آموزش کار با اسیلوسکوپ و ساختار داخلی آن

دستگاه اسلیوسکوپ در مواردی نظیر مشخص‌کردن فرکانس و دامنه یک سیگنال، وجود و مقدار نویز یک مدار، مشخص‌کردن شکل موج (سینوسی، مربعی، مثلثی و غیره) و میزان تفاوت موجود بین دو سیگنال به‌کار گرفته می‌شود. یکی از مهم‌ترین نکات آموزش کار با اسیلوسکوپ و ساختار داخلی انواع مختلف این دستگاه، مقایسه ویژگی‌های آن‌ها با یکدیگر، از جمله پهنای باند می‌باشد.

یک اسلیوسکوپ شامل بخش‌های مختلفی مانند لامپ پرتوی کاتدی، تفنگ الکترونی، صفحات انحراف‌دهنده، صفحه فلوئورسان، مولد مبنای زمان، سیستم انحراف قائم و سیستم انحراف افقی است.

آموزش کار با اسیلوسکوپ

در این جلسه آموزشی، از سری جلسات آموزش صفر تا صد تعمیر موبایل رایگان، ‌به‌معرفی جامع و کامل آموزش نحوه کار با اسیلوسکوپ می‌پردازیم که می‌توانیم برای انجام تعمیرات موبایل، مورداستفاده قرار دهیم.

آنچه در این جلسه آموزشی یاد میگیرید:

ساختار داخلی اسیلوسكوپ

اسیلوسکوپ‌ها در حقیقت، رسام‌های بسیار سریعی می‌باشند که سیگنال ورودی را در برابر زمان یا در برابر سیگنال دیگر، به‌نمایش می‌‌گذارند. قلم این رسام، یک لکه نورانی است که در نتیجه برخورد با یک باریکه الکترون در یک پرده فلوئورسان، به‌وجود می‌آید.

به‌علت لختی بسیار کم باریکه الکترون، می‌‌توانیم این باریکه را برای دنبال‌کردن تغییرات لحظه‌ای (ولتاژهایی که بسیار سریع تغییر می‌کنند و یا فرکانس‌های بسیار بالا) به‌کار بگیریم. به‌منظور آشنایی بیشتر با نحوه کار با اسیلوسکوپ، باید بگوییم که اسیلوسکوپ بر اساس ولتاژ کار می‌‌کند. البته به‌کمک مبدل‌ها (ترانزیستورها) می‌‌توانیم جریان الکتریکی و کمیت‌های دیگر فیزیکی و مکانیکی را به ولتاژ تبدیل کنیم.

(الف) قسمت‌های مختلف اسیلوسکوپ

۱. لامپ پرتوی کاتدی

دستگاه اسیلوسکوپ از یک لامپ پرتوی کاتدی که قلب دستگاه است و تعدادی مدار برای کار‌کردن لامپ پرتوی کاتدی، تشکیل شده است. این لامپ از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده است که آگاهی از این قسمت‌ها، برای آشنایی شما از نحوه کار با اسیلوسکوپ ضروری می باشد؛ به همین جهت، ابتدا به معرفی قسمت‌های لامپ پرتوی کاتدی می‌پردازیم:

۲. تفنگ الکترونی

تفنگ الکترونی باریکه متمرکزی از الکترون‌ها را به‌وجود می‌‌آورد که شتاب زیادی کسب کرده‌اند. این باریکه الکترون با انرژی کافی به صفحه فلوئورسان برخورد می‌کند و بر روی آن یک لکه نورانی تولید می‌‌کند. تفنگ الکترونی از رشته گرمکن، کاتد، شبکه آند پیش‌شتاب‌دهنده، آند کانونی‌کننده و آند شتاب‌دهنده تشکیل شده است.

الکترون‌ها از کاتدی که به‌طور غیرمستقیم گرم می‌گردد، گسیل می‌‌شوند. این الکترون‌ها از روزنه کوچکی در شبکه کنترل می‌شوند. شبکه کنترل معمولاً یک استوانه هم‌محور با لامپ است و دارای سوراخی می‌باشد که در مرکز آن قرار دارد.

الکترون‌های گسیل‌شده از کاتد که از روزنه می‌‌گذرند (به‌دلیل پتانسیل مثبت زیادی که به آندهای پیش‌شتاب‌دهنده و شتاب‌دهنده اعمال می‌‌شود)، شتاب می‌‌گیرند. باریکه الکترونی را آند کانونی‌کننده، کانونی می‌‌کند.

۳. صفحات انحراف‌دهنده

صفحات انحراف‌دهنده شامل دو نوع صفحه می‌باشد:

  1. صفحات انحراف قائم که به‌طور افقی نصب می‌شوند و یک میدان الکتریکی در صفحه ایجاد می‌‌کنند، «صفحات y» نامیده می‌‌شوند.
  2. صفحات افقی انحرافی که به‌طور قائم نصب می‌شوند و انحراف افقی ایجاد می‌‌کنند، «صفحاتx » نامیده می‌‌شوند. فاصله صفحات به‌ اندازه کافی زیاد است که باریکه بتواند بدون برخورد با آن‌ها عبور کند.

۴. صفحه فلوئورسان

جنس این پرده که در داخل لامپ پرتوی کاتدی قرار دارد، از فسفر است. این ماده دارای این خاصیت است که انرژی جنبشی الکترون‌های برخورد‌کننده را جذب می‌‌کند و آن‌ها را به‌صورت یک لکه نورانی، ظاهر می‌سازد. سایر قسمت‌های لامپ پرتوی کاتدی، شامل پوشش شیشه‌ای و پایه است که از طریق آن، اتصالات برقرار می‌‌شود.

۵. مولد مبنای زمان

اسیلوسکوپ‌ها اغلب برای اندازه‌گیری و نمایش کمیت‌های وابسته به زمان، به‌کار می‌‌روند. برای آمادگی نحوه کار با اسیلوسکوپ جهت انجام این فعالیت‌ها، لازم است که لکه نورانی لامپ روی پرده، با سرعت ثابت از چپ به راست حرکت کند.

برای این منظور، یک ولتاژ مثبت به صفحات انحراف افقی اعمال می‌‌شود. مداری‌که این ولتاژ مثبت را تولید می‌‌کند، «مولد مبنای زمان» یا «مولد رویش» نامیده می‌‌شود.

(ب) مدارهای اصلی اسیلوسکوپ

۱. سیستم انحراف قائم

چون سیگنال‌ها برای ایجاد انحراف قابل‌‌اندازه‌گیری بر روی صفحه لامپ، به اندازه کافی قوی نمی‌باشند، بنابراین، معمولاً تقویت قائم، موردنیاز خواهد بود. هنگام اندازه‌گیری سیگنال‌های با ولتاژ بالا، باید آن‌ها را تضعیف کرده تا در محدوده تقویت‌کننده‌‌‌های قائم قرار بگیرند. خروجی تقویت‌کننده قائم، از طریق انتخاب همزمانی در وضعیت داخلی، به تقویت‌کننده همزمان نیز اعمال می‌‌شود.

۲. سیستم انحراف افقی

صفحات انحراف افقی را ولتاژ رویش تغذیه می‌کند که آن را مولد مبنای زمان تولید می‌‌کند. این سیگنال از طریق یک تقویت‌کننده اعمال می‌‌شود؛ ولی اگر دامنه سیگنال‌ها به اندازه کافی باشد، می‌‌توانیم آن را مستقیماً اعمال کنیم. هنگامی‌‌که به سیستم انحراف افقی، سیگنال خارجی اعمال می‌‌شود، باز هم از طرق تقویت‌کننده افقی و کلید انتخاب رویش در وضعیت خارجی اعمال خواهد شد. اگر کلید انتخاب رویش در وضعیت داخلی باشد، تقویت‌کننده افقی، سیگنال ورودی خود را از مولد رویش دندانه‌‌داری می‌‌گیرد که با تقویت‌کننده همزمان راه‌اندازی می‌‌شود.

۳. همزمانی

هر نوع رویشی که به‌کار می‌‌رود، باید با سیگنال مورد‌بررسی همزمان باشد تا یک تصویر بی‌حرکت به‌وجود آید. برای انجام این کار باید فرکانس سیگنال مبنای زمان، مقسوم‌علیه‌ای از فرکانس سیگنال مورد‌بررسی باشد.

۴. مواد محو‌کننده

در طی زمان رویش، ولتاژ دندانه‌دار رویش اعمال‌شده به صفحاتx ، لکه نورانی را بر یک خط افقی از چپ به راست، بر روی صفحه لامپ حرکت می‌دهد. اگر سرعت حرکت پایین باشد، یک لکه دیده می‌‌شود و اگر سرعت حرکت بالا باشد، لکه به‌صورت یک خط دیده می‌‌شود. در سرعت‌های خیلی بالا، ضخامت خط، کم می‌شود و تار به‌نظر می‌‌رسد و یا حتی دیده نمی‌‌شود.

۵. کنترل وضعیت

برای کنترل حرکت مسیر باریکه بر روی صفحه، نیاز به‌ وجود دستگاهی می‌باشد. با انجام این کار، شکل موج ظاهر‌شده بر روی صفحه را می‌‌توانیم به بالا یا پائین و یا به چپ یا راست، حرکت دهیم. این کار را می‌‌توانیم با اعمال یک ولتاژ کوچک سیستم داخلی (که مستقل است) به صفحات انحراف‌دهنده، انجام دهیم. این ولتاژ را می‌‌توانیم با یک پتانسیومتر تغییر دهیم.

۶. کنترل کانونی بودن

الکترود کانونی‌کننده مانند یک عدسی دارای فاصله کانونی، تغییر می‌‌کند. این تغییر، همزمان با تغییر پتانسیل آند کانونی‌کننده، صورت می‌‌گیرد.

۷. کنترل شدت

شدت باریکه با پتانسیومتر کنترل‌کننده شدت که پتانسیل شبکه را نسبت به کاتد تغییر می‌‌دهد، تنظیم می‌‌شود.

۸. مدار کالیبره‌سازی

در اسیلوسکوپ‌های آزمایشگاهی، به‌طور معمول، یک ولتاژ پایدار داخلی تولید می‌‌شود که دامنه مشخصی دارد. این ولتاژ که برای کالیبره‌سازی مورد‌استفاده قرار می‌گیرد، معمولاً یک موج مربعی است.

نحوه کار با اسیلوسکوپ­‌

علاوه بر توجه به امکانات اساسی در نحوه کار با اسیلوسکوپ، بسیاری از اسیلوسکوپ­‌ها دارای قابلیت‌های اندازه‌­گیری هستند که به اندازه­‌گیری سریع فرکانس، دامنه و سایر مشخصه‌­های شکل موج، کمک می­‌کنند. به‌طور کلی این دستگاه می­‌تواند مشخصه­‌های مبتنی بر زمان و مبتنی بر ولتاژ را اندازه‌گیری کند. در ادامه، این مشخصه‌ها را بررسی خواهیم کرد.

(الف) اندازه‌گیری مشخصه‌­های مبتنی بر زمان

۱. فرکانس و دوره

 به‌ تعداد دفعاتی‌که یک شکل موج در ثانیه تکرار می­‌شود، «فرکانس» می­‌گویند و عکس آن، «دوره» نامیده می‌شود (تعداد ثانیه‌­هایی که هر شکل موج تکرارشونده، به‌طول می­‌انجامد). بیشترین فرکانسی‌که اسیلوسکوپ‌ها می‌­توانند اندازه‌گیری کنند، متفاوت می‌باشد؛ اما اغلب در حدود ۱۰۰ مگاهرتز خواهد بود.

۲. چرخه کار

به درصدی از یک دوره چرخه کار می‌گویند که یک موج مثبت یا منفی می‌­شود (چرخه کار هم می‌­تواند مثبت باشد و هم منفی). چرخه کار در آموزش کار با اسیلوسکوپ، در واقع نسبتی است که به‌جای اینکه به شما ­‌بگوید در هر دوره یک سیگنال چه مدت «خاموش» است (چه مدت پالس منفی است)، به شما نشان می‌دهد که در هر دوره، یک سیگنال چه مدت «روشن» است (چه مدت پالس مثبت است).

۳. زمان صعود و نزول

 سیگنال‌­ها نمی‌­توانند به‌صورت آنی و بلافاصله، از صفر ولت به ۵ ولت برسند؛ آن‌ها مجبور هستند که به آرامی حرکت کنند. مدت زمان حرکت موج از یک نقطه­ پایینی به یک نقطه‌ بالایی را «زمان صعود» می‌نامند و «زمان نزول»، عکس این اتفاق را اندازه می­‌گیرد. این مشخصه­‌ها به‌هنگام در‌نظر‌گرفتن سرعت پاسخ مدار به سیگنال­‌ها، اهمیت پیدا می­‌کنند.

(ب) اندازه‌گیری مشخصه­‌های مبتنی بر ولتاژ

۱. دامنه

دامنه، به‌‌معنای اندازه­‌گیری میزان بزرگی یک سیگنال می‌باشد. جهت آشنایی بیشتر با نحوه کار با دستگاه اسیلوسکوپ، باید از روش‌های موجود در اندازه‌گیری دامنه، اطلاع داشته باشید. برای اندازه‌­گیری دامنه، روش‌­های مختلفی وجود دارد؛ از جمله روش پیک تا پیک (peak to peak) که اختلاف مطلق بین نقطه­ ولتاژ بالایی و پایینی یک سیگنال را اندازه می‌­گیرد. از سوی دیگر روش پیک دامنه، تنها بیشتر یا کمتر بودن سیگنال را نسبت به سفر ولت، اندازه می‌گیرد.

۲. حداکثر و حداقل ولتاژ

دستگاه اسیلوسکوپ می­‌تواند دقیقاً به شما نشان دهد که ولتاژ سیگنال شما به چه میزان، بالا و پایین می­‌شود.

۳. متوسط و میانگین ولتاژ

این دستگاه می­‌تواند متوسط یا میانگین سیگنال شما را محاسبه کند. همچنین، اسیلوسکوپ می‌تواند مقدار متوسط حداقل و حداکثر ولتاژ سیگنال را به شما نشان دهد.

جمع‌بندی!

اسیلوسکوپ یا نوسان‌نما، یک نوع‌ ‌دستگاه الکتریکی به‌شمار می‎رود تا شرایط مشاهده ولتاژ را برای شما فراهم آورد. در توضیح بیشتر آموزش کار با اسیلوسکوپ، باید این نکته را یادآور شویم که در این دستگاه، مقدار ولتاژها به‌شکل نمودارهای‌ دوبعدی نمایش داده می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎شوند؛ به‌صورتی‌که محور افقی، دربردارنده زمان و محور عمودی، دربردارنده مقدار ولتاژ است. دستگاه‌های اسیلوسکوپ، علاوه بر دامنه، قادر به اندازه‌گیری و نمایش سایر پارامترها، نظیر عرض ‌پالس، دوره تناوب و زمان بین دو حادثه، می‌باشند.

به‌‌‌‌‌‌‌طور کلی اسیلوسکوپ، یک دستگاه اندازه‌گیری است که وظیفه نمایش‌دادن ولتاژ برحسب زمان را برعهده دارد. آشنایی با نحوه کار با اسیلوسکوپ برای افرادی‌که در فعالیت‌هایشان با برق سروکار دارند، بسیار کابردی می‌باشد اسیلوسکوپ این قابلیت را دارد که دو یا چند شکل موج-ولتاژ را در واحد زمان، به‌شکل کاملاً همزمان و بر روی صفحه اسیلوسکوپ نمایش دهد. همچنین، می‌تواند یک شکل موج ولتاژ را بر اساس دیگری، به‌نمایش بگذارد.

سخن پایانی

کاربر عزیز آموزشگاه متخصصان فردا، چنانچه در ارتباط با محتوای این جلسه، «آموزش کار با اسیلوسکوپ»، از مجموعه جلسات آموزش رایگان تعمیرات موبایل، سؤال یا ابهامی دارید، پیشنهاد می‌کنیم سؤالات خود را در بخش دیدگاه‌ها مطرح کنید تا سایر کاربرانی که به این جلسه‌ی آموزشی مراجعه می‌کنند، بتوانند از آن‌ها بهره‌مند شوند.

در صورت تمایل، برای ثبت‌نام در کلاس‌های مهارت‌محور آموزشگاه فنی متخصصان فردا، می‌توانید بر روی این لینک کلیک کنید. این دوره‌ی آموزشی، در قالب ۲۸ جلسه ۳ ساعته برگزار میشود و به‌صورت تئوری و عملی همراه با مدرک بین‌المللی سازمان فنی‌وحرفه‌ای، شما را تبدیل به یک متخصص تعمیرات موبایل میکند.

درصورت وجود هرگونه سوال، با ما تماس بگیرید. در خدمت شما هستیم.

میخواهید تعمیرکار موبایل شوید؟

فرم زیر را پر کنید، در اسرع وقت با شما تماس میگیریم.

دکتر الهه ولایتی

دکتر الهه ولایتی

دکتری تکنولوژی آموزشی از دانشگاه علامه طباطبایی، محقق علمی و مولف چندین جلد کتاب معتبر در زمینه آموزش.

ارسال نظر

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اسکرول به بالا