اسیلوسکوپ وسیله ای است که به شما امکان می دهد با نمایش شکل موجی از سیگنال های الکترونیکی نحوه تغییر ولتاژ را در طول زمان مشاهده کنید.
هنگامی که مدارهایی با ولتاژ ثابت دارید، مولتی متر ابزاری است که می تواند برای اندازه گیری یک عدد واحد برای ولتاژ استفاده شود. هنگامی که شروع به ساختن مدارهای پیچیده تری می کنید، این امر مازاد می شود. اینجاست که اسیلوسکوپ به کار می آید.
اسیلوسکوپ به شما امکان می دهد نحوه تغییر ولتاژ را در طول زمان مشاهده کنید. این ولتاژها سیگنال هایی نامیده می شوند که برای انتقال اطلاعات مانند سیگنال صوتی در حال پخش موسیقی بر روی بلندگو استفاده می شود.
برخی از مواردی که صفحه نمایشگر روی یک اسیلوسکوپ نشان می دهد سیگنال اندازه گیری ولتاژ با استفاده از یک نمودار است. ولتاژ در محور عمودی و زمان در محور افقی نشان داده می شود.
این نمایشگر به شما امکان می دهد تعیین کنید آیا رفتار مدارهای شما به درستی کار می کند یا خیر. هم چنین به شما این امکان را می دهد که هرگونه مشکلی را در مدار خود مانند سیگنال های ناخواسته به نام نویز پیدا کنید. در این مقاله ما به بررسی انواع اسیلوسکوپ و کاربردهای آن می پردازیم.
تاریخچه مختصری از اسیلوسکوپ
اسیلوسکوپ توسط فیزیکدان فرانسوی آندره بلوندل در سال 1893 اختراع شد. دستگاه او توانست مقادیر کمیت های الکتریکی مانند شدت جریان جایگزین را ثبت کند. یک آونگ مرکب متصل به سیم پیچ اطلاعات را روی نوار کاغذی متحرک ثبت می کرد. اولین اسیلوسکوپ ها دارای پهنای باند بسیار کمی، بین 10 تا 19 کیلوهرتز بودند.
تحولات بزرگ در سال 1897 هنگامی رخ داد که فیزیکدان آلمانی کارل فردیناند براون لوله اشعه کاتدی (CRT) را اختراع کرد. توسعه اسیلوسکوپ پس از جنگ جهانی دوم شروع به افزایش کرد.
در سال 1946، دو مرد به نام هاوارد ولوم و ملوین جک مرداک Tektronix را تأسیس کردند، که امروزه یکی از رهبران جهان در تولید اسیلوسکوپ است. در همان سال، آن ها اولین اسیلوسکوپ خود را، مدل 511، با جاروشی فعال و پهنای باند 10 مگاهرتز اختراع کردند. جاروشی فعال باعث نمایش ثابت شکل موج تکراری می شود.
قسمت هایی از یک اسیلوسکوپ
اسیلوسکوپ ها اساساً امواج ولتاژ را اندازه گیری می کنند. بنابراین در صفحه نمایش اسیلوسکوپ، ولتاژ بر روی محور Y (معروف به محور عمودی) و زمان بر روی محور X (محور افقی) نشان داده می شود. شدت یا روشنایی صفحه نمایش گاهی اوقات محور Z نامیده می شود. یک اسیلوسکوپ ساده معمولاً دارای سه سیستم است – سیستم عمودی، سیستم افقی و سیستم ماشه. هر سیستمی در مورد اجازه دادن به اسیلوسکوپ برای بازسازی دقیق یک سیگنال نقشی را ایفا می کند. بخش هایی با برچسب عمودی، افقی و ماشه باعث ایجاد پنل جلویی می شوند.
صفحه نمایش، قبلاً CRT (لوله کاتد ری) و امروزه یک صفحه LCD (صفحه نمایش کریستال مایع)، دارای خطوط مرجع افقی و عمودی به نام گرتیکول است. بخش عمودی، با دکمه انتخاب ولت بر بخش (ولت/دیو)، کلید انتخاب AC/DC/Ground و ورودی عمودی (اصلی) دستگاه، دامنه سیگنال نمایش داده شده را کنترل می کند. این قسمت هم چنین دارای یک دکمه موقعیت پرتو عمودی است.
در همین حال، بخش افقی دارای دکمه موقعیت پرتو افقی، یک ورودی افقی برای ترسیم سیگنال های محور X-Y دوگانه و کلید انتخاب ثانیه در هر بخش (Sec/Div)، که کنترل اصلی است، می باشد. به این ترتیب قسمت افقی پایه زمان (رفت و برگشت) اسیلوسکوپ را کنترل می کند.
بخش ماشه رویداد شروع رفت و برگشت را کنترل می کند. ماشه می تواند برای پاسخ به یک رویداد داخلی یا خارجی و یا راه اندازی مجدد خودکار پس از هر رفت و برگشت ساخته شود. کلیدهای انتخاب منبع و اتصال، ورودی ماشه خارجی (ورودی EXT) و تنظیم سطح، کنترل های اصلی این بخش را تشکیل می دهند.
کنترل های ماشه به ما اجازه می دهد تا حالت موجی را تثبیت کرده و نمایش دهیم. یک نوع رایج راه انداز، راه انداز لبه است. در این حالت، سطح ماشه و کنترل های شیب، تعریف اصلی نقطه ماشه را ارائه می دهند. کنترل شیب تصمیم می گیرد که نقطه ماشه در لبه بالا یا پایین سیگنال قرار داشته باشد و در نقطه ای که در لبه اتفاق می افتد توسط کنترل سطح تعیین می شود.
بسیاری از اسیلوسکوپ های امروزی نیز مجهز به پروب هستند. پروب اسیلوسکوپ در اصل وسیله ای است که بین نقطه آزمایش یا منبع سیگنال و ورودی یک اسیلوسکوپ ارتباط فیزیکی و الکتریکی برقرار می کند. بسته به نیازهای اندازه گیری فرد، اتصال را می توان با طول سیم یا پروب دیفرانسیل فعال انجام داد. چنین پروبی دارای مقاومت ده برابر امپدانس ورودی اسیلوسکوپ است. برخی دارای یک سوئیچ هستند که به اپراتور اجازه می دهد در صورت نیاز مقاومت را دور بزند. امروزه دو نوع پروب اصلی برای اسیلوسکوپ ها وجود دارد: پروب های جریان AC (جریان متناوب) و پروب های جریان AC/DC (جریان مستقیم).
پیش از این، محاسبه مقادیر با استفاده از یک اسیلوسکوپ به این معنا بود که باید شکل موج را در برابر مقیاس های تعبیه شده روی صفحه دستگاه اندازه گیری کرد.
ابزارهای دیجیتالی مدرن ممکن است این ویژگی ها را مستقیماً محاسبه و نمایش دهند. یک اسیلوسکوپ پایه دارای پهنای باند تا 200 مگاهرتز است و تقریباً در هر آزمایشگاه طراحی، آزمایشگاه آموزشی، مرکز خدمات و محیط تولید یافت می شود.
انواع اسیلوسکوپ
انواع مختلفی از اسیلوسکوپ ها، آنالوگ و دیجیتال، با طیف وسیعی از قیمت ها موجود است. از آن جایی که اسیلوسکوپ های دیجیتالی می توانند برخی از سیگنال های گذرا را از دست بدهند، اسیلوسکوپ های آنالوگ هنوز برای برنامه های عیب یابی گذرا ارزشمند هستند. با این حال، اسیلوسکوپ های دیجیتالی فسفر بالا می توانند قابلیت های مشابهی را ارائه دهند.
اسیلوسکوپ های آنالوگ
یک اسیلوسکوپ آنالوگ سیگنال دریافت شده توسط یک پروب را نشان می دهد و آن را روی صفحه نشان می دهد. قابلیت های ذخیره سازی به موج اجازه می دهد تا برای مدت زمان طولانی نمایش داده شود.
جایی که اسیلوسکوپ های آنالوگ به کار خود می پردازد، در برخورد با سیگنال های آنالوگ و اثرات گذرا است. در اسیلوسکوپ های آنالوگ، فسفرهای روی مانیتور CRT قبل از تاریک شدن هوا برای مدتی می درخشند و به سیگنال های با سرعت بالا اجازه می دهند درخشندگی شدیدتری ایجاد کنند. این فرایند اجازه می دهد تا گذرا نیز برجسته شوند.
اسیلوسکوپ های آنالوگ محدوده دینامیکی بهتری نسبت به اسیلوسکوپ های دیجیتال ارائه می دهند. این ها از مشکلات نام گذاری رنج نمی برند، که می تواند باعث خواندن اشتباه شود. اسیلوسکوپ های آنالوگ به طور کلی مقرون به صرفه تر از اسیلوسکوپ های دیجیتال هستند و برای مبتدیان و علاقه مندان گزینه ای عالی است. اسیلوسکوپ های آنالوگ که می توانند سیگنال های دیجیتالی با سرعت پایین را نیز اداره کنند، مخصوصاً برای کارهای صوتی و تصویری آنالوگ ایده آل هستند.
اسیلوسکوپ های دیجیتال
اسیلوسکوپ های دیجیتال در انواع مختلفی موجود است. دو عامل کلیدی، عملکرد اسیلوسکوپ دیجیتال را تعیین می کند: میزان نمونه برداری و پهنای باند. میزان نمونه گیری از یک اسیلوسکوپ توانایی آن را برای ثبت وقایع گذرا و یک بار محدود می کند. پهنای باند یک اسیلوسکوپ فرکانس سیگنال های تکراری قابل نمایش را محدود می کند.
یک اسیلوسکوپ دیجیتالی از یک صفحه LCD مدرن استفاده می کند. تقریباً همه اسیلوسکوپ های جدید ساخته شده امروزه دیجیتالی هستند.
در اسیلوسکوپ دیجیتالی یک مرحله اضافی قبل از نمایش سیگنال روی صفحه استفاده می شود. مرحله اضافی سیگنال را به یک جریان دیجیتال با مبدل آنالوگ به دیجیتال تبدیل می کند، که نیاز به صفحه های نوع CRT را برطرف می کند.
این امر پیچیدگی طراحی را کاهش می دهد و امکان استفاده از امکانات بیش تر را فراهم می کند.
یک مثال می تواند افزودن دستکاری سیگنال و عملیات ریاضی پیچیده باشد که در حال حاضر ویژگی های استاندارد اکثر اسیلوسکوپ های دیجیتال هستند.
اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال (DSO)
اکثر اسیلوسکوپ های دیجیتال اسیلوسکوپ های ذخیره سازی دیجیتال هستند. اسیلوسکوپ های ذخیره سازی دیجیتالی می توانند رویدادهای گذرا را ثبت کرده و آن رویدادها را برای تجزیه و تحلیل، بایگانی، چاپ یا سایر پردازش ها ذخیره کنند. این ها دارای ذخیره دائمی برای ضبط سیگنال ها هستند و می توانند برای ذخیره و تجزیه و تحلیل به رسانه های دیگر بارگذاری شوند.
اسیلوسکوپ های ذخیره سازی دیجیتال اسب های طراحی دیجیتال دنیای واقعی هستند که در آن چهار یا چند سیگنال به طور هم زمان تجزیه و تحلیل می شوند. با این حال، برخلاف اسیلوسکوپ آنالوگ، اسیلوسکوپ های ذخیره دیجیتال نمی توانند سطح شدت سیگنال زمان واقعی را نشان دهند. می توان با استفاده از محرک ها، که به صورت دستی یا خودکار بسته به دستگاه تنظیم می شوند، رویدادهای تک عکس را ثبت کرد.
اسیلوسکوپ دیجیتالی فسفر (DPO)
اسیلوسکوپ های دیجیتالی فسفر نسبت به اسیلوسکوپ های استاندارد ذخیره دیجیتال امکان ثبت و تحلیل سریع تر سیگنال را می دهند. اسیلوسکوپ های دیجیتالی فسفر از راه حل پردازش موازی ADC استفاده می کنند که میزان نمونه برداری بالاتری را ارائه می دهد و سطح عملکرد تجسم سیگنال را که در زمان واقعی ظاهر می شود، فعال می کند.
اسیلوسکوپ های دیجیتال فسفر در نمایش شدت سیگنال مشابه اسیلوسکوپ های آنالوگ هستند. این اسیلوسکوپ ها با ذخیره پایگاه داده ای از مقادیر شکل موج های تکراری و افزایش شدت نمایشگر در جایی که شکل موج با هم تداخل دارند، اثر فسفر را تکرار می کنند.
مانند یک اسیلوسکوپ آنالوگ، محدوده فسفر دیجیتال می تواند با نمایش سطح شدت، گذرا را نشان دهد. با این حال، ممکن است گذرا که در خارج از پنجره ضبط داده و میزان به روز رسانی آن اتفاق می افتد را از دست بدهد.
اسیلوسکوپ های فسفر دیجیتال ویژگی های اسیلوسکوپ های ذخیره دیجیتال و فناوری اسیلوسکوپ آنالوگ را ترکیب می کنند. این ویژگی ها برای طراحی عمومی، زمان بندی دیجیتال، تجزیه و تحلیل پیشرفته، آزمایش ارتباطات و عیب یابی عالی است.
اسیلوسکوپ دامنه مختلط (MDO)
اسیلوسکوپ دامنه ترکیبی عملکرد یک اسیلوسکوپ دیجیتال، یک تجزیه کننده طیف RF و یک تجزیه و تحلیل منطقی را در یک دستگاه ترکیب می کند. هنگام طراحی یا کار با سیستم هایی که شامل سیگنال های دیجیتال، منطق دیجیتالی و ارتباطات فرکانس رادیویی است، اسیلوسکوپ های حوزه مختلط یک ابزار ضروری هستند.
فایده اصلی یک اسیلوسکوپ دامنه مختلط، مشاهده سیگنال های هر دامنه به صورت هم زمان با یکدیگر است که به عیب یابی، اشکال زدایی و آزمایش طراحی کمک می کند.
اسیلوسکوپ سیگنال مختلط
مهندسان اغلب از اسیلوسکوپ های دیجیتال و آنالیزهای منطقی با هم استفاده می کنند، به همین دلیل است که اسیلوسکوپ سیگنال مختلط ساخته شده است. این دستگاه ها قابلیت های یک اسیلوسکوپ ذخیره دیجیتالی (یا یک اسیلوسکوپ فسفر دیجیتال) را با یک تحلیل گر منطقی چند کاناله ترکیب می کنند.
قابلیت تحریک دیجیتال اسیلوسکوپ سیگنال مختلط به تجزیه و تحلیل رویدادهای آنالوگ که می تواند باعث تحول منطق دیجیتال شود کمک می کند. به طور معمول، اسیلوسکوپ های سیگنال مختلط دارای دو یا چهار کانال ورودی آنالوگ و حدود 16 کانال ورودی دیجیتال هستند.
اسیلوسکوپ نمونه برداری دیجیتال
اسیلوسکوپ های نمونه گیری دیجیتال دارای روش ورودی کمی متفاوت هستند که پهنای باند بیش تری را با محدوده دینامیکی پایین تر معامله می کند. ورودی، ضعیف یا تقویت نمی شود، بنابراین اسیلوسکوپ باید طیف وسیعی از سیگنال ورودی را کنترل کند، که به طور کلی محدود به 1 پیک تا پیک 1 ولت است.
اسیلوسکوپ های نمونه برداری دیجیتالی فقط روی سیگنال های تکراری کار می کنند و به ثبت گذرا فراتر از میزان نمونه برداری معمولی کمک نمی کند. از سوی دیگر، اسیلوسکوپ های نمونه برداری دیجیتالی می توانند سیگنال هایی را که سرعت آن ها نسبت به سایر انواع اسیلوسکوپ با پهنای باند بیش از 80 گیگاهرتز بیش تر است، ثبت کنند.
کاربردهای اسیلوسکوپ
اسیلوسکوپ ها امروزه در زمینه های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند – اعم از علوم، پزشکی، مهندسی، خودرو یا صنعت مخابرات. اسیلوسکوپ های عمومی برای نگهداری تجهیزات الکترونیکی و کارهای آزمایشگاهی استفاده می شوند. به عنوان مثال، در طراحی فرکانس رادیویی (RF)، طراحی مدارهای الکترونیکی عمومی، تولید لوازم الکترونیکی، سرویس، تعمیر یا منطقه ای که مدارهای الکترونیکی و شکل موج روی آن ها باید رعایت شود. در حقیقت، عیب یابی با اسیلوسکوپ یک روش رایج و نسبتاً قابل اعتماد برای تجزیه و تحلیل مدارهای الکترونیکی مدرن است.
اسیلوسکوپ های خاص، همان طور که از نامش پیداست، با هدف خاصی مورد استفاده قرار می گیرند، به عنوان مثال، نمایش شکل موج ضربان قلب به عنوان نوار قلب یا تجزیه و تحلیل سیستم احتراق خودرو. اسیلوسکوپ ها را می توان از Tektronix، تولید کننده پیشرو دستگاه های آزمایش و اندازه گیری شامل اسیلوسکوپ، آنالیز منطقی و تجهیزات تست ویدئو و تلفن همراه خرید. Tektronix هم چنین خدمات کالیبراسیون اسیلوسکوپ را ارائه می دهد.
در زیر مناطق کلیدی استفاده شده از اسیلوسکوپ ها به اشتراک گذاشته شده است:
مهندسی: مهندسی الکترونیک، صدا و طراحی رایانه به شدت بر اسیلوسکوپ ها تکیه می کند -چه در اندازه گیری های پیچیده و چه در ردیابی صدا و ارتعاشات موتور.
الکترونیک: تکنسین های الکترونیکی، از جمله کسانی که سرویس و تعمیر لوازم الکترونیکی خانگی و تجاری مانند تلویزیون، رایانه و سیستم های صوتی تصویری را انجام می دهند، از اسیلوسکوپ ها برای آزمایش تجهیزات، قطعات و مجموعه های این دستگاه ها استفاده می کنند.
مراقبت های بهداشتی: از اسیلوسکوپ ها به عنوان ابزارهای اندازه گیری پزشکی استفاده می شود. به ویژه برای بررسی بی نظمی های قلبی.
ما را در اینستاگرام دنبال کنید.
