معرفی اسیلوسکوپ

[spow 44197]

كلیات: اسیلوسكوپ اشعه كاتدی یك دستگاه نمایش دهنده است. در صورتی كه دیگر دستگاههای نمایش دهنده فقط مقدار ولتاژ یا مقادیر دیگر الكتریكی را نمایش می دهند اما اسیلوسكوپ اشعه كاتدی قادر است مقدار، فاز، فركانس موج و روابط بین مقادیر آنها را نمایش دهد. خلاصه اطلاعات بسیار زیادی از نظر كمی و كیفی در مورد كارهای اندازه گیری الكترونیك به اسیلوسكوپ داده شده است و با قسمت های متعلق به دستگاه هر اندازه گیری با ردیف فركانسهای زیاد با اسیلوسكوپ امكان پذیر است.

طرح ساده طبقاتی یك اسیلوسكوپ اشعه كاتدی در شكل(1-7) نشان داده شده است. طبقات این اسیلوسكوپ شامل لامپ اشعه كاتدیCRT ، تقویت كننده مرورX-Amp و قسمت منبع تغذیه PUمی باشد.

 

 

 

لامپ اشعه كاتدی

لامپ اشعه كاتدی در واقع یك لامپ خلاء است كه الكترونهای آن از یك كاتد گرم منتشر شده و برای رساندن به سرعت كافی ابتداء شتاب داده می شوند، سپس به شكل اشعه در آمده و در پایان به یك پرده نیمه شفاف پوشیده از فسفر رسانس برخورد می نماید.

محلی كه الكترونها به صورت اشعه در می آیند لوله پرتاب الكترون) ELECTRON GUN (گفته می شود. ساختمان ساده لامپ در شكل 1 نشان داده شده، لوله پرتاب مركب از یك كاتد K ، یك شبكه G (الكترود كنترل) و آندهای شماره 1و2 است. شدت اشعه الكترون توسط شبكه ای به همان شكل لامپ الكترون معمولی، كنترل می شود. آند اول در پناسیل مثبت نسبت به كاتد كار می كند. از این رو الكترونها هنگام عبور از این شبكه شتاب می گیرند و با شكاف كوچكی در وسط آن اشعه الكترونی تهیه می گردد. الكترونهای بیرون آمده از آند اول عملاً در مسیر خط مستقیمی حركت می كنند، لیكن نیروی دافعه بین الكترونها دور شدن اشعه را از هم به وجود می آورند. این تمایل توسط میدانهای الكترواستاتیكی با قرار دادن پتانسیل در آند اول و دوم لامپ كنترل می شود، از این رو تقارب اشعه الكترونی لامپ توسط آندهای اول و دوم نسبت به محور خود یك عدسی الكترونی تشكیل می دهند. معمولاً پتانسیل آند دوم ثابت است و پتانسیل آند اول برای تمركز اشعه متغیر می باشد، به همین دلیل آند اول را الكترود تمركز دهنده نیز می گویند.

منحرف شدن اشعه الكترونی به روی پرده به طور الكترواستاتیكی انجام می گیرد. انحراف الكترواستاتیكی توسط صفحات انحراف تهیه می گردند و به صورت دو وضع افقی(یاX) و عمودی(یاY) با زاویه قائمه نسبت به هم قرار دارند. میدانهای انحراف دهنده با اعمال ولتاژ مناسب بین هر دو جفت صفحات انجام می پذیرد.

وقتی كه ولتاژهای مختلفی به طور تناوبی به دو جفت صفحات انحراف دهنده وارد می شوند اشعه الكترونی به طرف بالا و پایین و همچنین در عرض پرده به ترتیب با تغییر مقدار و قطبین ولتاژ حركت می نمایند. در لامپ اشعه كاتدی وارد نمودن سیگنال مورد نظر به صفحاتY و اعمال یك ولتاژ استاندارد به صفحاتX مرسوم است، به طوری كه تركیب آنها محورهای مختصات را پدید می آورند. در تجزیه مدار الكتریكی معمولاً یك چیز در مورد تغییرات مقادیر نسبت به زمان جلب نظر می كند، بنابراین سیگنال مجهول به صفحات عمودی وارد شده و حركت عرضی(مروری) در پرده مستقیماً متناسب با زمان است و این زمان توسط صفحات افقی با استفاده از ولتاژی كه آن را ولتاژ مرور

(TIME BASE) می گویند ساخته می شود.

در این صورت مقداری كه نقطه نورانی روی پرده حركت كرده مربوط به دامنه ولتاژ وارد به صفحات انحراف دهنده می باشد و این پارامتر حساسیت انحراف لامپ اشعه كاتدی نامیده می شود، آن را می توان به صورت ولتاژ(یا جریان) لازم برای حركت نقطه نورانی در فاصله مشخصی روی پرده لامپ اشعه كاتدی تعریف نمود. معمولاً حساسیت انحراف(به طور جداگانه برای هر جفت صفحات) به میلی متر بر ولت(یا بر میلی آمپر) بیان می شود. حساسیت انحراف از نظر مقدار مربوط به طرح اشعه كاتدی و شرایط كار آن می باشد. یك سو كننده ولتاژ زیاد و مرور

مسئله بسیار ویژه در اسیلوسكپ های اشعه كاتدی تهیه ولتاژ زیاد یا ولتاژ فوق العاده زیاد(E.H.T) برای تغذیه آندهای آن می باشد این ولتاژ از یك تا 20 كیلو ولت متغیر است. معمولاً این مسئله با یك سو كننده ولتاژ زیاد مشابه آنچه در شكل 2 نشان داده شده است انجام می گیرد.

با مراجعه به شكل 2 ،D یك سو كننده ژرمانیومی یا سلنیومی میله ای شكل می باشد، مقاومت های تا مقسم ولتاژ را می سازد و این ولتاژهای تغذیه به الكترودهای لامپ اشعه كاتدی اعمال می گردد. مقاومت یك پتانسیومتر است كه ولتاژ وارده را برای بایاس منفی شبكه و مقاومت روشنائی برقرار می كند، مقاومت های و یك صافی را می سازد و مقاومت و خازن با هم صافی دكوپلاژ می باشند. مقاومت نیز یك پتانسیومتر برای كنترل پتانسیل آند اول برای تمركز(ROCUSE) و برای كنترل پتانسیل آند دوم به كار رفته اند. خازنهای و برای صاف كردن ضربانات استفاده شده اند. سیم پیچ L.T ترانسفورماتورـ Tr ولتاژ تغذیه گرمكن لامپ اشعه كاتدی را (كه 3/6 ولت می باشد) تهیه نماید.

 

قبلاً یادآوری شده است، طرح نمایش تغییرات كمیت مجهول نسبت به زمان روی پرده لامپ اشعه كاتدی با وارد نمودن سیگنال مورد نظر به صفحات انحراف عمودی و اعمال یك ولتاژ مرور به صفحات انحراف افقی صورت می گیرد، ولتاژ مرور باید خطی باشد زیرا انحراف در جهت افقی مستقیماً با زمان متناسب است. پس نقطه نورانی توسط مرور در جهت افقی با یك سرعت ثابت كشیده می شود و این نقطه نیز به طور عمودی توسط تغییرات سیكل ولتاژ وارده منحرف می گردد. در نتیجه نقطه نورانی روی پرده شكل موج را به همان طریقی كه معمولاً به صورت ترسیمی می كشند به معرض نمایش در می آورد.

اگر دوره تناوب ولتاژ متناوب وارد به صفحات عمودی برابر با دوره تناوب مرور باشد بدیهی است كه هر دو موج در همان صفحات در همان لحظه از زمان، مرور را شروع خواهند كرد و طرح نمایش داده شده دقیقاً بر مبنای همان تصویر واقعی قرار می گیرد. چیزی كه دیده می شود شكل ساكنی خواهد بود كه می توان از آن عكس برداری نمود.

برای اینكه مرور بتواند به طور دوره ای تكرار شود باید ولتاژ مرور همانطور كه در شكل3 نشان داده شده است شكل موج دندانه اره ای داشته باشد. ولتاژ به طور خطی تاVmax بالا می رود و سپس سریعاً به ولتاژ شروع VST بر می گردد. بنابراین در پایان مرور عرضی پرده نقطه نورانی به سمت چپ برای مرور بعدی آماده می شود. به این عمل ، برگشـــت اشعه(FLY -BACK) می گویند و زمان مربوط به آن، زمان برگشت اشعه BACK TIME ـFLY گفته می شود.

 

شکل 3 ولتاژ دندانه اره ای مرور

ملزومات ولتاژ مرور عبارتند از:

ـ هنگام مرور به طرف جلو این ولتاژ باید خطی بوده تا مستقیماً با زمان متناسب باشد.

ـ زمان برگشت اشعه فقط باید كسر خیلی كوچكی از مدت زمان و مرور به طرف جلو باشد.

ـ این ولتاژ باید به قدر كافی قوی باشد تا مرور در تمام طول افقی پرده انجام گیرد.

مدارهای مختلفی در مولدهای مرور به كار می روند. لیكن اصول اساسی همگی آنها یكسان است. مثلاً یك خازن به تدریج شارژ شده و سپس وقتی به یك ولتاژ معینی می رسد به طور ناگهای تخلیه می شود، در هر صورت ولتاژ دو سر خازن به طور تناوبی دائماً افزایش یكنواخت و در یك لحظه كاهش دارد.

شكل(5-7) مولد مرور ساده ای را با استفاده از یك لامپ گازی نئون نشان می دهد، خازن C از طریق منبع ولتاژ ثابت V و مقاومت متغیر R1 شارژ می گردد.

 

ولتاژ خازنC در دو سر لامپ گازی و مقاومت R2 قرار گرفته است. وقتی ولتاژ دوسر خازنC برابر با ولتاژ شكست لامپ گازی(Vmax) در شكل(5-7) می شود، شكست هدایتی لامپ گازی و تخلیه ناگهانی خازن از طریق آن طوری انجام میگیرد تا ولتاژ خازن به میزانی معادل ولتاژ تهیج لامپ تنزل یابد. در این لحظه لامپ گازی قطع كرده و عبور جریان تخلیه متوقف می شود و خازن سیكل جدید شارژ خود را شروع می كند، در نتیجه ولتاژ دو سر خازن شكل موج دندانه اره ای شبیه خط چین نشان داده شده در شكل (5-7)دارد. زمان تخلیه بایستی فقط كسری از زمان شارژ كه با حاصل ضرب RICI (ثابت زمانی) تعیین می شود باشد.

مدار مرور تشریح شده در فوق كمتر برای تولید مرور نقطه نورانی در مدار افقی پرده اسیلوسكوپ به كار می رود، از این رو از مولد مرور به كمك لامپ تیراترون استفاده می شود. در این مولد مرور تا مادامی كه ولتاژ خازن پایین تر از ولتاژ شكست لامپ است آند تیراترون جریان خیلی كمی می كشد، وقتی ولتاژ خازن به مقدار ولتاژ شكست می رسد ناگهان هدایت تیراترون شكسته شده و خازن سریعاً در لامپ تخلیه می كند و جریان هدایتی مدار به حداكثر می رسد، ولتاژ خازن تقریباً به طور آنی به ولتاژ تهیج لامپ تنزل می یابد، ولتاژی كه به خازن اجازه تخلیه می دهد توسط پتانسیونرR وROمقاومت محدود كننده جریان شبكه لامپ قابل تنظیم است. بنابراین دامنه ولتاژ دندانه اره ای می تواند با آن تنظیم شود، مقاومت Rlim محدود كننده جریان آند لامپ می باشد(شكل 6-7)

نحوه مروری كه در بالا اشاره شده است یكی مرور ثابتی در پرده لامپ اشعه كاتدی به وجود می آورد و فركانس ولتاژ مرور فقط برابر یا چند برابر فركانس سیگنال ورودی می باشد، در وضعیت های دیگری كه فركانس یك كم تغییر می كند مرور"دوندگی" و یا تبدیل به لكه روشنی روی پرده خواهد شد.

حال كه مولد مرور نمی تواند عملاً ثبات كافی را تأمین نماید ونمی تواند دقیقاً در زمان درستی مرور را شروع كند، نمی توان انتظار داشت فركانس سیگنال تحت نمایش كاملاً ثابت باشد. بنابراین احتیاج به سنكرون یا همزمانی بین مرور اسیلوسكپ و سیگنال ورودی می باشد، به طریقه معمولی با رساندن قسمتی از سیگنال ورودی به مولد مرور كه به آن همزمانی داخلی گفته می شود همزمانی نمایش تأمین می گردد.

 

محدودیت استفاده لامپهای خلاء زیاد را در مولد مرور لازم می سازد.

چنین مولد مروری با استفاده از مولتی ویبراتور با كوپلاژ كاتد در شكل نشان داده شده است. فید بك مدار توسط مقاومت مشترك واقع در كاتد دو لامپ تهیه می شود. مقاومتR5بار آند است. فركانس ولتاژ دندانه اره ای با شبكهC1 R3 R4 تعیین می گردد. كنترل فركانس باR4 فراهم شده است. ردیف فركانس با تعویض خازنهای C1 و C2 به دست می آید . دامنه ولتاژ دندانه اره ای با مقاومتR6 تنظیم می شود.

 

اسیلوسكپ كامل

علاوه بر لامپ كاتدی(CRT) و قسمت های تشریح شده در بخش قبلی، كار عادی اسیلوسكپ اشعه كاتدی مستلزم اجزاء كمكی معینی است، عمل متقابل بین اجزاء با لامپ اشعه كاتدی با مراجعه به شكل(8-7) ملاحظه خواهد شد.

برای اینكه نقطه نورانی به قدر كافی روی پرده لامپ اشعه كاتدی انحراف داشته باشد بایستی به صفحات انحراف پتانسیلهای چندین ده یا چند صد ولت وارد شود، با اینكه ممكن است سیگنالهای مخصوص وروردی اسیلوسكپ ولتاژ كم داشته باشد، وظیفه تولید ولتاژ كافی برای انحراف توسط افقی (X-) و تقویت كننده عمودی (Y-) انجام می گیرد.

مقدار صحیح تقویت توسط تقویت كنند افقی با پتانسیومترR2 انتخاب می شود. این موضوع در تقویت كننده عمودی با پتانسیومتر دیگری یعنیR1صورت می گیرد، تا پهنا و ارتفاع نمایش پرده به طور رضایت بخشی قابل كنترل باشد.

در مولد مرور تیراترون شكل(6-7) سیگنال همزمانی با پالس سنكرون Vsync ، از طریق تقویت كننده عمودی به صورت یك پالس مثبت به شبكه می رسد و این پالس سبب هدایت تیراترون در لحظه صحیح هر سیكل می گردد، به طوری كه ولتاژ سیگنال ورودی از لحظه ای كه سیكل خود را آغاز می كند شروع مرور نقطه نورانی روی پرده لامپ اشعه كاتدی در همان لحظه خواهد بود. اگر لازم باشد نقطه نورانی دو بار پرده را مرور می كنددو سیكل نمایش داده خواهد شد و پالس همزمانی در هر ثانیه یك بار اعمال می گردد. پالسهای همزمانی به جای قسمتی از سیگنال ورودی ممكن است از یك مدار خارجی به دست آید. این مدار همزمانی خارجی(external sync) گفته می شود و نحوه كار آن به همان صورت همزمانی داخلی است.

 

به دلیل تأخیر زمانی مربوط به دیودهای گازی و لامپهای با تخلیه گاز(تیراترون) تولید مرور با استفاده از آنها در مولدهای مرور، فركانس مرور تا 20 یا 25 كیلو سیكل محدود می شود. به بیان دیگر بعضی اندازه گیری ها با اسیلوسكپ فركانسهای بسیار زیاد(تا چندین مگا سیكل) لازم دارد.

بیشتر اسیولسكپ ها پیش بینی هایی برای اتصال مستقیم ولتاژ ورودی به صفحات انحراف دهنده و به جای تقویت كننده های ورودی دارند. این موضوع مخصوصاً انجام شده تا اینكه سیگنالهای با فركانس بیشتر از پهنای باند تقویت كننده عمودی قابل نمایش باشند.

مولد مرورTB با اعمال پالس سنكرون از: الف) منبع داخلی، ب) برق 50 سیكل شبكه یا پ) یك منبع خارجی توسط قرار دادن كلید سنكرون (SYNC.SWITCH) اسیلوسكوپ روی هر یك از آنها هماهنگ یا همزمان می شود. مقدار شدت پالس همزمانی یا سنكرون می تواند با پتانسیومترR5كنترل گردد.

تقویت كننده های به كار رفته در اسیلوسكوپ بایستی دارای باند پهن مختلف با پاسخ فركانس خطی باشند تا اینكه شكل موجهای بدون اعوجاجیدر روی پرده لامپ اشعه كاتدی به دست آید.

یكی از تقویت كننده های باند پهن مناسب برای اسیلوسكپ در شكل (9-7) نشان داده شده است. این تقویت كننده یك تقویت كننده كوپلاژ R5با استفاده از لامپ پنتود با شیب زیاد و باند پهن می باشد. سیم پیچ فركانس رادیویی RFC به صورت سری با مقاومت بارR4آند برای گسترش پهنای باند در جهت فركانسهای بالاتر اتصال یافته است. برای فركانسهای پایین تر این موضوع توسط شبكهC5 R5 واقع در آند انجام می گیرد.

 

ولتاژ وارده به تقویت كننده عمودی با پتانسیومتر ورودیR1 كنترل می شود وامپدانس ورودی اسیلوسكپ را تعیین می كند. این امپدانس كمتر از 500 كیلو اهم نیست. اگر امپدانس ورودی اسیلوسكپ زیاد باشد تقویت كننده جریانی نمی كشد وبرای این منظور یك شبكه بایاس سرخود متشكل از R2C2 در مدار كاتد قرار داده شده است. تقویت كننده دارای تقویت بدون اعوجاجی با ردیف فركانس 50ـ30 سیكل تا30ـ10 كیلو سیكل و بهره ای در حدود 100 است، برای پهنای باند بیشتر از مقدار یاد شده بهره تقویت كاهش می یابد.

تقویت كننده های كوپلاژ RC مورد استفاده در اسیلوسكپ های موجود پهنای باندی از 50 سیكل تا 20 مگا سیكل دارند. تقویت كننده های لامپ T.W.T در دستگاههای اندازه گیری مخصوص تا پهنای باند چند صد مگا سیكل به كار می روند.

اسیلوسكپ اشعه كاتدی

C1-1(30-70)

یكی از متداول ترین اسیلوسكپ های اسیلوسكپC1-1 می باشد. در این اسیلوسكپ از یك لامپ اشعه كاتدی با پرده 125 میلی متری استفاده شده است. حساسیب انحراف عمودی آن 25/0 سانتی متر بر میلی ولت و حساسیت انحراف افقی آن 5/4 سانتی متر بر میلی ولت می باشد. بهره تقویت كننده عمودی 1800 و بهره تقویت كننده افقی آن 35 است.

امپدانس ورودی تقویت كننده عمودی 2 مگا اهم و كاپاسیتانس آن 30 پیكوفاراد است. ردیفهای فركانس مولد مرور با نوسان آزاد 7ـ2 ، 30ـ7 ، 130ـ30 ، 500ـ130 سیكل و 2ـ5/0 ، 7ـ2 ، 25ـ7 و 50 ـ 25 كیلو سیكل است.

تضعیف كننده پله ای ورودی با مقاومت و خازن ساخته شده است و با كلید انتخاب تضعیف 0، 20 و 40 دسی بل را تهیه می كند.

سیگنال ورودی از طریق تضعیف كننده ابتداء به تقویت كننده عمودی وارد می شود و از آنجا به تقویت كننده پوش ـ پول خروجی و سپس به صفحات انحراف عمودی لامپ اشعه كاتدی می رود.

مولد مرور به كار رفته در اسیلوسكپ C1-1 از لامپ تیراترون ساخته شده است. بانده های مختلف فركانس مولد مرور با تعویض خازن انجام می گیرد. فركانس مرور در هر باند فركانس می تواندبا یك پتانسیومتر اصلی كنترل شود.

تقویت كننده عمودی می تواند با محل شكل موج تحت نمایش(همزمانی داخلی)، و یا از طریق برق متناوب 50 سیكل (همزمان با برق) و یا از طریق یكی منبع خارجی (همزمانی خارجی) همزمان شود، همزمانی مختلف را می توان با كلید سنكرون انتخاب نمود.

ولتاژ مرور به تقویت كننده افقی و سپس به تقویت كننده پوش ـ پول خروجی آن می رود. با تغییر ولتاژهای تحریك لامپهای پوش ـ پول محل نقطه نورانی در طول محور افقی (كنترل تغییر مكان عمودی) نیز تغییر نماید.

این اسیلوسكپ دارای اتصالاتی برای وارد نمودن مستقیم سیگنال ورودی به صفحات انحراف افقی و عمودی می باشد.

 

نمایش دادن پالس

اسیلوسكپ معمولی با مرور نوسان آزاد(تكراری) برای نمایش پدیده های پالس حتی پالس با كیفیت پایین با مشكل مواجه می شود. در بعضی از مدارات الكترونیك پالسهایی به كار می روند كه مدت دوام آنها بسیار كوتاه (كمتر از چند میكرو ثانیه) و میزان تكرار سریع (صدها برابر بزرگتر) دارند. حال اگر مدت دوام یك پالس فقط چند صدم زمان مرور اسیلوسكپ باشد این پالس به صورت یك نوك تیزروی پرده كمی ظاهر شده و برای ارزیابی یا مطالعه اطلاعات چندانی را به دست نخواهد داد.

بنابراین باید پهنای تصویر با به كار بردن فركانس مروری چندی برابر میزان تكرار پالس زیاد شود. در این وضعیت هم اثر اشعه روی پرده در طول منحنی پالس به صورت تك ضربه یا اینكه در طول خط افقی اثر چندین ضربه را خواهد داشت و به هر حال تصویر پالس نیز برای مطالعه یا عكس برداری غیر واضح خواهد بود.

در عوض از نوعی مدار به نام مرور تریگر در اسیلوسكپ برای نمایش دادن پالس استفاده می شود. مرور تریگر برای مطالعه پالسهای با دوام كوتاه و هم جریانهای گذرا با فواصل زمانی نا منظم به طور یكسان رضایت بخش است.

در اسیلوسكپ با مرور تریگر در غیاب پالس تحت نمایش، مرور قطع و در حال تریگر می باشد یعنی با ورود یك پالس مناسب مرور افقی اسیلوسكپ شروع می شود. پالس تریگر ممكن است به دو صورت یا از یك منبع داخلی یا از پدیده تحت مطالعه گرفته شده و به مولد مرور وارد شود. در حقیقت مولد مرور توسط پالس تریگر یك ولتاژ دندانه اره ای به صفحات عمودی اعمال می نماید. در زمان T1(شكل 10ـ7) اشعه، مرور رو به جلو را انجام میدهد و در زمانT3 اشعه برگشت می كند. درست در لحظه ایكه مولد از كار می ایستد تا زمان T3 به حال توقف می ماند تا اینكه پالس تریگر بعدی وارد شود. مجموع T1,T2,T3 برابر با Tts است كه آن را تناوب (زمان) مرور با تریگر می نامند.

 

حال نحوه كار مولد مرور تریگر با تفصیل بیشتری مورد مطالعه قرار میگیرد. همانطور كه تركیب مدار شكل(11ـ7) نشان میدهد این مدار با مدار مرور آزاد تفاوتی ندارد بجز اینكه لامپ مدار تا یك پالس تریگر نرسد به كار نمی افتد. وقتی كه مدار در وضعیت ساكن(بدون سیگنال) قرار دارد بایاس مثبتی از طریقr3 به شبكه لامپ وارد شده و لامپ در حال هدایت است، خازنc2 به علت مقاومت كم لامپ در حال هدایت عملا تخلیه شده است. درست در لحظه ای كه سیگنال مورد نظر به صفحات عمودی اسیلوسكپ وارد می شود یك تریگر مربع شكل منفی هم از طریق شبكه دیفرانشیتور متشكل از خازن و مقاومت كم R1C1 به شبكه لامپ اعمال می گردد. دامنه پالس تریگر به اندازه ای است كه لامپ رابه نقطه قطع می برد. همچنان كه لامپ قطع شد خازنC2 از طریق مقاومت R2 شارژ می شود و با از بین رفتن پالس تریگر مجددا لامپ شروع به هدایت كرده و خازن C2 سریعا تخلیه می شود ولتاژ دندانه اره ای تهیه شده به صفحات افقی اسیلوسكپ می رود. ولتاژ دندانه اره ای پالس برای حركت اشعه در طول یك مرور كافی است. بدیهی است كه مدت دوام پالس تریگر باید برابر با زمان مرور باشد. مسئله مهم دیگر در مورد پالس تریگر این است كه پالس باید فقط برای شروع نوسان مولد مرور به كار رود و هیچ گونه اثری در كار مدار مرور نداشته باشد.

 

اسیلوسكپ اشعه كاتدی

C1-5(SI-1)

اسیلوسكپ اشعه كاتدی(S1-1) C1-5 برای مشاهده پدیده های پالس با مدت دوامی از 1/0 تا 3000 میكروثانیه و پدیده های گذرا با میزان تكرار بالاتر از یك مگا سیكل در نظر گرفته شده است.

لامپ اشعه كاتدی آن دارای حساسیت عمودی 25 میلی متر بر 3/0 ولت برای باند پهن(10 مگا سیكل) و 25 میلی متر بر1/0 ولت برای باند باریك (5/0 مگا سیكل) است. امپدانس ورودی آن تقریباً 5/0 مگا اهم و كاپاسیتانس ورودی حدود 50 پیكو فاراد می باشد. حساسیت افقی لامپ 25 میلی متر بر 3/0 ولت و امپدانس ورودی تقویت كننده افقی آن تقریبا 80 كیلو اهم است.

اسیلوسكپ دو نوع مرور آماده می كند:

*مرور تریگر با ردیفهای زمانی ثابت 1، 2، 5 ، 10، 30 ،100 ،300 ،1000 و 3000 میكرو ثانیه با ابعاد مطالعه(40 تا 60 میلی متر) برای پدیده های پالس.

* مرور نوسان آزاد با 9 باند فركانس كه می تواند از 20 سیكل تا 200 كیلو سیكل به طور مداوم تغییر می كند.

طرح طبقاتی اسیلوسكپ در شكل(12-7) نشان داده شده است. تضعیف كننده ATT پله ای ورودی نوع RC بوده و جمعا تضعیف 40 دسی بل را به صورت قابل انتخاب در سه مرحله 10 دسی بل با كمك كلید به وجود می آورد، سیگنال از طریق تضعیف كننده به تقویت كننده عمودی می رود.

تقویت كننده عمودی متشكل از یك طبق كاتد فالوورCF1، یك خط تاخیرDL، یك طبقه معكوس كننده فازPIT و طبقه پوش ـ پول PP می باشد كاتد فالوور CF1 به خط تاخیر سیم پیچ و خازنDL متصل شده و سیگنال هنگام عبور از آن از نظر زمانی 2/0 میكرو ثانیه تاخیر پیدا می كند، ولتاژ ظاهر شده در آندهای طبقه پوش ـ پول PP به صورت فاز مخالف به صفحات انحراف عمودی لامپ اشعه كاتدی وارد می شود.

 

وظایف تقویت كننده همزمانی و تقویت كننده افقی همان طور كه از نام این طبقات ملاحظه می شود معلوم است. مولد مرور از یك مولتی ویبراتور تشكیل شده است. ولتاژ دندانه اره ای تولید شده با مولتی ویبراتور از طریق یك كلید به مدار كاتد فالوورCF2 می رود و سپس از طریق معكوس كننده فازPI2 به صفحات انحراف افقی لامپ اشعه كاتدی اعمال می گردد، باندهای فركانس مرور با تعویض خازنهایی صورت می گیرد. در فاصله هر باند فركانس مرور می تواند به طور پیوسته تنظیم شود. معكوس كننده فازPT2 ولتاژ دندانه اره ای وارد به صفحات افقی را به طور متقارن تامین می كند.

در طبقه مرور TM یك مولد علامت گذاری زمانTIME - MARKET كه نقاط كوچكی را برای تنظیم زمان مرور اسیلوسكپ تولید می كند وجود دارد. این مولد از یك نوسان ساز، شش مدار هماهنگ برای تطبیق فركانسهای موج سینوسی با تناوب 05/0 ،2/0 ،1 ، 20 و 100 میكرو ثانیه و یك كلید به منظور قرار دادن هماهنگها در مدار تشكیل شده است. ولتاژ تولید شده توسط مولد علامت گذار به كاتد لامپ اشعه كاتدی وارد می شود و به موجب آن اشعه روشنی تصویر را برای این فركانس تغییر میدهد و نقاط كوچك روشنی روی مرور تولید می نماید. اشاره می شود به كمك وضعیت های كلید علامت گذار زمان و شمارش تعداد علامات به سهولت می توان دوام پالس تحت مطالعه را تعیین نمود.

دامنه سیگنال تحت نمایش می تواند با مقایسه آن به كمك یك شكل موج ولتاژ آزمایش(TEST VOLTAGE) 50 سیكل كه توسط یك ثابت كننده مناسب در اسیلوسكپ تهیه می گردد اندازه گیری شود.

اكنون نحوه كار با اسیلوسكپ C1-5 شرح داده می شود. ابتدا كلید روشن و خاموش اصلی اسیلوسكپ روی "ON" قرار میگیرد. دستگاه پس از دو تا سه دقیقه گرم شده و نقطه نورانی روی پرده از نظر روشنایی (به طوریكه ملایم روشن و به وضوح نمایان باشد) و تمركز آن تا آنجا كه ممكن است با ابعاد كوچك تنظیم می شود و سپس با كنترل های تغییر مكان افقی(X-SHIFT) و تغییر مكان عمودی(Y-SHIFT) نقطه نورانی در مركز پرده قرار می گیرد.

حال نوع مرور، فركانس یا مدت آن نوع همزمانی و قرار گرفتن تضعیف كننده ورودی، انتخاب می شوند، تمام این پارامترهای با نوع اندازه گیری و مقدار پدیده تحت مطالعه تعیین می گردد.

برای نمایش پدیده های پالس با دوام بیشتر از 3000 میكرو ثانیه، مرور تریگر انتخاب می گردد. برای پدیده های تناوبی با جریانات با دوام زیر 3000 میكرو ثانیه مرور نوسان آزاد انتخاب می شود. مرور مورد نظر با كلید"TIME -BASE SELECTOR" قابل انتخاب است.

سرعت مرور(ردیف زمان) طوری انتخاب خواهد شد كه تمام پالس یا سیكل كامل سیگنال بتواند نمایش داده شود و تصویر حاصل قسمت بزرگی از پرده را اشغال نماید. سرعت مرور زیاد تصویر را در جهت افقی بیشتر باز یا گسترده می كند.

در مورد نمایش پدیده های پالس كلید ردیف زمان"TIME RANGE" از نظر زمانی در حدود دوام پالس تحت نمایش گذارده می شود با مرور نوسان آزاد ردیف فركانسهای لازم با كلید باند فركانس انتخاب شده و تنظیم دقیق فركانس در حال رویت تصویر روی پرده با كنترل"FREQ. FINE" به دست می آید.

همزمانی وقتی با قسمتی از خود سیگنال انجام می شود كه كلید"SYNC" روی همزمانی داخلی قرار گیرد، بنابراین اگر سیگنال ورودی نتواند همزمان شود، پالسهای همزمانی از یك منبع خارجی كه به ترمینال"X- INPUT" متصل می گردد و با قرار دادن كلید"SYNC."‌روی وضعیت همزمانی خارجی به دست خواهد آمد. اگر سیگنال نمایشی مربوط به فركانس برق شبكه است كلید "SYNC."‌روی وضعیت"MAINS" گذارده می شود.

حداكثر ولتاژی كه باید به ورودی اسیلوسكپ وارد شود 200 ولت است اگر ولتاژ ورودی معلوم نباشد تضعیف كننده ورودی روی (40 دسی بل) قرار می گیرد و كنترل"Y-AMP."‌تا هنگامی كه ارتفاع تصویر روی پرده 20 تا 25 میلی متر نشده نظیم می گردد. اگر بتوان تصویر با ارتفاع كوچكتر به دست آورد كلید تضعیف كننده روی (20 دسی بل) یا (0 دسی بل) گذارده می شود.

بعضی اوقات اندازه گیری به كمك ولتاژ انحراف افقی از یكی منبع خارجی لازم است. بنابراین كلید انتخاب مرور در وضعیت "AMP." و كلید "SYNC" در وضعیتEXT.SYNC." گذارده خواهد شد و ولتاژ مرور بایستی به ترمینال"X-INPUT" وارد شود و دامنه تصویر به كمك كنترل"SYNC" تنظیم می شود.

برای تعیین دامنه پالس تحت مطالعه، تضعیف كننده ورودی و كنترل "AMP." به طوری كه بزرگی تصویر از 25 میلی متر تجاوز نكند تنظیم می شود ارتفاع از روی درجه بندی پرده قرائت خواهد شد. اكنون كنترل"AMP." رها شده و تضعیف كننده ورودی در محل"CAL."‌قرار می گیرد و ولتاژ آزمایش به تقویت كننده عمودی وارد خواهد شد. این ولتاژ به طوری كه ارتفاع آن با ارتفاع پالس تحت نمایش برابر شود تنظیم می گردد و از درجه بندی پتانسیومتر AMP.CAL." قرائت می شود. پس دامنه سیگنال مورد نظر:

 

خواهد بود كه در آن VC دامنه ولتاژ آزمایش به ولت و K میزان تنظیم پتانسیومتر می باشد.

وقتی فركانس سیگنال مجهول خارج از پهنای باند تقویت كننده قرار دارد ، این سیگنال مستقیماً به كمك ترمینالهای قرار داده شده در كنار اسیلوسكپ به صفحات انحراف عمودی لامپ اشعه كاتدی وارد می شود. معمولا این ترمینالها با یك دو شاخت اتصال كوتاه شده اند حداكثر مقدار این ولتاژ نباید از200 ولت تجاوز كند و پالس همزمانی باید از منبع خارجی گرفته شود.

انتخاب باند پهن(10 مگا سیكل) و باند باریك(500 كیلو سیكل) برای اندازه گیری به كمك یك كلید كوچك واقع در كنار اسیلوسكپ فراهم می آید.

 

اسیلوسكپ های مخصوص

گاهی اوقات مطالعه چگونگی تغییر دو كمیت الكتریكی مختلف نسبت به یكدیگر برای اندازه گیری های الكترونیك لازم است. برای مثال در آزمایش و مطالعه تقویت كننده های با شكل موجهای مختلف نمایش همزمان دو سیگنال ورودی و خروجی تقویت كننده با هم روی یك پرده اسیلوسكپ به منظور مقایسه آنها قابل توجه است زیرا می توان اعوجاج دامنه سیگنال خروجی را دقیقا با سیگنال ورودی مشاهده نمود.

این مطالب توسط اسیلوسكپ های مخصوصی مانند اسیلوسكپ دو شعاعی (TWO- BEAM OSCILLOSCOPE) و اسیلوسكپ با مرور دوتایی (DUAL- TRACE OSCILLOSCOPE) قابل اجرا است.

اسیلوسكپ دو شعاعی دارای یك لامپ اشعه كاتدی همراه با دو لوله پرتاب الكترون است. بنابراین از لامپ اشعه كاتدی این اسیلوسكپ دو شعاع الكترونی به دست می آید و دو سیستم مستقل انحراف افقی با دو جف صفحات انحراف این دو اشعه را در جهت افقی منحرف می نمایند. انحراف افقی دو شعاع هر دو لوله پرتاب الكترون به طور همزمان(یا جداگانه) با اعمال یك ولتاژ دندانه اره ای كنترل می شوند. كنترل انحراف عمودی دو اشعه جدا از هم می باشد و شكل موجها به صفحات انحراف عمودی جداگانه اعمال می گردند.

اسیلوسكپ با مرور دوتایی دارای یك لامپ اشعه كاتدی و یك لوله پرتاب الكترون(مانند اسیلوسكپهای معمولی) و دو سیستم انحراف جداگانه است. اسیلوسكپ از طریق دو كانال سیگنالهای ورودی را به طور تناوبی به صفحات انحراف اعمال می نماید. بنابراین با مرور سرعت زیاد دو تصویر مختلف همزمان روی پرده مشاهده خواهند شد. دو كانال معمولا با A و B علامت گذاری شده و دارای یك مدار كلید الكترونیكی برای هدایت به نوبت سیگنالهای قسمت مطالعه به صفحات انحراف عمودی است. هردو كانال اسیلوسكپ شامل یك تضعیف كننده، یك مدار امیترفالوور(كاتد فالوور)، یك پیش تقویت كننده و یك معكوس كننده فاز پوش - پول برای انتقال دادن سیگنالهای ورودی نامتقارن می باشد. معكوس كننده های فاز هر دو كانال به كلید الكترونیك كه داری خط تاخیر دهنده و تقویت كننده انتهایی(اصلی) هست كوپلاژ می شوند. خروجی تقویت كننده انتهایی به صفحات انحراف عمودی اعمال می گردد و در نتیجه اسیلوسكپ با مرور دوتایی دارای چهار حالت قابل انتخاب برای اندازه گیری می شود.

ـ حالت انتخاب كانال A و كانالB هر یك به تنهایی برای اندازه گیری جداگانه.

ـ حالت یك در میان بین دوكانال(ALTERNATE) كه در پایان هر مرور دیگری شروع می شود.

ـ حالت شكسته(chop.) مثلا در فاصله زمانی یك مرور فركانس آن از 500 كیلو سیكل به یك مگا سیكل تغییر می یابد.

ـ حالت جمع و یا تفاضل كانالهای AوB به صورتA-B یا A+B

در اسیلوسكپ با مرور دوتایی از دو مرور اصلی (A) و تاخیری(B) استفاده می شود. این دو مرور از دو مولد و یك مدار مقایسه ساخته شده كه مرور A برای مطالعات معمولی به كارمی رود و مرورB برای باز كردن قسمت های شكل موج تحت نمایش به وسیله مرور A استفاده می شود.

تمركز اشعه در اسیلوسكپ با مرور دوتایی دقیق تر از اسیلوسكپ دو شعاعی است، البته روشنایی تصویر این اسیلوسكپ به علت تناوب نمایش كمتر از اسیلوسكپ دو شعاعی می باشد. به هر حال اسیلوسكپ با مرور دوتایی به علت ساختمان ساده تر نسبتا ارزان تر بوده و انجام كار بهتری را نشان می دهد.

طرح طبقاتی ساده یك اسیلوسكپ با مرور دوتایی در شكل (13ـ7) نمایش داده شده است. همانطور كه ملاحظه می شود این اسیلوسكپ دارای دو كانال Aو B برای ورود سیگنال است. كانالها هر یك شامل تضعیف كننده، پیش تقویت كننده و خط تاخیر دهنده متشكل از مدارهای با خازنها و سیم پیچهای زیاد برای تاخیر می باشد. مدار كلید الكترونیك در واقع یك تقویت كننده دیفرانسیل است كه سیگنالهای ورودی دو كانال توسط كلید انتخاب مناسب در ورودی این طبقه را به حالت چهارگانه به تقویت كننده اصلی عمودی میدهد. پالسهای تریگر از طبقه پیش تقویت گرفته شده و از آنجا برای همزمانی سیگنالهای ورودی با مرور به مدار مولد مرور می رود. ولتاژ دندانه اره ای مولد مرور به تقویت كننده اصلی افقی و از آنجا به صورت متقارن به صفحات افقی اعمال می شود. شكل (14ـ7) نمایش همزمان دو پالس در حالت های الف به طور جداگانه ب مجموع دو پالس و پ تفاضل آنها روی پرده اسیلوسكپ، نشان میدهد.

 

مرور تاخیری

اندازه گیری پدیده های پالس (یا ضربه ای) به روشهای گوناگون و با دقت های مختلف انجام می گیرد. بیشتر اندازه گیریهای مربوط به فاصله زمانی(TIME- INTERVAL) به كمك اسیلوسكپ های با مرور تاخیری نتیجه و دقت بهتری را به دست می دهد. مرور تاخیری از تركیب دو مولد مرور ساخته می شود كه نمایش مرور توسط دومین مولد مرور صورت می گیرد. و به مولد مرور اولی مولد در حال تاخیر (مولد اصلی) و به دومی مولد تاخیری می گویند. مطابق شكل (15ـ7) شیب تولید شده توسط مولد در حال تاخیر با یك پالس تریگر در زمان t1 شروع می شود. تا رسیدن یك تراز مقایسه كننده به نام تقسیم تاخیر(با شكل موج مستطیلی) این شیب امتداد می یابد. در زمانt1 مولد در حال تاخیر می ایستد و مولد تاخیری دوم تازه شروع به كار می كند. بنابراین امكان دو تركیب برای قرار گرفتن پالس تریگر درمولد تاخیری موجود است.

ـ مولد تاخیری فقط تا رسیدن ولتاژ تاخیر(شكل موج مستطیلی) از مقایسه كننده به طور خودكار موج دندانه اره ای طبق شكل(a) 15ـ7 می سازد كه این تركیب در مولدهای تاخیر زمان(THME- DELAY GENERATOR) به كار می رود. طول پالسهای مستطیلی شكل(تقسیم تاخیر) می تواند با استفاده از یك پتانسیومتر ساده در مدار كنترل شود.

ـ مولد تاخیری با یك پالس تریگر داخلی یا خارجی در زمانtb بعد از t1 طبق شكل(b) 15-7 شروع به كار می كند. چنین تركیبی درمولدهای تاخیر با تریگر (TREGGER- DELAY GENERATOR) به كار می رود.

حال دقت اندازه گیری پالس توسط مرور تاخیری مورد رسیدگی قرار میگیرد. هرگاه یك پالس منفرد برای تاخیر زمان از مبداء to اندازه گیری شود دكمه DELAY اسیلوسكپ تا موقعی كه پالس درمركز بوده قرار گیرد تنظیم، و سپس تاخیر زمان پالس محاسبه گردد. اگر مثلا زمان مرور اصلی انتخاب 10 میكرو ثانیه برای هر تقسیم روی پرده باشد و تاخیر تقسیم روی 215/6 تقسیم قرار گیردتاخیر زمان پالس 15/62 میكرو ثانیه (برای دقت زمان مرور درصد) یا 2/62 میكرو ثانیه و دقت 9/1 میكرو ثانیه است.

اگر مبداء پالس علامت گذار زمان همراه با پالس تحت اندازه گیری(با یك اسیلوسكپ دوكاناله) به كار رود، دقت اساسا افزایش می یابد، مثلا فرض كنید پالس مبداء در 50+ to میكرو ثانیه رخ می دهد. اگر زمان مرور در حال تاخیر 2 میكرو ثانیه در هر تقسیم قرار داده شود لامپ اشعه كاتدی اسلیوسكپ دو پالس جداگانه را با 1/6 تقسیم نشان خواهد داد كه پس از آن اختلاف قرائت 2/12 میكرو ثانیه مربوط به دقت زمان مرور درصد به دست می آید كه درصد مربوط به اثر غیر خطی بودن انحراف می باشد. این نتایج در مجموع اندازه گیری 2/62 و دقت میكرو ثانیه را به دست میدهد. همان طور كه ملاحظه می شود دقت اندازه گیری با قبل بهبود یافته است.

 

كاربردهای دیگر اسیلوسكپ

الف)ترسیم مشخصه استاتیك لامپها

ترسیم منحنی های مشخصه لامپهای (یا ترانزیستورها) به روش نقطه یابی كار مشكلی است و در بعضی حالات این ترسیم به كلی خارج از دسترس می شود. چون هرگاه مقادیر بزرگ ولتاژ یا جریان در مدار زیاد ادامه یابد لامپ(یا ترانزیستور) تحت آزمایش در اثر این ولتاژ یا جریان آسیب خواهد دید. بر عكس ترسیم منحنی های مشخصه لامپ به سادگی می تواند به كمك یك اسیلوسكپ انجام شود.

یك نمونه ساده برای به دست آوردن مشخصه انتقالی شبكه فرمان لامپ در شكل (16-7) نشان داده شده است. به شبكه فرمان لامپ تریود واقع در مدار یك ولتاژ متناوب دندانه اره ای و یك بایاس مستقیم منفی VS ، به طوریكه لامپ با زاویه هدایت 180 درجه كار كند می رسد. قسمتی از ولتاژ دندانه اره ای به عنوان مرور صفحات انحراف افقی اسیلوسكپ استفاده می شود، ولتاژ دو سر R یعنی مقاومت بار آند به صفحات انحراف عمودی اسیلوسكپ كه تغییرات آن متناسب با جریان آند لامپ است اعمال می شود. در نتیجه نقطه نورانی روی پرده متناسب با ولتاژ دندانه اره ای شبكه فرمان در عرض پرده و متناسب با تغییرات جریان آند به طرف بالا یا پایین ، منحنی مشخصه لامپ را ترسیم می نماید. این منحنی رابطه جریان آند به جریان شبكه را نشان می دهد كه همان مشخصه استاتیك لامپ تریود می باشد.

برای به دست آوردن مشخصه آند لامپ ولتاژ بایاس فقط به شبكه فرمان وصل شده و ولتاژ دندانه اره ای به آند لامپ و صفحات انحراف افقی اسیلوسكپ وارد می شود.

 

ب) ترسیم مشخصه اتصالPN

برای آزمایش مشخصه ولت ـ آمپر اتصالPN مدار ساده ای به كمك اسیلوسكپ در شكل (17-7) نشان داده شده است، كریستالیCr كه به عنوان یك یكسو كننده نیم موج عمل می نماید به ثانویه ترانسفورماتور كاهنده Tr متصل شده است. برای اینكه كریستال در نقطه اتصالPN صدمه نبیند جریان ولتاژ آن كوچك گرفته می شود. این موضوع برای هر اندازه گیری در مورد اتصالهای PN نیز باید رعایت گردد.

عبور جریان اتصال PN در دو سر مقاومت R افت ولتاژی تولید می كند كه این ولتاژ طبق قانوناهم درهر لحظه مستقیماً متناسب با جریان مدار می باشد. ولتاژ دو سر مقاومت R به صفحات انحراف عمودی(y) اسیلوسكپCO و ولتاژ تغذیه دو سر اتصال PN به ترمینالهای صفحات انحراف افقی (X) وارد می شوند. بنابراین مرور اشعه الكترونی روی پرده لامپ اسیلوسكپ به جریان اتصالPN‌یا افت ولتاژ دو سر اتصال بستگی دارد. به عبارت دیگر با تنظیم صحیح اسیلوسكپ مشخصه اتصال PN ، یعنی شاخه رو به جلوی منحنی روی پرده نمایش داده خواهد شد.

نمایش شاخه معكوس منحنی مشخصه ولت ـ آمپر اتصالPN به كمك مدار نشان داده شده در شكل(18ـ7) انجام می گیرد. این مدار اساسا مشابه مدار قبل می باشد و اختلاف آن فقط در نوع ولتاژی است كه به جای ولتاژ 36 ولت به اسیلوسكپ وارد می شود. صفحات انحراف افقی اسیلوسكپ با ولتاژ دو سر مقاومت R2‌شامل مقسم مقاومتی ولتاژ R1R2 تحریك می گردد. مقدار و شكل موج این ولتاژ به همان صورتی تغییر می كند كه مقدار و شكل موج ولتاژ معكوس وارد به نقاطA وB تغییر می نماید. طبق شكل(18ـ7) ملاحظه می شود كه صفحات انحراف افقی (x) متناسب با تغییرات ولتاژ دو سر اتصال PN و صفحات انحراف عمودی(y) متناسب با جریان معكوس اتصال تغییر می كند و شكل ترسیم شده منحنی مشخصه معكوس اتصال PN خواهد بود.

به علت اینكه ولتاژ معكوس كامل به چند درصد ولت می رسد و ممكن است به اسیوسكپ خسارت وارد آورد از اعمال این ولتاژ به صفحات انحراف اجتناب می شود.

 

دیود D نسبت به TD یعنی اتصال PN به صورت مخالف به مدار اتصال یافته است و عملا وقتی TD جریان می كشد دیودD مدار را قطع می كند. زیرا عبور جریان رو به جلوی اتصالTD به علت افت ولتاژ قابل ملاحظه دو سر مقاومت R3 یعنی:

V=If . R3

به اسیلوسكپ صدمه می زند. If در معادله،‌ جریان رو به جلوی اتصالPN است.

پ )اسیلوسكپ به عنوان نشان دهنده نول

به كار بردن اسیلوسكپ به عنوان نشان دهنده نول در پلهای جریان متناوب بسیار متناسب است. زیرا حساسیت و امپدانس ورودی زیاد اسیلوسكپ دقت زیاد اندازه گیری را تامین می كند. مدار ساده شكل(19ـ7) اتصال اسیلوسكپ در یك پل كشوئی را به عنوان نشان دهنده نول نمایش می دهد. ولتاژ از طریق بازوی نشان دهنده پل به تقویت كننده عمودی و از آن پس به انحراف عمودی لامپ اشعه كاتدی اسیلوسكپ وارد می شود. وقتی پل به حالت تعادل (Z1Z3=Z2Z4) است ولتاژ دو سر بازوی نشان دهنده صفر بوده و مرور اشعه روی پرده به یك نقطه تبدیل می گردد. وقتی تعادل پل اختلاف پیدا می كند نقطه روی پرده به صورت یك خط عمودی ظاهر می شود.

نظر به اینكه اسیلوسكپ های دارای تقویت كننده های بهره زیاد هستند بنا بر این مشاهده نول توسط آنها دقیق تر از هر نوع دیگر نشان دهنده خواهد بود.

 

اندازه گیری مشخصه های فركانس

مداری برای به دست آوردن مشخصه های فركانس به كمك اسیلوسكپ در شكل (20ـ7) نشان داده شده است. نوسان سازOSC یك نوسان ساز مرور كننده فركانس است كه فركانس آن به طور پیوسته متغیر میباشد و یا اشعه از طریق ردیف مورد نظر مرور می شود. كنترل فركانس در بعضی نوسان سازها به صورت مكانیكی (یعنی با یك موتور) كار میكند و كنترل بعضی به طور كلی الكترونیكی است.

یك نوع كنترل فركانس نوسان ساز با اتصال یك لامپ رأكتانس به صورت موازی به مدار هماهنگ نوسان ساز درست می شود. اثر لامپ رأكتانس درمدار به یكی از دو حالت اندوكتیو یا كاپا سیتیو خواهد بود، از این رو لامپ رأكتانس درمدار هماهنگ نوسان ساز ضریب القائی یا ظرفیت متغیری را تولید می كند. تغییرات رأكتانس توسط وارد نمودن یك ولتاژ مدوله كننده به شبكه فرمان لامپ رأكتانس به وجود می آید. در نتیجه سیگنال نوسان ساز فركانسش همراه با سیگنال مدوله كننده تغییر یا مرور دارد. ردیف تغییرات مرور سیگنال نوسان ساز با پارامترهای لامپ رأكتانس در حالیكه سیگنال(با هر سیگنال مدوله شده فركانس) ثابت می ماند تعیین می شود و این موضوع برای به دست آوردن مشخصه یا پاسخ فركانس بسیار ضروریست.

با مراجعه به مدار شكل(20-7) نوسان سازOSC با ولتاژ دندانه اره ای از طریق مولد مرورTB اسیلوسكپ مدوله می شود به طوری كه فركانس مرور نوسان ساز با حركت نقطه نورانی روی پرده اسیلوسكپ همزمان است، پس محور افقی لامپ اشعه كاتدی به عنوان محور فركانس عمل می كند.

از نوسان سازOSC سیگنال مدوله شده فركانس به دستگاه تحت آزمایش (یعنی یك تقویت كننده) كه در آن بهره تقویت با فركانس تغییر می كند می رسد. به همین دلیل دامنه سیگنال نیز در خروجی تقویت كننده با فركانس تغییر می نماید، حال اگر تغییرات خروجی تقویت كننده به صفحات عمودی اسیلوسكپ اعمال شود مرور اشعه مشخصه فركانس یا منحنی پاسخ تقویت كننده را نشان خواهد داد.

دو قسمت اضافی شكل(20ـ7) آشكار سازD برای به دست آوردن یك مشخصه تنها دو مولد علامت گذار MG می باشد كه در آن علامت هایی از یك فركانس مشخص را به منحنی پاسخ نمایش داده شده در لامپ اشعه كاتدی تزریق می كند. مولد علامت گذار از تركیب دو نوسان ساز كریستالی با فركانسهای اصلی به ترتیب 1و5 مگا سیكل ساخته شده است. نوسان ساز از این فركانسها و هارمونیكهای آن یك طیف فركانس از 1تا20 مگا سیكل با فواصل 1 مگا سیكلی به وجود می آورد.

 

طیف فركانس به آشكار ساز می رود و در آن با فركانس مرور كننده مخلوط می شود. وقتی كه فركانس مرور كننده با یك فركانس مولد علامت گذار منطبق می شود در نتیجه طپش فركانس كم دو علامت روی پرده ظاهر می گردد، علامتهای مربوط به فركانس هایی كه با 5 مگا سیكل زیاد می شوند دامنه بزرگتر دارند.

نوع دیگر دستگاه تولید فركانس مرور برای تجزیه و تحلیل پاسخ فركانس، مخلوط كردن خروجی های یك نوسان ساز مدوله كننده و یك نوسان ساز فركانس ثابت است كه كنترل فركانس مرور آن مانند حالت قبل با موج دندانه اره ای انجام می گیرد. خروجی حاصل از مخلوط كننده را به تقویت كننده باند پهن داده و سیگنال فركانس طپش پس از تقویت به تضعیف كننده ای با تضعیف 0 و 20 و 40 دسی بل وارد می شود. خروجی دستگاه می تواند به صورت دائمی به كمك یك پتانسیومتر قبل از آن كه به دستگاه تحت سنجش وارد شود تنظیم گردد

[spow 44197]

اگه تصاویر پست قبلی دیده نمیشن ومیخواید یه توضیح کامل درمورد اسیلوسکوپها داشته باشید فایل کم حجم زیررو دانلود کنید

موفق باشید

[samaneh66 10265]

اسیلوسکوپ(به

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

:Oscilloscope) دستگاهی

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

است که امکان مشاهده

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

را فراهم می‌کند. غالباً مقدار ولتاژ به صورت نموداری دوبعدی نمایش داده می‌شود که محور افقاصول عملکرد اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ در حقیقت رسامهای بسیار سریع هستند که سیگنال ورودی را در برابر زمان یا در برابر سیگنال دیگر نمایش می‌دهند. قلم این رسام یک لکه نورانی است که در اثر برخورد یک باریکه الکترون به پرده‌ای فلوئورسان بوجود می‌آید.

به علت لختی بسیار کم باریکه الکترون می‌توان این باریکه را برای دنبال کردن تغییرات لحظه‌ای (ولتاژهایی که بسیار سریع تغییر می‌کنند، یا فرکانسهای بسیار بالا) بکار برد. اسیلوسکوپ بر اساس ولتاژ کار می‌کند. البته به کمک مبدلها (ترانزیستورها) می‌توان جریان الکتریکی و کمیتهای دیگر فیزیکی و مکانیکی را به ولتاژ تبدیل کرد

 

 

 

ی زمان و محور عمودی آن ولتاژ است

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

اجزای اسیلوسکوپ

 

لامپ پرتو کاتدی

اسیلوسکوپ از یک لامپ پرتو کاتدی که قلب دستگاه است و تعدادی مدار برای کار کردن لامپ پرتو کاتدی تشکیل شده‌است. قسمتهای مختلف لامپ پرتو کاتدی عبارتند از:

 

 

تفنگ الکترونی

تفنگ الکترونی باریکه متمرکزی ازالکترونهارا بوجود می‌آورد که شتاب زیادی کسب کرده‌اند. این باریکه الکترون با انرژی کافی به صفحه فلوئورسان برخورد می‌کند و بر روی آن یک لکه نورانی تولید می‌کند. تفنگ الکترونی از رشته گرمکن ، کاتد ، شبکه آند پیش شتاب دهنده ، آند کانونی کننده و آند شتاب دهنده تشکیل شده‌است. الکترونها از کاتدی که بطور غیر مستقیم گرم می‌شود، گسیل می‌شوند. این الکترونها از روزنه کوچکی در شبکه کنترل می‌گردند. شبکه کنترل معمولا یک استوانه هم محور با لامپ است و دارای سوراخی است که در مرکز آن قرار دارد. الکترونهای گسیل شده از کاتد که از روزنه می‌گذرند (به دلیل پتانسیل مثبت زیادی که به آندهای پیش شتاب دهنده و شتاب دهنده اعمال می‌شود)، شتاب می‌گیرند. باریکه الکترونی را آند کانونی کننده ، کانونی می‌کند

 

صفحات انحراف دهنده

صفحات انحراف دهنده شامل دو دسته صفحه‌است. صفحات انحراف قائم که بطور افقی نسب می‌شوند و یک میدان الکتریکی در صفحه قائم ایجاد می‌کنند و صفحات y نامیده می‌شوند. صفحات انحراف افقی بطور قائم نصب می‌شوند و انحراف افقی ایجاد می‌کنند و صفحات x نامیده می‌شوند. فاصله صفحات به اندازه کافی زیاد است که باریکه بتواند بدون برخورد با آنها عبور کند.

 

 

صفحه فلوئورسان

جنس این پرده که در داخل لامپ پرتو کاتدی قرار دارد، از جنس فسفر است. این ماده دارای این خاصیت است که انرژی جنبشی الکترونهای برخورد کننده را جذب می‌کند و آنها را به صورت یک لکه نورانی ظاهر می‌سازد. قسمتهای دیگر لامپ پرتو کاتدی شامل پوشش شیشه‌ای ، پایه که از طریق آن اتصالات برقرار می‌شود، است.

 

 

مولد مبنای زمان

اسیلوسکوپها بیشتر برای اندازه گیری و نمایش کمیات وابسته به زمان بکار می‌روند. برای این کار لازم است که لکه نورانی لامپ روی پرده با سرعت ثابت از چپ به راست حرکت کند. بدین منظور یک ولتاژ مثبت به صفحات انحراف افقی اعمال می‌شود. مداری که این ولتاژ مثبت را تولید می‌کند، مولد مبنای زمان یا مولد رویش نامیده می‌شود.

 

 

سیستم انحراف قائم

چون سیگنالها برای ایجاد انحراف قابل اندازه گیری بر روی صفحه لامپ به اندازه کافی قوی نیستند، لذا معمولا تقویت قائم لازم است. هنگام اندازه گیری سیگنالهای با ولتاژ بالا باید آنها را تضعیف کرد تا در محدوده تقویت کننده‌های قائم قرار گیرند. خروجی تقویت کننده قائم ، از طریق انتخاب همزمانی در وضعیت داخلی، به تقویت کننده همزمان نیز اعمال می‌شود.

 

 

سیستم انحراف افقی

صفحات انحراف افقی را ولتاژ رویش که مولد مبنای زمان تولید می‌کند، تغذیه می‌کند. این سیگنال از طریق یک تقویت کننده اعمال می‌شود، ولی اگر دامنه سیگنالها به اندازه کافی باشد، می‌توان آن را مستقیما اعمال کرد. هنگامی که به سیستم انحراف افقی ، سیگنال خارجی اعمال می‌شود، باز هم از طرق تقویت کننده افقی و کلید انتخاب رویش در وضعیت خارجی اعمال خواهد شد. اگر کلید انتخاب رویش در وضعیت داخلی باشد، تقویت کننده افقی ، سیگنال ورودی خود را از مولد رویش دندانه‌داری که با تقویت کننده همزمان راه اندازی می‌شود، می‌گیرد

 

 

همزمانی

هر نوع رویشی که بکار می‌رود، باید با سیگنال مورد بررسی همزمان باشد. تا یک تصویر بی حرکت بوجود آید. برای این کار باید فرکانس سیگنال مبنای زمان مقسوم علیه‌ای از فرکانس سیگنال مورد بررسی باشد.

 

مواد محو کننده

در طی زمان رویش ، ولتاژ دندانه‌دار رویش اعمال شده به صفحات x ، لکه نورانی را بر یک خط افقی از چپ به راست روی صفحه لامپ حرکت می‌دهد. اگر سرعت حرکت کم باشد، یک لکه دیده می‌شود و اگر سرعت زیاد باشد، لکه به صورت یک خط دیده می‌شود. در سرعتهای خیلی زیاد ، ضخامت خط کم شده و تار به نظر می‌رسد و یا حتی دیده نمی‌شود.

 

 

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

Heterodyne (ترکیب دو جریان متناوب برای تولید جریانی با فرکانسی برابر مجموع یا تفاضل فرکانس دو جریان مزبور)

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

وزوز AC روی صدا

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

جمع دو سیگنال با فرکانس پایین و بالا

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

***** نامناسب روی سینوس.

[samyar 3407]

1- اسیلوسکوپ (oscilloscope)

اصولا کلمه oscilloscope به معنی نوسان نما یا نوسان سنج است و این وسیله برای نمایش دوبعدی سیگنال های متغیر با زمان است. که محور افقی نمایش زمان و محور عمودی محور اختلاف ولتاژ بین دو نقطه از مدار است. پس اسیلوسکوپ فقط توانایی نمایش ولتاژ رو داره و وسیله ای صرفا برای اندازه گیری است و یک اسکوپ ایده آل نباید هیچ تاثیری بر روی سیگنال ورودی داشته باشه و فقط آن را نمایش بدهد.

2- تنظیمات پایه

اگرچه کلیدهای کنترلی اسکوپ های مختلف کمی با هم فرق می کنند ولی در مجموع در اسکوپ های آنالوگ یک سری کلید های اساسی وجود دارد که اگرچه در ظاهر تفاوت هایی وجود دارد ولی در نهایت وظیفه ی آنها در مدل های مختلف یکی است . در شکل زیر یکی از ساده ترین مدل ها رو می بینید. این شکل به چهار قسمت مختلف تقسیم شده است که سه قسمت مهم آن نامگذاری شده که در زیر توضیح آنها را خواهید دید .

 

 

 

a. انتخاب وضعیت عمودی (کلید Vertical MODE در مرز مشترک قسمت 2 و 3)

بسته به این که بخواهیم از کدام یک از ورودی های اسکوپ استفاده کنیم می تونیم کلید MODE رو تنظیم کنیم که به ترتیب از بالا به پایین اسکوپ، روی صفحه نمایش، کانال یک، کانال دو، دو موج را

همزمان و در وضعیت ADD، جمع ریاضی دو موج را نشان خواهد داد.

توجه1: بعضی از اسکوپ ها بجای کلید DUAL دو کلید دیگر به نام های ALT و CHOP دارند که هر دوی آن ها هم دو موج را همزمان نمایش می دهند اما تفاوت ALT و CHOP در این است که ALT یک دوره تناوب از یک موج رو به طور کامل و بسیار سریع نمایش میدهد و بعد موج کانال دیگه را . اما این تغییر انقدر سریع انجام میشود که ما آن رو حس نمی کنیم. اما وضعیت CHOP به صورت انتخابی بریده هایی از یک موج و بریده هایی از یک موج دیگر را هم زمان نشان میدهد که ممکن است شکل موج در فرکانس های پایین با نقطه هایی خالی نشان داده شود.

توجه2: ( MODE X-Y) در بعضی از اسکوپ ها دکمه ی تغییر وضعیت به X-Y در کنار همین دکمه های Vertical mode قرار دارد و در بعضی در قسمت تریگر و برخی در قسمت های دیگه مثلا کلید MODE (نه Vertical MODE مثل چیزی که در بالا توضیح داده شد). اما چیزی که مهم است این است که این وضعیت برای حذف بین دو کانال استفاده میشود و در واقع آنچه بر روی اسکوپ نشان داده میشود ، مشخصه ی انتقالی بین دو نقطه است که محور عمودی معرف تغییرات کانال A و محور افقی نمایش تغییرات کانال B است.

b.کنترل زمان

همان طور که در شکل قسمت 1 می بینید صفحه نمایش (CRT) اسکوپ با واحدهایی مدرج شده که در مورد زمان برای پیدا کردن فرکانس موج استفاده می شود به این شکل که فرض کنیم یک موج به ورودی اسکوپ وارد شده(منبع اش می تواند مثلا یک سیگنال ژنراتور یا یک ترانس باشد که توضیح داده خواهد شد) و ما می خواهیم فرکانس ان را پیدا کنیم. اول باید سوییچ Sweep time/Div رو به صورتی تنظیم کنیم که یک موج ثابت با حداقل یک دوره ی تناوب بر روی صفحه مشخص شود ، بعد از آن عددی را که سوییچ روی آن است در واحد آن قسمت ضرب کنیم و به این ترتیب دوره ی تناوب یا پریود موج به دست می یاد که با معکوس کردن آن می توانیم فرکانسش را به دست بیاوریم. مثلا فرض کنیم در مورد موج بالا اگه سوییچ time/div(بخوانید تایم دیویژن) روی عدد 5 در قسمت ms باشد ، نشان می دهد که هر واحد افقی ما 5 میلی ثانیه رو نشان داده و از آن جایی که موج ما در یک دوره ی تناوب در امتداد 4 خانه قرار گرفته ، پس 4 تا 5 میلی ثانیه که 20 میلی ثانیه (یا 0.02 ثانیه) است دوره ی تناوب این موج است و در نتیجه فرکانس آن 0.02/1 یا پنجاه هرتز است که مثلا می تواند خروجی یک ترانس از برق شهری باشد .

c.کنترل ولتاژ یا دامنه

کنترل دامنه یا روش خواندن دامنه ی موج دقیقا مثل روش خوندن زمانه با این تفاوت که باید واحد های عمودی در Volt/Div (بخوانید ولت دیویژن) ضرب شود . مثلا در مورد موج بالا اگه بخواهیم ولتاژ P-P (پیک تو پیک یا از قله تا قله) را اندازه بگیریم. با فرض اینکه Volt/Div بر روی عدد 1 باشه از قله تا قله ی موج ما 4 خانه رو اشغال کرده که ضربدر عدد یک، 4 ولت رو نشون میده. و این تنظیمات برای هر کانال ورودی باید به طور جداگانه انجام شود و موج هر کانال باید بر اساس مقیاس خودش خوانده شود .

نکته ی مهم: در اکثر اسکوپ ها روی دستگیره های Time/Div و Volt/Div یه دستگیره ی کوچکتر وجود داره که برای کالیبره کردن اسکوپ استفاده میشه و ما همیشه باید قبل از تنظیم این سوییچ ها این دستگیره ی کوچکتر را تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخانیم در غیر اینصورت اندازه گیری های ما صحیح نخواهد بود.

d. انتخاب وضعیت های AC , GND , DC

این کلید سه حالته که معمولا زیر Volt/Div قرار دارد به ما امکان میده که نوع خروجی مان را انتخاب کنیم به این صورت که اگر کلید در وضعیت AC قرار داشته باشه تنها مولفه ی AC سیگنال نمایش داده خواهد شد و مقدار DC یا آفست موج ما حذف خواهد شد. وضعیت GND ورودی ما را به زمین اتصال کوتاه می کند و امکان تنظیم عمودی سطح صفر را به ما میدهد . و وضعیت DC موج را دست نخورده و بدون تغییر به ما نشان می دهد که این موج مقدار شامل DC و AC خواهد بود.

توجه: همیشه در ابتدای کار باید از تنظیم بودن وضعیت صفر اسکوپ مطمئن شویم به این ترتیب که کلید را در حالت GND قرار داده و با دستگیره های Position خط افقی را بر روی صفر قرار دهیم. اینکار را باید برای هر کانال به طور جداگانه باید انجام دهیم و برای تغییر وضعیت از یک کانال به کانال دیگر می تولنیم از کلید MODE (که توضیح داده شد) استفاده کنیم.

نکته1: استفاده از وضعیت AC اگرچه می تواند باعث مسدود کردن مقدار DC موج شود اما در فرکانس های پایین می تواند باعث اعوجاج و به هم ریختگی شکل موج شود و دلیل این مسئله استفاده از خازن های ظرفیت بالایی است که برای حذف مقدار DC موج درون اسکوپ وجود دارد .

نکته2: اگرچه استفاده از وضعیت AC ، ممکن است مشکل مطرح شده در قسمت الف را بوجود بیاورد ، اما استفاده ی مفید آن می تواند برای اندازه گیری ریپل های بسیار کوچک موجود بر روی ولتاژ های به ظاهر DC باشد .(چگونه ؟)

نکته3: تنها مشکل وضعیت DC این است که ممکن است مقدار DC موج، مزاحم اندازه گیری دقیق مقدار AC شود .

اساسی ترین مسائل مربوط به اسکوپ را بررسی کردیم ولی مطالب دیگری هم وجود دارد که معمولا در استفاده های مقدماتی کمتر از آنها استفاده میشود مثل تریگر کردن اسکوپ با یک منبع خارجی(و کلا بخش Triggering) یا کالیبره کردن اسکوپ بوسیله ی سیگنال مربعی که اسکوپ در اختیارمون قرار میدهد و یا مسایل نسبتا گسترده در رابطه با پروب ها جهت اندازه گیری های بسیار دقیق و ... )

راهنمای قدم به قدم استفاده از اسکوپ

 

• قدم اول: روشن کردن اسکوپ!
  
• قدم دوم: اطمینان از کالیبره بودن اسکوپ
  

کلید های Gain Variable Control را که به صورت کلیدی کوچکتر بر روی کلیدهای Volt/Div و Time/Div وجود دارد تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخانید.

 

• قدم سوم: تنظیم زمین اسکوپ
  

کلید سه حالته ی AC GND DC را برای هر دو کانال در حالت GND قرار بدید و با دستگیره ی Position محور عمودی را روی صفر قرار بدهید. بوسیله ی کلیدهای Intensity و Focus به ترتیب شدت نور و نازکی موج را تنظیم کنید و بعد از تنظیم زمین کلیدها را در وضعیت DC قرار بدهید.

 

 

• قدم چهارم: وصل مدار به اسکوپ
  

اگر از یک کانال می خواهید استفاده کنید با یک پروب و اگه از دو کانال با دو پروب باید مدار را به اسکوپ وصل کنید. به این صورت که سوکت پروب را به ورودی کانال مورد نظر وصل کنید و سر دیگه ی اون را به دو سر المان یا قسمتی از مدار که می خواهید تغییرات ولتاژ اون رو بررسی کنید، وصل کنید

 

• قدم پنجم: پایداری موج
  

اگه موجی که روی صفحه نشون داده میشه یا سریع حرکت میکنه، دستگیره ی Trigger Level را در حالت وسط قرار بدید و کمی Time/Div را هم تغییر بدید تا شکل موج واضحتر بشه و اگه موجتون ثابت بود به قدم بعد برید.

 

• قدم ششم: انتخاب منبع
  

کانال مورد نظرتون را برای نمایش روی صفحه بوسیله ی کلید چند حالته ی Vertical Mode انتخاب کنید. اگه هر دو کانال را هم زمان می خواهید ببینید یکی از حالتهای ALT یا CHOP را انتخاب کنید و اگه مجموع دو موج مورد نظرتونه وضعیت ADD را انتخاب کنید.

 

 

• قدم هفتم: اندازه گیری مشخصات موج
  

تعداد خونه های افقی را که در امتداد یک دوره ی تناوب قرار گرفته اند در واحد Time/Div ضرب کنید و عدد به دست اومده را معکوس کنید تا فرکانس موج بدست بیاد. برای بدست اوردن دامنه ی سیگنال، تعداد خانه های افقی را از قله تا پایین ترین نقطه ی موج بشمارید و در Volt/Div آن کانال ضرب کنید. عدد به دست آمده اندازه ی دامنه ی P-P موج خواهد بود.

اگر مدارتان را درست بسته باشید و اسکوپ تان هم سالم باشد باید بعد از این مراحل یک شکل موج ثابت را بر روی اسکوپ ایجاد کرده باشید و مشخصات آن را هم اندازه گیری کرده باشید. در غیر اینصورت باید دنبال پیدا کردن اشکال مدارتان یا اطمینان از سالم بودن اسکوپ داشته باشید.

[am in 25041]

قسمتهای مختلف اسیلوسکوپ

لامپ پرتو کاتدی

اسیلوسکوپ از یک لامپ پرتو کاتدی که قلب دستگاه است و تعدادی مدار برای کار کردن لامپ پرتو کاتدی تشکیل شده است. قسمتهای مختلف لامپ پرتو کاتدی عبارتند از:

تفنگ الکترونی :

 

تفنگ الکترونی باریکه متمرکزی از الکترونها را بوجود می‌‌آورد که شتاب زیادی کسب کرده‌اند. این باریکه الکترون با انرژی کافی به صفحه فلوئورسان برخورد می‌کند و بر روی آن یک لکه نورانی تولید می‌‌کند. تفنگ الکترونی از رشته گرمکن ، کاتد ، شبکه آند پیش شتاب دهنده ، آند کانونی کننده و آند شتاب دهنده تکیل شده است.

 

الکترونها از کاتدی که بطور غیر مستقیم گرم می‌شود، گسیل می‌‌شوند. این الکترونها از روزنه کوچکی در شبکه کنترل می‌‌گردند. شبکه کنترل معمولا یک استوانه هم محور با لامپ است و دارای سوراخی است که در مرکز آن قرار دارد. الکترونهای گسیل شده از کاتد که از روزنه می‌‌گذرند (به دلیل پتانسیل مثبت زیادی که به آندهای پیش شتاب دهنده و شتاب دهنده اعمال می‌‌شود)، شتاب می‌‌گیرند. باریکه الکترونی را آند کانونی کننده ، کانونی می‌‌کند.

صفحات انحراف دهنده :

 

صفحات انحراف دهنده شامل دو دسته صفحه است. صفحات انحراف قائم که بطور افقی نسب می‌شوند و یک میدان الکتریکی در صفحه قائم ایجاد می‌‌کنند و صفحات y نامیده می‌شوند. صفحات انحراف افقی بطور قائم نصب می‌شوند و انحراف افقی ایجاد می‌‌کنند و صفحات x نامیده می‌‌شوند. فاصله صفحات به اندازه کافی زیاد است که باریکه بتواند بدون برخورد با آنها عبور کند.

صفحه فلوئورسان :

 

جنس این پرده که در داخل لامپ پرتو کاتدی قرار دارد، از جنس فسفر است. این ماده دارای این خاصیت است که انرژی جنبشی الکترونهای برخورد کننده را جذب می‌‌کند و آنها را به صورت یک لکه نورانی ظاهر می‌سازد. قسمتهای دیگر لامپ پرتو کاتدی شامل پوشش شیشه‌ای ، پایه که از طریق آن اتصالات برقرار می‌‌شود، است.

مولد مبنای زمان

اسیلوسکوپها بیشتر برای اندازه گیری و نمایش کمیات وابسته به زمان بکار می‌‌روند. برای این کار لازم است که لکه نورانی لامپ روی پرده با سرعت ثابت از چپ به راست حرکت کند. بدین منظور یک ولتاژ مثبت به صفحات انحراف افقی اعمال می‌‌شود. مداری که این ولتاژ مثبت را تولید می‌‌کند، مولد مبنای زمان یا مولد رویش نامیده می‌‌شود.

مدارهای اصلی

سیستم انحراف قائم

چون سیگنالها برای ایجاد انحراف قابل اندازه گیری بر روی صفحه لامپ به اندازه کافی قوی نیستند، لذا معمولا تقویت قائم لازم است. هنگام اندازه گیری سیگنالهای با ولتاژ بالا باید آنها را تضعیف کرد تا در محدوده تقویت کننده‌های قائم قرار گیرند. خروجی تقویت کننده قائم ، از طریق انتخاب همزمانی در وضعیت داخلی، به تقویت کننده همزمان نیز اعمال می‌‌شود.

[am in 25041]

سیستم انحراف افقی

صفحات انحراف افقی را ولتاژ رویش که مولد مبنای زمان تولید می‌‌کند، تغذیه می‌کند. این سیگنال از طریق یک تقویت کننده اعمال می‌‌شود، ولی اگر دامنه سیگنالها به اندازه کافی باشد، می‌‌توان آن را مستقیما اعمال کرد. هنگامی ‌که به سیستم انحراف افقی ، سیگنال خارجی اعمال می‌‌شود، باز هم از طرق تقویت کننده افقی و کلید انتخاب رویش در وضعیت خارجی اعمال خواهد شد. اگر کلید انتخاب رویش در وضعیت داخلی باشد، تقویت کننده افقی ، سیگنال ورودی خود را از مولد رویش دندانه‌داری که با تقویت کننده همزمان راه اندازی می‌‌شود، می‌‌گیرد.

همزمانی

هر نوع رویشی که بکار می‌‌رود، باید با سیگنال مورد بررسی همزمان باشد. تا یک تصویر بی حرکت بوجود آید. برای این کار باید فرکانس سیگنال مبنای زمان مقسوم علیه‌ای از فرکانس سیگنال مورد بررسی باشد.

مواد محو کننده

در طی زمان رویش ، ولتاژ دندانه‌دار رویش اعمال شده به صفحات x ، لکه نورانی را بر یک خط افقی از چپ به راست روی صفحه لامپ حرکت می‌دهد. اگر سرعت حرکت کم باشد، یک لکه دیده می‌‌شود و اگر سرعت زیاد باشد، لکه به صورت یک خط دیده می‌‌شود. در سرعتهای خیلی زیاد ، ضخامت خط کم شده و تار به نظر می‌‌رسد و یا حتی دیده نمی‌‌شود.

کنترل وضعیت

وسیله‌ای برای کنترل حرکت مسیر باریکه بر روی صفحه لازم است. با این کار شکل موج ظاهر شده بر روی صفحه را می‌‌توان بالا یا پائین یا به چپ یا راست حرکت داد. این کار را می‌‌توان با اعمال یک ولتاژ کوچک سیستم داخلی (که مستقل است) به صفحات انحراف دهنده انجام داد. این ولتاژ را می‌‌توان با یک پتانسیومتر تغییر داد.

کنترل کانونی بودن

الکترود کانونی کننده مثل یک عدسی با فاصله کانونی تغییر می‌‌کند. این تغییر با تغییر پتانسیل آند کانونی کننده صورت می‌‌گیرد.

کنترل شدت

شدت باریکه با پتانسیومتر کنترل کننده شدت که پتانسیل شبکه را نسبت به کاتد تغییر می‌‌دهد، تنظیم می‌‌شود.

مدار کالیبره سازی

در اسیلوسکوپهای آزمایشگاهی معمولا یک ولتاژ ایدار داخلی تولید می‌‌شود که دامنه مشخصی دارد. این ولتاژ که برای کالیبره سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد، معمولا یک موج مربعی است

طریقه کار با اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ (oscilloscope) اصولا کلمه oscilloscope به معنی نوسان نما یا نوسان سنج است و این وسیله برای نمایش دوبعدی سیگنال های متغیر با زمان است. که محور افقی نمایش زمان و محور عمودی محور اختلاف ولتاژ بین دو نقطه از مدار است. پس اسیلوسکوپ فقط توانایی نمایش ولتاژ رو داره و وسیله ای صرفا برای اندازه گیری است و یک اسکوپ ایده آل نباید هیچ تاثیری بر روی سیگنال ورودی داشته باشه و فقط اون رو نمایش بده.

[am in 25041]

 

2- تنظیمات پایه

اگرچه کلیدهای کنترلی اسکوپهای مختلف کمی با هم فرق می کنه ولی در مجموع در اسکوپ های آنالوگ یک سری کلیدهای اساسی وجود داره که اگرچه در ظاهر تفاوت هایی وجود داره ولی در نهایت وظیفهی اونا در مدل های مختلف یکیه و در شکل زیر یکی از ساده ترین مدل ها رو میبینید.

. انتخاب و ضعیت عمودیکلید VerticalMODE بسته به این که بخواهیم از کدوم یک از ورودی های اسکوپ استفاده کنیم می تونیم کلید MODE رو تنظیم کنیم که به ترتیب از بالا به پایین اسکوپ، روی صفحه نمایش، کانال یک، کانال دو، دو موج را

همزمان و در وضعیت ADD، جمع ریاضی دو موج را نشان خواهد داد.

 

 

توجه1: بعضی از اسکوپ ها بجای کلید DUAL دو کلید دیگر به نام های ALT و CHOP دارند که هر دوی اون ها هم دو موج رو همزمان نمایش می دن اما تفاوت ALT و CHOP در اینه که ALT یک دوره تناوب از یک موج رو به طور کامل و بسیار سریع نمایش میده و بعد موج کانال دیگه رو. اما این تغییر انقدر سریع انجام میشه که ما اون رو حس نمی کنیم. اما وضعیت CHOP به صورت انتخابی بریده هایی از یک موج و بریده هایی ازیک موج دیگه رو هم زمان نشون میده که ممکنه شکل موج در فرکانس های پایین با نقطه هایی خالی نشون داده بشه.

توجه2:(MODEX-Y) در بعضی از اسکوپ ها دکمه ی تغییر وضعیت به X-Y در کنار همین دکمه های Vertical mode قرار داره و در بعضی در قسمت تریگر و برخی در قسمت های دیگه مثلا کلید MODE (نه Vertical MODE مثل چیزی که در بالا توضیح داده شد). اما چیزی که مهمه اینه که این وضعیت برای حذف بین دو کانال استفاده میشه و درواقع اونچه بر روی اسکوپ نشون داده میشه، مشخصه ی انتقالی بین دو نقطه است که محور عمودی معرف تغییرات کانال A و محور افقی نمایش تغییرات کانال B است.

کنترل زمان

 

[am in 25041]

همون طور که در شکل زیر می بینید صفحه نمایش (CRT) اسکوپ با واحدهایی مدرج شده که در مورد زمان برای پیدا کردن فرکانس موج استفاده می شه به این شکل که فرض کنیم یک موج به ورودی اسکوپ وارد شده(منبع اش می تونه مثلا یک سیگنال ژنراتور یا یک ترانس باشه که توضیح داده خواهد شد) و ما می خواهیم فرکانس اش رو پیدا کنیم. اول باید سوییچ Sweep time/Div رو به صورتی تنظیم کنیم که یک موج ثابت با حداقل یک دوره ی تناوب بر روی صفحه مشخص بشه، بعد از اون عددی رو که سوییچ روی اونه در واحد اون قسمت ضرب کنیم و به این ترتیب دوره ی تناوب یا پریود موج به دست می یاد که با معکوس کردن اون می تونیم فرکانس اش رو به دست بیاریم. مثلا فرض کنیم در مورد موج بالا اگه سوییچ time/div(بخونید تایم دیویژن) روی عدد 5 در قسمت ms باشه، نشون می ده که هر واحد افقی ما 5 میلی ثانیه رو نشون می ده و از اون جایی که موج ما در یک دوره ی تناوب در امتداد 4 خونه قرار گرفته، پس 4 تا 5 میلی ثانیه که 20 میلی ثانیه(یا 0.02 ثانیه) است دوره ی تناوب این موجه و در نتیجه فرکانس اون 0.02/1 یا پنجاه هرتزه که مثلا می تونه خروجی یه ترانس از برق شهری باشه.

 

 

کنترل ولتاژ یا دامنه

 

 

کنترل دامنه یا روش خوندن دامنه ی موج دقیقا مثل روش خوندن زمانه با این تفاوت که باید واحد های عمودی در Volt/Div (بخونید ولت دیویژن) ضرب بشه. مثلا در مورد موج بالا اگه بخواهیم ولتاژ P-P (پیک تو پیک یا از قله تا قله) رو اندازه بگیریم. با فرض اینکه Volt/Div بر روی عدد 1 باشه از قله تا قله ی موج ما 4 خونه رو اشغال کرده که ضربدر عدد یک، 4 ولت رو نشون میده. و این تنظیمات برای هر کانال ورودی باید به طور جداگانه انجام بشه و موج هر کانال باید بر اساس مقیاس خودش خونده بشه.

نکته ی مهم: در اکثر اسکوپ ها روی دستگیره های Time/Div و Volt/Div یه دستگیره ی کوچکتر وجود داره که برای کالیبره کردن اسکوپ استفاده میشه و ما همیشه باید قبل از تنظیم این سوییچ ها این دستگیره ی کوچکتر رو تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخونیم در غیر اینصورت اندازه گیری های ما صحیح نخواهد بود.

انتخاب وضعیت های AC , GND , DC

این کلید سه حالته که معمولا زیر Volt/Div قرار داره به ما امکان میده که نوع خروجی مون رو انتخاب کنیم به این صورا که اگر کلید در وضعیت AC قرار داشته باشه تنها مولفه ی AC سیگنال نمایش داده خواهد شد و مقدار DC یا آفست موج ما حذف خواهد شد. وضعیت GND ورودی ما را به زمین اتصال کوتاه می کند و امکان تنظیم عمودی سطح صفر رو به ما میده. و وضعیت DC موج رو دست نخورده و بدون تغییر به ما نشون می ده که این موج مقدار شامل DC و AC خواهد بود.

توجه: همیشه در ابتدای کار باید از تنظیم بودن وضعیت صفر اسکوپ مطمئن بشیم به این ترتیب که کلید رو در حالت GND قرار داده و با دستگیره های Position خط افقی را بر روی صفر قرار دهیم. اینکار را باید برای هر کانال به طور جداگانه باید انجام دهیم و برای تغیر وضعیت از یک کانال به کانال دیگه می تونیم از کلید MODE (که توضیح داده شد) استفاده کنیم.

نکته1: استفاده از وضعیت AC اگرچه می تونه باعث مسدود کردن مقدار DC موج بشه اما در فرکانس های پایین می تونه باعث اعوجاج و به هم ریختگی شکل موج بشه و دلیل این مسئله استفاده از خازن های ظرفیت بالایی است که برای حذف مقدار DC موج درون اسکوپ وجود داره.

نکته2: اگرچه استفاده از وضعیت AC، ممکنه مشکل مطرح شده در قسمت الف رو بوجود بیاره، اما استفاده ی مفید اون می تونه برای اندازه گیری ریپل های بسیار کوچک موجود بر روی ولتاژ های به ظاهر DC باشه.(چطوری)

نکته3: تنها مشکل وضعیت DC اینه که ممکنه مقدار DC موج، مزاحم اندازه گیری دقیق مقدار AC بشه.

اساسی ترین مسائل مربوط به اسکوپ رو بررسی کردیم ولی مطالب دیگه ای هم وجود داره که معمولا در استفاده های مقدماتی کمتر از اونا استفاده میشه مثل تریگر کردن اسکوپ با یک منبع خارجی(و کلا بخش Triggering) یا کالیبره کردن اسکوپ بوسیله ی سیگنال مربعی یی که اسکوپ در اختیارمون قرار میده و یا مسایل نسبتا گسترده در رابطه با پروب ها جهت اندازه گیری های بسیار دقیق و ... که در یک پست دیگه بعد از معرفی مولتی متر دیجیتال و سیگنال ژنراتور، اونا رو خواهم نوشت ولی تنظیم برخی از کلیدهای بخش Triggering رو (بدون دلیل) جهت اندازه گیری صحیح در قسمت راهنمای قدم به قدم نوشته ام.

[am in 25041]

راهنمای قدم به قدم استفاده از اسکوپ

 

قدم اول: روشن کردن اسکوپ!

 

 

 

قدم دوم: اطمینان از کالیبره بودن اسکوپ

 

کلید های Gain Variable Control رو که به صورت کلیدی کوچکتر بر روی کلیدهای Volt/Div و Time/Div وجود داره تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخونید.

 

 

 

قدم سوم: تنظیم زمین اسکوپ

 

کلید سه حالته ی AC GND DC رو برای هر دو کانال در حالت GND قرار بدید و با دستگیره ی Position محور عمودی رو روی صفر قرار بدید. بوسیله ی کلیدهای Intensity و Focus به ترتیب شدت نور و نازکی موج رو تنظیم کنید و بعد از تنظیم زمین کلیدها رو در وضعیت DC قرار بدید.

 

 

قدم چهارم: وصل مدار به اسکوپ

 

اگر از یک کانال می خواهید استفاده کنید با یک پروب و اگه از دو کانال با دو پروب باید مدار رو به اسکوپ وصل کنید. به این صورت که سوکت پروب رو به ورودی کانال مورد نظر وصل کنید و سر دیگه ی اون رو به دو سر المان یا قسمتی از مدار که می خواهید تغییرات ولتاژ اون رو بررسی کنید، وصل کنید

 

 

قدم پنجم: پایداری موج

 

اگه موجی که روی صفحه نشون داده میشه یا سریع حرکت میکنه، دستگیره ی Trigger Level رو در حالت وسط قرار بدید و یه کم Time/Div رو هم تغییر بدید تا شکل موج واضحتر بشه و اگه موجتون ثابت بود به قدم بعد برید.

 

 

قدم ششم: انتخاب منبع

 

کانال مورد نظرتون رو برای نمایش روی صفحه بوسیله ی کلید چند حالته ی Vertical Mode انتخاب کنید. اگه هر دو کانال رو هم زمان می خواهید ببینید یکی از حالتهای ALT یا CHOP رو انتخاب کنید و اگه مجموع دو موج مورد نظرتونه وضعیت ADD رو انتخاب کنید.

 

 

قدم هفتم: اندازه گیری مشخصات موج

 

تعداد خونه های افقی رو که در امتداد یک دوره ی تناوب قرار گرفته اند در واحد Time/Div ضرب کنید و عدد به دست اومده رو معکوس کنید تا فرکانس موج بدست بیاد. برای بدست اوردن دامنه ی سیگنال، تعداد خونه های افقی رو از قله تا پایین ترین نقطه ی موج بشمارید و در Volt/Div اون کانال ضرب کنید. عدد به دست اومده اندازه ی دامنه ی P-P موج خواهد بود.

 

اگه مدارتون رو دست بسته باشید و اسکوپ تون هم سالم باشه باید بعد از این مراحل یک شکل موج ثابت رو بر روی اسکوپ ایجاد کرده باشید و مشخصات اون رو هم اندازه گیری کرده باشید. در غیر اینصورت باید دنبال پیدا کردن اشکال مدارتون یا اطمینان از سالم بودن اسکوپ باشید. در پست های بعدی کار با سیگنال ژنراتور و مولتی متر دیجیتال رو خواهم نوشت. موفق باشید.

[am in 25041]

کلیدها و ولومهای اوسیلوسکوپ

 

1- کلید پاور : کلید اصلی روشن و خاموش کردن اوسیلوسکوپ

2- ولوم فوکوس : برای وضوح تصویر

3- ولوم ولت بر قسمت : ولوم ولت بر قسمت براي تنظيم دامنه(محور عمودي كانال يك) موج را بزرگتر يا كوچكتر نشان مي دهد.

4- ولوم كاليبره كننده، كه اين ولوم هميشه بايد در منتها اليه سمت راست باشد.

5- كليد سه حالته انتخاب وضعيت سيگنال ورودي كانال يك در حالت AC فقط موجAC را نشان ميدهد و در حالت DC سيگنال AC و DC را نشان ميدهد . درحالت GND خط صفري در صفحه اسيلوسكوپ داريم كه ازآن به عنوان خط مبنا (خط صفر) استفاده مي شود .

6-با چرخاندن ولوم Position ، سيگنال ورودي كانال يك به بالا و پايين تغيير مكان ميدهد .

7- ALT در صورتي كه براي نمايش امواج ورودي هر دو كانال با فركانس هاي بيش از يك كيلو هرتز است .در صورت فشردن كليد به حالت CHOP ميرود ، كه براي امواج كمتر از 1كيلو هرتز است .

8- DCBAL :اين پنتانسيومتر براي بالانس محور عمودي به كار ميرود .

9- كليد 4حالته MODE:

در حالت CH1 ورودي فقط از كانال 1 است .

 

درحالت CH2 ورودي فقط از كانال 2 است.

 

در حالت DOUL وردي هر دو نشان داده مي شود .(به طور جداگانه ).

 

در حالت ADD مجموعه دامنه ورود ي هر دو كانال نشان داده ميشود .

 

10- در اسيلوسكوپ مداري وجود دارد كه وجود ياعدم وجود سيگنال ورودي را تشخيص دهد.

 

اگركليد 4 حالته Mode در حالت:

 

AUTO:در صورت عدم وجود سيگنال ورودي يك خط صاف روي صفحه اسكوپ ظاهر ميشود .

 

NORM :در صورت عدم وجود سيگنال ورودي هيچ شكل موجي روي صفحه ظاهر نميشود.

 

11-كليد SLOP دامنه ي موج را در وضعيت بيرون مثبت و در وضعيت درون منفي نشان ميدهد (180درجه اختلاف فاز ايجاد ميكند (

12-TRIG-ALT : امواج ورودي هر دو كانال را به روش متناوب جاروب ميكند.

13- كليد SWP.VAR.براي كاليبره كردن پريود، بايد در منتها اليه سمت راست قرار مي گيرد.

14- با چرخاندن ولوم POSITION شكل موج به چپ و راست تغيير مكان ميدهد .

 

پروب اسیلوسکوپ :