اسیلوسکوپ چیست؟
اینکه اسیلوسکوپ چیست و چگونه کار میکند و کاربرد آن چیست موضوعی است که در این مقاله به آن پرداختیم؛ یکی از دستگاه‌های مهمی که در آزمایشگاه‌ها از آن استفاده میشود، اسیلوسکوپ است. این دستگاه وظیفه اندازه گیری و نمایش سیگنال‌ها را بر عهده دارد. با جزیره سخت افزار بزرگترین سایت آموزش الکترونیک همراه باشید تا به سوالات بالا پاسخ دهیم.
اسیلوسکوپ چیست؟ – oscilloscope
اسیلوسکوپ (oscilloscope) یا همان نوسان نما (نوسان سنج) نام دستگاهی کاربردی در آزمایشگاه‌ها است و یک ابزار حیاتی و بسیار ضروری برای فعالان حوزه الکترونیک است.
این دستگاه به منظور دریافت ولتاژ‌های ورودی به صورت سیگنال، ساخته شده است تا آن‌ها را در هر واحد زمان بر روی صفحه نمایش نشان دهد؛ بنابراین آن را به عنوان ابزار اندازه‌گیری ولتاژ یک موج می‌شناسند.
با استفاده از دستگاه اسیلوسکوپ می‌توان فرکانس، مقدار rms و حالت موج سیگنال‌ها را که از فاکتورهای مهم آن هستند، مشاهده کرد.
اسیلوسکوپ‌ها انواع مختلفی دارند که کارکرد هر یک متفاوت است. کسانی که در شاخه‌های مختلف رشته برق تحصیل و بر روی مدارهای الکتریکی و مخابراتی مطالعه می‌کنند، با اسیلوسکوپ آشنایی دارند و انواع آن را می‌شناسند.
در واقع اسیلوسکوپ یک نوع ابزار اندازه گیری است که دانشجویانو اساتید در آزمایشگاه الکترونیک و مخابرات از آن استفاده می‌کنند.
ما در دوره آموزش الکترونیک جزیره سخت افزار سرفصل‌های ویژهای برای آموزش کار با اسیلوسکوپ داریم که در صورت تمایل می‌توانید اطلاعات کامل این دوره را در صفحه مربوط به آن مشاهده کنید.
این ابزار جریان و یا دیتایی که از نقطه‌ای از مدار رد میشود را روی صفحه LCD به نمایش در می‌آورد. با استفاده از اوسیلوسکوپ می‌توانیم تشخیص دهیم که جریان عبوری AC، DC یا PWM است.
آیا دیتای خاصی است؟ دیجیتالی است یا آنالوگ؟ به صورت دندان اره‌ای است یا موج مربعی؟ در واقع می‌توانیم رفتار جریان یا قطعه را بررسی کنیم و ولتاژی که اعمال میکند را چک کنیم.
اسیلوسکوپ و بررسی اجزای آن
اسیلوسکوپ به عنوان یک دستگاه پیچیده از تعدد بسیاری قطعه تشکیل شده و بخش‌های مختلفی در آن وجود دارد. با شناخت اجزای اسیلوسکوپ می‌توانید شناخت بهتر و کامل‌تری نسبت به این دستگاه پیدا کنید؛ به همین خاطر در این بخش فهرستی از اجزای آن تهیه کرده و قصد داریم شما را با آن‌ها آشنا کنیم.
- لامپ پرتو کاتدی: تمام اسیلوسکوپ دارای یک لامپ پرتو کاتدی هستند که کارمرد آن مانند یک قلب برای بدن است. این لامپ با کمک تعدادی مدار کار میکند و خود دارای چند بخش است. این بخش‌ها عبارتند از تفنگ الکترونی، صفحات انحراف دهنده و صفحه فلوئورسان.
- مولد مبنای زمان: همانطور که بیان شد کاربرد اسیلوسکوپ بیشتر به عنوان دستگاه اندازه گیر و نمایش دهنده کمیات وابسته به زمان است. به همین دلیل باید بتواند لکه روشن لامپ که بر روی پرده می‌افتد را از چپ به راست و با شتاب ثابت نشان دهد. از همین رو مولد مبنای زمان در این دستگاه تعبیه شده تا مدار آن بتواند یک ولتاژ مثبت به صفحات انحراف افقی وارد کند.
- سیستم انحراف قائم: معمولا سیگنال‌ها آنقدر قوی نیستند که بتوانند یک انحراف قابل اندازه گیری را روی صفحه لامپ ایجاد کنند. به همین دلیل استفاده از تقویت قائم ضرورت پیدا میکند. سیستم انحراف قائم سیگنال‌هایی که ولتاژ بالایی دارند را نیز به محدوده مد نظر می‌رسانند.
- سیستم انحراف افقی: در اسیلوسکوپ صفحات انحراف افقی وجود دارد که منبع تغذیه آن‌ها ولتاژ رویش است. این ولتاژها نیز توسط مولد مبنای زمان ساخته می‌شوند. البته اعمال این سیگنال‌ها به وسیله یک تقویت کننده صورت می‌گیرد؛ با این حال اگر سیگنال‌ها دامنه کافی داشته باشند، امکان اعمال مستقیم آن‌ها وجود دارد.
- بخش کنترل وضعیت: وظیفه این قسمت کنترل حرکت مسیر باریک سیگنال‌ها است. این قسمت امکان جا به جا کردن موجی که بر روی صفحه نمایش داده میشود را فراهم میکند.
- بخش کنترل شدت: اسیلوسکوپ برای فعالیت به بخشی نیاز دارد که بتواند شدت باریکه را به وسیله کنترل کننده شدت کاهش دهد و با پتانسیومتر که پتانسیل شبکه را نسبت به کاتد تغییر میدهد، تنظیم میشود.
انواع اسیلوسکوپ کدام است؟
همانطور که گفتیم اسیلوسکوپ یک ابزار تعمیرات الکترونیک است و اگر نگاهی به بازار بیندازید، می‌بینید که 2 نوع اسیلوسکوپ وجود دارد:
- اسیلوسکوپ آنالوگ
- اسیلوسکوپ دیجیتال
هریک از این نوع دستگاه‌ها ویژگی و کاربرد مخصوصی دارند. در ادامه هر دو نوع اسیلوسکوپ را معرفی خواهیم کرد.
اسیلوسکوپ آنالوگ چیست؟
اسیلوسکوپ آنالوگ نمونه‌ای قدیمی از این دستگاه است که در سال ۱۸۹۶ برای نخستین بار مراحل ساخت آن آغاز شد و نخستین نمونه آن در سال ۱۸۹۷ به فروش رسید.
قابلیت‌های این نوع دستگاه به نسبت اسیلوسکوپ دیجیتال، کم‌تر است؛ با این حال این دستگاه از قابلیت مانور برخوردار است. اگر نگاهی به این دستگاه بیندازید متوجه خواهید شد که پهنای باند و فرکانس آن تا چه میزان محدود بوده و در آن صفحه نمایش قدیمی تعبیه شده است.
در مقابل، تنوع ساختاری این مدل اسیلوسکوپ در کنار سادگی طراحی آن، بیشتر است و از نظر ابعاد نیز بر نوع دیجیتال، برتری دارد. با این حال به دلیل امکانات محدود و جزئی این نوع اسیلوسکوپ، تنها کارگاه‌های کوچک از آن استفاده می‌کنند که البته تعدادشان کم نیست.
سیلوسکوپ دیجیتال چیست؟
اسیلوسکوپ‌های دیجیتال نتیجه افزودن قابلیت‌ها و امکانات جدید به نمونه قدیمی آن است که برای اولین بار در سال ۱۹۸۵ به بازار وارد شد.
این نوع دستگاه از نظر کاربرد با یکدیگر تفاوتی ندارند؛ اما قابلیت‌های این دو یکسان نیستند و نمونه دیجیتالی، بسیار دقیق‌تر است. دستگاه مذکور قادر است تعداد بیشتری سیگنال را بررسی و تحلیل کند و برای نمایش آن‌ها از مقیاس های گرافیکی استفاده کند.
اسیلوسکوپ دیجیتال قادر به ثبت لحظه‌ای و نمونه‌گیری از تمام پارامترهای محیط خود است. در واقع دستگاه مذکور از توانایی بررسی همزمان چند پارامتر برخوردار است.
این دستگاه حتی می‌تواند اطلاعاتی که به دست می‌آورد را موقتا یا دائمی حفظ کند. از دیگر ویژگی‌های این نوع اسیلوسکوپ‌ها، امکان اتصال به کامپیوتر و USB است.
اسیلوسکوپ و کاربرد آن چیست؟
اسیلوسکوپ در بسیاری از آزمایشگاه‌ها و کارگاه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه قادر است در حوزه‌های علمی و فنی گوناگون تاثیر گذار باشد.
برای شناخت بهتر اسیلوسکوپ، در این قسمت کاربردهای این دستگاه را معرفی خواهیم کرد:
- کاربرد اسیلوسکوپ در تشخیص عیوب مختلف مدارها
- کاربرد اسیلوسکوپ در تعمیر دستگاه های صنعتی
- کاربرد اسیلوسکوپ در دریافت سیگنال‌های ورودی و خروجی مدار ECU
کاربرد اسیلوسکوپ در تعمیر گوشی موبایل
اسیلوسکوپ می‌تواند برای تعمیر گوشی‌های هوشمند به کار گرفته شود. این دستگاه قادر است ولتاژ را در واحد زمان تشخیص داده و بررسی کند؛ سپس شکل موجی که در سیگنال برد اصلی وجود دارد را مشخص سازد تا بدین ترتیب بتوان دلیل آسیب دیدگی گوشی موبایل را پیدا کرد.
در این فرایند، اسیلوسکوپ اطلاعاتی که از گوشی می‌گیرد را به موج تبدیل کرده و روی صفحه نمایش می‌آورد. بدین صورت دامنه موج مشکلات گوشی مانند قطعی در مدار، آسیب دیدن آی سی های فلش موبایل و… نشان میدهد؛ البته تشخیص آن با تعمیرکار است.
کاربرد اسیلوسکوپ در تعمیر خودرو
اسیلوسکوپ می‌تواند در تشخیص عیوبی که ممکن است در خودرو وجود داشته باشد، به کار گرفته شود. این کار به وسیله بررسی سیگنال‌های ورودی و خروجی مدارهای خودرو انجام میشود.
تقریبا در تمام کارگاه تعمیرات برق خودرو این دستگاه مشاهده میشود و افراد در آن برای آزمایش مدار ورودی و خروجی و یافتن عیب در سنسورها استفاده می‌کنند.
عملکرد اسیلوسکوپ چگونه است؟
عملکرد اسیلوسکوپ را می‌توان در نشان دادن چگونگی تغییر ولتاژ بین دو نقطه در مدار به مرور زمان مشاهده کرد. هر نوع از ولتاژها نوسان‌های مختلفی دارند که به شما نشان میدهد و شما قادر به مطالعه آن‌ها خواهید بود.
زمانی که این شکل موج‌ها را مشاهده کنید، متوجه خواهید شد که یک مدار چگونه عمل میکند. بدین صورت اگر در مدار مشکلی وجود داشته باشد، شما متوجه آن خواهید شد.
همچنین امکان مشخص کردن عملکرد مدارها و مشاهده سیگنال‌ها به صورت یکپارچه در یک خط انتقال برای شما فراهم خواهد شد. تمام این موارد عملکرد اسیلوسکوپ را نشان میدهد.
اسیلوسکوپ چه پارامترهایی را اندازه گیری میکند؟
همانطور که می‌دانید اسیلوسکوپ به منظور اندازه‌گیری شکل موج ولتاژ تولید میشود؛ اما این تنها کارایی دستگاه مذکور نیست.
اسیلوسکوپ می‌تواند از ترانسدیوسر یا پراب جریان کمک بگیرد و جریانات الکتریکی را اندازه گیری کند. در ادامه تمام پارامترهایی که این دستگاه قادر به اندازه گیری آن‌ها است را آورده‌ایم:
- سیگنال ولتاژ
- فرکانس سیگنال
- دامنه سیگنال
- دوره تناوب سیگنال
- مقدار موثر سیگنال
- مقدار پیک تا پیک موج
کانال اسیلوسکوپ چیست؟
بیشتر اسیلوسکوپ‌ها دو کانال ورودی دارند که سیگنال‌ها از آن وارد می‌شوند. سیم‌های ویژهای (پراب) که در سمت راست پایین دستگاه تعبیه شده‌اند دارای دو علامت CH1 و CH2 هستند در این کانال‌ها قرار دارند. بدین صورت همزمان می‌توان دو سیگنال متفاوت را مشاهده و بررسی کرد.
Probe چیست؟
Probe (پروب یا پراب) یک نوع قطعه است که وظیفه دارد سیگنال های الکتریکی را به اسیلوسکوپ منتقل کند. این قطعه دارای یک سیم رابط نیز بوده که معمولا از کابل کواکسیال تشکیل شده است. این موضوع به دلیل به حداقل رساندن میزان نویز سیگنال‌ها است.
در نوک پروب یک گیره فلزی تعبیه شده که برای متصل کردن آن به یک نقطه از مدار، کاربرد دارد. البته می‌توان پوشش پلاستیکی را از روی نوک پروب برداشت تا نوک آن شبیه سوزن شود. نوک سوزنی پروب نیز گاهی کاربردی است. به قسمتی از سیم رابط پروب که متصل به ورودی اسیلوسکوپ است، BNC گفته میشود. این قسمت در انتهای قسمت فلزی سیم قرار دارد.
X10 و X1 پراب اوسیلوسکوپ چیست؟
روی پراب یک دکمه وجود دارد که در دو طرف آن X10 و X1 نوشته شده است. اگر دکمه روی X10 تنظیم باشد، ولتاژها و فرکانس‌هایی که اندازه گیری می‌کنیم را 10 برابر کوچکتر نشان میدهد.
اما اگر روی X1 تنظیم باشد دقیقاً همان اندازه اصلی را نمایش میدهد. به دلیل اینکه صفحه LCD اسیلوسکوپ کوچک است، برای راحت‌تر شدن دیدن نتیجه، بهتر است پراب را روی X10 تنظیم کنیم.
نکاتی مهم برای انتخاب دستگاه اسیلوسکوپ
خرید هر دستگاهی باید با دقت و تمرکز انجام شود؛ به ویژه اگر این دستگاه تخصصی بودن و نقشی مهم در حوزه‌های علمی یا کاری داشته باشد. در این قسمت مجموعه‌ای از نکات مهم را برای شما جمع آوری کرده‌ایم که برای انتخاب دستگاه مناسب به شما کمک میکند:
- توجه به فرکانس کاری و سرعت نمونه برداری اسیلوسکوپ و تناسب آن با نیاز شما بسیار مهم است.
- هنگام خرید به پهنای باند یا Band width دستگاه توجه کنید. این ویژگی همان توانایی دستگاه در اندازه گیری سیگنال آنالوگ است. اگر می‌خواهید دقتی معادل %2 با یک اسیلوسکوپ 100MHz به دست بیاورند باید فرکانس اعمالی به دستگاه حداکثر 20MHz باشد.
- تعداد کانال‌های یک اسیلوسکوپ بسیار مهم است؛ چرا که بر تعداد شکل موج‌هایی که قادر به نمایش آن‌ها است، تاثیر می‌گذارد. نمونه‌های 2 و 4 کاناله بیشترین کاربرد را دارند.
- نکته دیگر توجه به نرخ نمونه برداری یا Sample Rate است که هر چه بیشتر باشد، کیفیت اندازه گیری و نمایش بالاتر خواهد بود.
- توجه به تریگر دستگاه از دیگر نکات مهم در خرید آن است؛ زیرا این بخش سیگنال‌های پردازش شده را ثابت میکند.
- مقدار حافظه اسیلوسکوپ نیز بسیار مهم است. هر چه مقدار حافظه این دستگاه بیشتر باشد، قدرت ذخیره سیگنال‌ها در آن نیز بیشتر خواهد بود.
- اگر اسیلوسکوپ از قابلیت اندازه گیری اتوماتیک برخوردار باشد، کار کردن با آن بسیار راحت‌تر خواهد بود. به همین دلیل به این فاکتور در خرید دستگاه مذکور توجه کنید.
- اتصال به کامپیوتر از دیگر قابلیت‌هایی است که انتطار می‌رود در اسیلوسکوپ وجود داشته باشد.
- در خرید این دستگاه به ابعاد و ویژگی‌های صفحه نمایش نیز توجه کنید؛ چرا که بزرگ‌تر و باکیفیت‌‌تر بودن آن موجب میشود سیگنال‌های بیشتر، راحت‌تر بررسی شوند.
- نکته آخر توجه به قابلیت دیکد کردن سریال باس در این دستگاه است که نوع اتوماتیک آن توصیه میشود.
جمع‌بندی از اینکه اسیلوسکوپ چیست
ما در این مقاله مفصل توضیح دادیم که اسیلوسکوپ چیست، چگونه کار میکند و چه کاربردی دارد؛ همانطور که بیان شد اسیلوسکوپ می‌تواند سیگنال‌ها را از مدارها دریافت کند و با طی شدن فرایندی سریع، تغییرات آن‌ها را بر روی صفحه نمایش نشان دهد.
بدین صورت امکان مطالعه و بررسی آن‌ها فراهم میشود. ما در این مقاله به کاربردها،اجزا، انواع و کاربردهای دستگاه مذکور اشاره کردیم. همچنین بیان عملکرد اسیلوسکوپ و نکات خرید و پارامترهایی که این دستگاه بررسی میکند از دیکر مواردی است که به آن پرداختیم.
دیدگاهتان را بنویسید