مهندسان برق و الکترونیک، همواره با سیگنال‌ها سروکار دارند. این سیگنال‌ها که حامل اطلاعات و دستورات در دنیای الکترونیک هستند، دائماً در حال نوسان و تغییر هستند. درک و تحلیل این سیگنال‌ها، برای طراحی و عیب‌یابی مدارهای الکترونیکی، امری ضروری است. اما چگونه می‌توان این سیگنال‌های ناآرام را به زبانی قابل فهم درآورد؟
در اینجا، اسیلوسکوپ(oscilloscope) به عنوان قطب‌نمای شما در دنیای سیگنال‌ها ظاهر می‌شود. این ابزار قدرتمند، با نمایش سیگنال‌ها بر روی صفحه نمایش خود به شما کمک می‌کند تا رفتار آنها را به طور دقیق مشاهده و تجزیه و تحلیل نمایید. با استفاده از اسیلوسکوپ، می‌توانید شکل موج، دامنه، فرکانس و سایر مشخصات سیگنال‌ها را اندازه‌گیری کنید و به عیب‌یابی مدارهای الکترونیکی بپردازید.
اسیلوسکوپ در زمینه‌های مختلفی مانند مخابرات، پزشکی، مهندسی کنترل و ... کاربرد دارد و به عنوان یکی از تجهیزات ضروری در آزمایشگاه‌های مهندسی برق و الکترونیک شناخته می‌شود.
در این مقاله به زبانی ساده و شیوا، در مورد اینکه اسیلوسکوپ چیست؟، و چه قابلیت‌هایی دارد توضیح می‌‌دهیم و اهمیت آن را در زمینه‌های مختلف علوم و مهندسی بررسی خواهیم کرد.
بیشتر بخوانید: مولتی متر چیست؟
اسیلوسکوپ چیست؟
اسیلوسکوپ که معمولاً به عنوان "اسکوپ" شناخته می‌شود، یک دستگاه و ابزار الکترونیکی کاربردی است که برای نمایش و تجزیه و تحلیل شکل موج سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود. این دستگاه می‌تواند 2 یا 4 ورودی سیگنال برای پراب کواکسیال داشته باشد. هر پراب کواکسیال نیز دارای 2 سیم خروجی یا گیره خروجی است که به دو نقطه از مداری که قصد مشاهده شکل موج ولتاژ آن را داریم، متصل می‌شود. برخلاف مولتی‌مترها که در درجه اول اندازه‌گیری‌های عددی ارائه می‌دهند، اسیلوسکوپ‌ها نمایش‌های گرافیکی سیگنال‌های ولتاژ و جریان را در طول زمان ارائه می‌کنند. نمایش تصویر سیگنال در طول زمان برای انجام تجزیه و تحلیل دقیق شکل موج، بسیار مهم و حیاتی است.
انواع اسیلوسکوپ
اسیلوسکوپ‌ها در دو نوع آنالوگ (قدیمی) و دیجیتال وجود دارند. در تصویر زیر این دو نوع اسیلوسکوپ را مشاهده می‌فرمایید:
قابلیت‌های اسیلوسکوپ
اسیلوسکوپ‌ها دارای قابلیت‌های مختلفی برای اندازه‌گیری و نمایش پارامترهای سیگنال‌های الکتریکی هستند که در ادامه توضیح داده شده است:
1) نمایش شکل موج
وظیفه اصلی یک اسیلوسکوپ، نمایش شکل موج‌های الکتریکی به صورت گرافیکی و تصویری است. این دستگاه، سیگنال‌های ولتاژ را از مدار تحت آزمایش می‌گیرد و آنها را روی یک صفحه کالیبره شده ترسیم می‌کند. نمودار نمایش داده شده دارای دو محور عمودی (محور Y که مقدار دامنه سیگنال را نمایش می‌دهد) و محور افقی (محور X که نمایانگر زمان است) می‌باشد. با استفاده از این قابلیت می‌توان دامنه، فرکانس، فاز و اعوجاج سیگنال‌های الکتریکی را مشاهده کرد.
2) کنترل بازه زمانی
اسیلوسکوپ‌ها دارای یک سلکتور Time/div هستند که با تغییر آن می‌توان پنجره زمانی مشاهده شده بر روی نمایشگر را کم یا زیاد کرد. با تنظیم زمان در هر بخش (Time/div)، کاربران می‌توانند شکل موج را بزرگ‌نمایی یا کوچک‌نمایی کنند و امکان تجزیه و تحلیل دقیق سیگنال‌ها با فرکانس‌های مختلف را با دقت زیاد فراهم کنند. در این حالت به طور مثال با قرار دادن سلکتور زمان بر روی 1ms/div، هر خانه افقی از اسیلوسکوپ نشان‌دهنده 1 میلی‌ثانیه خواهد بود. البته بسته به توانایی اسیلوسکوپ و فرکانس کاری حداکثر آن می‌توان سیگنال‌های با فرکانس بالاتر را نیز مشاهده نمود.
3) کنترل بازه دامنه ولتاژ
اسیلوسکوپ‌ها دارای یک سلکتور Volt/div هستند که با استفاده از آن می‌توان دامنه ولتاژ نمایش داده شده بر روی نمایشگر را کم یا زیاد کرد. در واقع با تغییر این سلکتور به طور مثال بر روی 1V/div، هر خانه عمودی از اسیلوسکوپ نمایش‌دهنده یک ولت خواهد بود. همچنین، اسیلوسکوپ‌ها معمولاً گزینه‌های مختلفی برای اندازه‌گیری مقادیر ولتاژ، از جمله ولتاژ پیک به پیک، ولتاژ RMS (میانگین مربعات) و ولتاژ متوسط را ارائه می‌دهند که در تجزیه و تحلیل سیگنال بسیار کاربردی است.
4) تریگر
Triggering یکی از ویژگی‌های مهم اسیلوسکوپ‌ها است که به کاربران اجازه می‌دهد شکل موج نمایش داده شده را تثبیت کنند. با تنظیم این پارامتر می‌توان به اسیلوسکوپ دستور داد که در صورت برقراری شرایط خاص سیگنال، شکل موج را نمایش دهد.
5) تنظیم خودکار
قابلیت Auto set یا تنظیم خودکار در بسیاری از اُسیلوسکوپ‌های جدید وجود دارد. این قابلیت به طور خودکار پارامترهای تریگر، دامنه و زمان را برای نمایش شکل موج بهینه تنظیم می‌کند.
6) تجزیه و تحلیل پیشرفته
امروزه اُسیلوسکوپ‌ها قابلیت‌های تحلیل پیشرفته‌تری شامل تجزیه و تحلیل FFT (تبدیل فوریه سریع) برای تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس، اعمال توابع ریاضی بر روی شکل موج و رمزگشایی پروتکل برای تجزیه و تحلیل سیگنال‌های ارتباطی دیجیتال را نیز فراهم آورده‌اند.
بخش‌های مختلف اسیلوسکوپ
در تصویر زیر بخش‌های مهم و مختلف یک اُسیلوسکوپ دیجیتال نمایش داده شده است که می‌تواند برای کاربران و مهندسین بسیار مفید باشد:
جمع بندی
در این مقاله، ابتدا توضیحات مهمی در مورد اسیلوسکوپ ارائه گردید. سپس در مورد انواع رایج اسیلوسکوپ‌ها، ویژگی‌های این ابزار اندازه‌گیری و در نهایت در مورد بخش‌های مختلف آن توضیحات مفیدی ارائه گردید. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد اسیلوسکوپ و روش استفاده از آن به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده‌ایم.
در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.
منابع: TechTarget Tektronix
