Osiloskoplar, İkinci Bölüm

Bu serinin ilk bölümü (ELEVATOR WORLD, Mayıs 2016) osiloskopun tarihsel köklerine, Fourier Dönüşümü gibi bazı erken yenilikler ve teorik temellere baktı. Bu sonuç makalesi günümüze hızlıca ilerleyecek ve okuyucuyu basit olanla başlayıp daha karmaşığa doğru ilerleyen osiloskop alıştırmaları boyunca yönlendirecektir.

Öğrenme hedefleri

Bu makaleyi okuduktan sonra şunları öğrenmiş olmalısınız:
♦ Bir osiloskop kullanarak elektrik sinyallerine erişme
♦ Arıza akımından kaçınma
♦ Osiloskopun probları nasıl telafi edilir ve işleme neden ihtiyaç duyulur?
♦ Bir osiloskopta DC ve AC dalga formlarının görüntülenmesi
♦ Dijital voltmetre işlevini kullanma

Osiloskop esasen bir voltmetredir, ancak bu tür herhangi bir alet gibi akım ve direnci okumak için yapılandırılabilir ve kalibre edilebilir. Örnek enstrümanımız olarak hizmet veren osiloskop, Tektronix MDO3104, yerleşik bir dijital voltmetre içerir. Voltaj, ekranın üst kısmında, voltun binde birine kadar hassas bir şekilde görüntülenir. Bu, retiküldeki bölümleri sayarak voltajı tahmin etme ihtiyacını ortadan kaldırır, ancak istenirse bu hala yapılabilir.

Devam etmeden önce osiloskop yeniyse veya doğrulama isteniyorsa cihazın problarını kompanze etmek gerekir. Üretim sürecindeki küçük farklılıklar nedeniyle, verilen herhangi bir probun empedansı, analog kanalın empedansıyla tam olarak eşleşmez. Bu değerler aynı değilse, bir kare dalga sinyali (çok hızlı yükselme ve düşme süreleri ile) ekranda önemli bir bozulma gösterecektir. Yetersiz kompanse edilmiş bir prob, ölçüm hatalarına neden olabilir.

Analog giriş kanallarından birine bir prob bağlandığında, prob the source, ve bu analog giriş kanalının ön uç devresi yük olur. Her bir probun empedansını, bağlanacağı herhangi bir analog kanalın empedansıyla eşleştirmek gerekir. Bu empedanslar çakışmazsa, iyi bir eşleşme yapmak için probun empedansını ayarlamak gerekir. Bir zamanlar bu, metal olmayan bir tornavida kullanılarak prob gövdesindeki bir vidayı çevirerek yapıldı. MDO3104, ekrandaki istemler izlendiğinde bu işlemi otomatik olarak gerçekleştirir.

Probu istenen analog giriş kanalına bağlayın ve prob ucunu ve toprak referans ucunu osiloskopun ön panelinin sağ tarafındaki doğru terminallere bağlayın. Bu terminaller “Probe Comp” olarak etiketlenmiştir ve bunlardan biri toprak sembolü ile işaretlenmiştir. İstenen analog giriş kanalı için ön panel düğmesine basın. Alt menü, prob sonlandırma değerini görüntüleyecektir. “Probe Setup”ı seçmek için “More”a art arda basın, ardından “Compensate Probe”a basın.

Dört analog giriş kanalının her biri, 10 adede kadar ayrı prob için kompanzasyon değerlerini saklayabilir. Bunun ötesinde, saklanan en eski değer, ek prob telafileri lehine silinecek ve osiloskop, telafi edildikçe yeni probların değerlerini ekleyecektir. Bu işlem her prob/kanal kombinasyonu için tekrarlanmalıdır. Alternatif olarak, her kanal için tek bir özel prob telafi edilebilir, bu durumda probların etiketlenmesi gerekir.

Temel Egzersiz

İlk bağlantımız 9 V'luk bir pil olacak. Topraktan tamamen izole olduğu için, incelenen elektrikli ekipmanın tesisin şebekeden türetilen gücüne bağlanması gibi ağır bir arıza akımı tehlikesi yoktur. Bu nedenle, prob ucunun ve toprak referans kablosunun pozitif veya negatif tarafa bağlanmasına izin verilir. Diferansiyel probu veya topraklanmamış el tipi osiloskop kullanmaya gerek yoktur.

Ekranın tek bir yatay çizgiden oluştuğuna dikkat edin. Rengi, kullanılan kanalın özel rengiyle eşleşir. Örneğin Kanal Bir sarıdır. Voltaj seviyesi, Y ekseni boyunca ana bölmeler ve ekranın her iki yanındaki işaretler sayılarak tahmin edilebilir. Dahili dijital voltmetre kullanılarak daha doğru bir ölçüm yapılabilir. Bunu yapmak için ön paneldeki “Dalga Denetçisi” bölümündeki “Ölçü” düğmesine basın. Ekranın alt kısmında bir menü çubuğu belirecektir. DVM menü çubuğunun ekranın sağında görünmesi için "DVM"ye karşılık gelen yazılım tuşuna basın. En üstteki öğe “Mod”dur. "Kapalı", yazılım tuşuna basılarak "Açık" olarak değiştirilebilir. Küçük harf “a”, “Kapalı”, “AC + DC RMS”, “DC”, “AC RMS” ve “Frekans” modları arasında gezinmek için çok amaçlı “a” düğmesinin kullanılacağını gösterir. (Enstrüman bir DC sinyaline bağlı olduğundan, “Frekans” geçerli değildir.)

“Mod”un yanı sıra, sağ taraftaki menü çubuğundaki menü öğeleri, yazılım tuşları kullanılarak seçilebilir. "Kaynak" altında, küçük "b" harfi, seçeneklerin çok amaçlı "b" düğmesi kullanılarak seçilebileceğini gösterir. The sources, her biri kendi rengiyle gösterilen mevcut dört analog kanal girişidir. "Ekran Stili"nin yanındaki yazılım tuşu, "Tam" ve "Minimize Edilmiş" arasında geçiş yapar, ikincisi ekrandaki bazı öğeleri ortadan kaldırır.

Artık dalga biçimini gözlemlemeye hazırız. Bu durumda, sinyal DC olduğu için düz bir yatay çizgi görüntülenir. Toprak referans kablosu negatif tarafa bağlanırsa, çizgi X ekseninin üzerinde görünecektir ve voltaj, retikül üzerinde gösterilen bölmeler ve işaretler sayılarak tahmin edilebilir. Veya osiloskopun DVM fonksiyonunu kullanarak daha kesin bir ölçüm (bir voltun binde birine kadar) elde etmek mümkündür. Prob ucu ve toprak referans kablosu 9 V pilde ters çevrilirse, X ekseninin altında yatay voltaj çizgisi görünecektir.

“Dalga Denetçisi” bölümündeki “Ölç” seçeneğine basılarak dahili bir frekans sayacına erişilebilir. Ekranın altındaki menüde, “DVM” altındaki yazılım tuşuna basın. Ekranın sağ tarafında DVM öğesinin bulunduğu bir menü bulunur. Küçük "a" harfine dikkat edin. Bu, alt menüdeki öğelere çok amaçlı düğme “a” çevrilerek erişilebileceği anlamına gelir. Alt menünün altındaki “Sıklık” vurgulanana kadar bunu yapın. Ekranın üst kısmında “Sıklık” içeren bir menü çubuğu belirir. Daha önce belirtildiği gibi, sinyal DC olduğu için frekansın uygulanabilir olmadığı gösterilmiştir.

Çoğu modern dijital osiloskop, iki veya dört kanallı modellerde mevcuttur. Dört kanallı model genellikle fiyata %50 ekler, bu nedenle satın alma kararı vermeden önce kullanımı tahmin etmeniz önerilir. MDO3104'ün dört kanalı vardır ve ayrı problardan kanal girişlerine, görüntülenen dalga formlarına ve ekranda görünen etiketlere kadar her şey renk kodludur.

Gelişmiş Egzersiz Bir

Başka bir alıştırma, tesiste mevcut olan AC şebeke gücünün bir görüntüsünü elde etmekten ibarettir. Daha gelişmiş olarak kabul edilir, çünkü ölçülecek devrenin bir tarafı sağlam bir şekilde topraklanırken, diğer tarafı toprak üzerinde belirli bir voltajda sabitlenir.

MDO3104 gibi topraklanmış bir tezgah tipi cihaz ve ayrıca araştırılan devre, sondanın toprak referans kablosu, toprağa referans verilen ancak toprak potansiyeli dışında önemli bir voltajda yüzen bir kabloya veya terminale bağlanırsa hasar görebilir. . Cihazı, doğrulanmış ekipman-topraklama sürekliliği ile servis ekipmanına geri dönen topraklanmış bir prize taktıktan sonra güvenli prosedür, toprak referans kablosunu, inceleme altındaki devrenin toprakla ilgili olmayan (tamamen izole edilmiş) bir kısmına bağlamaktır. veya sağlam bir şekilde topraklanmıştır ve osiloskopun güç kaynağı topraklaması ile aynı potansiyeldedir. İlk olarak, osiloskop yuvasını ve incelenen ekipmana güç sağlayan yuvayı kontrol edin. Bu ölçümü gerçekleştirmek için bir devre analizörü kullanın.

Başlamak için, bir ucunda üç uçlu fiş bulunan kısa bir güç kablosu oluşturun. Diğer uçta, kılıfın kısa bir uzunluğunu kesip çıkarın ve üç iletkenin uçlarındaki yalıtımı soyun. Temas veya kısa devre riskini azaltmak için az miktarda bakır bırakın. Topraklı (beyaz) ve topraksız (siyah) iletkenlerin kesişmemesi için fişteki uçları düzgün şekilde sonlandırdığınızdan emin olun. Bu kordonu güvenli bir yerde saklayın, çünkü yanlış ellerde tehlikeli olabilir.

Probu osiloskopun analog giriş kanallarından birine bağlayın. Renk kodlu numaralı düğmeye yanacak şekilde basarak doğru kanalın açıldığından emin olun. Anlamlı bir ekran görüntülenmezse, "Varsayılan Kurulum", "Menü Kapalı" ve "Otomatik Ayar" öğelerine basın. "Bir" dışında bir analog kanal isteniyorsa, açılması gerekir, çünkü "Varsayılan Kurulum" osiloskopu her zaman birinci kanala geri götürür.

Yardımcı program tarafından oluşturulan bir sinüs dalgası şimdi görünür olmalıdır. Bu gösterimin dikkate değer birkaç yönü vardır. İlk olarak, bir sinüs dalgası, daha düşük bir seviyede (sıfıra yakın) bir voltaj seviyesinde daha büyük bir değişim oranı ve daha yüksek bir seviyede bir voltaj seviyesinde daha az bir değişim oranı ile karakterize edilir. Bu nedenle eğri düzleşir ve tepelerde düzleşir. Gücü üreten makinenin döner doğasının bir sonucudur.

Ekranın bir diğer dikkat çeken yönü ise “Default Setup” ve “Autoset” butonlarına basıldığı için dalga formunun X ekseninde ortalanmış olmasıdır. Bu konum, kanal seçme düğmesinin üzerindeki küçük düğme çevrilerek ayarlanabilir. Bu düğmeye basmak, ekranı X ekseninde yeniden ortalar. Kanal seçme düğmesinin altındaki büyük düğme, dikey ölçeklendirmeyi değiştirir. Bu yapılırken, bölüm başına (ekranın sol alt köşesinde gösterilen) volt sayısının buna göre değiştiğine dikkat edin. Varsayılan görünüme dönmek için “Otomatik Ayar” düğmesine basın.

Yatay konum ve ölçek düğmeleri benzer değişiklikleri gerçekleştirir ve burada yine “Otomatik Ayar” varsayılan ayarları geri yükler. “Tetikleyici” bölümünde, tetikleme seviyesi sıfır seviyesinden yükseltilebilir veya alçaltılabilir (Y eksenine göre). Bu seviye, pozitifin üstüne veya negatif tepenin altına taşınırsa, tetiklemenin artık gerçekleşmediğine ve dalga biçiminin kararsız hale geldiğine dikkat edin. “Otomatik Ayar” düğmesine basmak, tetikleme seviyesini 0 V'a geri getirir ve dalga biçimi yeniden dengelenir. Bir başka ilginç deney de siyah (sıcak) çizgiye bir diyot yerleştirmektir. Bu, bir tel somun kullanılarak yapılabilir ve yarım dalga doğrultucu oluşturur.

Diyot ters çevrilirse, bloke edilen dalga formunun yarısı zıt kutuplu olacaktır. Sinüs dalgasının kalan yarısı, X ekseninin karşı tarafında görünecektir. Tam dalga doğrultucu, merkez uçlu bir transformatöre sahip iki diyot veya merkez uçlu olmayan bir transformatöre sahip dört diyot ile oluşturulabilir. Tüm dalga biçimi, X ekseninin bir tarafında görünecektir. Başka bir deney, ne kadar dalgalanmanın giderilebileceğini görmek için bir kapasitör ve/veya bir indüktör kullanarak bir filtre oluşturmak olacaktır.

Tüm bunlar boyunca, toprak referans kablosunu toprağa göre farklı bir voltajda yüzen herhangi bir kabloya veya terminale bağlamaktan kaçınmayı unutmayın. Merkez uçlu bir transformatör, kasıtlı bir dahili bağlantı veya kasıtsız bir kısa devre nedeniyle topraklamayı merkez musluğa taşıyabilir. Zeminden izolasyon, bir neon test ışığı aracılığıyla doğrulanabilir. Transformatör çıkışının herhangi bir parçası toprağa bağlıysa ve farklı bir potansiyelde yüzüyorsa, alternatif enstrümantasyon kullanılması gerekir. Bu tür ölçümler yapmanın bir yolu, Tektronix TMDPO200 gibi yüksek voltajlı bir diferansiyel probu kullanmaktır. Diğer bir alternatif ise Tektronix THS3024 gibi elde taşınabilir, pille çalışan bir osiloskop kullanmaktır.

İleri Egzersiz İki

Bir başka ilginç deney (önceki deneyden diyot çıkarılmış olarak), hala AC yardımcı programına bağlı olan probu radyo frekansı (RF) girişine bağlamaktır. Şimdi frekans alanındaki sinüs dalgasını gösteren ekran, X ekseninde frekansa (zamandan ziyade) karşı çizilen güç dağılımını gösterir. Alt kısımdaki düzensiz iz, elektronların rastgele hareketinden kaynaklanan gürültü tabanıdır. Giriş, harmonik içermeyen saf sinüs dalgası olduğundan, frekans alanı göstergesinde (aşağıda) ve spektrogramda (yukarıda) gösterildiği gibi güç dağılımı tek bir ani yükselmedir. Tüm sinyal gücü tek bir frekanstadır. Osiloskop bu çeviriyi yapabilir, çünkü oldukça karmaşık bir hesaplama seti olan Hızlı Fourier Dönüşümünü elektronik olarak kullanır (EW, Mayıs 2016).

Bir sonraki deney için AC kaynağını çıkarın ve probu tekrar bir analog kanala bağlayın. Enstrümanı, bir mikrofon aracılığıyla insan sesi tarafından yapılanlar da dahil olmak üzere herhangi bir sesi gösterebilecek şekilde yapılandıracağız. Farkına varılması gereken ilk şey, iki tür mikrofon olduğudur - harici güç gerektirenler ve gerektirmeyenler. Bu uygulamada bir karbon mikrofon iyi çalışır, ancak sorunu, harici güç gerektirmesidir. Cihaz, küçük bir karbon partikülü kabından oluşur. Hava basıncındaki değişiklikler karbonu art arda sıkıştırır ve sıkıştırır, bu da genel cihazı giderek daha az iletken hale getirir. Osiloskop esasen bir voltmetre olduğundan (bir ohmmetre yerine), harici bir DC güç kaynağına ihtiyaç vardır. 9 V'luk bir pil, (otomatik değişen osiloskopta görüldüğü gibi) DC voltajının sese karşılık gelen elektrik dalgalanmalarını bastırması dışında iyi çalışır. Bu etkiyi düzeltmek için, DC akımını ortadan kaldırmak için mikrofonla seri olarak bir kapasitör yerleştirilebilir.

Daha basit bir çözüm, harici güç gerektirmeyen bir mikrofon kullanmaktır. Böyle bir mikrofon aslında içeriden elektrik enerjisi üretir. Bir hoparlör, gerçekte, doğrusal veya dönmeyen, harici olarak komütasyonlu bir DC motordur. Diğer DC motorlar gibi, aynı zamanda bir DC jeneratördür. Koninin yakınında gürültü (konuşma gibi) yapılabilir ve mikrofon, hava basıncındaki değişiklikleri dalgalı bir voltaja dönüştürecektir. Buna göre, hoparlör doğrudan osiloskop probuna bağlanabilir.

Diğer kullanımlar

Birçok sanal müzik aletinin dalga biçimleri, bir elektronik klavyeye bir osiloskop bağlanarak görüntülenebilir. Bu sinyaller harmonik açısından zengin kabul edilir ve frekans alanında ve spektrogramda görüntülenebilir. Ancak osiloskopu doğrudan kulaklık jakına bağlamayın. Bu, çıkış transistörlerini patlatabilir (son amplifikasyon aşamaları). Osiloskop probunun çok yüksek giriş empedansını görünce, esasen açık bir devreye girerler ve devreye aşırı yüklenirler. Sorunlu olabilecek başka bir konu da, çıktının bir tarafının zemine referansta bulunabilmesi, ancak bunun üstünde veya altında yüzebilmesidir. Bunun yerine, yukarıda tartışılan hoparlör bağlantısını kullanın. Klavye hoparlörünün yanına yerleştirin ve ne osiloskop ne de klavye tehlikeye atılmayacaktır.

Bir osiloskop, ses ve video ekipmanında sorun gidermede çok kullanışlıdır. Genel prosedür, girişe bir sinyal enjekte etmek ve bir osiloskop kullanarak sinyali birbirini izleyen aşamalarda görüntülemektir. Bazı TV şemaları, devredeki farklı noktalarda sağlıklı dalga formlarını gösteren grafikler içerir. Bir osiloskop izi, yalnızca bir voltmetre okumasından daha fazla bilgi ortaya çıkarır ve genellikle kusuru önce aşamaya, sonra devreye ve son olarak da kötü bir bileşene daraltmak mümkündür. Geleneksel olarak, bu amaç için "fonksiyon üreteci" olarak da bilinen bir sinyal üreteci kullanılmıştır. Bu türden belirli, değişmeyen bir sinyal, bir anten aracılığıyla gelen yayını kullanmaktan daha iyidir, çünkü bu, değişkenlik göstermez ve çeşitli noktalarda görülebilen ve karşılaştırılabilen tek biçimli bir dalga biçimi sağlar.

MDO3104 gibi gelişmiş dijital osiloskoplar, çeşitli sinyalleri sentezleyebilen isteğe bağlı bir dahili fonksiyon üretecini içerir. X ekseninden frekans, genlik, görev döngüsü ve ofset değiştirilebilir. Bu modelin arka panelinde isteğe bağlı işlev oluşturucu (AFG) sinyaline erişilebildiği iki bağlantı noktası vardır. İncelenmekte olan bir devreye enjekte edilebilir veya görüntüleme amacıyla herhangi bir analog kanal girişinden osiloskopa geri beslenebilir. Bunu yapmak için kısa bir Bayonet Neill-Concelman (BNC) kablosu kullanılır. Bu, mükemmel frekans yanıtına sahip ancak koaksiyel konektörlerle uyumlu olmayan özel uçlara sahip standart koaksiyeldir. Adaptörler mevcuttur.

Bir dizi dalga formu görüntülenebilir ve değiştirilebilir. Sinüs, kare, darbe, rampa, DC, gürültü ve diğerleri mevcuttur. Ek olarak, dört analog kanala ve RF kanalına beslenen sinyallerden gelen dalga biçimleri osiloskopun belleğinde saklanabilir, istendiği gibi düzenlenebilir ve gelecekte herhangi bir zamanda erişilebilir. Nasıl etkilendiğini görmek için bir ilgi sinyaline gürültü eklenebilir. Ek sinyal modifikasyonu, adresinden ücretsiz olarak indirilebilen Tektronix yazılımı kullanılarak gerçekleştirilebilir. www.Tektronix.com.

Osiloskop, arızalı elektronik ekipmanın arıza tespiti ve teşhisi için harika bir araçtır. Ayrıca, devrenin çeşitli noktalarındaki dalga biçimlerini incelemek son derece öğreticidir ve gizemli evrenimizin bazı temel fiziksel özelliklerine dair fikir verir.

Öğrenme-Takviye Soruları

www.elevatorbooks.com veya sf.137'de çevrimiçi olarak bulunan Sürekli Eğitim Değerlendirme Sınavına çalışmak için aşağıdaki öğrenme-pekiştirme sorularını kullanın. Bu konunun XNUMX.
♦ Osiloskop arıza akımına karşı nasıl korunabilir?
♦ AFG'ye nasıl erişilir?
♦ Çok amaçlı “a” ve “b” düğmeleri nasıl kullanılır?
♦ Bir devre analizörü arıza akımından kaçınmada nasıl faydalıdır?
♦ Sinüs dalgaları neden zirvelerde daha düzdür?