اسیلوسکوپ یکی از کلیدی‌ترین تجهیزات آزمایشگاهی در حوزه الکترونیک و برق است که برای مشاهده و تحلیل سیگنال‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه با نمایش شکل موج‌ها روی نمایشگر، به کاربران امکان بررسی نوسانات ولتاژ، نویز، اعوجاج و سایر ویژگی‌های سیگنال را در لحظه می‌دهد. اسیلوسکوپ‌ها در تعمیر تجهیزات الکترونیکی، طراحی مدار، آموزش، خودروسازی و صنایع پیشرفته نقش مهمی ایفا می‌کنند. در این مقاله با نحوه عملکرد اسیلوسکوپ، اجزای اصلی آن، و انواع مختلف این دستگاه بیشتر آشنا می‌شوید.
چه کسانی از اسیلوسکوپ استفاده می‌کنند؟
دانشمندان، مهندسان، فیزیکدانان، تکنسین‌های تعمیر و مربیان آموزشی از اسیلوسکوپ برای مشاهده تغییرات سیگنال‌ها در طول زمان استفاده می‌کنند. یک مهندس خودرو ممکن است از اسیلوسکوپ برای ارتباط داده‌های آنالوگ سنسورها با داده‌های سریال واحد کنترل موتور استفاده کند. از سوی دیگر، یک محقق پزشکی ممکن است از اسیلوسکوپ برای اندازه‌گیری امواج مغزی بهره ببرد. کاربردهای این ابزار قدرتمند بی‌شمار است.
اسیلوسکوپ چگونه کار می‌کند؟
عملکرد اسیلوسکوپ بر پایه سه سیستم اصلی استوار است: سیستم عمودی، سیستم افقی و سیستم تریگر (Trigger). این سیستم‌ها با همکاری یکدیگر، اطلاعات لازم درباره سیگنال الکتریکی را فراهم می‌کنند تا اسیلوسکوپ بتواند آن را با دقت بازسازی کند. (معمولاً در این بخش نمودار بلوکی نمایش داده می‌شود).
سیستم عمودی: در مرحله اول، ولتاژ سیگنال ورودی تضعیف یا تقویت می‌شود تا دامنه آن برای نمایش بهینه شود. این فرآیند به سیستم عمودی مربوط است، زیرا به تنظیمات مقیاس عمودی (کنترل ولتاژ) بستگی دارد.
بلوک اکتساب (Acquisition): سپس سیگنال به بلوک اکتساب می‌رسد. در اینجا، مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) از ولتاژ سیگنال نمونه‌برداری کرده و آن را به مقادیر دیجیتال تبدیل می‌کند.
سیستم افقی: این سیستم شامل یک ساعت نمونه‌برداری (Sample Clock) است که به هر نمونه ولتاژ، یک مختصات زمانی دقیق (افقی) اختصاص می‌دهد. ساعت نمونه‌برداری، ADC را هدایت می‌کند و خروجی دیجیتال آن به عنوان نقاط داده در حافظه اکتساب (Acquisition Memory) ذخیره می‌شود.
سیستم تریگر: سیستم تریگر یک شرط مشخص شده توسط کاربر را در جریان سیگنال ورودی تشخیص می‌دهد و از آن به عنوان یک مرجع زمانی در رکورد شکل موج استفاده می‌کند. رویدادی که معیارهای تریگر را برآورده می‌کند، به همراه داده‌های شکل موج قبل یا بعد از آن رویداد، نمایش داده می‌شود.
اسیلوسکوپ چه چیزهایی را اندازه‌گیری می‌کند؟
به زبان ساده، اسیلوسکوپ امواج ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کند. در صفحه نمایش اسیلوسکوپ، ولتاژ به صورت عمودی روی محور Y و زمان به صورت افقی روی محور X نشان داده می‌شود. شدت یا روشنایی نمایش گاهی اوقات محور Z نامیده می‌شود. نمودار حاصل می‌تواند اطلاعات زیادی درباره یک سیگنال ارائه دهد، از جمله:
- مقادیر زمانی و ولتاژ یک سیگنال
- فرکانس یک سیگنال نوسانی
- بخش‌های متحرک یک مدار که توسط سیگنال نمایش داده می‌شوند
- فرکانس وقوع بخش خاصی از سیگنال نسبت به سایر بخش‌ها
- آیا یک قطعه معیوب باعث اعوجاج سیگنال شده است یا خیر
- میزان جریان مستقیم (DC) یا متناوب (AC) در سیگنال
- بخشی از سیگنال که نویز است
- آیا نویز در طول زمان تغییر می‌کند یا خیر
مقایسه اسیلوسکوپ با مولتی‌متر دیجیتال و ولت‌متر
تفاوت بین اسیلوسکوپ، مولتی متر دیجیتال و ولت‌متر چیست و آیا می‌توان آن‌ها را جایگزین یکدیگر کرد؟ ولت‌متر اختلاف پتانسیل بین دو نقطه در یک مدار الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کند. اگرچه مولتی‌متر دیجیتال نیز ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کند، اما می‌تواند جریان و مقاومت را نیز اندازه بگیرد. اسیلوسکوپ نحوه تغییر ولتاژ در طول زمان را نشان می‌دهد. معمولاً با پیشرفته‌تر شدن کاربرد، ابزار مورد نیاز نیز پیچیده‌تر می‌شود.
انواع اسیلوسکوپ‌ها
اسیلوسکوپ‌ها به دو نوع آنالوگ و دیجیتال تقسیم می‌شوند. اسیلوسکوپ آنالوگ waveform ولتاژ را به شکل اصلی خود ضبط و نمایش می‌دهد، در حالی که اسیلوسکوپ دیجیتال از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال برای ضبط و ذخیره دیجیتالی اطلاعات استفاده می‌کند. امروزه بیشتر مهندسان برای اشکال‌زدایی و طراحی از اسیلوسکوپ‌های دیجیتال استفاده می‌کنند. اسیلوسکوپ‌های دیجیتال به طور کلی به پنج دسته تقسیم می‌شوند که از اسیلوسکوپ‌های عمومی کم‌هزینه تا مدل‌های پیچیده‌تر با قابلیت‌های پیشرفته و دقت بالاتر در مقایسه با مدل‌های پایه را شامل می‌شوند.
ترجمه شده از مقاله "What is an oscilloscope?" توسط mehdi pooladi.