اسیلوسکوپ چیست؟

اسیلوسکوپ که قبلا به عنوان اسیلوگراف (به طور غیررسمی scope، oscope یا o-scope) شناخته می شد، ابزاری است که به صورت گرافیکی سیگنال های الکتریکی را 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.
تاریخچه اسیلوسکوپ
اسیلوسکوپ برای چه مواردی استفاده می شود؟
چه کسی از اسیلوسکوپ استفاده می کند؟
اسیلوسکوپ چگونه کار می کند؟
اسیلوسکوپ چه چیزی را اندازه گیری می کند؟
انواع اسیلوسکوپ
اسیلوسکوپ در مقابل مولتی متر دیجیتال در مقابل ولت متر
نحوه انتخاب بهترین اسیلوسکوپ

منابع اسیلوسکوپ

تاریخچه اسیلوسکوپ
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 به یک اسیلوسکوپ پیشرو در جهان تبدیل شد. از آن زمان، Tek به انتشار فناوری‌های نوین جدید، از جمله اولین اسیلوسکوپ دیجیتال در سال 1971 و اولین راه‌حل نرم‌افزار اسیلوسکوپ به ابر-TekDrive- در سال 2020 ادامه داده است. اسیلوسکوپ‌ها جزء اصلی میز هر مهندس هستند و حتی در فیلم‌های معروف نیز به نمایش درآمده‌اند. در طول تاریخ. برای مشاهده لیست کامل اسیلوسکوپ ها در فیلم می توانید به سایت موزه تک مراجعه کنید.

اسیلوسکوپ برای چه مواردی استفاده می شود؟
اسکوپ 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.

چه کسی از اسیلوسکوپ استفاده می کند؟
دانشمندان، مهندسان، فیزیکدانان، تکنسین های تعمیر و مربیان از اسیلوسکوپ ها برای مشاهده تغییر سیگنال ها در طول زمان استفاده می کنند. یک مهندس خودرو ممکن است از یک اسیلوسکوپ برای ارتباط داده های آنالوگ از سنسورها با داده های سریال از واحد کنترل موتور استفاده کند. در همین حال، یک محقق پزشکی ممکن است از یک اسیلوسکوپ برای اندازه گیری امواج مغزی استفاده کند. هیچ کمبودی برای برنامه های کاربردی برای این ابزار قدرتمند وجود ندارد.

اسیلوسکوپ چگونه کار می کند؟
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 با 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.

مقادیر زمان و ولتاژ یک سیگنال
فرکانس یک سیگنال نوسانی
"قطعات متحرک" یک مدار که توسط سیگنال نشان داده می شود
فرکانسی که با آن بخش خاصی از سیگنال نسبت به بخش های دیگر رخ می دهد
اینکه آیا یک جزء معیوب سیگنال را مخدوش می کند یا نه
چه مقدار از یک سیگنال جریان مستقیم (DC) یا جریان متناوب (AC) است.
بخشی از سیگنال که نویز است
اینکه آیا نویز در طول زمان در حال تغییر است یا خیر
اسیلوسکوپ در مقابل مولتی متر دیجیتال در مقابل ولت متر
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.

انواع اسیلوسکوپ
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.

اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال (DSO): این یک اسیلوسکوپ دیجیتال معمولی است و برای برنامه های طراحی چند کاناله با سرعت کم یا تک شات، سرعت بالا ایده آل است.
اسیلوسکوپ فسفر دیجیتال (DPO): 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.
اسیلوسکوپ سیگنال مختلط (MSO): 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.
اسیلوسکوپ دامنه مختلط (MDO): این اسیلوسکوپ‌ها همان قابلیت‌های اسیلوسکوپ‌های سیگنال مختلط را ارائه می‌کنند، اما یک آنالایزر داخلی نیز ارائه می‌دهند که اشکال زدایی RF را به قابلیت‌های آنالوگ و دیجیتال اضافه می‌کند.
اسیلوسکوپ نمونه برداری دیجیتال: 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.

نحوه انتخاب بهترین اسیلوسکوپ
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 نحوه ارتباط آنها با برنامه های کاربردی شما، بررسی عمیق ما را در مورد نحوه ارزیابی اسیلوسکوپ بخوانید.