آنچه درباره اسیلوسکوپ ها باید بدانیم!

اسیلوسکوپ چیست؟

اسیلوسکوپ، ابزاری است که سیگنال های الکتریکی را به صورت گرافیکی نمایش می دهد و نشان می دهد که چگونه این سیگنال ها در طول زمان تغییر می کنند. این سیگنال‌ها را با اتصال به یک حسگر اندازه‌گیری می‌کند، دستگاهی است که سیگنال الکتریکی را در پاسخ به محرک‌های فیزیکی مانند صدا، نور و گرما ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، میکروفون سنسوری است که صدا را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

مگا تجهیز در این مقاله سعی کرده اند تا از نحوه کارکرد آن تا نحوه پیدا کردن اسیلوسکوپ را برای خواننده پوشش دهند. مطالعه این مقاله انتخاب خریدار را راحت تر میکند.

مگا تجهیز نماینده اسیلوسکوپ شرکت های owon، victor، hantek و تامین کننده محصولات TEXTRONIC آمریکا است.

تاریخچه اسیلوسکوپ

در سال 1897 یک فیزیکدان آلمانی به نام کارل فردیناند براون یک لوله پرتو کاتدی و همراه با آن اولین اسیلوسکوپ را اختراع کرد که چند دهه بعد توسط شرکت A.C. Cossor گسترش یافت. در سال 1934، اولین اسیلوسکوپ تجاری توسط رادیو جنرال منتشر شد و اولین اسیلوسکوپی بود که در خارج از آزمایشگاه مورد استفاده قرار گرفت. و در سال 1946، هاوارد وولوم و ملوین جک مورداک Tektronix را تأسیس کردند که به یک اسیلوسکوپ پیشرو در جهان تبدیل شد. از آن زمان، Tek به انتشار فناوری‌های نوین جدید، از جمله اولین اسیلوسکوپ دیجیتال در سال 1971 و اولین راه‌حل نرم‌افزار اسیلوسکوپ به ابر-TekDrive- در سال 2020 ادامه داده است. اسیلوسکوپ‌ها جزء اصلی میز هر مهندس هستند و حتی در فیلم‌های معروف نیز به نمایش درآمده‌اند.

اسیلوسکوپ برای چه مواردی استفاده می شود؟

اسیلوسکوپ ها اغلب هنگام طراحی، ساخت و یا تعمیر تجهیزات الکترونیکی استفاده می شوند. مهندسان از یک اسیلوسکوپ برای اندازه‌گیری پدیده‌های الکتریکی و حل چالش‌های اندازه‌گیری سریع و دقیق استفاده می‌کنند تا طرح‌های خود را تأیید کنند یا اینکه که یک سنسور به درستی کار می‌کند یا خیر.

چه کسی از اسیلوسکوپ استفاده می کند؟

دانشمندان، مهندسان، فیزیکدانان، تکنسین های تعمیر و مربیان از اسیلوسکوپ ها برای مشاهده تغییر سیگنال ها در طول زمان استفاده می کنند. یک مهندس خودرو ممکن است از یک اسیلوسکوپ برای ارتباط داده های آنالوگ از سنسورها با داده های سریال از واحد کنترل موتور استفاده کند. در همین حال، یک محقق پزشکی ممکن است از یک اسیلوسکوپ برای اندازه گیری امواج مغزی استفاده کند. هیچ کمبودی برای برنامه های کاربردی برای این ابزار قدرتمند وجود ندارد.

اسیلوسکوپ چه چیزی را اندازه گیری می کند؟

اکثر محصولات مصرفی شامل مدارها یا قطعات الکترونیکی هستند و یک اسیلوسکوپ در طول فرآیند طراحی محصول برای آزمایش آن قطعات استفاده می شود. اما اسیلوسکوپ چیست؟ و اسیلوسکوپ چه چیزی را اندازه گیری می کند؟

اسیلوسکوپ ابزاری است که سیگنال های الکتریکی را به صورت گرافیکی نمایش می دهد و نشان می دهد که چگونه این سیگنال ها در طول زمان تغییر می کنند. مهندسان از اسیلوسکوپ ها برای اندازه گیری پدیده های الکتریکی استفاده می کنند و به سرعت طرح های مدار خود را آزمایش، تأیید و اشکال زدایی می کنند. وظیفه اصلی یک اسیلوسکوپ اندازه گیری امواج ولتاژ است. این امواج بر روی یک نمودار نمایش داده می شوند که می تواند چیزهای زیادی را در مورد یک سیگنال به شما بگوید، مانند:

·       مقادیر زمان و ولتاژ یک سیگنال.

·       فرکانس یک سیگنال نوسانی

·       “قطعات متحرک” یک مدار که با سیگنال نشان داده می شود.

·       فرکانسی که با آن بخش خاصی از سیگنال نسبت به بخش های دیگر رخ می دهد.

·       اینکه آیا یک جزء معیوب سیگنال را مخدوش می کند یا نه.

·       چه مقدار از یک سیگنال جریان مستقیم (DC) یا جریان متناوب (AC) است.

·       چه مقدار از سیگنال نویز است و آیا نویز با گذشت زمان تغییر می کند.

در حالی که اسیلوسکوپ ها عمدتاً برای اندازه گیری ولت طراحی شده اند، می توانند سیگنال های مختلفی را شناسایی و اندازه گیری کنند، از جمله:

Current

چند راه برای استفاده از اسیلوسکوپ برای اندازه گیری جریان وجود دارد. یکی اندازه گیری ولتاژ افت شده در یک مقاومت شنت است. مورد دیگر این است که به سادگی از یک پروب کارنت استفاده کنید.

Sound
اندازه گیری صدا از طریق اسیلوسکوپ نیز امکان پذیر است. شما به یک مبدل نیاز دارید (برای “تبدیل” سیگنال صوتی به ولتاژ)، که سپس آن را به یک کانال در محدوده متصل می کنید. سپس سیگنال را به صورت ولتاژ متناظر در مقابل زمان نمایش می دهید.

Capacitance
در حالی که یک اسیلوسکوپ اندازه گیری مستقیمی از ظرفیت را نمی دهد، می توان از آن برای اندازه گیری ثابت زمانی استفاده کرد تا ظرفیت واقعی یک سیستم الکتریکی  با یک ژنراتور با عملکرد دلخواه را بیابد.

DC Voltage
اکثر اسیلوسکوپ های مدرن امکان اندازه گیری ولتاژ DC را به صورت خودکار فراهم می کنند. با این حال، می توانید آن را به صورت دستی با “شمارش” شبکه های عمودی و ضرب در ولت در هر تقسیم اندازه گیری کنید.

Frequency
بیشتر اسیلوسکوپ های مدرن مانند ولتاژ DC، فرکانس را به صورت خودکار اندازه گیری می کنند. با این حال، می توان فرکانس را به صورت دستی با محاسبه دوره سیگنال (با استفاده از مکان نما یا شبکه های افقی) و تقسیم 1 بر دوره ای که فرکانس را به شما می دهد، محاسبه کرد.

Inductance
اگر LCR متر ندارید، می توانید اندوکتانس را با یک اسیلوسکوپ و یک ژنراتور تابع اندازه گیری کنید. این یک اندازه گیری ساده با مقدار عدم قطعیت 3 تا 5 درصد خواهد بود.

انواع اسیلوسکوپ

  تجهیزات الکترونیکی را می توان به دو دسته آنالوگ و دیجیتال طبقه بندی کرد. تجهیزات آنالوگ با ولتاژهای متغیر پیوسته کار می کنند، در حالی که تجهیزات دیجیتال با اعداد باینری گسسته که نمونه های ولتاژ را نشان می دهند کار می کنند. یک گرامافون معمولی یک دستگاه آنالوگ است، در حالی که یک دستگاه پخش سی دی یک دستگاه دیجیتال است. اسیلوسکوپ ها را می توان به طور مشابه – در انواع آنالوگ و دیجیتال طبقه بندی کرد. برخلاف اسیلوسکوپ آنالوگ، اسیلوسکوپ دیجیتال از مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای تبدیل ولتاژ اندازه گیری شده به اطلاعات دیجیتال استفاده می کند. شکل موج را به عنوان یک سری نمونه به دست می آورد و این نمونه ها را تا زمانی که نمونه های کافی برای توصیف یک شکل موج جمع می کند ذخیره می کند.

انواع اسیلوسکوپ دیجیتال

اسیلوسکوپ های دیجیتال را می توان به چهار نوع طبقه بندی کرد:

1.     اسیلوسکوپ های ذخیره سازی دیجیتال (DSO)

2.     اسیلوسکوپ های فسفر دیجیتال (DPO)

3.     اسیلوسکوپ سیگنال مختلط (MSO)

4.     اسیلوسکوپ های نمونه برداری دیجیتال

در ادامه بیشتر در مورد اسیلوسکوپ ها خواهیم نوشت:

1.     اسیلوسکوپ های ذخیره سازی دیجیتال (DSO)

یک اسیلوسکوپ دیجیتال معمولی به عنوان اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال (DSO) شناخته می شود. نمایشگر آن معمولاً به جای فسفر نورانی که در اسیلوسکوپ‌های آنالوگ قدیمی‌تر یافت می‌شود، به صفحه‌ای از نوع شطرنجی متکی است.

DSO ها به شما امکان می دهند وقایعی را که ممکن است فقط یک بار اتفاق بیفتند را ضبط و مشاهده کنید که به عنوان گذرا شناخته می شوند. از آنجایی که اطلاعات شکل موج به صورت دیجیتالی به عنوان یک سری مقادیر باینری ذخیره شده وجود دارد، می توان آن را در خود اسیلوسکوپ یا یک کامپیوتر خارجی آنالیز، بایگانی، چاپ و پردازش کرد.

شکل موج نباید پیوسته باشد. حتی زمانی که سیگنال ناپدید می شود می توان آن را نمایش داد. برخلاف اسیلوسکوپ های آنالوگ، DSO ها ذخیره سیگنال دائمی و پردازش شکل موج گسترده را فراهم می کنند. با این حال، DSO ها معمولاً درجه بندی شدت بلادرنگ ندارند. بنابراین آنها نمی توانند سطوح متفاوتی از شدت را در سیگنال زنده بیان کنند. یک DSO از یک معماری پردازش سریال برای گرفتن و نمایش یک سیگنال بر روی صفحه نمایش خود استفاده می کند.

DSO ها عملکرد بالایی را در یک ابزار تک شات و چند کاناله ارائه می دهند. آنها برای برنامه های طراحی چند کاناله با سرعت کم یا تک شات، با سرعت بالا ایده آل هستند. در دنیای واقعی طراحی دیجیتال، یک مهندس معمولاً چهار یا چند سیگنال را به طور همزمان بررسی می کند و DSO را به یک همراه مهم تبدیل می کند.

2.     اسیلوسکوپ های فسفر دیجیتال (DPO)

اسیلوسکوپ فسفر دیجیتال (DPO) رویکرد جدیدی به معماری اسیلوسکوپ ارائه می دهد. این معماری آن را قادر می‌سازد تا قابلیت‌های منحصربه‌فردی را برای بازسازی و بازسازی سیگنال ارائه دهد. در حالی که یک DSO از یک معماری پردازش سریال برای ضبط، نمایش و تجزیه و تحلیل سیگنال ها استفاده می کند، یک DPO از یک معماری پردازش موازی برای انجام این عملکردها استفاده می کند.

DPO برای کسانی که به بهترین ابزار طراحی و عیب یابی عمومی برای طیف گسترده ای از برنامه ها نیاز دارند ایده آل است. یک DPO برای تجزیه و تحلیل پیشرفته، تست ارتباطی، اشکال زدایی دیجیتال سیگنال های متناوب، طراحی دیجیتال تکراری نمونه و برنامه های زمان بندی است.

3.     اسیلوسکوپ سیگنال مختلط (MSO)

اسیلوسکوپ سیگنال مختلط (MSO) عملکرد یک DPO را با عملکرد اصلی یک تحلیلگر منطقی 16 کانالی، از جمله رمزگشایی و راه اندازی پروتکل گذرگاه موازی/سریال ترکیب می کند.

MSO ابزار انتخابی برای اشکال زدایی سریع مدارهای دیجیتال با استفاده از راه انداز دیجیتال قدرتمند، قابلیت اکتساب با وضوح بالا و ابزارهای تجزیه و تحلیل است. علت اصلی بسیاری از مشکلات دیجیتال با تجزیه و تحلیل هر دو نمایش آنالوگ و دیجیتال سیگنال سریعتر مشخص می شود و MSO را برای تأیید و اشکال زدایی مدارهای دیجیتال ایده آل می کند.

4.     اسیلوسکوپ های نمونه برداری دیجیتال

هنگام اندازه‌گیری سیگنال‌های فرکانس بالا، DSO یا DPO ممکن است نتوانند نمونه‌های کافی را در یک حرکت جمع‌آوری کنند. یک اسیلوسکوپ نمونه برداری دیجیتال یک ابزار ایده آل برای گرفتن دقیق سیگنال هایی است که اجزای فرکانس آنها بسیار بالاتر از نرخ نمونه اسیلوسکوپ است . این اسیلوسکوپ قادر است سیگنال هایی را تا یک مرتبه بزرگتر از هر اسیلوسکوپ دیگری اندازه گیری کند. می تواند پهنای باند و زمان بندی با سرعت بالا را ده برابر بیشتر از سایر اسیلوسکوپ ها برای سیگنال های تکراری بدست آورد. اسیلوسکوپ های نمونه برداری متوالی زمان معادل با پهنای باند تا 80 گیگاهرتز در دسترس هستند.

نحوه انتخاب اسیلوسکوپ مناسب

هنگام تصمیم گیری برای خرید اسیلوسکوپ، مواردی وجود دارد که باید در نظر بگیرید، از جمله پهنای باند، قابلیت های ذخیره سازی، نرخ نمونه برداری، قابلیت حمل، حداکثر عمق حافظه، سرعت به روز رسانی شکل موج، وضوح، و غیره.

نکات مهمی که باید قبل از انتخاب اسیلوسکوپ بعدی خود در نظر بگیرید

1. کاربرد اسیلوسکوپ و انواع اندازه گیری ها

·       آیا اسیلوسکوپ برای کاربردهای میدانی مناسب است؟ آیا حمل و استفاده از آن راحت تر است؟

·       آیا ترجیح می دهید آن را در یک مکان برای آزمایش داشته باشید؟

·       آیا برای برنامه های خود به چندین قابلیت مانند اسیلوسکوپ، تحلیلگر طیف RF و تحلیلگر منطقی نیاز دارید؟

·       آیا اسیلوسکوپ برای آزمایش پهنای باند بالا یا کم است؟

·       آیا می خواهید داده ها را برای استفاده بیشتر ذخیره کنید؟

 2. بودجه شما

بسته به اینکه چقدر می خواهید برای آن هزینه کنید، و اینکه آیا برای استفاده طولانی مدت یا کوتاه مدت به آن نیاز دارید، می توانید اسیلوسکوپ را خریداری، اجاره یا اجاره کنید.

 3. خرید اسیلوسکوپ های دست دوم

اسیلوسکوپ های مستعمل یا دست دوم مقرون به صرفه هستند و می توانند تا 90٪ ارزان تر از اسیلوسکوپ های جدید باشند. تجهیزاتی که توسط تولیدکنندگان متوقف شده اند نیز در بسیاری از موجودی های اجاره تجهیزات آزمایشی برای اجاره، یا فروش یافت می شوند.

هنگام خرید تجهیزات پیش ساخته، شرایط و طول عمر آنها، قابلیت های ارائه شده و سازگاری نرم افزار اختصاصی دستگاه با سیستم عامل فعلی خود را در نظر داشته باشید.

عواملی که به شما در انتخاب اسیلوسکوپ مناسب کمک می کند.

برای اینکه کار را برای شما راحت تر کنیم، ما برخی از عواملی را که باید قبل از خرید اسیلوسکوپ در نظر بگیرید، فهرست کرده ایم.

● پهنای باند (Bandwidth)

اسیلوسکوپی را انتخاب کنید که دارای پهنای باند کافی برای ثبت دقیق بالاترین فرکانس سیگنال های شما باشد. “قانون پنج بار” را به خاطر بسپارید – اسیلوسکوپی را انتخاب کنید که به همراه پروب حداقل 5 برابر حداکثر پهنای باند سیگنال را برای اندازه گیری بهتر با خطاهای کمتر ارائه می دهد.

● صعود زمانی (Rise time)

زمان افزایش برای تجزیه و تحلیل پالس ها و امواج مربع ضروری است. زمان افزایش یک اسیلوسکوپ از دقت اندازه گیری آن می گوید. هر چه زمان افزایش سریعتر باشد، اندازه گیری زمان دقیق تر است. اسیلوسکوپی را انتخاب کنید که زمان خیزش کمتر از <⅕ برابر سریعترین زمان خیز سیگنال شما باشد.

 ● کاوشگری (Probing)

اسیلوسکوپی را انتخاب کنید که دارای چندین پروب تخصصی برای نیازهای شما باشد. یک اسیلوسکوپ تنها در صورتی می تواند اندازه گیری های عالی انجام دهد که پروب ورودی های مناسبی را به آن ارائه دهد. یک اسیلوسکوپ جدید معمولاً با مجموعه ای از پروب های غیرفعال با امپدانس بالا ارائه می شود. برای کاربردهای اندازه گیری فرکانس بالاتر، باید از پروب های فعال استفاده شود. برای یک اسیلوسکوپ میان رده، پروب هایی با بار خازنی کمتر از 10 pF انتخاب کنید.

● نرخ نمونه (Sample rate)

نرخ نمونه برداری یک اسیلوسکوپ تعیین می کند که چگونه می توان جزئیات شکل موج را به خوبی ثبت کرد. هر چه میزان نمونه برداری بیشتر باشد، وضوح بهتری دارد و سریعتر از حافظه خود استفاده می کنید. از نرخ نمونه حداقل 5 برابر بالاترین فرکانس مدار خود استفاده کنید.

این مقاله نوع اسیلوسکوپ‌های دیجیتال را به تفصیل توضیح می‌دهد تا به شما کمک کند نوع اسیلوسکوپی که برای نیازهای شما مناسب است را شناسایی کنید.مگا تجهیز به عنوان نماینده اسیلوسکوپ های owon، victor، hantek و trotx در تهران و زنجان است.

برای اطلاعات بیشتر از خرید اسیلوسکوپ ها با مشاورین مگاتجهیز تماس بگیرید.