اسیلوسکوپ چیست و چه کاربردی دارد؟ بررسی عملکرد، اجزا و انواع مختلف آن 📌

 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

اسیلوسکوپ ها ابزارهای حیاتی در اندازه گیری و تجزیه و تحلیل سیگنال های الکتریکی هستند. این دستگاه ها در بسیاری از صنایع مانند الکترونیک، مخابرات، پزشکی و مهندسی کاربرد دارند. بسته به نیاز و ویژگی های پروژه، اسیلوسکوپ ها در انواع مختلفی در بازار موجود هستند. در اینجا به انواع اسیلوسکوپ و ویژگی های آن ها پرداخته ایم:

۱. اسیلوسکوپ آنالوگ

اسیلوسکوپ آنالوگ یکی از قدیمی ترین مدل های اسیلوسکوپ است که به صورت آنالوگ (با استفاده از کرتک و عقربه) سیگنال های الکتریکی را نمایش می دهد. این دستگاه ها سیگنال های ولتاژ را به صورت گرافیکی بر روی صفحه نمایش نمایش می دهند.

ویژگی ها:

• نمایش سیگنال ها به صورت گرافیکی و آنالوگ.
• مناسب برای سیگنال های کم فرکانس و آنالوگ.
• دقت محدود نسبت به مدل های دیجیتال.
• عملکرد ساده و ارزان تر.

مزایا:

• هزینه کمتر در مقایسه با اسیلوسکوپ های دیجیتال.
• برای اندازه گیری های ساده و کاربردهای آموزشی مناسب است.

معایب:

• دقت پایین تر و ناتوانی در نمایش سیگنال های پیچیده تر.
• محدودیت در اندازه گیری سیگنال های دیجیتال.

۲. اسیلوسکوپ دیجیتال

اسیلوسکوپ دیجیتال امروزه به دلیل دقت بالا و امکانات پیشرفته تر به طور گسترده تری در مقایسه با اسیلوسکوپ های آنالوگ استفاده می شود. این دستگاه ها سیگنال های الکتریکی را به صورت عدد دیجیتال نمایش می دهند.

ویژگی ها:

• نمایش سیگنال ها به صورت دیجیتال.
• دقت بالا و قابلیت های پیشرفته برای تجزیه و تحلیل سیگنال ها.
• امکان ذخیره سازی داده ها و تحلیل آن ها.
• قابلیت اندازه گیری سیگنال های پیچیده و فرکانس بالا.

مزایا:

• دقت بالا در اندازه گیری سیگنال های پیچیده و فرکانس های بالا.
• امکان تجزیه و تحلیل داده ها و ذخیره سازی آن ها.
• استفاده از حافظه داخلی برای ذخیره اطلاعات.

معایب:

• هزینه بیشتر نسبت به اسیلوسکوپ های آنالوگ.
• پیچیدگی در استفاده برای کاربران مبتدی.

۳. اسیلوسکوپ حافظه (Memory Oscilloscope)

اسیلوسکوپ حافظه یا اسیلوسکوپ دیجیتال حافظه به عنوان یک مدل پیشرفته از اسیلوسکوپ های دیجیتال شناخته می شود. این دستگاه ها می توانند داده ها را در حافظه خود ذخیره کرده و در صورت نیاز به بازبینی و تحلیل آن ها دسترسی پیدا کنند.

ویژگی ها:

• قابلیت ذخیره سازی داده ها در حافظه دستگاه.
• مناسب برای تحلیل سیگنال های پیچیده و سیستم های دیجیتال.
• نمایش دقیق تر و بیشتر برای سیگنال های متغیر.

مزایا:

• ذخیره و تحلیل دقیق تر سیگنال ها.
• امکان مشاهده و تجزیه و تحلیل سیگنال های غیرخطی.
• استفاده در تحقیقات علمی و توسعه محصولات.

معایب:

• قیمت بالاتر به دلیل قابلیت های پیشرفته.
• نیاز به آموزش برای استفاده مؤثر از حافظه و قابلیت های ذخیره سازی.

۴. اسیلوسکوپ دستی (Portable Oscilloscope)

اسیلوسکوپ دستی یا پرتابل برای استفاده در محیط های صنعتی و صحرایی طراحی شده اند. این دستگاه ها سبک، قابل حمل و مناسب برای استفاده در شرایط کاری متفاوت هستند.

ویژگی ها:

• طراحی سبک و مناسب برای حمل و نقل آسان.
• نمایش دیجیتال برای اندازه گیری های سریع.
• باتری داخلی برای استفاده در خارج از محل کار.

مزایا:

• مناسب برای استفاده در محیط های غیر ثابت و صحرایی.
• حمل آسان و راحتی در استفاده در محیط های مختلف.
• توانایی استفاده بدون نیاز به منبع تغذیه ثابت.

معایب:

• دقت پایین تر نسبت به اسیلوسکوپ های رومیزی.
• محدودیت در امکانات و ویژگی ها.

۵. اسیلوسکوپ کلمپی (Clamp Oscilloscope)

اسیلوسکوپ کلمپی ترکیبی از اسیلوسکوپ و مولتی متر کلمپی است. این دستگاه ها قادر به اندازه گیری جریان و ولتاژ بدون نیاز به اتصال مستقیم به مدار هستند. این ویژگی آن ها را به ابزاری کاربردی و ایمن در محیط های صنعتی و تعمیرات تبدیل کرده است.

ویژگی ها:

• قابلیت اندازه گیری جریان بدون نیاز به قطع مدار.
• اندازه گیری ولتاژ، جریان و مقاومت به صورت هم زمان.
• ایمن و راحت برای کار در سیستم های پیچیده و صنعتی.

مزایا:

• قابلیت اندازه گیری جریان بدون نیاز به قطع سیم ها.
• مناسب برای تعمیرات صنعتی و محیط های خطرناک.
• راحتی در استفاده برای شناسایی مشکلات مدار.

معایب:

• معمولاً دقت کمتری در مقایسه با اسیلوسکوپ های دیجیتال با کیفیت بالا دارد.
• ممکن است در اندازه گیری های پیچیده محدود باشد.

۶. اسیلوسکوپ تماسی (Contact Oscilloscope)

اسیلوسکوپ تماسی برای اندازه گیری سیگنال های الکتریکی با استفاده از سنسورهای تماسی طراحی شده است. این دستگاه ها برای اندازه گیری دقیق ولتاژ و فرکانس در مدارهای پیچیده بسیار مفید هستند.

ویژگی ها:

• سنسورهای تماسی برای اندازه گیری دقیق.
• مناسب برای اندازه گیری سیگنال های کوچک و فرکانس های بالا.
• دقت بالا در اندازه گیری ها.

مزایا:

• دقت بالا در اندازه گیری سیگنال ها و فرکانس های بالا.
• مناسب برای اندازه گیری در مدارهای پیچیده.

معایب:

نیاز به دقت بالا در استفاده.

ممکن است برای کارهای عمومی یا کاربردهای ساده بیش از حد پیچیده باشد.

جمع بندی: اسیلوسکوپ چیست؟

اسیلوسکوپ یکی از ابزارهای مهم در اندازه گیری و تجزیه وتحلیل سیگنال های الکتریکی است که برای مشاهده تغییرات ولتاژ در طول زمان به صورت گرافیکی استفاده می شود. این دستگاه به مهندسان، تکنسین ها و پژوهشگران این امکان را می دهد که سیگنال ها را با دقت بالا اندازه گیری کرده و مشکلات موجود در مدارها را شناسایی کنند. انواع مختلفی از اسیلوسکوپ ها از جمله آنالوگ، دیجیتال، حافظه دار، پرتابل و کلمپی در بازار موجود هستند که هرکدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند.

اسیلوسکوپ های دیجیتال به دلیل دقت بالا و قابلیت های پیشرفته ای مانند ذخیره سازی داده ها و تجزیه وتحلیل سیگنال ها، در بسیاری از صنایع و آزمایشگاه ها استفاده می شوند. این دستگاه ها همچنین برای اندازه گیری سیگنال های پیچیده تر و فرکانس های بالا مناسب هستند. از سوی دیگر، اسیلوسکوپ های آنالوگ برای کاربردهای ساده تر و آموزشگاهی مناسب هستند.

انتخاب اسیلوسکوپ بستگی به نیاز شما دارد؛ اگر به دقت بالا و تحلیل سیگنال های پیچیده نیاز دارید، اسیلوسکوپ های دیجیتال گزینه بهتری خواهند بود. در نهایت، برای خرید اسیلوسکوپ مناسب با قیمت و ویژگی های متناسب با نیاز خود، می توانید از فروشگاه های معتبر مانند تجهیزات اندازه گیری شکیبی استفاده کنید که انواع اسیلوسکوپ های باکیفیت و خدمات پس از فروش قابل اعتماد را ارائه می دهند.

ترجمه شده از مقاله "What is an oscilloscope?" توسط mehdi pooladi.