آموزش اسیلوسکوپ – { بخش دوم – آناتومی اسکوپ و آشنایی با پراب}

مقدمه

با سلام خدمت همه شما دوستان. در جلسه دوم آموزش اسیلوسکوپ دیجیتال قصد داریم در مورد تنظیمات اسیلوسکوپ و دکمه های بخش های مختلف اسیلوسکوپ صحبت کنیم. پیشنهاد میکنم برای فهم بیشتر این مطلب جلسه قبل این آموزش رو بخونید:

• جلسه 1 : معرفی مشخصات اسیلوسکوپ دیجتال و اصطلاحات فنی آن

تشریح کامل اسیلوسکوپ

اگر چه همه اسیلوسکوپ ها دقیقا شبیه به هم نیستند ولی همه اون ها یک ویژگی های مشترکی دارند که باعث میشه با شناخت یکی از انواع اسیلوسکوپ ها ، نوع های دیگر رو هم تقریبا بشناسیم. در این بخش قصد داریم در مورد ویژگی های مشترکی که همه اسیلوسکوپ ها با همدیگه دارن صحبت کنیم. این مشخصات شامل صفحه نمایشگر ، تنظیمات محورهای عمودی و افقی ، Trigger و ورودی های اسکوپ هست.

صفحه نمایش اسیلوسکوپ:

[post_shop]

صفحه نمایش یک اسیلوسکوپ بخش مهمی از اون رو تشکیل میده. در صفحه نمایش اطلاعاتی در مورد موج ورودی و یک سری تنظیمات به ما نشون داده میشه. شکل زیر رو ببینید:

صفحه اسیلوسکوپ از یک سری مربع های کوچکتر تشکیل میشه. این که هر مربع نشون دهنده چند ثانیه یا چند ولتاژ باشه با دکمه های اسیلوسکوپ (دکمه های بخش  محورهای عمودی و افقی) قابل تنظیم هست. واحد هر ضلع این مربع در محور عمودی Volt/div هست و واحد هر ضلع این مربع در محور افقی Second/div هست. به طور کلی تعداد این مربع ها در محور افقی 10 تا 14 تا و در محور عمودی 8 تا 10 تا هست.

اسکوپ های قدیمی ( به خصوص نوع آنالوگ ) از صفحه نمایش های تک رنگ استفاده میکردند اگر چه میشد شدت موج رو تغییر داد ولی وقتی میخواستیم همزمان چند تا موج رو ببینیم چون همه موج ها به یک رنگ بود شاید  بعضی از شکل موج ها واضح و خوب دیده نمیشد. . اما در اسیلوسکوپ های جدید از صفحه نمایش های چند رنگ استفاده میشه و به هر موج یک رنگ رو اختصاص میدن که این باعث میشه چند شکل موج رو بتونیم خیلی راحت و زیبا روی اسکوپ ببینیم.

در کنار صفحه نمایش ها معمولا حدود 5 تا دکمه هم قرار میگیره که کاربرد این دکمه ها برای حرکت بین منوها و یه سری تنظیمات کنترلی هست.

معرفی دکمه های تنیظماتی بخش عمودی اسیلوسکوپ: (Vertical System)

این دکمه ها  تنظیمات مربوط به محور عمودی اسکوپ ( محور ولتاژ) رو انجام میدن. در این قسمت به طور معمولا دو تا دکمه چرخشی وجود داره که یکی از این دکمه ها برای تنظیم موقعیت عمودی موج هست و دیگری مقدار Volt/div رو تنظیم میکنه. ( منظور از Volt/div یعنی این که هر ضلع مربع در واحد عمودی چند ولت هست)

در شکل بالا چون اسکوپ ما دو کاناله هست. برای هر کانال دو دکمه چرخشی وجود داره.

همونطور که گفته شد با دکمه چرخشی Volt/div میتونیم مقیاس محور عمودی رو تنظیم کنیم. یعنی این که هر واحد محور عمودی چند ولت باشه. اگه این دکمه در جهت عقربه های ساعت چرخیده بشه باعث میشه که این مقیاس کم بشه ( یعنی هر واحد عمودی نشون دهنده ی ولتاژ کمتر باشه ). بدیهی است که چرخش در خلاف جهت عقربه های ساعت باعث افزایش این مقدار خواهد شد. خیلی دور از ذهن نیست اگه بگیم با کاهش مقیاس محور عمودی در واقع داریم روی نمودار زوم میکنیم و برعکس.

به عنوان مثال صفحه نمایشگر اسکوپ GA1102 در بخش عمودی دارای 8 قسمت هست و مقدار Volt/div این بخش ( یعنی هر ضلع مربع در واحد عمودی) میتونه از 2mv باشه تا 5v ( همون مفهوم Vertical Sensitivity که در جلسه قبل گفتیم). حالا اگه ما بیاییم و این مقیاس رو روی 2 میلی ولت تنظیم کنیم محور عمودی از بالا تا پایین میتونه 16 میلی ولت رو به ما نشون بده (2 میلی ولت رو در تعداد تقسیم بندی بخش عمودی ضرب کنید) و اگه بیاییم و این مقیاس رو روی 5 ولت تنظیم کنیم محور عمودی از بالا تا پایین میتونه تا 40 ولت رو به ما نشون بده. ( البته پراب که در ادامه در مورد صحبت خواهیم کرد میتونه این رنج رو افزایش بده)

با دکمه چرخشی مربوط به تنظیم موقعیت عمودی موج ، میتونید بخشی از خطای صفحه نمایش رو جبران کنید. اگه این دکمه رو در جهت ساعتگرد بچرخونید ، موج پایین آورده میشه و اگه در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخونید موج بالا میره.

با استفاده از ترکیب این دو دکمه چرخشی ما میتونیم روی بخش دلخواهی از نمودار که برامون مهم هست کلیک کنیم. مثلا اگه یه یه موج مربعی با دامنه 5 ولت داریم که لبه بالارونده این موج برای ما مهم هست ، میتونیم با استفاده همزمان از این دو دکمه روی بخش دلخواهمون زوم کنیم ( سوال: چطور میشه این کار رو انجام داد؟)

معرفی دکمه های تنیظماتی بخش افقی  اسیلوسکوپ: (Horizontal System)

دکمه های این بخش تنظیمات مربوط به محور افقی اسیلوسکوپ ( یعنی محور زمان) رو انجام میدن. مشابه بخش عمودی ، بخش افقی هم دو تا دکمه چرخشی داره. یکی برای تنظیم موقعیت موج  و دیگر تنظیم مقیاس واحد زمان. ( یعنی این که هر ضلع مربع در واحد افقی چند ثانیه است)

با استفاده از دکمه تنظیم مقیاس واحد عمودی ( second per division ) میشه تعیین کرد که هر بخش از ضلع مربع ها در محور افقی نشون دهنده چند ثانیه هستند. اگه این دکمه رو در جهت عقربه های ساعت بچرخونید ، هر واحد افقی نشون دهنده مقدار ثانیه های کمتری خواهد بود که این به معنای zoom ( بزرگنمای )  روی محور افقی نمودار هست و اگه این دکمه رو در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخونید هر واحد افقی ثانیه های بیشتری رو نشون خواهد داد و با این کار در واقع  روی محور افقی  نمودار zoom out ( کوچک نمایی) انجام داده ایم.

برای مثال دوباره از همون اسیلوسکوپ GA1102 استفاده میکنیم. در این اسیلوسکوپ محور افقی به 14 بخش تقسیم شده که هر کدوم از این بخش ها میتونن حداقل نشون دهند 2ns باشند و حداکثر نشون دهنده 50s باشن. ( همون مفهوم Time base که در جلسه قبل توضیح دادیم). حالا اگه ما هر مقیاس واحد افقی رو روی 2ns تنظیم کنیم آنگاه کل محور افقی 28ns از نمودار رو به ما نشون خواهد داد و اگه هر مقیاس واحد افقی رو روی 50s تنظیم کنیم ، آنگاه کل محور افقی نشون دهنده 700 ثانیه از نمودار خواهد بود.

دکمه تنظیم موقعیت هم که میتونه محور شما رو به چپ و یا راست منتقل کنه و با استفاده از اون میتونید آفست محور افقی رو جبران کنید.

با استفاده از دکمه های مربوط به تنظیمات واحد افقی ما میتونیم تعیین کنیم که چند دوره تناوب از نمودار رو روی صفحه نمایش ببینیم. همچنین میتونید با zoom out ( کوچک نمایی نمودار) قله های سیگنال خودتون رو مشاهده کنید.

کار دیگه ای که با این دکمه ها میشه انجام داد اینه که روی بخش دلخواهی از نمودارتون زوم کنید. ( با استفاده همزمان از هر دو دکمه)

معرفی سیستم تریگر اسیلوسکوپ:

بخش تریگر اسکوپ برای ثابت کردن و بهتر نشون داده یک موج به کار میره. شکل زیر تفاوت بین یک سیگنال تریگر شده و یک سیگنال تریگر نشده رو نشون میده:

اگه سیگنال شما یک سیگنال متناوب باشه با استفاده از تریگر میتونید سیگنال مورد نظرتون رو ، روی صفحه نمایش ثابت نگه دارید. اما اگه سیستم تریگر اسکوپ شما ضعیف باشه آنگاه برای یک سیگنال متناوب ممکنه چنین شکلی رو ببینید: ( یعنی موج روی صفحه نمایش حرکت کنه)

بخش مربوط به تریگر در یک اسکوپ از یک دکمه چرخشی برای تنظیم سطح و یه سری کلیدهای دیگه برای تعیین نوع و منبع تریگر تشکیل شده.

با استفاده از دکمه ها و منوهای صفحه نمایش میشه یک سری تنظیمات رو در مورد تریگر انجام داد. مثلا این که منبع تریگر چی باشه و یا در چه نوع مدی فعالیت کنه. تریگر دارای مدهای مختلفی هست که هر کدوم از این مدها میگن که تریگر چطوری فعال بشه. در مورد تریگر تلاش میکنیم تا یک جلسه رو به طور کامل آموزش بدیم.

پراب ها

اسیلوسکوپ وقتی برای ما کاربرد داره که ما بتونیم اون رو به مدارمون وصل کنیم. در اینجاست که از پراب استفاده میشه. پراب ها دستگاه های تک ورودی ای هستند که سیگنال رو از مدار شما به اسکوپ انتقال میدن. پروب ها اکثرا دارای یک نوک تیز هستند که این نوک تیز به مدار شما وصل میشه. البته گاهی اوقات پراب ها سرشون یک قلاب داره که باعث میشه پراب راحتتر به مدار شما وصل بشه. همچنین هر پراب یک سیم اضافی هم در کنار خودش داره که باید به زمین مدار شما وصل بشه.

شاید در ظاهر پراب یک وسیله ساده به نظر برسه که در واقع به مدار شما وصل میشه و سیگنال رو از مدار شما به اسکوپ انتقال میده اما پراب ها پیچیدگی های خاص خودشون رو دارن و داخلشون یه سری مدارها وجود داره که این مدارها وظایف مهمی رو بر عهده دارند.

یک پراب مطلوب برای ما پرابی هست که در واقع نامریی باشه. یعنی تاثیری رو سگینال ما نداشته باشه. اما متاسفانه اگه طول سیم پراب بلند باشه این سیم خاصیت سلفی و مقاومتی و خازنی خواهد داشت و تاثیراتی رو بر روی سیگنال میذاره ( به خصوص در فرکانس های بالا)

پراب های مختلفی در بازار وجود داره. یکی از متداول ترین اونها ، پراب های passive هستند که خیلی از اسکوپ ها هم از این پراب استفاده میکنند. بسیاری از پراب های passive که وجود دارند میان و این تاثیرات رو تا حد خوبی از بین میبرن. در اکثر این پراب ها یک مقاومت خیلی بزرگ با یک خازن کوچک موازی شده که باعث میشه تاثیر طول کابل بر روی سیگنال به حداقل مقدار ممکن خودش برسه. اگه یادتون باشه در جلسه قبل گفتیم که خود اسکوپ هم یه امپدانس ورودی داره ( یک مقاومت بزرگ در حد 1 مگااهم موازی با یک خازن کوچک). حالا این امپدانسی که در پراب وجود داره و این امپدانس ورودی اسکوپ باعث یک تقسیم ولتاژ بین پراب شما و ورودی اسکوپ شما میشن.

اکثر پراب ها از یک مقاومت 9 مگا اهم برای تضعیف تاثیر طول کابل پراب استفاده میکنن که این مقاومت ترکیب میشه با مقاومت 1 مگا اهم که در ورودی اسکوپ وجود داره که باعث میشه 1/10 ولتاژ ورودی پراب به اسکوپ برسه. به این پراب ها معمولا “پراب های 10X تضعیف شده” هم گفته میشه. اکثر پراب ها بر روی خودشون یک دکمه دارن که با این دکمه میشه تعیین کرد که از مد 10X استفاده کنیم و یا مد 1X ( بدون تضعیف)

پراب های تضعیف شده یک گزینه ای مناسب برای افزایش دقت در فرکانس های بالاست. اما در عوض دامنه سیگنال شما رو کاهش میدن.(1/10 برابر میکنند) اگه شما نیاز داشته باشید که یک ولتاژ پایین رو اندازه گیری کنید آنگاه شاید مجبور باشید از 1X استفاده کنید. گاهی اوقات هم ممکنه شما نیاز داشته باشید تا به اسکوپ بگید که از یک پراب تضعیف شده استفاده میکنید. (در اسکوپ های آنالوگ باید خود کاربر دامنه سیگنال رو در 10 ضرب کنه) اگر چه خیلی از اسیلوسکوپ های دیجیتال به صورت اتوماتیک این موضوع رو تشخیص میدن.پس به طور خلاصه میتوان گفت:

اگه کاربرد 1X رو انتخاب کنه ، دامنه سیگنال تضعیف نمیشه ولی برای فرکانس های بالا ممکن براش مشکل پیش بیاد. اما اگه 10X رو انتخاب کنه ، برای فرکانس های بالا مشکلی براش پیش نمیاد ، اما دامنه سیگنال 1/10 برابر میشه که اکثر اسکوپ های دیجیتال این موضوع رو میفهمن ، ولی برای اسکوپ های آنالوگ باید اون رو در 10 ضرب کنیم.

[/post_shop]

در مقابل پراب های passive یه سری پراب های دیگه در بازار وجود داره که بهش میگن پراب های active . این پراب ها، پراب های مجهزی هستند ( البته به یک منبع تغذیه جداگانه هم نیاز دارند.) که میتونن سیگنال شما رو قبل از این که به اسکوپ برسه تقویت کنند. اگر چه همه پراب ها برای اندازه گیری ولتاژ ساخته شده اند. اما این پراب ها طراحی شده اند تا جریان های AC و DC رو اندازه گیری کنند.  در شکل زیر نمونه ای از یک پراب active رو میبینید:

خوب دوستان ، به انتهای این جلسه هم رسیدیم. در جلسه بعد که جلسه آخر هم هست میخوایم یاد بگیریم که چگونه از اسیلوسکوپ استفاده کنیم. مثل همیشه میتونید ما رو در تلگرام و یا اینستاگرام دنبال کنید: