مخاطب این کتاب کیست؟ هر کسی که علاقه‌مند به اُسیلوسکوپ‌ها، چگونگی استفاده و نحوه‌ی کار با آنها بوده و شاید اطلاعات اندکی درباره‌ی آنها داشته باشد. این کتاب صرفاًً درباره‌ی طراحی اُسیلوسکوپ‌ها نیست بلکه در کنار شرح انواع آنها ، ویژگی‌های خاص و چگونگی استفاده، درباره‌ی بهترین درایورهای اُسیلوسکوپ‌ها هم توضیح مختصری آمده است. فرمول‌ها و نتایج ارائه شده در اینجا اثبات شده نیستند، آنها که دانش مبهمی از ریاضی دارند مطلب جالب توجهی در این کتاب نخواهند یافت. در نتیجه خوانندگان نوجوان مطالب بسیاری از این کتاب نخواهند آموخت. برای رفع این مشکل به طور خاص برای آنهایی نوشته شده که هیچ دانش قبلی از این موضوع ندارند. دانشجویان دوره‌های ONC و HNC حتی دانشجویان رده پایین‌تر هم کمک‌های شایان توجهی از این کتاب می‌گیرند. دانشجویان مقطع کارشناسی مهندسی الکترونیک فرصت کافی برای یادگیری دربار هی اُسیلوسکوپ‌ها را دارند، اما بسیاری از فارغ التحصیلان رشته‌ی فیزیک که وارد مهندسی الکترونیک میشوند از معرفی تکنیک‌های به کار رفته شده در اُسیلوسکوپ استقبال میکنند. تکنسین‌ها و مهندسان فنی در حوزه‌ی الکترونیک استفاده از اُسیلوسکوپ‌ها را میدانند اما فصل‌های آتی بر دانش آنها افزوده و آنها را قادر میسازد تا از امکانات اُسیلوسکوپ به طور کامل استفاده کنند.
در آخر امیدوارم آنها که به الکترونیک با عنوان سرگرمی مینگرند از جمله تازه‌کاران و علاقه‌مندان مدل‌های کنترل رادیویی کتاب را ارزشمند یابند به خصوص اگر شخصاً در حال خرید یا حتی ساخت اُسیلوسکوپ هستند. اُسیلوسکوپ اشعه‌ی کاتدی وسیله‌ای است که برای نمایش نوسانات ولتاژ در یک پریود یا هر شکل موجود در مدارات الکترونیک طراحی شده است. این واژه به لحاظ ریشه شناختی، ترکیبی است. قسمت اول از واژه‌ی لاتین oscillum به دست آمده و به معنی چرخیدن به پشت و جلو است؛ قسمت دوم از واژه‌ی یونانی skopein حاصل شده و به معنی مشاهده و بررسی میباشد. از روی واژه‌ی یونانی تک واژه لاتین scopium اخذ شد که به انتهای کلمه افزوده و در اسامی ابزارهایی به کار میرود که به گوش و چشم امکان آزمایش و بررسی را میدهند. به دلایلی موضوع طراحی و استفاده از اُسیلوسکوپ‌ها را oscilloscopy نمی‌خوانند بلکه از oscillography استفاده میکنند که واژه‌ی graphein به معنی نوشتن میباشد. در کنار اُسیلوسکوپ‌های اشعه‌ی کاتدی انواع دیگری هم وجود دارد. مثلاً نگارنده‌های قلمی ، نگارنده‌های چارت فرابنفش و رسام‌های x-y که همگی اُسیلوسکوپ یا اسیلوگراف می‌باشند. با این وجود ، این کتاب در اصل درباره‌ی اُسیلوسکوپ‌های اشعه‌ی کاتدی و ابزارهای مشابهی است که در آنها از تکنولوژی LCD (صفحه‌ی کریستال مایع) استفاده میشود.
نشان دادن ولتاژ متغیر :
اصل اساسی در اسیلوگرافی نمایش ولتاژ متغیر با ابزارهای گرافیکی است. ولتاژ روی محورمختصات دو بعدی رسم میشود که بعد از این «مختصات دکارتی» ، به نام فیلسوف و ریاضیدان مشهور فرانسوی قرن هفتم، نامیده می شود. مقادیر مثبت و منفی هر متغیر را میتوان نشان داد. که دارای دو محور عمودی میباشد. محور عمودیY ومحور افقی را X می‌نامند. نقطه‌ی تلاقی دو محور یعنی جایی که X=0 و Y=0 است را مبدأ می‌نامیم. مقادیری مانند دما و ولتاژ که با گذشت زمان تغییر میکنند در مهندسی بسیار مهم بوده و اغلب به شکل نموداری نشان داده میشوند. از آنجایی که زمان منفی هیچ مفهوم خاصی ندارد ، محور Y (خط عمودی بر نقط های که در آن X=0 است) از انتهای سمت چپ آغاز میشود. محور X که بیانگر زمان است در این نمونه محور روزها است. در دیگر نمونه‌ها این محور می‌تواند دقیقه، ثانیه یا میکروثانیه باشد. دماهای منفی زیر محور و دماهای مثبت بالای آن رسم میشوند. زمان را به صورت افزایشی از چپ به راست در نظر می‌گیریم که در نقطه‌ی مبدأ از صفر آغاز خواهد شد. پس محور X مبنای زمانی است که بالا و پایین متغیر مرتبط با آن رسم میشود. ولتاژها می‌توانند متناسب با دما، مثبت یا منفی باشند. نقطه‌ی مرجع ولتاژها را زمین در نظر می‌گیرند. این را ولتاژ صفر 0 V می‌خوانند مانند 0°C ، که نقطه‌ی ذوب یخ بوده و به عنوان یک مرجع دمایی محسوب میشود.
اسُیلوسکوپ چه چیز را نشان می‌دهد؟
هروقت نموداری را که با مداد ترسیم می‌کنید، اُسیلوسکوپ تصویری از آن را با نقاط متحرک نوری روی صفحه ی اشعه‌ی کاتد می‌کشد. این صفحه معمولاً مسطح بوده و درون آن با پودری پوشانده شده که نور را با ضربه‌های پرتو الکترونی ساطع می‌کند. اینجا گفتن این موضوع کافی است که حرکت پذیری مدار داخلی اُسیلوسکوپ باعث میشود که نقاط نوری با سرعتی ثابت از چپ به راست صفحه‌ی لامپ حرکت کنند تا آنکه به سمت راست رسیده و به سرعت به سمت چپ بازگشته و آماده پیمایش بعدی میشوند که معمولاً جاروب کردن یا اِسکن نامیده میشود. همان‌طور که در بالا اشاره شد در برخی
اُسیلوسکوپ‌ها از صفحه‌ی LCD استفاده میشود. این روندی است که در آینده با مدل‌های بیشتری نشان داده میشود ، به خصوص اُسیلوسکوپ‌های قابل حمل و دستی و انواع دیجیتال که در تکنولوژی نمایش برگزیده میشوند. در شکل موج گِرد که تقریباًً موج سینوسی است و از شکل موجی بسیار مهم در مهندسی می باشد ، بین مثبت و منفی 340V تفاوت واقعی وجود دارد. همان‌طور که پیچش‌های مثبت و منفی موج شکل و اندازه‌ی آنها با هم برابر می‌باشند بنابراین مقدار متوسط یا میانگین موج سینوسی برابر با صفر میشود. صفحه‌ی اُسیلوسکوپ را اغلب با خط کشی‌های عمودی و افقی تجهیز میکنند که صفحه‌ی شطرنجی خوانده میشود. اِسکَن یا سرعت انحراف X متناظر با 5 میلی‌ثانیه به ازای هر واحد تقسیم‌بندی است.
![]()
در حالی که در محور عمودی یا Y، حساسیت یا فاکتور انحراف مساوی با 100V به ازای هر تقسیم است. برخی اُسلوسکوپ‌ها اندازه‌ی صفحه‌ی کوچکتر دارند. در برخی موارد، شطرنجی‌هایی با واحدهای کمتر از سانتی‌متر مربع یافت میشود، اما بیشتر اوقات از واحدهای کوچکتر استفاده میشود تا امکان ایجاد صفحه نمایش 8×10 یا 6×10 که ابعاد مناسبی است فراهم شود. مدار رهاساز اُسیلوسکوپ (تریگر) تضمین می‌کند که علایم نشان داده شده روی شکل موج از یک نقطه آغاز میشوند. فرض کنید، علایم در حالی آغاز میشوند که ولتاژ تغذیه 240V AC از صفر عبور کرده و به سمت مثبت‌ها میرود. فرکانس ولتاژ تغذیه 50 هرتز است . از این رو در هر 20ms سیکل کامل شود. چون ده مربع کامل صفحه‌ی شطرنجی 50ms را در مسیر افقی نشان میدهند ، 5/ 2 سیکل کامل به عنوان اِسکَن نقطه‌ای در صفحه رسم میشود. طی نیمه‌ی بعدی سیکل نقطه به سرعت به سمت چپ صفحه باز می‌گردد. این سیر بازگشتی را برگشت یاردگیری دوباره می‌نامند اما هیچ نشانه‌ای از آن دیده نمی‌شود زیرا نقطه با مدار برگشتی خاموش‌ساز متوقف میشود. از این رو در علایم رسمی سه بعدی سیکل پس از آغاز رسم قبلی آغاز میشود بنابراین 216 عدد از علایم مشخص هر ثانیه رسم میشود. این کار آنقدر سریع نیست تا چشم بتواند تصویر ثابت و مجزا را ببیند از این رو هیچ نور ناپایدار چشمک‌زنی وجود نخواهد داشت مگر آنکه از لامپ اشعه‌ی کاتدی با فسفر مقاومت بالا استفاده شود. اگر سرعت اِسکَن یا پویش از 5ms/div به 20ms/div تغییر داده شود آنگاه 10 سیکل کامل در ازای هر اِسکَن ظاهر شده و نقطه‌ی متحرک نوری در حین عبور از صفحه بالا و پایین خواهد رفت. از سوی دیگر اگر شکل موج 500Hz در 0.5m s/div دیده شود، 166 رسم معین در هر ثانیه وجود داشته و یک تصویر بدون لرزش حاصل خواهد شد. این صرفاً از آن جهت است که موج به خودی خود در یک پریود ثابت است یعنی، دقیقاً از سیکلی به سیکل دیگر تکرار میشود.
نمونه‌ی موج پیچیده‌ای که این نظم را رعایت نمی‌کند خروجی میکروفن است که شبیه قطعه‌ی موسیقی است. در اینجا اصلاً نمی‌توان اُسیلوسکوپ را طوری فعال کرد که یک تصویر ثابت بدهد زیرا موج خود دائماً در حال تغییر است. پس از اسُیلوسکوپ در اصل برای بررسی‌های دوره‌ای و تکرار شونده شکل موج استفاده می‌کنیم هر چند که استفاده از آن در بررسی‌های انفرادی و غیر تکرار شونده هم ضروری است، گران‌ترین اُسیلوسکوپ‌ها هم این کار را را انجام میدهند. تاکنون اندکی دربار هی اُسیلوسکوپ و آنچه که انجام می دهد فراگرفته‌ایم، در فصل بعدی امکانات اُسیلوسکوپ را با جزییات بیشتری بررسی خواهیم کرد.
![]()
اُسیلوسکوپ های اولیه:
اُسیلوسکوپ های اولیه
در فصل گذشته به طور خلاصه توضیح دادیم که چگونه یک اُسیلوسکوپ علایم خود را توسط نور نقطه‌ای (تابش قابل انحراف الکترون) متحرک روی صفحه CRT (لامپ اشعه‌ی کاتد) ترسیم می‌کند. از این رو ، اُسیلوسکوپ اشعه‌ی کاتدی در ابتدایی‌ترین انواع خود شامل مدار مبدأ زمانی میشود تا نقطه به طور ثابت از چپ به راست صفحه در زمان و با سرعت مناسب حرکت کند. ما می‌خواهیم انحراف نقطه در مسیر عمودی یا Y را بررسی کنیم. همچنین، از دیگر تکنولوژ‌یه‌ای نمایشی مانند LCD میشود استفاده کرد که در این‌صورت اُسیلوسکوپ معمولاً از نوع ذخیره دیجیتال است. البته چند قطعه‌ی ضروری ساده مانند منبع قدرت برای راه‌اندازی صفحه نمایش CRT یا LCD و مدار ، محفظه‌ای برای نگهداری آنها کنار هم و یک سوکت خروجی Y به علاوه‌ی چند کنترل‌کننده روی پانل جلویی وجود دارد. این نوع اُسیلوسکوپ‌های نسبتاً پیچیده از انواع رایج خود از قدیم تاکنون بوده‌اند:
اُسیلوسکوپ پیشرفته امروزی. منظور از این اُسیلوسکوپ آن است که انحراف عمودی نقطه روی صفحه در هر لحظه با ولتاژ خروجی Y در آن لحظه تعیین میباشد. تمایز بین دستگاه‌های زمان واقعی 1 و دیگر انواع مطلق و مشخص نیست. یک اُسیلوسکوپ زمان واقعی وسیله‌ای است که امکانات لازم را برای بررسی شکل موج تکرار شونده دارد. با چنین وسیله‌ای میتوان زمانبندی نسبی بین شکل موج‌های نقاط مختلف مدار را تنظیم کرد البته با استفاده غیرمستقیم از ورودی راه‌انداز خارجی و بررسی شکل موج‌ها یکی پس از دیگری. مزیت بررسی زمانبندی مستقیم نسبی به بررسی دو شکل موج به طور همزمان آنقدر زیاد است که حتی در اُسیلوسکوپ های ارزان قیمت هم این امکان تعبیه شده است. بیشتر وسایل تصویر شده در این کتاب دو کانال مستقل و برخی سه یا حتی چهار کانال دارند. با این وجود ، حتی در اُسیلوسکوپ تک کاناله ابتدایی، راهنمای فوق‌العاده‌ای برای بررسی عملکرد مدارهای الکترونیکی وجود دارد که در قسمت بعد این وسیله 71Metrix ox ، تشریح م یشود. اگر چه از نظر برخی خوانندگان امکانات این وسیله کاملاً بدیهی و بی‌نیاز از توضیح به نظر میرسند اما همه‌ی این ها ارزش یک نگاه دقیق تر را دارد.
![]()