آموزش کار با اسیلوسکوپ به‌صورت گام به گام

ممکن است برای عيب‌يابی يک مدار به اطلاعاتی بيش از آنچه يک مولتی متر فراهم می‌کند نیاز داشته باشید. اگر این موضوع برای شما هم پیش آمده است و به اطلاعاتی مانند فرکانس، نويز، دامنه يا هر مشخصه­‌ی ديگری که ممکن است با زمان تغيير کند، نیاز پیدا کرده‌اید، حتما باید کار با اسیلوسکوپ را یاد بگیرید.

اما اسیلوسکوپ چیست؟

اسیلوسکوپ­‌ها ابزاری مهم در هر آزمایشگاه مهندسی برق هستند. آن­‌ها به شما این امکان را می‌­دهند تا سیگنال‌های الکتریکی را که در طول زمان تغییر می­‌کنند، مشاهده کنید، برای مثال این ابزار می‌تواند در تشخیص اینکه چرا مدار تایمر 555 شما به درستی چشمک نمی‌زند، به شما کمک کند.

آنچه در این آموزش خواهید آموخت

هدف ما در این آموزش این است که مفاهیم، اصطلاحات فنی و سیستم­‌های کنترلی اسیلوسکوپ را برای شما بیان کنیم تا پس از اتمام این مقاله، شروع به کار کنید.

 فهرست مطالب:

• اصول اولیه­ — تعریفی از اینکه این ابزار دقیقاً چیست، چه چیزی را اندازه می‌­گیرد و چرا از آن استفاده می‌­کنیم.
• واژگان— واژه نام‌ه­ای که مشخصه‌­های پرکاربردتر این ابزار را پوشش می­‌دهد.
• ساختمان — مروری بر مهم‌­ترین بخش­‌های این ابزار مثل صفحه نمایش، دکمه های بخش افقی و عمودی، تریگرها و پراب­‌ها.
• کار با اسیلوسکوپ – نکات و ترفندهایی برای کسانی که برای اولین بار از اسیلوسکوپ استفاده می­‌کنند.

ما از نمونه‌ی دیجیتال سطح متوسط دستی Gratten GA1102CAL به عنوان مبنای بحث­مان استفاده می­‌کنیم. انواع مختلف اسیلوسکوپ ممکن است متفاوت به نظر برسند، اما همه‌­ی آن­‌ها باید مکانیزم‌های کنترلی و ارتباطی مشابهی را ارائه دهند.

اصول اولیه اسیلوسکوپ­‌ها

هدف اصلی یک اسیلوسکوپ ترسیم یک سیگنال الکتریکی است که در طول زمان تغییر می­‌کند. اکثر آن‌ها یک نمودار دو بعدی تولید می­‌کنند که محور x آن بر حسب زمان و محور y آن بر حسب ولتاژ است.

نمونه‌­ای از نمایش یک اسیلوسکوپ. یک سیگنال (موج سینوسی زرد) روی محور افقی زمان و محور عمودی ولتاژ ترسیم شده­‌است.

کلیدهای کنترلی اطراف صفحه نمایش اسیلوسکوپ به شما امکان تنظیم مقیاس نمودار را هم به‌صورت عمودی و هم به صورت افقی می­‌دهند و امکان بزرگ‌­نمایی و کوچک­‌نمایی سیگنال را برای شما فراهم می‌کنند. علاوه بر این، کنترل­‌هایی برای تنظیم تریگر بر روی این ابزار قرار دارد که به تنظیم و تثبیت صفحه نمایش کمک می­‌کنند.

اسیلوسکوپ­‌ها چه چیزی را اندازه می‌گیرند؟

علاوه بر امکانات اساسی، بسیاری از اسیلوسکوپ­‌ها دارای ابزارهای اندازه‌­گیری هستند که به اندازه­‌گیری سریع فرکانس، دامنه و سایر مشخصه‌­های شکل موج کمک می­‌کنند. به‌طور کلی این ابزار می­‌تواند مشخصه­‌های مبتنی بر زمان و مبتنی بر ولتاژ را اندازه‌گیری کند.

در ادامه این مشخصه‌ها را بررسی خواهیم کرد.

مشخصه‌­های مبتنی بر زمان

• فرکانس و دوره – به تعداد دفعاتی که یک شکل موج در ثانیه تکرار می­‌شود، فرکانس می­‌گویند و به عکس آن، دوره گفته می‌شود (تعداد ثانیه‌­هایی که هر شکل موج تکرار شونده طول می­‌کشد). بیش‌ترین فرکانسی که اسیلوسکوپ‌ها می‌­توانند اندازه بگیرند، متفاوت است، اما اغلب در محدوده 100 مگاهرتز می‌­باشد.
• چرخه کار (duty cycle) – به درصدی از یک دوره چرخه کار می‌گویند که یک موج مثبت یا منفی می‌­شود (چرخه کار هم می‌­تواند مثبت باشد و هم منفی). در واقع چرخه کار نسبتی است که به جای اینکه به شما ­‌بگوید در هر دوره یک سیگنال چه مدت “خاموش” است (چه مدت پالس منفی است)، به شما نشان می‌دهد که در هر دوره، یک سیگنال چه مدت “روشن” است (چه مدت پالس مثبت است).
• زمان صعود و نزول – سیگنال‌­ها نمی‌­توانند به‌صورت آنی از 0 ولت به 5 ولت برسند، آن‌ها مجبورند به آرامی حرکت کنند. مدت زمان حرکت موج از یک نقطه­‌ی پایینی به یک نقطه‌­ی بالایی را زمان صعود گویند و زمان نزول عکس این را اندازه می­‌گیرد. این مشخصه­‌ها هنگام در نظر گرفتن سرعت پاسخ مدار به سیگنال­‌ها اهمیت پیدا می­‌کنند.

مشخصه­‌های مبتنی بر ولتاژ

• دامنه – دامنه، اندازه­‌گیری بزرگی یک سیگنال است. روش‌­های مختلفی برای اندازه‌­گیری دامنه وجود دارد، از جمله روش پیک تا پیک (peak to peak) که اختلاف مطلق بین نقطه­‌ی ولتاژ بالایی و پایینی یک سیگنال را اندازه می‌­گیرد. از سوی دیگر پیک دامنه، تنها بیشتر یا کمتر بودن سیگنال نسبت به صفر ولت را اندازه می‌گیرد.
• حداکثر و حداقل ولتاژ — اسیلوسکوپ می­‌تواند دقیقاً به شما بگوید که ولتاژ سیگنال شما چقدر بالا و پایین می­‌شود.
• متوسط و میانگین ولتاژ – این ابزار می­‌تواند متوسط یا میانگین سیگنال شما را محاسبه کند. همچنین می‌تواند مقدار متوسط حداقل و حداکثر ولتاژ سیگنال را به شما بگوید.

چه زمانی از اسیلوسکوپ استفاده کنیم؟

برای استفاده از اسیلوسکوپ­‌ها باید بدانید که آن‌ها در وضعیت­‌های مختلفِ عیب­‌یابی و تحقیقاتی، مفید هستند، از جمله:

• تعیین فرکانس و دامنه‌­ی یک سیگنال که در رفع اشکال­ ورودی و خروجی مدار یا سیستم­‌های داخلی ضروری است. از این طریق می­‌توانید دریابید که آیا یک قطعه از مدار شما خراب شده است یا خیر.
• تشخیص میزان نویز در مدار شما.
• تشخیص شکل موج، اعم از سینوسی، مربعی، مثلثی، دندانه اره­‌ای و غیره.
• اندازه­‌گیری اختلاف فاز بین دو سیگنال متفاوت.

واژگان اسیلوسکوپ

برای اینکه کامل روش استفاده از اسیلوسکوپ را یاد بگیرید، حتما باید با واژگان و اصطلاحات آن آشنا شوید. در این قسمت تعدادی از کلمات مهم این ابزار را که باید پیش از روشن کردن آن بلد باشید، به شما معرفی می‌کنیم.

مشخصات کلیدی

برخی از اسیلوسکوپ‌­ها از بقیه بهتراند. مشخصات زیر به شما کمک می‌کند که بفهمید تا چه مقدار باید از این ابزار اندازه‌گیری، انتظار عملکرد خوبی را داشته باشید:

• پهنای باند – اسیلوسکوپ‌ها اغلب برای اندازه‌گیری شکل موج‌هایی استفاده می‌شوند که یک فرکانس مشخص دارند. هیچ یک از آن‌ها کامل نیستند. تمامی آن‌ها در مورد اینکه چه قدر سریع می‌توانند تغییرات سیگنال را ببینند، دارای محدودیت‌هایی هستند. پهنای باند، محدوده فرکانس‌هایی را که می‌تواند به‌دقت اندازه‌­گیری کند، مشخص می‌کند.   
• دیجیتال در مقابل آنالوگ – مانند بسیاری از چیزهای الکترونیکی، اسیلوسکوپ هم می‌تواند آنالوگ یا دیجیتال باشد. نمونه‌های آنالوگ از یک پرتوی الکترونی برای نگاشت ولتاژ ورودی روی صفحه نمایش استفاده می‌کنند. نمونه‌های دیجیتال، از میکروکنترلرها کمک می­‌گیرند تا با یک مبدل آنالوگ به دیجیتال از سیگنال ورودی نمونه‌برداری کرده و مقدار خوانده شده را بر روی صفحه نمایش ترسیم کنند. به‌طور کلی نمونه‌های آنالوگ قدیمی­‌تراند، پهنای باند کمتر و قابلیت‌های کمتری دارند، اما ممکن است پاسخ سریع‌تری داشته باشند و البته خیلی جذاب تر!

• تعداد کانال­‌ها – بسیاری از اسیلوسکوپ‌ها می‌توانند بیش از یک سیگنال را در یک زمان بخوانند و آن‌ها را به‌طور هم‌زمان روی صفحه نمایش نشان دهند. هر سیگنالی که توسط این ابزار خوانده می‌شود، در یک کانال مجزا قرار می‌گیرد. نمونه‌های دو یا چهار کاناله بسیار متداول هستند.

• نرخ نمونه‌برداری – این ویژگی مختص نمونه‌های دیجیتال است و نشان می‌دهد که چند بار در ثانیه یک سیگنال خوانده می‌شود. در نمونه‌هایی که بیش از یک کانال دارند، این مقدار ممکن است در صورت استفاده هم‌زمان از چند کانال کاهش یابد.
• زمان صعود – زمان صعود تعیین شده برای یک اسیلوسکوپ، سریع‌­ترین زمانی است که یک پالسِ درحال صعود می­‌تواند اندازه بگیرد. زمان صعود به پهنای باند وابسته است و به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:

 Rise Time = 0.35 / Bandwidth

• حداکثر ولتاژ ورودی – هر قطعه‌ی الکترونیکی وقتی با ولتاژ بالا مواجه می‌شود، محدودیت‌های خود را دارد. همه­‌ی اسیلوسکوپ­‌ها باید متناسب با حداکثر ولتاژ ورودی ارزیابی شوند. اگر سیگنال شما از آن ولتاژ فراتر رود، به احتمال زیاد اسیلوسکوپ آسیب خواهد دید.
• رزولوشن – رزولوشن نشان می­‌دهد که چه قدر دقیق می­‌تواند ولتاژ ورودی را اندازه­‌گیری کند. این مقدار با تنظیم مقیاس عمودی قابل تغییر است.
• حساسیت عمودی – این مقدار حداقل و حداکثر مقادیر عمودی و مقیاس ولتاژ را نشان می‌دهد، به عبارت دیگر نشان می‌دهد حداقل و حداکثر مقدار هر واحد عمودی چند ولت است. این مقدار بر حسب volts/div ذکر شده است.
• مبنای زمان – مبنای زمان معمولاً محدوده حساسیت محور افقی (زمان) را نشان می‌دهد. این مقدار بر حسب seconds/div ذکر شده است.
• امپدانس ورودی – وقتی فرکانس سیگنال خیلی بالا می‌رود، اضافه کردن حتی یک امپدانس کوچک (مقاومت، خازن یا سلف) به مدار می‌تواند روی سیگنال اثر بگذارد. همه‌ی اسیلوسکوپ‌ها یک امپدانس مشخصی به مداری که می‌خوانند، اضافه می‌کنند که امپدانس ورودی نامیده می‌شود. امپدانس ورودی به‌طور کلی به‌صورت یک امپدانس مقاومتی بزرگ (بیشتر از یک مگا اهم)، موازی با یک خازن کوچک (در محدوده پیکوفاراد) است. اثر امپدانس ورودی زمانی بیشتر آشکار می‌شود که از سیگنال‌های با فرکانس بسیار بالا استفاده شود و پرابی که استفاده می‌کنید، کمک می‌کند که این اثر جبران شود.

به عنوان مثال، ما با استفاده از GA1102CAL ، جدول زیر را درست کرده‌ایم. مشخصاتی را که می‌توانید از یک اسیلوسکوپ با سطح متوسط انتظار داشته باشید، در این جدول مشاهده کنید.

مشخصات	مقدار
پهنای باند	100MHz
نرخ نمونه برداری	1GSa/s (1E9 samples per second)
زمان صعود	3.5ns>
تعداد کانال	2
حداکثر ولتاژ ورودی	400V
رزولوشن	8bit
حساسیت عمودی	2mV/div – 5V/div
مبنای زمان	2ns/div – 50s/div
امپدانس ورودی	1MΩ ±3% || 16pF ±3pF

با فهم این مشخصات، می‌توانید نمونه‌ی مناسب این ابزار را که متناسب با نیازهای شما است، انتخاب کنید. اما هنوز باید کار با آن را یاد بگیرید! در ادامه همراه ما باشید تا این کار را انجام دهیم.

ساختمان یک اسیلوسکوپ

هیچ یک از اسیلوسکوپ‌ها دقیقاً مشابه هم ساخته نشده‌­اند، اما همه‌ی آن‌ها باید ویژگی‌های مشترکی داشته باشند تا عملکرد مشابهی را ارائه دهند. در این قسمت، برای اینکه بتوانید کار با اسیلوسکوپ را آغاز کنید، در مورد تعدادی از بخش‌های متداول این ابزار یعنی صفحه نمایش، افقی، عمودی، تریگر و ورودی‌ها صحبت خواهیم کرد.

صفحه نمایش

یک اسیلوسکوپ را زمانی می‌توانید خوب بدانید که بتواند پارامتری را که می‌خواهید تست کنید، نمایش دهد. همین موضوع، باعث شده که صفحه نمایش به یکی از بخش‌های مهم این ابزار تبدیل شود.

صفحه نمایش اسیلوسکوپ‌ها باید تقاطعی از خطوط افقی و عمودی باشد که divisions نام‌گذاری می‌شوند. مقیاس این divisions توسط کلید‌های محورهای افقی و عمودی تنظیم می‌شود. به‌طوری که هر واحد عمودی بر حسب volts/div و هر واحد افقی بر حسب seconds/div سنجیده می‌شود. به‌طور کلی این ابزار اندازه‌گیری با 8 تا 10 قسمت عمودی (ولتاژ) و 10 تا 14 قسمت افقی (ثانیه) نمایان می‌شود.

نمونه‌های قدیمی (به ویژه انواع آنالوگ) معمولاً از یک صفحه نمایش ساده تک رنگ استفاده می‌کنند که در آن شدت موج ممکن است تغییر کند. اما نمونه‌های جدیدتر از صفحه نمایش‌های LCD چند رنگ استفاده می‌کنند که به نمایش هم‌زمان بیش از یک موج کمک بسیاری می‌کنند.

بسیاری از صفحه نمایش‌ها در کنار حدود 5 کلید، چه در کنار یا پایین صفحه نمایش قرار گرفته‌اند. این کلیدها می‌توانند برای جابه جایی بین منوها و کنترل تنظیمات استفاده شوند.

سیستم عمودی

بخش عمودی اسیلوسکوپ، مقیاس ولتاژ را روی صفحه نمایش کنترل می‌کند. به‌طور معمول دو ولوم در این بخش وجود دارد که به شما این امکان را می‌دهد تا به‌طور جداگانه وضعیت عمودی و volts/div را کنترل کنید.  

• volts/div
• position

ولوم volts/div

ولوم volts/div به شما این امکان را می­‌دهد تا مقیاس ولتاژ را روی صفحه نمایش تنظیم کنید. با چرخش ساعتگرد ولوم، مقیاس عمودی کاهش و با چرخش پادساعتگرد ولوم، مقیاس عمودی افزایش می‌­یابد. مقیاس کوچک­‌تر مانند  volts/div  کمتر روی صفحه نمایش، به این معنا است که شما در حال بزرگ‌نمایی بیشتر شکل موج هستید.

برای مثال، صفحه نمایش اسیلوسکوپ GA1102، 8 قسمت عمودی دارد و ولوم volts/div می­‌تواند یک مقیاس بین 2mV/div و 5V/div را انتخاب کند. بنابراین، با بزرگ‌نمایی 2mV/div ، صفحه نمایش می­‌تواند شکل موج را به‌صورتی نشان دهد که از بالا تا پایین 16 میلی‌ولت باشد. در حالت کوچک‌نمایی کامل، اسیلوسکوپ می‌تواند یک شکل موج را در محدوده 40 ولت نشان دهد (پراب که در ادامه توضیح خواهیم داد، می‌­تواند این محدوده را افزایش دهد).

ولوم  position

ولوم position، انحراف عمودی شکل موج روی صفحه نمایش را کنترل می‌کند. اگر ولوم را به‌صورت ساعتگرد بچرخانید، خواهید دید که موج به سمت پایین حرکت می‌کند و چرخش پادساعتگرد، آن را به سمت بالای نمایشگر می‌برد. می‌توانید از ولوم position  برای انحراف بخشی از شکل موج به بیرون صفحه نمایش استفاده کنید.  

با استفاده از هر دو ولوم­‌های position  و volts/div ، می­‌توانید بر روی قسمت کوچکی از شکل موج که برایتان مهم است، زوم کنید. اگر شما یک موج مربعی 5 ولت داشته باشید، اما فقط لبه­‌ها برایتان اهمیت دارد، می‌­توانید به کمک هر دو ولوم روی لبه‌­ی بالارونده زوم کنید.

سیستم افقی

بخش افقی، مقیاس زمانی را روی صفحه نمایش کنترل می‌کند. مشابه سیستم عمودی، سیستم افقی هم دو ولوم در اختیار شما قرار می‌دهد position و seconds/div.

ولوم seconds/div

اگر ولوم seconds/div را بچرخانید، مقیاس افقی افزایش یا کاهش پیدا می‌کند. اگر ولوم s/div را به صورت ساعتگرد بچرخانید، تعداد ثانیه‌­هایی که هر قسمت نشان می‌­دهد کاهش می‌یابد و شما در وضعیت بزرگ‌نمایی مقیاس زمانی خواهید بود. اما ­­­­­چرخش پادساعتگرد این ولوم، مقیاس زمانی را افزایش می‌­دهد و مدت زمان طولانی‌­تری را روی صفحه نمایش نشان می­‌دهد.

برای مثال، صفحه نمایش اسیلوسکوپ GA1102 ، چهارده قسمت افقی دارد و شما می­‌توانید هر جایی را بین 2 نانوثانیه و 50 ثانیه نشان دهید. بنابراین، در حالت بزرگ‌نمایی در مقیاس افقی، این ابزار می­‌تواند 28nS از یک شکل موج را نشان دهد و در حالت کوچک‌نمایی می‌­تواند یک سیگنال را با تغییرات 700 ثانیه‌­ای نمایش دهد.

ولوم position

ولوم position می­‌تواند شکل موج شما را به سمت راست و چپ صفحه نمایش ببرد و آفست (offset) محور افقی را تنظیم کند.

با استفاده از سیستم افقی، می­‌توانید تعداد دوره­‌هایی را که از یک شکل موجی می­‌خواهید روی صفحه نمایش ببینید، تنظیم کنید. همچنین، می‌­توانید با کوچک‌نمایی، چندین پیک از یک سیگنال را مشاهده کنید. مانند تصویر زیر:

به علاوه، می­‌توانید با بزرگ‌نمایی و به کمک ولوم position  یک قسمت خیلی کوچک از موج را نشان دهید. مانند تصویر زیر:

سیستم تریگر

بخش تریگر برای پایدار کردن یک شکل موج به کار می‌­رود. در واقع تریگر به اسیلوسکوپ می‌­گوید که چه بخش‌­هایی از سیگنال به تریگر وارد شده و شروع به اندازه­‌گیری می­‌کند. اگر شکل موج شما متناوب باشد، تریگر می­‌تواند نمایش شکل موج را ثابت و پایدار کند. موجی که به‌طور ضعیف تریگر شده باشد، به‌صورت زیر خواهد بود:

بخش تریگر معمولاً از یک ولوم level و تعدادی دکمه برای انتخاب منبع و نوع تریگر تشکیل شده است. با چرخاندن دکمه level می‌­توانید تریگر را در یک ولتاژ معینی تنظیم کنید.

یک سری از دکمه‌ها و منوهای صفحه نمایش سایر قسمت‌­های سیستم تریگر را تشکیل می­‌دهند. هدف اصلی آن­‌ها انتخاب منبع تریگر و مد آن است. انواع مختلفی از تریگرها وجود دارد که نحوه‌­ی­ فعال شدن تریگر را کنترل می­‌کنند. برخی از انواع تریگر عبارت‌اند از:

• تریگر لبه ساده­‌ترین نوع تریگر است. هنگامی‌که ولتاژ سیگنال از یک سطح معین عبور کند، به اسیلوسکوپ فرمان می­‌دهد تا شروع به اندازه­‌گیری کند. تریگر لبه را می­‌توان در لبه بالارونده یا پایین‌رونده (یا هر دو) فعال نمود.
• تریگر پالس در یک پالس مشخص از ولتاژ به اسکوپ فرمان می­‌دهد. شما می­‌توانید طول و جهت پالس را مشخص کنید.
• تریگر شیب می­‌تواند به اسکوپ فرمان دهد تا در شیب مثبت یا شیب منفی در یک بازه زمانی مشخصی تریگر شود.
• تریگرهای پیچیده‌تری نیز وجود دارند. این تریگرها بر روی شکل موج‌­های استانداردی تمرکز می­‌کنند که دیتای ویدیویی مانند NTSC یا PAL را حمل می­‌کنند. این موج‌­ها از یک الگوی همگام‌­سازی منحصر به فرد در ابتدای هر فریم استفاده می­‌کنند.

شما معمولاً می‌­توانید مد تریگر کردن را انتخاب کنید که در حقیقت به اسیلوسکوپ می­‌گوید که چه تصمیمی در برابر تریگر بگیرد. در مد تریگر automatic  ، اسکوپ تلاش می­‌کند شکل موج شما را حتی در صورت غیر فعال بودن تریگر نیز رسم کند. مد normal تنها درصورتی شکل موج را رسم می­‌کند که تریگر مشخص شده‌­ای را ببیند. مد single به دنبال تریگر مشخص شده‌­ی شما می­‌گردد، وقتی آن را ببیند، شکل موج را ترسیم می­‌کند و سپس متوقف می‌­شود.

پراب ها

اسیلوسکوپ فقط زمانی کاربرد دارد که بتوانید آن را به یک سیگنال وصل کنید. برای این کار هم شما به پراب نیاز دارید. پراب‌­ها تجهیزات تک ورودی هستند که سیگنال را از مدار شما به اسیلوسکوپ انتقال می­‌دهند. آن­‌ها یک نوک تیز دارند که به نقطه­‌ای از مدار شما وصل می­‌شوند. نوک برای اتصال آسان‌­تر به مدار می‌­تواند به تجهیزاتی مثل قلاب، انبرک یا گیره مجهز شود. همه‌­ی پراب­‌ها شامل یک گیره زمین هستند، که باید برای ایمنی به نقطه زمین مدار در حال تست وصل شود.

در حالی‌که ممکن است پراب­‌ها تجهیزات ساده‌­ای برای شما به نظر برسند که فقط به مدار متصل می‌­شوند و سیگنالی را انتقال می‌دهند، اما در طراحی و انتخاب آن‌ها، نکات گوناگونی رعایت می‌شود.

در حالت بهینه، یک پراب باید نامرئی باشد، یعنی نباید هیچ اثری روی سیگنال در حال آزمایش شما داشته باشد. متأسفانه، سیم‌های بلند همگی خاصیت سلفی، خازنی و مقاومتی خواهند داشت. بنابراین، بر سیگنال (مخصوصاً در فرکانس‌های بالا) تأثیر می‌گذارند.

انواع مختلفی از پراب‌ها وجود دارد که رایج‌ترین آن­‌ها پراب passive است. این پراب در بسیاری از اسیلوسکوپ‌ها استفاده شده است. اکثر پراب‌های passive، تضعیف شده‌اند، به این معنا است که این تأثیرات را کاهش می‌دهند. این پراب‌ها دارای مقاومت بزرگی هستند که با یک خازن کوچک موازی شده‌اند تا تأثیر طول کابل بر سیگنال به حداقل برسد. این پراب تضعیف شده در صورت سری شدن با امپدانس ورودی یک اسیلوسکوپ، یک تقسیم‌­کننده‌ی ولتاژ بین سیگنال شما و سیگنال ورودی ایجاد خواهد کرد.

اکثر پراب‌ها دارای یک مقاومت 9 مگااهمی برای تضعیف هستند که وقتی با مقاومت استاندارد 1 مگااهمی امپدانس ورودی یک اسیلوسکوپ ترکیب می‌شود، یک تقسیم­‌کننده‌ی ولتاژ 1/10 می‌سازد. این پراب‌ها معمولاً پراب‌های 10 برابر تضعیف شده (10x) نامیده می‌­شوند. بسیاری از پراب‌ها یک کلید دارند که با کمک آن می‌­توانید 1x (بدون تضعیف) یا 10x را انتخاب کنید.

پراب‌های تضعیف شده برای بهبود دقت در فرکانس‌های بالا عالی هستند، اما دامنه سیگنال شما را نیز کاهش می‌دهند. اگر می‌خواهید یک ولتاژ بسیار پایین را اندازه‌گیری کنید، ممکن است مجبور شوید یک پراب 1x را انتخاب کنید. به علاوه، احتمال دارد لازم باشد تنظیماتی را در اسیلوسکوپ خود انتخاب کنید تا به آن بگویید که شما از یک پراب تضعیف شده استفاده می‌کنید، اگرچه بسیاری از آن‌ها می­‌توانند به‌طور خودکار این مسئله را تشخیص دهند.

علاوه بر پراب‌های تضعیف شده passive، انواع دیگری از پراب‌ها نیز وجود دارد. مانند پراب Active.

پراب‌­های Active ، پراب­‌هایی هستند که به منبع تغذیه جداگانه‌ای نیاز دارند، به‌طوری که می‌توانند سیگنال شما را تقویت یا حتی قبل از انتقال به اسیلوسکوپ آن‌ها را پردازش کنند. با وجود اینکه اکثر پراب‌ها برای اندازه‌گیری ولتاژ طراحی شده‌اند، اما پراب­‌هایی نیز وجود دارند که برای اندازه‌­گیری جریان AC یا DC ساخته شده­‌اند. پراب­‌های جریان منحصربه فرد هستند، چرا که دور آن‌ها یک سیم پیچیده می‌شود و هرگز به مدار متصل نمی‌شوند.

کار با اسیلوسکوپ

سیگنال‌ها بی‌نهایت متنوع هستند و این یعنی هیچ‌گاه شما دوبار با یک اسیلوسکوپ به یک شکل کار نخواهید کرد. اما با این حال مراحلی وجود دارند که تقریباً هر بار که یک مدار را آزمایش می‌کنید، می‌توانید روی آن‌ها برای اندازه‌گیری حساب کنید. در این بخش، یک سیگنال نمونه و مراحل موردنیاز برای اندازه­‌گیری آن را به شما نشان خواهیم داد.

انتخاب و راه ­اندازی پراب

در اولین مرحله برای کار با اسیلوسکوپ و اندازه‌گیری یک سیگنال، باید یک پراب انتخاب کنید.

برای بسیاری از سیگنال­‌ها، پراب passive ساده‌­ای که همراه اسیلوسکوپ­تان است، مناسب است و به خوبی عمل خواهد کرد.

پس از انتخاب پراب و پیش از اینکه آن را متصل کنید، میزان تضعیف را روی پراب­تان تنظیم کنید. 10x که رایج­‌ترین ضریب تضعیف است، معمولاً بهترین انتخاب می‌باشد. اگر می‌خواهید ولتاژ بسیار پایینی را اندازه‌گیری کنید، ممکن است نیاز به استفاده از 1x داشته باشید.

متصل کردن پراب و روشن کردن اسیلوسکوپ

در دومین مرحله، پراب خود را به کانال اول اسیلوسکوپ­تان متصل و آن را روشن کنید. اینجا کمی صبر کنید، راه اندازی برخی از اسکوپ‌ها ممکن است به اندازه‌ی یک کامپیوتر شخصی قدیمی طول می­‌کشد.

پس از راه اندازی، شما باید تقسیمات، مقیاس و یک خط مستقیم و نویزدار از شکل موج را در صفحه نمایش ببینید.

به علاوه، صفحه نمایش نیز باید مقادیر تنظیم شده قبلی برای زمان و volts/div را نشان دهد. فعلاً با نادیده گرفتن این مقیاس‌­ها، تنظیمات زیر را انجام دهید تا اسیلوسکوپ خود را در یک تنظیم استاندارد قرار دهید:

• کانال 1 را روشن و کانال 2 را خاموش کنید.
• کانال 1 را روی اتصال DC قرار دهید.
• منبع تریگر را روی کانال 1 قرار دهید – بدون منبع خارجی.
• نوع تریگر را روی لبه بالارونده تنظیم کنید و مد تریگر را روی automatic  قرار دهید (خلاف مد single).
• مطمئن شوید تضعیف پراب روی اسیلوسکوپ متناسب با تنظیمات روی پراب باشد (مثلاً 1x و 10x).

برای اینکه بتوانید این تنظیمات را به‌راحتی انجام دهید، به دفترچه راهنمای کاربر اسیلوسکوپ خود مراجعه کنید (به عنوان مثال، ما باید دراینجا به دفترچه راهنمای GA1102CAL مراجعه کنیم).

تست کردن پراب

در مرحله سوم، بیایید کانال را به یک سیگنال معنادار متصل کنیم.

اکثر اسیلوسکوپ‌ها دارای یک مولد فرکانس داخلی هستند که یک موج قابل اطمینان و با فرکانس معین را منتشر می‌کند – در GA1102CAL یک موج مربعی یک کیلوهرتزی در سمت راست و پایین پنل جلویی وجود دارد. خروجی مولد فرکانس، دو فلز مجزا دارد، یکی برای سیگنال و یکی برای زمین. گیره زمین پراب خود را به زمین و نوک پراب را به خروجی سیگنال وصل کنید.

به محض اینکه دو قسمت پراب را به هم متصل کنید، سیگنالی را می­‌بینید که اطراف صفحه نمایش شما شروع به نوسان می‌کند. سعی کنید ولوم­‌های افقی و عمودی سیستم را دست‌کاری کنید تا شکل موج را در اطراف صفحه نمایش کنترل کنید. چرخش ساعتگرد ولوم‌­های مقیاس سبب بزرگ‌نمایی شکل موج و چرخش پادساعتگرد آن، سبب کوچک‌نمایی شکل موج می­‌شود.

به علاوه‌، شما می‌­توانید از ولوم position برای تعیین موقعیت شکل موج­تان استفاده کنید.

اگر موج­تان همچنان ناپایدار است، ولوم position تریگر را بچرخانید. مطمئن شوید تریگر از بلندترین قله شکل موجتان بالاتر نباشد. نوع تریگر باید به‌صورت پیش‌فرض روی لبه تنظیم شود که معمولاً برای موج‌های مربعی مانند این گزینه خوبی است.

سعی کنید آن قدر ولوم‌ها را دست‌کاری کنید تا یک دوره از موج خود را روی صفحه نمایش، نشان دهید یا اینکه

سعی کنید در مقیاس زمانی کوچک‌نمایی کنید تا ده‌ها مربع را نشان دهید.

جبران‌سازی پراب تضعیف شده

اگر پراب شما روی 10x تنظیم شده است و شکل موجی کاملاً مربعی مانند تصویر بالا ندارید، ممکن است لازم باشد پراب خود را جبران کنید. اکثر پراب­‌ها دارای یک سر پیچ هستند که می‌­توانید با چرخاندن آن خازن موازی را تنظیم کنید.

سعی کنید از یک پیچ گوشتی کوچک برای چرخاندن آن استفاده کنید و ببینید چه اتفاقی برای شکل موج می‌افتد.

درپوش را روی دسته پراب قرار دهید تا یک موج مربعی با لبه مستقیم داشته باشید. جبران‌سازی تنها درصورتی ضروری است که پراب شما تضعیف شده باشد (مثلاً 10x). در این حالت، جبران‌سازی بسیار حیاتی است (به ویژه اگر نمی‌‍­دانید چه کسی آخرین بار از اسیلوسکوپ شما استفاده کرده است!).

نکات پراب­‌گذاری، تريگر کردن و مقياس‌­گذاری

هنگامی‌که پراب خود را جبران­‌سازی کرديد، زمان آن است که يک سيگنال واقعی را اندازه­‌گيری کنید! قبل از هر کاری، يک منبع سيگنال واقعی پيدا کنيد (مولد فرکانس؟، اسباب بازی ترور؟).

اولين نکته برای بررسی سيگنال، يافتن يک نقطه زمين قابل اطمينان است. گيره زمين خود را به يک زمين شناخته شده وصل کنید، بعضی مواقع ممکن است مجبور شويد از يک سيم کوچک براي اتصال گيره زمين و زمين مدارتان استفاده کنيد. سپس، نوک پراب­تان را به سيگنال تحت آزمايش متصل کنيد. نوک پراب‌­ها اشکال مختلفی دارند، مثل گيره فنری، قلاب و غيره. نوعی را پیدا کنید که نیاز نباشد هميشه آن را در جای خود نگه داريد.

هشدار!

هنگامی‌که سیگنال شما روی صفحه نمايش نشان داده می­‌شود، ممکن است بخواهید با تنظیم مقیاس‌­های افقی و عمودی شروع کنید. اگر در حال بررسی يک موج مربعی 5 ولت و 1 کيلوهرتزی هستيد باید volts/div را در حدود 0.5 تا 1 ولت و seconds/div را در حدود 100 ميکروثانيه تنظيم کنيد (14 قسمت حدود يک و نيم دوره را نشان خواهد داد).

اگر بخشی از موج شما از صفحه نمايش بالاتر یا پایین‌­تر برود، می­‌توانید با تنظیم ولوم position عمودی، شکل موج را به سمت بالا یا پایین جابه ­جا کنید. اگر سیگنال شما کاملاً DC باشد، ممکن است بخواهید سطح 0 ولت را در پایین صفحه نمایش خود تنظیم کنید.

هنگامی‌که مقياس‌­ها را تخمين زديد، ممکن است شکل موج شما نياز به تريگر کردن داشته باشد. تريگر کردن لبه یعنی جایی که اسکوپ سعی می‌کند با مشاهده افزایش یا کاهش ولتاژ از یک نقطه‌ی معین، اسکن خود را آغاز کند، ساده‌ترین نوع راه ­اندازی است. با استفاده از تريگر لبه، سعی کنيد سطح تريگر را روی نقطه‌ای از شکل موج خود تنظيم کنيد که فقط يک لبه بالارونده را در هر دوره ببيند.

اکنون، مقياس‌گذاری، موقعيت­‌دهی و تريگرکردن را تکرار کنيد تا به آن چيزی که دقيقاً می­‌خواهيد، برسید.

دوبار اندازه بگيريد، يک بار برش بزنيد

با داشتن يک سيگنال تريگر شده و مقياس‌­گذاری شده، زمان آن رسيده که تغییرات لحظه­‌ای، دوره و ساير ويژگی­‌های شکل موج را اندازه بگيريد. برخی از اسيلوسکوپ‌ها ابزارهای اندازه‌گيری بيشتری نسبت به سايرين دارند، اما همه‌­ی آن­‌ها دارای تقسيماتی هستند که حداقل بتوانيد دامنه و فرکانس را از روی آن تخمین بزنيد.

بسیاری از آن‌ها از انواع ابزارهای اندازه­‌گیری خودکار پشتیبانی می­‌کنند، حتی ممکن است به‌طور مداوم مرتبط‌ترین اطلاعات مانند فرکانس را نمایش دهند. برای اینکه بیش‌ترین استفاده را از اسيلوسکوپ خود داشته باشید، باید تمام پارامترهای اندازه­‌گیری را که پشتیبانی می‌­کند، بررسی کنید. بيشتر آن‌ها فرکانس، دامنه، چرخه کار، ولتاژ متوسط و سایر ویژگی­‌های موج را به‌طور خودکار برای شما محاسبه می­‌کنند.

از ابزارهای اندازه‌گيری اسيلوسکوپ برای يافتن ولتاژ پیک تا پیک (peak to peak)، فرکانس، دوره و چرخه کار استفاده کنيد.

سومين ابزار اندازه­‌گيری که بسياری از اسيلوسکوپ­‌ها ارائه می‌دهند، مکان نماها (cursors) هستند. مکان نماها نشانگرهای متحرک روی صفحه نمایش هستند که می­‌توانند بر روی محور ولتاژ يا زمان قرار گيرند. مکان‌نماها معمولاً جفتی هستند، بنابراين می­‌توانيد اختلاف بين دو مکان­‌نما را اندازه بگيريد.

میزان نوسان يک موج مربعی را با مکان نماها اندازه بگيريد.

زمانی‌که کمیت موردنظر خود را اندازه‌گیری کردید، می‌توانید تنظیمات را شروع و کمیت­‌های دیگری را اندازه‌گیری کنید! برخی از اسيلوسکوپ‌ها از نگهداری، چاپ یا ذخيره شکل موج نیز پشتیبانی می‌کنند، بنابراین می‌توانید تجربه‌های خوبی را که از اندازه‌گیری سیگنال داشته‌اید، مرور کنید!

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد عملکرد اسيلوسکوپ خود، به دفترچه راهنمای کاربر آن مراجعه کنید.

حرف آخر

اگر تا به حال با اسیلوسکوپ کار نکرده‌اید و برای اولین بار است که همه چیز را در مورد ویژگی‌ها و مزایای این ابزار مفید آموخته‌اید، وقت آن رسیده است که یک نمونه آن را روی میز کار خود قرار دهید و همین الان کار با آن را شروع کنید. نگران چیزی نباشید و از همین لحظه تمرین کنید تا کم کم مهارت خود را در استفاده از این ابزار تقویت کنید.

شما می‌خواهید از چه مداری برای عیب‌یابی استفاده کنید؟ پروژه‌های فراوانی در وبلاگ قرار دارد که می‌توانید بر روی آن‌ها کار کنید و از این ابزار بیشتر و بیشتر استفاده کنید.