روش اندازه گیری ولتاژ با اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ دستگاهی است الکترونیکی که شکل موج های خروجی مدار طراحی شده را بر روی نمایشگر خود به ما نشان می دهد. اسیلوسکوپ وسیله اي اساسی در آزمایشگاه الکترونیک است که به کمک آن می توان کمیت هاي مختلفی مانند شکل موج ، ولتاژ، فرکانس ، اختلاف فاز و علائم الکتریکی را مشاهده و اندازه گیري نمود. دیدن سیگنال خروجی یک مدار روی اسیلوسکوپ و اندازه گيری و مشاهده شکل موج ها از فرکانس صفر dc شروع و به فرکانس مشخصی ختم می گردد. مبنای فرکانسی اسيلوسکوپ اینگونه مشخص می شود.

اسیلوسکوپ

ممولا روش کار با همه اسيلوسکوپ ها شبيه يکديگر است و کليدها و ولوم های آنها تقريباً یکسان است. تعداد کانال ها در اسیلوسکوپ های مختلف متفاوت است یعنی این دستگاه ها یک کاناله یا چند کاناله هستند. اگر اسیلوسکوپ یک کاناله باشد به این معنی است که در هر لحظه فقط یک سیگنال از موج خروجی را می تواند روی نمایشگر خود نشان دهد. چند کاناله بودن اسیلوسکوپ نیز به این معنی است که این دستگاه در هر لحظه می تواند چند سیگنال را به صورت همزمان روی صفحه خروجی خود نمایش دهد. در شکل زیر یک اسیلوسکوپ دو کاناله نشان داده شده است.

انتخاب کانال در اسیلوسکوپ

برای اینکه بتوانیم سیگنال های الکتریکی را روی اسیلوسکوپ مشاهده کنیم باید از وسیله ای به نام پراب استفاده کنیم. وظیفه ی پراب منتقل کردن سیگنال های الکتریکی به اسیلوسکوپ است. پراب معمولا دارای یک سیم رابط است که جنس آن از کابل کواکسیال است. برای کار با اسیلوسکوپ باید ابتدا پراب را به مدار الکتریکی متصل کنیم.

سیم فلزی رابط در پراب دارای شارهایی کج است و از قسمت انتهایی خود به اسیلوسکوپ متصل می شود که به این قسمت BNC گفته می شود.
وقتی BNC را به ورودی اسيلوسکوپ وصل می کنيم و ٩٠ درجه به صورت ساعتگرد می چرخانيم اين قطعه کاملاً به اسيلوسکوپ متصل می شود .

نمايشگر اسيلوسکوپ : اسيلوسکوپ ها نمایشگری دارند که به 10 قسمت افقی و 8 قسمت عمودی می باشند. به منظور دست یابی به اندازه گيری دقیق تر ، در راستاهای افقی و عمودی ، خطوط وسط دارای تقسيمات ريزتری نيز هستند به طوری که هر خانه به ۵ قسمت تقسيم شده و هر قسمت معادل ٠.٢ خانه است .

کلید AC–GND–DC

این کلید دارای دو حالت AC و DC است. اگر کلید در حالت AC قرار داشته باشد يک خازن در مسير ورودی
شکل موج قرار می گیرد که سبب حذف قسمت DC شکل موج سیگنال خروجی می شود. . در این حالت نمایشگر فقط شکل موج AC را نشان می دهد.
اما اگر این دکمه در حالت DC قرار داشته باشد ورودی بدون هیچ گونه تغییری در خروجی نشان داده می شود. یعنی هم مولفه های AC و هم مولفه های DC در خروجی نمایشگر نشان داده می شوند. اگر حالت GND در اسیلوسکوپ فشرده شده باشد ورودی اسیلوسکوپ به اختلاف پتانسیل 0 ولت منتقل می شوند.
بنابراين در اين حالت روی صفحه اسيلوسکوپ يک خط افقی ديده می شود که از آن برای تعيين خط مبنای عمودی و يا ولتاژ 0 ولت استفاده می شود.

کلید ADD–DUAL–CH2–CH

اگر این کلید در حالت CH1 باشد اسیلوسکوپ مانند اسیلوسکوپ یک کاناله عمل می کند یعنی فقط سیگنالی که به کانال 1 اعمال شده است در خروجی نمایشگر نشان داده می شود. برای حالت CH2 هم به همین شکل است. برای اینکه بتوانیم سیگنال های هر دو کانال را به صورت همزمان روی نمایشگر اسیلوسکوپ ببینیم باید از دکمه DUAL استفاده کنیم. اگر بخواهیم دستگاه جمع سیگنال های دو کانال را به ما نشان دهد باید از دکمه ADD استفاده کنیم.

کلید X-Y

در صورت فعال شدن این کلید ارتباط موج پله ای با صفحات انحراف افقی قطع می شود و سیگنال های ورودی به یکی از صفحات X یا Y اعمال می شود. در اسیلوسکوپ ها قسمتی وجود دارد که به تریگر ارتباط دارد . سیگنالی که باید روی نمایشگر اسیلوسکوپ نشان داده شود به صفحات انحراف عمودی اعمال می شود و در نتیجه اشعه الکترونی جابجا می شود. همزمان با اینکه اشعه در حال جابجا شدن روی یکی از محورها باشد روی محور دیگر هم باید اشعه دیگری جابجا شود تا اسیلوسکوپ بتواند موج درستی را روی نمایشگر خود نشان دهد. بنابراين هميشه بايد همزمان با سيگنال ورودی ، يک موج به صفحات انحراف افقی اعمال شود تا شکل موج ورودی به درستی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده شوند. این موج دندان اره ای یا رمپ یا پله نام دارد. اگر فرکانس این موج برابر با فرکانس ورودی سیگنال اسیلوسکوپ باشد یک تناوب کامل از سیگنال ورودی مدار بر روی نمایشگر نشان داد می شود. در غیر این صورت اگر فرکانس موج بیشتر از فرکانس ورودی باشد چند سيکل از سيگنال ورودی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده می شود.

اگر در اسلیسکوپ عمل تريگر انجام نشود یا به درستی انجام نشود ممکن است سیگنالی که در ورودی قرار دارد بعد از نمایش بر روی نمایشگر اسیلوسکوپ حرکت کند . برای عمل تريگر روش های مختلفی وجود دارد و بر اين اساس کليدهايی بر روی پانل اسيلوسکوپ تعبيه شده است که به وسيله آنها می توان نوع تريگر را
انتخاب نمود

روش اندازه گیری ولتاژ توسط اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ توانایی اندازه گیری ولتاژهای متناوب و DC را دارد و این کار را با دقت انجام می دهد. برای اندازه گیری ولتاژ ابتدا باید ولوم Volt Variableرا تا آخر و به حالت ساعتگرد بچرخانیم. باید در حالت CALقرار بگیرد. سپس سلکتور AC–GND–DC را روی حالت GND قرار داده و مرجع سیگنال را بر روی نمایشگر تنظیم کرده و سپس سلکتور AC–GND–DC را در حالت DC قرار می دهیم. در این حالت سیگنال اعمال شده به اسیلوسکوپ بر روی صفحه نمایش قرار می گیرد. حالا اگر بخواهیم ولتاژ پیک یک سیگنال AC را به دست آوریم باید تعداد خانه های بین محل تنظیم اشعه و در نقطه GND و پیک سیگنال را شمرده و در ضریب VOLT/DIV ضرب می کنیم. برای به دست اوردن ولتاز موثر این سیگنال مقدار ولتاز پیک به دست آمده را بر عدد 1.414 تقسیم می کنیم. به عنوان مثال در شکل زیر يک سيگنال سينوسی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده شده است. ضریب VOLT/DIV=5V

محاسبه ولتاژ در اسیلوسکوپ

فاصله قله سيگنال سينوسی نمايش داده شده در شکل تا محور X ها برابر است با فاصله دره این سیگنال سینوسی تا محور X ها. در نتیجه محور Xها را به عنوان ولتاژ صفر ولت در نظر می گيريم .
حال برای بدست آوردن ولتاژ پيک سيگنال سينوسی ابتدا تعداد خانه های بين پيک سيگنال سينوسی و محور Xها را می شماریم که در این شکل 3 عدد است. سپس با ضرب کردن تعداد خانه های شمارش شده در ضريب VOLT/DIV مقدار ولتاز پیک سیگنال سینوسی به دست می آید. يعنی در اين مثال مقدار ولتاژ پيک سيگنال سينوسی برابر است با :

برای بدست آوردن ولتاژ مؤثر سيگنال سينوسی فقط کافی است مقدار ولتاژ پيک سيگنال سينوسی را بر ١.۴١۴ تقسيم کنيم . يعنی در اين مثال مقدار ولتاژ مؤثر سيگنال سينوسی برابر است با :

حال اگر ولتاژ مورد اندازه گيری يک ولتاژ DC باشد تعداد خانه های اشغال شده بين محل تنظيم GND و ولتاژ DC را شمرده و در ضریب VOLT/DIV ضرب می کنیم.

در مطالب بعدی به شرح محاسبه فرکانس با اسیلوسکوپ خواهیم پرداخت.