دانلود پاورپوینت آشنایی با اسیلوسکوپ و کاربرد آن

آشنایی با اسیلوسکوپ و کاربرد آن مقدمه در این فصل با یکی دیگر از وسایل اندازه گیری به نام اسیلوسکوپ آشنا می شویم .از این وسیله برای اندازه گیری ولتاژ و اختالف فاز دو موج و همچنین بررسی شکل موج استفاده می شود. ساختمان و طرز کار و کاربرد اسیلوسکوپ همانطور که قبال“ گفته شد از اسیلوسکوپ برای دیدن شکل موج و اندازه گیری ولتاژ ،اختالف فاز ،اندازه گیری فرکانس و زمان تناوب ،رسم منحنی مشخصه ولت آمپر دیود و ترانزیستور استفاده می شود. نکته :از اسیلوسکوپ برای اندازه گیری ولتاژهای کم و فرکانس در حدود چند صد مگا هرتز استفاده می شود. نکته :با اسیلوسکوپ ولتاژ با فرکانس صفر تا چند صد مگا هرتز را می تواند تحلیل کرد. ساختمان اسیلوسکوپ ساختمان اسیلوسکوپ از دو قسمت اصلی درست شده که عبارتند از -1المپ اشعه کاتدی()CRT -2مدارهای آماده سازی المپ و سیگنال المپ اشعه کاتدی المپ اشعه کاتدی امروزه قسمت اصلی تلویزیون و مانیتور و دستگاههای ضربان قلب مس باشد .با اعمال سیگنال به اسیلوسکوپ سیگنال روی صفحه المپ اشعه کاتدی تشکیل می شود. اساس کار المپ اشعه کاتدی ،بمباران یک صفحه حساس با یک دسته اشعه الکترونی می باشد .صفحه حساس در اثر برخورد الکترون از خود نور ساطح می کند. منظور از اشعه الکترونی ،تعداد زیاد الکترون می باشد که به صورت یک اشعه باریک و با سرعت خیلی زیاد در حال حرکت می باشد. مقدار نور ساطح شده از صفحه به سرعت الکترون ها و تعداد الکترون ها بستگی دارد .هر چه این دو عامل بیشتر باشد ،میزان نور نیز بیشتر می باشد .در عمل از کنترل تعداد الکترون ها برای تغییر میزان روشنایی صفحه صفحه استفاده می شود. صفحه حساس از یک شیشه معمولی که پشت آن از مواد فسفرسانس پوشیده شده تشکیل شده است. ترکیب فسفر و روی را فسفرسانس گویند. رنگ نور ایجاد شده به درصد فسفر و روی بستگی دارد .تولید اشعه الکترونی به وسیله گرم کردن یک استوانه که قسمت جلوی آن از مواد اکسیدی به نام اکسید باریم و اکسید استرانسیوم پوشیده شده انجام می گیرد. میزان این دو اکسید برابر می باشند. نحوه کار به این صورت می باشد که با عبور جریان از یک فیالمان ،فیالمان گرم شده و این گرما باعث گرم شدن استوانه شده در نتیجه مواد اکسیدی گرم شده و الکترون از خود ساطح می کنند .در جلوی استوانه یک روزنه کوچک وجود دارد که باریک کردن اشعه الکترونی را انجام می دهد. شبکه جلوی استوانه را شبکه کنترل گویند. استوانه ای که مواد اکسیدی جلوی آن قرار دارند کاتد گویند. استوانه و شبکه کنترل و فیالمان را استوانه وهنلت گویند. میزان روشنایی در روی صفحه به تعداد الکترون ها و سرعت آنها بستگی دارد .بهتر است که با تغییر تعداد الکترون ها روشنایی صفحه را کنترل کنیم .اگر بین استوانه و شبکه کنترل یک منبع ولتاژ منفی قرار گیرد با تغییر این ولتاژ تعداد عبور الکترون ها را کنترل می شود. به همین منظور در جلوی اسیلوسکوپ یک ولوم ( پتانسیومتر ) وجود دارد که به آن intensityگویند. بعد از تولید اشعه باید آن را متمرکز کرد و باید به آن شتاب کافی داد تا دارای انرژی کافی برای روشنایی داشته باشد .برای این کار از آندهای شتاب دهنده استفاده می شود. آند شتاب دهنده اولیه و آند متمرکز کننده(آند فوکوس کننده) و آند شتاب دهنده را عدسی الکترونی گویند. عدسی الکترونی و استوانه وهنلت را روی هم تفنگ الکترونی گویند(.)electron gun بنابراین وظیفه تفنگ الکترونی تولید اشعه الکترونی و قابلیت تنظیم فوکوس کننده گی و همچنین تنظیم روشنایی می باشد باید به این نکته دقت داشته باشیم وقتی اشعه به صفحه حساس برخود می کند یک نقطه روشن ایجاد می کند.همچنین وقتی اشعه به صفحه برخورد کرد سریع روشن نمی شود بلکه در حدود چند میکرو ثانیه یا چند نانو ثانیه طول می کشد تا صفحه روشن شود .به همین ترتیب وقتی اشعه قطع شود در حدود چند میکرو ثانیه یا چند نانو ثانیه طول می کشد تا صفحه خاموش شود. این مدت زمان بستگی به نوع فسفر سانس آن دارد. شکل موج ایجاد شده بر روی صفحه اسیلوسکوپ از برخورد اشعه الکترونی به صفحه نمایش و حرکت اشعه در جهات مختلف می باشد. سوالی که مطرح می شود این است چرا شکل موج ایجاد شده پیوسته می باشد؟ وقتی که اشعه از یک نقطه به نقطه دیگر حرکت می کند اثر آن تا مدتی در چشم انسان باقی می ماند .ثانیا“ این عمل باید در زمان های مساوی باید تکرار شود .از این روست که اسیلوسکوپ برای نمایش شکل موج های متناوب به کار می رود. هر نقطه صفحه اسیلوسکوپ دارای دو مختص عمودی و افقی می باشد. با توجه به اینکه هر شکل موج دارای دو بعد می باشد لذا پس هر نقطه شکل موج دارای دو مولفه افقی و عمودی می باشد .برای انحراف اشعه در راستای افقی و عمودی پس از تفنگ الکترونی دو صفحه انحراف عمودی و افقی قرار دارد .این صفحات به ولتاژ وصل می باشند. برای ایجاد حساسیت بیشتر صفحات انحراف عمودی قبل از صفحات انحراف افقی قرار می گیرد.بعد از صفحات انحراف دهنده عمودی و افقی یک سری باند های شتاب دهنده قرار دارد .این باند ها به الکترون ها شتاب بیشتر داده و در ضمن الکترون های آزاد شده از صفحه فسفرسانس را جمع آوری می کند. همانطور که قبال“ گفته شده هر نقطه صفحه حساس دارای دو بعد اافقی و عمودی می باشد .اگر به صفحات انحراف عمودی و افقی ولتاژی وصل نشده باشد .مرکز صفحه روشن خواهد بود .در شکل های زیر صفحات انحراف افقی و عمودی دارای ولتاژ ( )0,0و ( )4-,3می باشند. ب الف ج اگر یک شکل موج خطی به صورت زیر به صفحه انحراف افقی وصل شود .و به صفحه انحراف عمودی ولتاژ صفر وصل شود .داریم )(0,0 )(-E1,0 ()E,0- اگر این شکل موج خطی متناوب باشد و دارای فرکانس بیش از 40هرتز باشد .شکل دیده شده بر روی صفحه اسیلوسکوپ یک خط پیوسته افقی می باشد .اگر به صفحه افقی ولتاژ وصل نباشد و به صفحه عمودی یک شکل موج سینوسی وصل شود شکل دیده شده در صفحه اسیلوسکوپ چگونه شکلی است؟ )(0,V )(0,0 )(0,0 )(0,0 )(0,-V نکته :در عمل برای دیدن یک شکل موج به صفحه انحراف افقی یک شکل موج خطی ( )RAMPاعمال کرده و شکل موج را به صفحات انحراف عمودی وصل می کنیم. VH  E t t1   VV 0 VH  E2 t t 2   VV V2 اگر بخواهیم بر روی اسیلوسکوپ یک سیکل کامل شکل موج اعمالی دیده شود ،باید زمان تناوب شکل موج RAMPو زمان تناوب شکل موج اعمالی با هم برابر باشند .اگر زمان تناوب شکل موج RAMPاز زمان تناوب شکل موج اعمالی بیشتر باشد ،چند سیکل از شکل موج اعمالی دیده می شود و اگر زمان تناوب موج RAMPاز زمان تناوب موج اعمالی کمتر باشد قسمتی از شکل موج اعمالی دیده می شود. نکته :زمانی شکل موج اعمالی بر روی صفحه اسیلوسکوپ ثابت دیده می شود که موج RAMPو موج اعمالی هم زمان باشند .این عمل در زمانی اتفاق می افتد که قسمت تریگر ( )TRIGGARفعال شود .عمل تریگر توسط دکمه های LEVELو )SOURCE TRIGGARانجام می شود. آشنایی با کلیدهای منابع TRIGGER ولوم LEVEL با تغییر این ولوم می توان لحظه شروع موج را از سمت چپ تغییر داد. ولوم -/+SLOPE اگر این کلید را از حالت مثبت به حالت منفی تغییر دهیم شیب سیگنال ظاهر شده در روی اسیلوسکوپ عکس می شود و بر عکس. این کلید همراه با ولوم LEVELبه کار می رود. کلید SOURCE TRIG این کلید دو حالت دارد که عبارتند از ‏EXT.TRIG -1 ‏LINE.TRIG -2 EXT.TRIG با استفاده از این حالت همزمانی را می توان توسط یک منبع خارجی انجام داد. ‏LINE.TRIG با استفاده از این حالت همزمانی توسط برق شهر انجام می گیرد. ‏AUTO/NORM در مدارهای اسیلوسکوپ قسمتی وجود دارد که وجود یا عدم وجود سیگنال را تشخیص می دهد .اگر در حالت AUTOباشد همواره یک سیگنال بر روی صفحه تشکیل می شود .اگر در حالت NORMقرار گیرد ،زمانی سیگنال روی صفحه تشکیل می شود که اوال“ سیگنال به ورودی اسیلوسکوپ وصل باشد ثانیا“ موج جاروب سنکرون باشد. مدارهای آماده سازی سیگنال همانطور که قبال“ که گفته شده ساختمان اسیلوسکوپ از المپ اشعه کاتدی( )CRTو مدارهای آماده سازی المپ و سیگنال تشکیل شده در این جا مدارهای آماده سازی سیگنال بررسی می شود. ساختمان پراب () PROBE برای اعمال سیگنال به اسیلوسکوپ از پراپ استفاده می شود .پراب مانند کابل کواکسیال می باشد تا مقدار نویز کم باشد. به قسمتی از پراپ که به اسیلوسکوپ وصل می شود BNCگویند. کلیدهای انتخاب ورودی بعد از ترمینال ورودی اسیلوسکوپ یک کلید سه حالت وجود دارد که دارای سه حالت GNDو ACو DCمی باشد. حالت : GNDدر این حالت صفر اسیلوسکوپ را تنظیم می شود(.ورودی اسیلوسکوپ به زمین وصل می شوند) حالت :ACدر این حالت فقط سیگنال ACروی صفحه اسیلوسکوپ دیده می شود و از سیگنال DCجلوگیری می کند. حالت :DCدر این حالت عالوه بر سیگنال ACسیگنال DCنیز روی صفحه اسیلوسکوپ دیده می شود. مدارهای تضعیف کننده صفحات انحراف عمودی برای ایجاد انحراف در اشعه نیاز به ولتاژ زیاد دارند. (حدودا“ 20ولت برای یک سانتی متر ) .سیگنال عمودی یا سیگنال اعمالی گاهی در حد میلی ولت می باشد و گاهی ممکن است چند ده ولت باشد .لذا زمانی که سیگنال ضعیف باشد باید تقویت شود و زمانی که سیگنال دارای ولتاژ زیاد می باشد باید تضعیف شود .در نتیجه نیاز به یک تقویت کننده ای داریم که تشخیص دهد که دامنه سیگنال قوی یا ضعیف است .ساخت چنین تقویت کننده ای مشکل است .پس ابتدا سیگنال با دامنه زیاد یا کم را به سیگنال با دامنه 5میلی ولت تبدیل می کنیم .اگر دامنه سیگنال کمتر از 5 میلی ولت باشد مستقیما“ به ورودی تقویت کننده اولیه وصل می شود .اگر دامنه سیگنال ورودی زیادتر از 5میلی ولت باشد ابتدا آن را تضغیف کرده و سپس به تقویت کننده اولیه وصل می کنیم. عمل تضعیف توسط کلید Volt/Divانجام می شود.ضرایب Volt/Divبیان کننده مقدار ولتاژ برای انحراف اشعه به اندازه یک خانه می باشد. معموال“ در کنار ولوم Volt/Divیک ولوم دیگر به نام Volt Variableوجود دارد که دامنه سیگنال را تضعیف کند .اگر این ولوم CALباشد دامنه سیگنال تغییر نمی کند .کاربرد این ولوم زمانی مفید است که هدف اندازه گیری دامنه نیست بلکه دیدن شکل موج می باشد. نکته :مقدار تضعیف توسط Volt Variable 5/2می باشد. اسیلوسکوپ دو کاناله اسیلوسکوپ دو کاناله اسیلوسکوپی است که به طور همزمان دو شکل موج را نشان می دهد. برای ایجاد دو شکل موج نیاز به دو المپ اشعه کاتدی داریم .اسیلوسکوپ های قدیمی دو کاناله به این صورت ساخته می شدند و به آنها DUAL BEAM گویند .در اسیلوسکوپ های دو کاناله جدید و فعلی یک المپ اشعه کاتدی وجود دارد و توسط یک المپ اشعه کاتدی دو شکل موج ساخته می شود .به این اسیلوسکوپ ها DUAL TRACEگویند. در اسیلوسکوپ های دو کاناله با یک المپ CRTولوم های فوکوس و شدت نور و Time/Divهر دو کانال یکی می باشد ولی قسمت کنترل و تقویت کننده اولیه عمودی هر دو کانال متفاوت می باشد. برای نمایش شکل موج ها در دو کانال از دو روش ALTو CHOPاستفاده می شود. اگر فرکانس شکل موج ها از 1KHZبیشتر باشد از روش ALTاستفاده می شود .در این روش ابتدا در یک تناوب موج کانال 1و سپس در تناوب دیگر موج کانال 2نشان داده می شود و این عمل تکرار می شود .با توجه به این که فرکانس زیاد می باشد لذا چشم انسان به طور همزمان دو شکل موج را به طور همزمان می بیند.در این روش در واقع در هر لحظه فقط یک شکل موج روی صفحه اسیلوسکوپ دیده می شود. نکته اگر فرکانس کمتر از 1KHZباشد و از روش ALTاستفاده شود شکل موج ها چشمک می زنند. روش CHOPبرای فرکانس های کمتر از 1KHZبه کار برده می شود .در این روش یک نقطه از سیگنال کانال 1و سپس یک نقطه از سیگنال کانال 2نشان داده می شود و این عمل تکرار می شود .این نقاط خیلی کوچک می باشند. روی اکثر اسیلوسکوپ ها کلید های ALTو CHOPوجود دارد .در اسیلوسکوپ های دو کاناله در حالت X-Yیک کانال محور عمودی و یک کانال محور افقی را بر عهده دارند. در روی اسیلوسکوپ های دو کاناله کلید هایی وجود دارند که برای نمایش یک کانال یا دو کانال به کار برده می شوند. :CH1 -1اگر کلید در این حالت باشد فقط سیگنال کانال 1را نشان می دهد. : CH2 -2اگر کلید در این حالت باشد فقط سیگنال کانال 2را نشان می دهد. : ALT -3اگر کلید در این حالت باشد سیگنال های کانال 1و کانال 2را به طور همزمان نشان می دهد. :CHOP -4اگر کلید در این حالت باشد سیگنال های کانال 1و کانال 2را به طور همزمان نشان می دهد. :DUAL -5در بعضی از اسیلوسکوپ ها به جای کلید های ALTو CHOPکلید DUALوجود دارد و برای نمایش دو کانال به طور همزمان به کار می رود. :ADD -6اگر کلید در این حالت باشد سیگنال های کانال 1و کانال 2را جمع می کند. : DIFF -7اگر کلید در این حالت باشد سیگنال های کانال 1و کانال 2را از هم کم می کند. : CH2INV -8اگر کلید در این حالت باشد در سیگنال کانال 180 2درجه اختالف فاز ایجاد می کند. کاربردهای اسیلوسکوپ همانطور که قبال“ گفته شده از اسیلوسکوپ برای اندازه گیری ولتاژ- زمان تناوب -اختالف فاز –بررسی شکل موج -اندازه گیری فرکانس -رسم منحنی ولت -آمپر دیود استفاده می شود .در اینجا کاربردهای مهم را بررسی می کنیم. -1اندازه گیری دامنه ولتاژ -2اندازه گیری زمان تناوب -3اندازه گیری اختالف فاز اندازه گیری دامنه ولتاژ صفحه اسیلوسکوپ در جهت افقی به 10قسمت و در جهت عمودی به 8 سمت تقسیم می شوند و هر قسمت به 5قسمت مساوی تقسیم می شود .هر قسمت 10میلی متر یا 9میلی متر می باشد .برای اندازه گیری ولتاژ ولوم Volt Variableباید در جهت عقربه ساعت تا آخر باشد .با استفاده از کلید AC-DC-GNDابتدا صفر اسیلوسکوپ را تنظیم می کنیم. .مثال :مقدار ولتاژ پیک و ولتاژ پیک تو پیک را بدست آورید تعداد خانه عمودی ضرب در عدد تقسیمات ولتاز= مقدار ولتاژ ‏Volt / Div 0.5V ‏Number _ Vertical 2 ‏VP 2 0.5 1V برای اندازه گیری ولتاژی که ACو DCدارد .ابتدا صفر اسیلوسکوپ را تنظیم کرده و سپس توسط کلید ACمقدار ولتاژ ACرا اندازه گرفته و سپس کلید را در حالت DCقرار داده و سپس مقدار DCرا اندازه می گیریم. Volt / Div 5v اندازه گیری زمان تناوب و فرکانس ابتدا ولوم Time Variableدر جهت عقربه ساعت تا آخر باشد .ولوم Time/Divیا تقسیمات زمانی بیانگر هر خانه برحسب زمان در جهت افقی می باشد .برای اندازه گیری زمان تناوب تعداد خانه های افقی یک سیکل کامل را در عدد Time/Divضرب می کنیم و اگر زمان تناوب را عکس کنیم فرکانس بدست می آید. ‏Time / Div 5ms ‏number  horizental 6 ‏T Time / Div number  horizental 6 5m 30ms اندازه گیری اختالف فاز هر سیکل 360درجه می باشد .برای اندازه گیری اختالف فاز ابتدا یکی از شکل موج ها را به عنوان مبنا انتخاب کرده .تعداد خانه های یک سیکل کامل را بدست آورده و سپس 360درجه را بر تعداد خانه ها تقسیم کرده و تعداد خانه های اختالف دو سیگنال را در این عدد ضرب می کنیم. ‏number  horiz 8 360 ‏45 8 ‏ 45 0.4 18