نحوه کار با اسیلوسکوپ

برای عیب‌یابی یک مدار ممکن است به اطلاعاتی بیش از آنچه یک مولتی متر برایتان فراهم می‌کند احتیاج داشته باشید. اگر این اتفاق برای شما هم پیش آمده است و به اطلاعاتی همانند فرکانس، نویز، دامنه یا هر مشخصه­‌ی دیگری که ممکن است با زمان تغییر پیدا کند، نیاز پیدا کرده‌اید، باید کار با اسیلوسکوپ را حتما یاد بگیرید.

اصول اولیه در اسیلوسکوپ ­‌ها

هدف اصلی یک اسیلوسکوپ رسم یک سیگنال الکتریکی است که در طول زمان تغییر می­‌کند. بیشتر آن‌ها یک نمودار دو بعدی تولید می­‌کنند که محور x آن بر حسب زمان و محور y آن بر حسب ولتاژ است. کلیدهای کنترلی اطراف صفحه نمایش اسیلوسکوپ به شما امکان تنظیم مقیاس نمودار را هم به‌صورت افقی و هم به صورت عمودی می­‌دهند و امکان بزرگ‌­نمایی و کوچک­‌نمایی سیگنال را برای شما فراهم می نمایند. علاوه بر این، کنترل­‌هایی برای تنظیم تریگر بر روی این ابزار قرار دارند که به تثبیت و تنظیم صفحه نمایش کمک می­‌کنند.

واژگان اسیلوسکوپ

برای اینکه کامل روش استفاده از اسیلوسکوپ را فرا بگیرید، حتما باید با واژگان و اصطلاحات موجود در آن آشنا شوید. در این بخش تعدادی از کلمات مهم این ابزار را که باید قبل از روشن کردن آن بلد باشید، به شما معرفی می‌کنیم.

مشخصات کلیدی

بعضی از اسیلوسکوپ‌­ها بهتر از بقیه هستند. مشخصات پایین به شما کمک می‌کند که بفهمید تا چه مقدار باید از این ابزار اندازه‌گیری، انتظار عملکرد خوبی را داشته باشید:

تعداد کانال­‌ها 

بسیاری از اسیلوسکوپ‌ها می‌توانند بیش از یک سیگنال را در یک زمان بخوانند و آن‌ها را به شکل هم‌زمان روی صفحه نمایش نشان دهند. هر سیگنالی که توسط این ابزار خوانده می‌شود، در یک کانال مجزا جا می‌گیرد. نمونه‌های دو یا چهار کاناله بسیار متداول هستند.

پهنای باند 

اسیلوسکوپ‌ها معمولا و در بیشتر اوقات برای اندازه‌ گیری شکل موج‌هایی استفاده می‌شوند که یک فرکانس مشخص دارند. هیچ کدام از آن‌ها کامل نیستند. تمامی آن‌ها در مورد اینکه چه قدر سریع می‌توانند تغییرات سیگنال را ببینند، دارای محدودیت‌هایی می باشند. پهنای باند، محدوده فرکانس‌هایی را که می‌تواند به‌دقت اندازه‌­گیری کند، مشخص می نماید.   

اسیلوسکوپ دیجیتال در برابر آنالوگ 

مثل بسیاری از وسایل الکترونیکی، اسیلوسکوپ ها هم می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. اسیلوسکوپ های آنالوگ از یک پرتوی الکترونی برای رسم ولتاژ ورودی روی صفحه نمایش استفاده می‌کنند. نمونه‌های دیجیتال این دستگاه، از میکروکنترلرها کمک می­‌گیرند تا با یک مبدل آنالوگ به دیجیتال از سیگنال ورودی نمونه‌برداری کرده و مقدار خوانده شده را بر روی صفحه نمایش رسم کنند. به صورت کلی نمونه‌های آنالوگ قدیمی تر هستند، پهنای باند کمتر و قابلیت‌های کمتری هم دارند، اما ممکن است پاسخ سریع‌ تری داشته باشند و البته خیلی جذاب تر هستند.

نرخ نمونه‌ برداری 

این ویژگی مختص نمونه‌ های دیجیتال می باشد و نشان می‌ دهد که چند بار در ثانیه سیگنال خوانده می‌ شود. در نمونه‌هایی که بیش از یک کانال را دارند، این مقدار ممکن است در صورت استفاده هم‌زمان از چند کانال کاهش پیدا کند.

زمان صعود 

زمان صعود تعیین شده برای یک اسیلوسکوپ، سریع‌­ترین زمانی است که یک پالسِ در حال صعود می­‌تواند اندازه گیری نماید. زمان صعود به پهنای باند وابسته است و به‌صورت زیر قابل محاسبه است:

Rise Time = 0.35 / Bandwidth

حداکثر ولتاژ ورودی 

هر قطعه‌ی الکترونیکی وقتی با ولتاژ بالایی مواجه می‌شود، محدودیت‌های خود را دارد. همه­‌ی اسیلوسکوپ­‌ها باید متناسب با حداکثر ولتاژ ورودی بررسی و ارزیابی شوند. اگر سیگنال شما از آن ولتاژ فراتر رود، به احتمال زیاد اسیلوسکوپ دچار آسیب خواهد شد.

رزولوشن 

رزولوشن نشان می­‌دهد که چه قدر دقیق می­‌تواند ولتاژ ورودی را اندازه­‌ بگیرد که با تنظیم مقیاس عمودی قابل تغییر می باشد.

حساسیت عمودی 

این مقدار حداقل و حداکثر مقادیر عمودی و مقیاس ولتاژ را نشان می‌دهد، به عبارتی دیگر، نشان می‌دهد حداقل و حداکثر مقدار هر واحد عمودی چند ولت است. این مقدار بر حسب volts/div ذکر شده است.

مبنای زمان 

مبنای زمان معمولاً محدوده حساسیت محور افقی یا زمان را نشان می‌دهد. این مقدار بر حسب seconds/div ذکر شده است.

امپدانس ورودی 

وقتی فرکانس سیگنال خیلی بالا رود، اضافه کردن حتی یک امپدانس کوچک (مقاومت، خازن یا سلف) به مدار می‌تواند روی سیگنال تاثیر بگذارد. همه‌ی اسیلوسکوپ‌ها یک امپدانس مشخصی به مداری که می‌خواند، اضافه می‌کنند که امپدانس ورودی نام دارد. امپدانس ورودی به صورت کلی به شکل یک امپدانس مقاومتی بزرگ (بیشتر از یک مگا اهم)، موازی با یک خازن کوچک (در محدوده پیکوفاراد) است. اثر این امپدانس ورودی زمانی آشکار تر می‌ شود که از سیگنال‌ هایی با فرکانس به شدت بالا استفاده شود و پرابی که استفاده می‌ نمایید، کمک می‌ کند که این اثر جبران شود.

کار با اسیلوسکوپ

سیگنال‌ها بی‌نهایت مختلف و متنوع هستند و این یعنی هیچ‌گاه شما دوبار با یک اسیلوسکوپ به یک شکل کار نخواهید کرد. اما با این حال مراحلی وجود دارند که تقریباً هر بار که یک مدار را مورد آزمایش قرار می دهید، می‌توانید روی آن‌ها برای اندازه‌گیری حساب کنید. در این بخش، یک سیگنال نمونه و مراحل مورد نیاز برای اندازه­‌گیری آن را به شما نشان خواهیم داد.

انتخاب و راه ­اندازی پراب

در اولین مرحله برای کار با اسیلوسکوپ و اندازه‌گیری یک سیگنال، باید یک پراب را  انتخاب نمایید.

برای بسیاری از سیگنال­‌ها، پراب passive ساده‌­ای که همراه اسیلوسکوپ­تان است، مناسب است و به خوبی کار خواهد کرد.

پس از انتخاب پراب و قبل از اینکه آن را وصل کنید، میزان تضعیف را روی پراب­تان تنظیم نمایید. 10x که متداول ترین ضریب تضعیف است، اغلب بهترین گزینه می‌باشد. اگر قصد دارید ولتاژ بسیار پایینی را اندازه‌گیری کنید، ممکن است نیاز به استفاده از 1x داشته باشید.

متصل کردن پراب و روشن کردن اسیلوسکوپ

در دومین مرحله، پراب خود را به کانال اول اسیلوسکوپ تان وصل و آن را روشن کنید. در اینجا کمی صبر کنید، راه اندازی برخی از اسکوپ‌ها ممکن است به اندازه‌ی یک کامپیوتر شخصی قدیمی طول می­‌کشد. بعد از راه اندازی، شما باید تقسیمات، مقیاس و یک خط مستقیم و نویزدار از شکل موج را در صفحه نمایش مشاهده کنید.

علاوه بر آن، صفحه نمایش نیز باید مقادیر تنظیم شده قبلی برای زمان و volts/div را نشان دهد. با نادیده گرفتن این مقیاس‌ ­ها، این تنظیمات را انجام بدهید تا اسیلوسکوپ را در یک تنظیم استاندارد قرار بدهید:

• کانال 1 را روشن کرده  و کانال 2 را خاموش کنید.
• کانال 1 را روی اتصال DC بگذارید.
• منبع تریگر را روی کانال یک قرار دهید

نوع تریگر را روی لبه بالارونده تنظیم نمایید و مد تریگر را روی automatic (اتوماتیک) قرار دهید (خلاف مد single). اطمینان پیدا کنید تضعیف پراب روی اسیلوسکوپ متناسب با تنظیمات روی پراب باشد (بعنوان مثال 1x و 10x). برای اینکه بتوانید این تنظیمات را به‌راحتی انجام دهید، به دفترچه راهنمای کاربر اسیلوسکوپ خود مراجعه نمایید(به طور مثال، ما باید در اینجا به دفترچه راهنمای GA1102CAL مراجعه کنیم).

تست کردن پراب

در مرحله بعدی، بیایید کانال را به یک سیگنال معنادار وصل کنیم. بیشتر اسیلوسکوپ‌ها دارای یک مولد فرکانس داخلی هستند که یک موج قابل اطمینان و با فرکانس مشخص را منتشر می‌کند. در GA1102CAL یک موج مربعی یک کیلوهرتزی در سمت راست و پایین پنل جلویی قرار دارد. خروجی این مولد فرکانس، دو فلز جدا دارد، یکی برای سیگنال و یکی برای زمین. گیره زمین پراب خود را به زمین و نوک پراب را به خروجی سیگنال متصل کنید. به محض اینکه دو قسمت پراب را به هم وصل کنید، سیگنالی را مشاهده می کنید که اطراف صفحه نمایش شما شروع به نوسان می‌کند. سعی کنید ولوم­‌های افقی و عمودی سیستم را دست‌کاری کنید تا بتوانید  شکل موج را در اطراف صفحه نمایش کنترل کنید. چرخش ساعتگرد ولوم‌­های مقیاس، موجب بزرگ‌نمایی شکل موج و چرخش پادساعتگرد آن، باعث کوچک‌ نمایی شکل موج می­‌شود.

علاوه‌ بر این، شما می‌­توانید از ولوم position برای تعیین موقعیت شکل موج­تان نیز استفاده نمایید. اگر موج همچنان ناپایدار می باشد، ولوم position تریگر را بچرخانید. مطمئن بشوید تریگر از بلند ترین قله شکل موج بالاتر نباشد. نوع تریگر باید به شکل پیش‌فرض روی لبه تنظیم شود که معمولاً برای موج‌های مربعی مانند این گزینه خوبی محسوب می شود. سعی کنید آنقدر ولوم‌ها را دست‌کاری کنید تا یک دوره از موج خود را روی صفحه نمایش، نشان دهید یا اینکه سعی کنید در مقیاس زمانی کوچک‌نمایی کنید تا ده‌ها مربع را نمایش دهید.

هنگامی که کمیت مورد نظر خود را اندازه‌گیری نمودید، می‌توانید تنظیمات را شروع و کمیت­‌های دیگری را اندازه‌گیری کنید. بعضی از اسیلوسکوپ‌ها از نگهداری، چاپ یا ذخیره شکل موج هم پشتیبانی می‌کنند، بنابراین می‌توانید تجربه‌های خوبی را که از اندازه‌گیری سیگنال داشته‌اید، مرور کنید.

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره ی عملکرد اسیلوسکوپ خود، دفترچه راهنمای کاربر آن را مطالعه کنید.

کلام آخر

اگر تا به حال با اسیلوسکوپ کار نکرده‌اید و برای اولین بار است که همه چیز را در مورد ویژگی‌ها و مزایای این دستگاه مفید آموخته‌اید، نوبت آن رسیده است که یک نمونه آن را روی میز کار خود قرار دهید و همین الان کار با آن را شروع کنید. نگران چیزی نباشید و از همین الان تمرین کنید تا کم کم مهارت خود را در استفاده از این ابزار بالا ببرید و از این دستگاه نهایت استفاده را بکنید.