یک اسیلوسکوپ معمولی می‌تواند شکل موج‌های جریان متناوب (AC) یا جریان مستقیم ضربانی (DC) را با فرکانس تقریباً 1 هرتز (هرتز) یا تا چند مگاهرتز (MHz) نمایش دهد. اسیلوسکوپ های سطح بالا می توانند سیگنال هایی را با فرکانس هایی تا چند صد گیگاهرتز (گیگاهرتز) نمایش دهند. صفحه نمایش به دو بخش افقی (hor div) و بخش عمودی (vert div) تقسیم می شود. زمان از چپ به راست در مقیاس افقی نمایش داده می شود. ولتاژ لحظه ای در مقیاس عمودی ظاهر می شود که مقادیر مثبت به سمت بالا و مقادیر منفی به سمت پایین می روند.
قدیمی‌ترین شکل اسیلوسکوپ که امروزه هنوز در برخی آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شود، به نام اسیلوسکوپ پرتو کاتدی شناخته می‌شود. این یک تصویر را با ایجاد یک پرتو الکترونی متمرکز در حرکت، یا جارو کردن، به شکل الگوهایی در سطح یک لوله پرتوی کاتدی (CRT) تولید می‌کند. اسیلوسکوپ های مدرن تر به صورت الکترونیکی عمل CRT را با استفاده از نمایشگر کریستال مایع (نمایشگر کریستال مایع) مشابه آنچه در رایانه های نوت بوک یافت می شود، تکرار می کنند. این کامپیوترها می توانند از هر نوع نمایشگر از جمله CRT، LCD و پلاسمای گازی استفاده کنند.
در هر اسیلوسکوپ، حرکت افقی بر حسب ثانیه در هر تقسیم (s/div)، میلی ثانیه در هر تقسیم (ms/div)، میکروثانیه در هر تقسیم (s/div)، یا نانوثانیه در هر تقسیم (ns/div) اندازه گیری می شود. انحراف عمودی بر حسب ولت در هر تقسیم (V/div)، میلی ولت در هر تقسیم (mV/div)، یا میکروولت در هر تقسیم (?V/div) اندازه گیری می شود. تقریباً همه اسیلوسکوپ‌ها دارای تنظیمات جاروب افقی و انحراف عمودی قابل تنظیم هستند.
تصویر دو شکل موج معمولی را نشان می دهد که ممکن است هنگام نمایش روی صفحه اسیلوسکوپ ظاهر شوند. سیگنال در بالا یک موج سینوسی است. سیگنال در پایین یک موج شیب دار است. از این نمایشگر مشخص است که هر دو سیگنال فرکانس یکسان یا تقریباً یکسان دارند. آنها همچنین تقریباً همان دامنه پیک به اوج را دارند. فرض کنید سرعت جابجایی افقی در این مثال 1 µs/div باشد. سپس این امواج هر دو یک چرخه کامل را در هر 2 میکرو ثانیه تکمیل می‌کنند، بنابراین فرکانس آنها تقریباً 0.5 مگاهرتز یا 500 کیلوهرتز (کیلوهرتز) است. اگر انحراف عمودی مثلاً 0.5 mV/div تنظیم شده باشد، این امواج هر دو دارای دامنه پیک به پیک تقریباً 2 میلی ولت هستند.
این روزها، اسیلوسکوپ های معمولی رده بالا دستگاه های دیجیتال هستند. آنها به رایانه های شخصی متصل می شوند و از صفحه نمایش آنها استفاده می کنند. اگرچه این ماشین‌ها دیگر از پرتوهای الکترونی روبشی برای تولید تصاویری از شکل موج‌ها به روش قدیمی اشعه کاتدی استفاده نمی‌کنند، اما اصل اساسی یکسان است. نرم‌افزار سرعت حرکت، انحراف عمودی و بسیاری از ویژگی‌های دیگر را کنترل می‌کند که می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
اسیلوسکوپ، که قبلا به عنوان اسیلوسکوپ شناخته می شد، 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، که دستگاهی است که سیگنال الکتریکی را در پاسخ به محرک‌های فیزیکی مانند صدا، نور و گرما ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، میکروفون حسگری است که صدا را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
در اینجا همه چیزهایی را که باید در مورد اسیلوسکوپ بدانید، از نحوه عملکرد آن تا نحوه پیدا کردن اسیلوسکوپ را پوشش خواهیم داد.
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 در حال تبدیل شدن به اسیلوسکوپ های پیشرو در جهان است. از آن زمان، Tek به انتشار فناوری‌های نوین جدید ادامه داده است، از جمله اولین اسیلوسکوپ دیجیتال در سال 1971 و اولین راه‌حل نرم‌افزار اسیلوسکوپ به ابر-TekDrive- در سال 2020. اسیلوسکوپ‌ها جزء اصلی میز هر مهندس هستند و حتی در فیلم‌های معروف نیز نمایش داده شده‌اند. در طول تاریخ. برای مشاهده لیست کامل اسیلوسکوپ ها در فیلم می توانید به سایت موزه تک مراجعه کنید.
اسیلوسکوپ ها اغلب هنگام طراحی، ساخت 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 تأیید کنند که یک سنسور به درستی کار می‌کند.
سه سیستم اسیلوسکوپ اصلی وجود دارد: سیستم های عمودی، افقی و سیستم های ماشه. این سیستم ها با هم اطلاعاتی در مورد سیگنال الکتریکی ارائه می دهند، بنابراین اسیلوسکوپ می تواند آن را به دقت بازسازی کند. تصویر زیر بلوک دیاگرام یک اسیلوسکوپ را نشان می دهد.
مرحله اول ولتاژ سیگنال را کاهش می دهد یا تقویت می کند تا دامنه سیگنال را بهینه کند. این به عنوان سیستم عمودی شناخته می شود زیرا به کنترل مقیاس عمودی بستگی دارد. سپس سیگنال به بلوک جذب می رسد، جایی که مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای نمونه برداری از ولتاژ سیگنال و تبدیل آن به یک مقدار فرمت دیجیتال استفاده می شود. سیستم افقی که شامل یک ساعت نمونه است، به هر نمونه ولتاژ مختصات زمانی دقیق (افقی) می دهد. ساعت نمونه ADC را هدایت می کند و خروجی دیجیتال آن به عنوان نقطه ضبط در حافظه اکتساب ذخیره می شود. سیستم ماشه یک وضعیت مشخص شده توسط کاربر را در جریان سیگنال ورودی تشخیص می دهد و آن را به عنوان یک مرجع زمانی در رکورد شکل موج اعمال می کند. رویدادی که معیارهای ماشه را برآورده می کند، مانند داده های شکل موج قبل یا بعد از رویداد نمایش داده می شود.
اسیلوسکوپ، مولتی متر دیجیتال، ولت متر - چه تفاوتی با هم دارند و آیا قابل تعویض هستند؟ یک ولت متر اختلاف پتانسیل بین دو گره در مدار الکتریکی را اندازه گیری می کند. اگرچه یک مولتی متر دیجیتال ولتاژ را نیز اندازه گیری می کند، اما می تواند جریان و مقاومت را نیز اندازه گیری کند. و یک اسیلوسکوپ نشان می دهد که چگونه ولتاژ در طول زمان تغییر می کند. به طور معمول، با پیشرفته تر شدن برنامه، ابزار نیز پیشرفت می کند.
به بیان ساده، یک اسیلوسکوپ امواج ولتاژ را اندازه گیری می کند. در صفحه اسیلوسکوپ، ولتاژ به صورت عمودی در محور Y و زمان به صورت افقی در محور X نمایش داده می شود. شدت یا روشنایی نمایشگر گاهی اوقات محور Z نامیده می شود. نمودار به دست آمده می تواند چیزهای زیادی در مورد یک سیگنال به شما بگوید، از جمله:
دو نوع اسیلوسکوپ وجود دارد: آنالوگ و دیجیتال. یک اسیلوسکوپ آنالوگ شکل موج ولتاژ را به شکل اصلی خود گرفته و نمایش می دهد، در حالی که یک اسیلوسکوپ دیجیتال از مبدل آنالوگ به دیجیتال برای ضبط و ذخیره اطلاعات به صورت دیجیتالی استفاده می کند. وقتی صحبت از اشکال زدایی و طراحی می شود، امروزه اکثر مهندسان از اسیلوسکوپ های دیجیتال استفاده می کنند. اسیلوسکوپ‌های دیجیتال به طور کلی به پنج دسته تقسیم می‌شوند، از اسیلوسکوپ‌های همه منظوره ارزان‌تر تا اسیلوسکوپ‌های پیچیده‌تر که در عین گران‌تر بودن، عملکرد پیشرفته و دقت بیشتری نسبت به مدل‌های پایه‌تر ارائه می‌دهند.
این یک اسیلوسکوپ دیجیتال معمولی است و برای برنامه های طراحی چند کاناله با سرعت کم یا تک شات، سرعت بالا ایده آل است.
یک DPO رویکرد جدیدی به معماری اسیلوسکوپ دارد و بر خلاف DSO ها، محور Z (شدت) را در زمان واقعی ارائه می دهد. DPOها بهترین ابزار طراحی و عیب یابی همه منظوره برای طیف گسترده ای از برنامه ها هستند و اغلب برای تجزیه و تحلیل پیشرفته، آزمایش ماسک ارتباطی، اشکال زدایی دیجیتال سیگنال های متناوب، طراحی دیجیتال تکراری و برنامه های زمان بندی استفاده می شوند.
یک نوع DSO، MSO ها برای نمایش و مقایسه سیگنال های آنالوگ و دیجیتال طراحی شده اند. این ابزار انتخابی برای اشکال زدایی سریع مدارهای دیجیتال با استفاده از راه اندازی دیجیتال قدرتمند، قابلیت اکتساب با وضوح بالا و ابزارهای تجزیه و تحلیل است.
این اسیلوسکوپ‌ها همان قابلیت‌های اسیلوسکوپ‌های سیگنال مختلط را ارائه می‌کنند، اما یک تحلیلگر داخلی نیز ارائه می‌دهند که اشکال زدایی RF را به قابلیت‌های آنالوگ و دیجیتال اضافه می‌کند.
برای تجزیه و تحلیل سیگنال با سرعت بسیار بالا، اسیلوسکوپ های نمونه برداری از تجزیه و تحلیل لرزش و نویز با اکتساب های جیتر بسیار کم پشتیبانی می کنند. این می تواند پهنای باند و زمان بندی با سرعت بالا را 10 برابر بیشتر از سایر اسیلوسکوپ ها برای سیگنال های تکراری بدست آورد.
در مورد انواع اسیلوسکوپ ها و ویژگی های هر کدام بیشتر بخوانید تا اسیلوسکوپ مناسب برای برنامه خود را بیابید.
وقتی نوبت به انتخاب اسیلوسکوپ مناسب می‌رسد، فاکتورهای مختلفی از جمله پهنای باند، نرخ جذب شکل موج، نرخ نمونه‌برداری، زمان افزایش، قابلیت‌های راه‌اندازی و قیمت باید در نظر گرفته شود. دقیقاً مانند سرعت شاتر، شرایط نور و دیافراگم یک دوربین، همگی بر توانایی آن در گرفتن تصویر واضح و دقیق تأثیر می‌گذارند، ملاحظات عملکرد یک اسیلوسکوپ به طور قابل توجهی بر توانایی آن برای دستیابی به یکپارچگی سیگنال مورد نیاز تأثیر می‌گذارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این معیارها و اینکه چگونه آنها ممکن است با برنامه های کاربردی شما مرتبط شوند، غواصی عمیق ما را در مورد نحوه ارزیابی یک اسیلوسکوپ بخوانید.
بسته به نحوه استفاده از اسیلوسکوپ و فناوری موجود در هنگام ساخت، انواع مختلفی از اسیلوسکوپ ها وجود دارد. برخی از انواع اسیلوسکوپ عبارتند از:
دو اسیلوسکوپ اصلی که انواع دیگر را می توان در زیر طبقه بندی کرد، آنالوگ و دیجیتال هستند. این طبقه بندی ها بر اساس سطح فناوری درگیر در اسیلوسکوپ است.
اسیلوسکوپ‌های آنالوگ اسیلوسکوپ‌هایی هستند که ولتاژ متغیر پیوسته را برای ایجاد نمایشگر گرافیکی خود ردیابی می‌کنند. امکان استفاده از هجوم مداوم اطلاعات ولتاژ وجود دارد زیرا اسیلوسکوپ های آنالوگ دارای یک لوله پرتو کاتدی (CRT) هستند، به همین دلیل است که در ابتدا به عنوان اسیلوسکوپ پرتو کاتدی شناخته می شدند. اینها اولین و ساده ترین اسیلوسکوپ ها بودند، به همین دلیل است که در حال حاضر به عنوان اسیلوسکوپ های آنالوگ شناخته می شوند. CRT ها برای سال های متمادی در تلویزیون ها مورد استفاده قرار می گرفتند تا زمانی که سایر اشکال نمایشگر مانند دیودهای ساطع نور (LED) یا نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) جایگزین آنها شدند. سیگنال‌های الکتریکی از طریق یک تفنگ پرتو الکترونی پردازش می‌شوند، با ولتاژ متغیری که جریان الکترون را هدایت می‌کند، در مورد اسیلوسکوپ‌ها از طریق انرژی الکترواستاتیک، به سمت صفحه فلورسنت (معمولاً فسفر). یک ولتاژ مثبت باعث بالا رفتن پرتو الکترونی و یک سیگنال ولتاژ منفی باعث پایین آمدن آن می شود. هنگامی که الکترون ها به صفحه فلورسنت برخورد می کنند، یک نقطه روشن باقی می ماند که تصویر نمودار را تشکیل می دهد. اسیلوسکوپ‌های آنالوگ هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا معمولاً نسبت به نمونه‌های دیجیتال ارزان‌تر هستند، کیفیت عملکردی مشابهی دارند، به جز مدل‌های بالا، و می‌توانند سیگنال‌های سریع و متغیر را نزدیک به زمان واقعی نمایش دهند. اسیلوسکوپ های آنالوگ معمولی ذخیره سازی نمودارهای شکل موج را ارائه نمی دهند. با این حال، نوع خاصی وجود دارد که اجازه می دهد مقداری ذخیره سازی ایجاد شود.
اسیلوسکوپ های ذخیره سازی آنالوگ برای ذخیره داده های شکل موج هستند، اگرچه ذخیره سازی فقط برای چند دقیقه طول می کشد. تصویر شکل موج توسط انتشار ثانویه حفظ می شود. پدیده ای که وقتی ذرات از مواد عبور می کنند منجر به گسیل ذرات ثانویه می شود که باعث می شود فضا با بار مثبت تری برخورد کند زیرا الکترون ها از طریق انتشار از بین می روند. این فرآیند با استفاده از تفنگ‌های الکترونی تشویق می‌شود که برخی از الکترون‌های کم‌انرژی را به سمت صفحه فلورسنت پرتاب می‌کنند و به سمت نقطه‌ای با الکترون‌های کمتر جذب می‌شوند و فرآیند گسیل ثانویه را تکرار می‌کنند که اجازه می‌دهد تصویر شکل موج برای چند دقیقه قابل مشاهده باشد. . با این حال، برای ذخیره سازی طولانی تر این تصاویر باید از یک دوربین ویژه استفاده می شد. در حالی که این یک فرآیند گران قیمت در اسیلوسکوپ های آنالوگ بود، ذخیره نمودارهای شکل موج در اسیلوسکوپ های دیجیتال رایج تر است.
. هر آنچه نیاز
اکثر اسیلوسکوپ ها امروزه معمولا دیجیتال هستند. اسیلوسکوپ های دیجیتال اسیلوسکوپ هایی هستند که سیگنال های ولتاژ را برای نمایش پردازش، ذخیره و سپس نمونه برداری می کنند. داده های ولتاژ پیوسته نمونه برداری می شود و این اطلاعات از طریق مبدل آنالوگ به دیجیتال به یک رکورد دیجیتال تبدیل می شود به این معنی که سیگنال ها از طریق تقویت کننده آنالوگ اندازه گیری می شوند. سپس به یک سیگنال دیجیتال باینری تبدیل می شود تا در ریزپردازنده ها ذخیره شود. نمونه های ولتاژ به عنوان نقاط شکل موج ذخیره می شوند که می توانند از طریق تعدادی از روش های مختلف نمایش داده شوند. پس از آن، رکوردهای دیجیتال می توانند از طریق یک CRT درست مانند اسیلوسکوپ های آنالوگ نمایش داده شوند، یا می توانند از طریق نمایشگرهای LCD دیجیتال باقی بمانند. این معماری پردازش سریال نامیده می شود. اسیلوسکوپ‌های دیجیتال اندازه‌گیری شکل موج را بسیار آسان می‌کنند، زیرا کاملاً خودکار است در مقابل نیاز به یادداشت‌کردن تمام اندازه‌گیری‌ها توسط انسان. برخی از مزایای دیگر اسیلوسکوپ‌های دیجیتال عبارتند از توانایی ضبط رویدادهای سیگنال منفرد، پردازش دیجیتال و ذخیره‌سازی، امکان دستی شدن اسیلوسکوپ‌ها و امکان ذخیره تمام داده‌های شکل موج دیجیتال برای استفاده بعدی. تعدادی اسیلوسکوپ دیجیتال وجود دارد که برای کاربردهای مختلف به خوبی تنظیم شده اند.
اسیلوسکوپ‌های ذخیره‌سازی دیجیتال (DSO) رویدادهای یک سیگنال (گذرا) را ضبط می‌کنند و می‌توانند این رویدادهای سیگنال ولتاژ را بدون پیوسته بودن شکل موج نمایش و تجزیه و تحلیل کنند. از آنجایی که داده ها به فرم دیجیتال تبدیل می شوند، این اطلاعات را می توان به طور دائم برای تجزیه و تحلیل و استفاده بعدی ذخیره کرد. DSO مانند اکثر اسیلوسکوپ های دیجیتال دیگر از معماری پردازش سریال استفاده می کند که هنگام ثبت نقاط نمونه، برخی از داده های سیگنال را از دست می دهد.
اسیلوسکوپ‌های فسفری دیجیتال (DPO) در حال حاضر رایج نیستند. با این حال، زمانی که اسیلوسکوپ های دیجیتال برای اولین بار به طور گسترده در دسترس قرار گرفتند، این نام به اسیلوسکوپ های دیجیتال با تکنیک های پردازش موازی در مقابل پردازش سریال اشاره داشت. پردازش موازی به این واقعیت اشاره دارد که چندین پردازنده وجود دارد، که به یک پردازنده جداگانه اجازه می دهد تا اطلاعات سیگنال را در صورتی که نمایشگر کندتر از زمان واقعی باشد، ضبط و ذخیره کند. با این پردازنده مجزا، همچنین می توان شدت نمایشگر را بر اساس تعداد دفعات عبور سیگنال از یک نقطه خاص نشان داد. DPO تنها اسیلوسکوپ دیجیتالی است که محور Z را در زمان واقعی ترسیم می کند. با این حال، از درجه بندی رنگ برای نشان دادن شدت در مقابل روشنایی استفاده می کند.
اسیلوسکوپ های نمونه برداری دیجیتال بر سیگنال های با فرکانس بالا یا بسیار تکراری تمرکز می کنند. این اسیلوسکوپ می تواند این سیگنال ها را گرفته و اندازه گیری کند زیرا اسیلوسکوپ های نمونه دیجیتال دارای پهنای باند و زمان بندی با سرعت بالا در مقایسه با سایر اسیلوسکوپ های دیجیتال هستند. برای عملکرد صحیح به ده ها گیگاهرتز پهنای باند نیاز دارد و این فقط برای اهداف تخصصی مانند سیگنال های ساعت استفاده می شود.
اسیلوسکوپ های سیگنال مختلط (MSO) هم شکل موج های آنالوگ و هم شکل موج های دیجیتالی را نمایش می دهند که با زمان تراز هستند و نیاز به اسیلوسکوپ و تحلیلگر منطقی را از بین می برند. آنالایزرهای منطقی دستگاه هایی هستند که سیگنال های دیجیتال را به صورت منطق باینری، منطق 0 و منطق 1 با کانال های بسیار بیشتری نسبت به یک اسیلوسکوپ نمایش می دهند. اسیلوسکوپ ها معمولاً 1 تا 4 کانال را نمایش می دهند، در حالی که تحلیلگرهای منطقی می توانند تا صدها کانال را نمایش دهند. MSO ها کاربرد آسان تری برای استفاده از کانال های منطقی ارائه می دهند، زیرا تحلیلگرهای منطقی در مقایسه با اسیلوسکوپ به آموزش بیشتری برای استفاده نیاز دارند. این دستگاه برای آنالیز مدارهای منطقی مفید است که به احتمال زیاد برای بررسی مناسب به ظرفیت کامل یک تحلیلگر منطقی نیاز ندارند.
اسیلوسکوپ های دامنه مختلط ترکیبی کاربردی از یک اسیلوسکوپ و یک تحلیلگر طیف هستند. یک تحلیلگر طیف فرکانس یک سیگنال را در مقابل بزرگی آن سیگنال اندازه گیری می کند. عملکرد این دو دستگاه در اسیلوسکوپ دامنه مختلط به منظور اندازه گیری و تجزیه و تحلیل فرکانس و اطلاعات زمان بندی یک سیگنال ترکیب شده است. معمولاً برای تجزیه و تحلیل سیگنال ها و مدارهای فرکانس رادیویی استفاده می شود.
اسیلوسکوپ های USB تفاوت چندانی با دیگر اسیلوسکوپ های دیجیتالی که در بالا توضیح داده شد ندارند، به جز اینکه به رایانه شخصی متصل می شوند که نقش مانیتور را ایفا می کند. اسیلوسکوپ‌های USB معمولاً دارای یک آرایه دروازه قابل برنامه‌ریزی میدانی (FPGA) در داخل اسیلوسکوپ هستند تا تمام پردازش سیگنال را قبل از انتقال سیگنال دیجیتال به رایانه انجام دهند.
