهند و دارای ویژگی‌های اضافی مانند ذخیره‌سازی شکل موج، اندازه‌گیری‌های خودکار، توابع ریاضی و غیره هستند.
اسیلوسکوپ‌های دیجیتال همچنین می‌توانند چندین شکل موج را به طور هم‌زمان نمایش دهند که امکان مقایسه و تجزیه و تحلیل آسان را فراهم می‌کند. اسیلوسکوپ‌های دیجیتال را می‌توان به زیرگروه‌های مختلفی تقسیم کرد که عبارت‌اند از:
2-1- اسیلوسکوپ‌های ذخیره‌سازی دیجیتال (DSO)
این اسیلوسکوپ‌ها شکل موج‌ها را به صورت دیجیتالی ضبط و ذخیره می‌کنند و به کاربران این امکان را می‌دهند که پس از دریافت آن‌ها را مشاهده و تجزیه و تحلیل کنند. DSO توانایی ذخیره و یادآوری شکل موج‌ها را فراهم می‌کند و آن را برای تجزیه و تحلیل عمیق و عیب یابی مناسب می‌کند.
2-2- اسیلوسکوپ فسفر دیجیتال (DPO)
DPO مفهوم ذخیره سازی دیجیتال را با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته اکتسابی که می‌تواند شکل موج‌ها را با وضوح رنگ و شدت بالاتر ضبط و نمایش دهد، تقویت می‌کند. این دستگاه برای نمایش واضح‌تر سیگنال‌های پیچیده و به سرعت در حال تغییر بسیار اهمیت دارد.
2-3- اسیلوسکوپ سیگنال مختلط (MSO)
MSO عملکرد یک اسیلوسکوپ دیجیتال را با یک ورودی دیجیتال اضافی ترکیب می‌کند و امکان ضبط و نمایش هم‌زمان سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال را فراهم می‌کند. این باعث می‌شود آن‌ها برای تجزیه و تحلیل مدارهای سیگنال مختلط و سیستم‌های ارتباط دیجیتال مناسب باشند.
شایان ذکر است که با گذشت زمان خط بین اسیلوسکوپ‌های آنالوگ و دیجیتال محو شده است، زیرا برخی از اسیلوسکوپ‌ها اکنون مدارهای آنالوگ را با قابلیت‌های پردازش سیگنال دیجیتال ترکیب می‌کنند و بهترین‌ها را از هر دو نوع ارائه می‌دهند. این اسیلوسکوپ‌های ترکیبی، گاهی اوقات اسیلوسکوپ‌های دامنه مختلط (MDOs) یا اسیلوسکوپ‌های دیجیتال/آنالوگ (DAOs) نامیده می‌شوند.
انتخاب بین اسیلوسکوپ‌های آنالوگ و دیجیتال به نیازهای کاربردی خاص، بودجه و ویژگی‌های مورد نظر بستگی دارد. اسیلوسکوپ‌های دیجیتال به دلیل تطبیق‌پذیری و ویژگی‌های پیشرفته امروزه محبوبیت بیشتری دارند، اما اسیلوسکوپ‌های آنالوگ هنوز برای برخی از کاربردهای خاص و اهداف آموزشی در دسترس هستند.
چگونه از اسیلوسکوپ استفاده کنیم؟
مراحل مختلفی در استفاده از اسیلوسکوپ وجود دارد که در زیر دستورالعمل‌های کلی در مورد نحوه استفاده از اسیلوسکوپ بیان شده است:
1- با دستگاه آشنا شوید
از آشنایی با دستگاه، کنترل‌ها و رابط‌های روی اسیلوسکوپ شروع کنید. با هدف و عملکرد دکمه‌ها، پیچ‌ها و کانکتورهای ورودی مختلف آشنا شوید.
2- روشن سازی و راه‌اندازی
اسیلوسکوپ را به منبع برق وصل کرده و آن را روشن کنید. زمان را روی یک سرعت جابجایی مناسب تنظیم کنید، معمولاً با تنظیم آهسته‌تر شروع می‌شود.
3- پروب را وصل کنید
پروب را به کانکتور ورودی اسیلوسکوپ وصل کنید. مطمئن شوید که پروب به درستی با امپدانس ورودی و پهنای باند اسیلوسکوپ مطابقت دارد. پروب‌های مختلف ممکن است تنظیمات میرایی متفاوتی داشته باشند، بنابراین مطمئن شوید که پیچ تنظیم روی نقطه مناسب برای نیازهای شما تنظیم شده است.
4- تنظیم کنترل عمودی
کنترل موقعیت عمودی را طوری تنظیم کنید که خط پایه شکل موج روی صفحه نمایش داده شود. برای مشاهده آسان، حساسیت عمودی را تنظیم کنید تا شکل موج را تا دامنه مناسب زوم کنید.
5- تریگر را تنظیم کنید
تریگر شکل موج روی نمایشگر را تثبیت می‌کند. منبع، سطح و نوع تریگر را در صورت نیاز تنظیم کنید. سطح تریگر روی مقدار ولتاژی تنظیم می‌شود که در آن می‌خواهید اسیلوسکوپ شروع به گرفتن شکل موج کند. بسته به سیگنالی که در حال تجزیه و تحلیل هستید، نوع تریگر مناسب مانند لبه، پالس یا غیره را انتخاب کنید.
6- مشاهده و تجزیه و تحلیل شکل موج
با تنظیم صحیح اسیلوسکوپ، شکل موج نمایش داده شده روی صفحه را مشاهده کنید. هرگونه ناهنجاری، اعوجاج، نویز، یا سایر ویژگی‌هایی را که علاقه‌مند به تجزیه و تحلیل آن هستید، شناسایی کنید. تنظیمات پایه زمانی و عمودی را در صورت نیاز تنظیم کنید تا نمای واضح و دقیقی از شکل موج به دست آورید.
7- اندازه‌گیری کنید
از توابع اندازه‌گیری اسیلوسکوپ برای به دست آوردن اندازه‌گیری‌های دقیق پارامترهای شکل موج مختلف استفاده کنید. این کار می‌تواند شامل اندازه‌گیری ولتاژ، اندازه‌گیری فرکانس، زمان افزایش/افت، چرخه وظیفه و غیره باشد. اکثر اسیلوسکوپ‌ها عملکردهای اندازه‌گیری خودکار را ارائه می‌دهند که این فرآیند را ساده می‌کند.
8- تجزیه و تحلیل اضافی
در صورت نیاز، می‌توانید با استفاده از ویژگی‌های پیشرفته اسیلوسکوپ، آنالیز اضافی بر روی شکل موج انجام دهید که ممکن است شامل تجزیه و تحلیل FFT برای نمایش دامنه فرکانس، میانگین‌گیری شکل موج، توابع ریاضی یا استفاده از مکان‌نما برای اندازه‌گیری نقاط خاص یا فواصل زمانی در شکل موج باشد.
9- ذخیره و مستند سازی
اگر نیاز به ذخیره شکل موج برای مرجع یا تجزیه و تحلیل بعدی دارید، بررسی کنید که آیا اسیلوسکوپ شما قابلیت ذخیره‌سازی شکل موج را دارد یا خیر. برخی از اسیلوسکوپ‌ها به شما این امکان را می‌دهند که داده‌های شکل موج را ذخیره کنید یا برای اهداف مستندسازی اسکرین شات بگیرید.
10- قطع و خاموش کردن
هنگامی‌که اندازه‌گیری‌ها و تجزیه و تحلیل خود را کامل کردید، پروب را از کانکتور ورودی جدا کنید. اسیلوسکوپ را طبق دستورالعمل سازنده خاموش کنید.
به خاطر داشته باشید که برای دستورالعمل‌های دقیق به دفترچه راهنمای کاربر مدل اسیلوسکوپ خاص خود مراجعه کنید زیرا مراحل دقیق و ویژگی‌ها ممکن است بسته به دستگاه متفاوت باشد. علاوه بر این، کسب تجربه عملی و جستجوی آموزش بیشتر برای مهارت در استفاده مؤثر از اسیلوسکوپ همیشه مفید است.
نکات مهم در خرید اسیلوسکوپ
برای خرید تجهیزات حساس الکترونیکی همواره مفید است تا قبل از خرید، نیازها و بودجه خود را مشخص کرده و نظرات کاربران و مقایسه قیمت و ویژگی‌ها را بررسی کنید تا بهترین تصمیم را بگیرید. هنگام خرید اسیلوسکوپ، موارد زیر را در نظر داشته باشید:
1- پهنای باند (Bandwidth)
این مورد بر اساس نیازهای شما برای آنالیز سیگنال‌ها مشخص می‌شود. باند پهن تعیین می‌کند تا چه فرکانسی قادر به نمایش درست سیگنال‌ها هستید؛ بنابراین، قبل از خرید، مشخص کنید که چه نوع سیگنال‌ها و فرکانس‌هایی در تحلیل خود دارید و باند پهن مورد نیاز را بر اساس آن انتخاب کنید.
2- نرخ نمونه‌برداری (Sample Rate)
این پارامتر مرتبط با تعداد نمونه‌هایی است که دستگاه در یک ثانیه می‌تواند بگیرد. نرخ نمونه‌برداری باید بیشتر از دو برابر پهنای باند دلخواه شما باشد تا بتوانید سیگنال‌ها را صحیح نمایش دهید.
3- تعداد کانال
تعداد کانال‌ها در اسیلوسکوپ مشخص می‌کند که به چه تعداد امواج ورودی قادر به نمایش و تحلیل هستید. بسته به کار و بودجه‌تان، ممکن است به اسیلوسکوپ دو کاناله یا چهار کاناله نیاز داشته باشید.
4- عمق حافظه (Memory Depth)
عمق حافظه نشان می‌دهد تا چه مقدار اطلاعات را می‌توانید در دستگاه ذخیره کنید. حافظه عمیق‌تر به شما امکان تحلیل و ضبط سیگنال‌های بلندتر را می‌دهد. برای تحلیل سیگنال‌های با طول زمان بلند، عمق حافظه بیشتر موردنیاز است.
5- ویژگی‌های کاربردی
مطمئن شوید که دستگاهی که قصد خرید آن را دارید دارای ویژگی‌هایی مانند تحلیلگر FFT (تبدیل فوریه سریع)، توابع اندازه‌گیری اتوماتیک، قابلیت ذخیره‌سازی و به اشتراک گذاری داده‌ها، نمایش‌دهنده تابع ریاضیاتی، پورت‌های ارتباطی و… باشد.
6- کیفیت ساخت و برند
برند‌های معروف و اعتباری که در صنعت اسیلوسکوپ به شهرت رسیده‌اند، معمولاً کیفیت ساخت و عملکرد بالایی دارند. اطمینان حاصل کنید که شما از یک برند قابل اعتماد خریداری می‌کنید.
7- قیمت
مبلغی را که آماده هستید برای خرید اسیلوسکوپ خرج کنید، مشخص کنید. بر اساس امکانات و ویژگی‌های مورد نیازتان، عالی‌ترین گزینه را با تعادل مناسب بین عملکرد و هزینه بیابید.
منبع:
https://newsmartsafe.com/industry-news/what-is-an-oscilloscope
نظرات کاربران