Osiloskop
Bir osiloskop (gayri resmi olarak bir kapsam), değişen elektrik voltajlarını zamanın bir fonksiyonu olarak bir veya daha fazla sinyalin iki boyutlu bir grafiği olarak grafiksel olarak gösteren bir tür elektronik test cihazıdır. Temel amaç, aksi takdirde insan gözü tarafından algılanamayacak kadar kısa sürede oluşacak tekrarlayan veya tek dalga biçimlerini ekranda görüntülemektir. Görüntülenen dalga biçimi daha sonra genlik, frekans, yükselme süresi, zaman aralığı, bozulma ve diğerleri gibi özellikler açısından analiz edilebilir. Başlangıçta bu değerlerin hesaplanması için dalga formunun cihazın ekranına yerleştirilmiş ölçeklere göre manuel olarak ölçülmesi gerekiyordu. Modern dijital cihazlar bu özellikleri doğrudan hesaplayabilir ve görüntüleyebilir. ⓘ
Osiloskoplar fen bilimleri, tıp, mühendislik, otomotiv ve telekomünikasyon endüstrisinde kullanılır. Genel amaçlı aletler elektronik ekipmanların bakımı ve laboratuvar çalışmaları için kullanılır. Özel amaçlı osiloskoplar, örneğin bir otomotiv ateşleme sistemini analiz etmek veya kalp atışının dalga biçimini bir elektrokardiyogram olarak görüntülemek için kullanılabilir. ⓘ
Elektriksel işaretlerin ölçülüp değerlendirilmesinde kullanılan aletler içinde en geniş ölçüm olanaklarına sahip olan osiloskop, işaretin dalga şeklinin, frekansının ve genliğinin aynı anda belirlenebilmesini sağlar.Dalga şeklini grafik olarak ekranda gösterir.Yani elektrik dalga sinyali çizer. Dalga sinyalinin, frekansını ve genliğini de öğrenmemizi sağlar. Osiloskop bir elektrik devresine her zaman paralel bağlanır. Çünkü iç direnci çok yüksektir. ⓘ
Tarihçe
Elektrik gerilimlerinin ilk yüksek hızlı görselleştirmeleri elektro-mekanik osilograf ile yapılmıştır. Bunlar yüksek hızlı voltaj değişimleri hakkında değerli bilgiler veriyordu, ancak çok düşük bir frekans tepkisine sahipti ve görüntü elemanı olarak bir katot ışın tüpü (CRT) kullanan osiloskopun yerini aldı. Katot Işın Tüpünün öncüsü olan Braun tüpü 1897'de biliniyordu ve 1899'da Jonathan Zenneck onu ışın oluşturan plakalar ve izi saptırmak için bir manyetik alanla donattı ve bu CRT'nin temelini oluşturdu. İlk katot ışın tüpleri 1920'lerin başlarında deneysel olarak laboratuvar ölçümlerine uygulanmıştı, ancak vakum ve katot yayıcıların zayıf stabilitesinden muzdaripti. V. K. Zworykin 1931 yılında termiyonik yayıcıya sahip, kalıcı olarak kapatılmış, yüksek vakumlu bir katot ışın tüpü tanımladı. Bu kararlı ve tekrarlanabilir bileşen General Radio'nun laboratuvar ortamı dışında da kullanılabilen bir osiloskop üretmesini sağladı. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra ihtiyaç fazlası elektronik parçalar Heathkit Corporation'ın yeniden canlanmasının temelini oluşturdu ve bu parçalardan yapılan 50 dolarlık bir osiloskop kiti ilk pazar başarısını kanıtladı. ⓘ
Özellikler ve kullanım alanları
Bir analog osiloskop tipik olarak dört bölüme ayrılır: ekran, dikey kontroller, yatay kontroller ve tetikleme kontrolleri. Ekran genellikle graticule adı verilen yatay ve dikey referans çizgileri olan bir CRT'dir. CRT ekranlar ayrıca odak, yoğunluk ve ışın bulucu için kontrollere sahiptir. ⓘ
Dikey bölüm görüntülenen sinyalin genliğini kontrol eder. Bu bölümde bölüm başına volt (Volts/Div) seçici düğmesi, AC/DC/Toprak seçici anahtarı ve cihazın dikey (birincil) girişi bulunur. Ayrıca, bu bölüm tipik olarak dikey ışın konumu düğmesiyle donatılmıştır. ⓘ
Yatay bölüm cihazın zaman tabanını veya "taramasını" kontrol eder. Birincil kontrol Bölüm Başına Saniye (Sec/Div) seçici anahtarıdır. Ayrıca çift X-Y ekseni sinyallerini çizmek için yatay bir giriş de bulunmaktadır. Yatay ışın konumu düğmesi genellikle bu bölümde bulunur. ⓘ
Tetik bölümü taramanın başlangıç olayını kontrol eder. Tetik, her taramadan sonra otomatik olarak yeniden başlatılacak şekilde ayarlanabilir veya dahili ya da harici bir olaya yanıt verecek şekilde yapılandırılabilir. Bu bölümün başlıca kontrolleri kaynak ve kuplaj seçici anahtarları ile harici tetik girişi (EXT Girişi) ve seviye ayarıdır. ⓘ
Temel cihaza ek olarak, çoğu osiloskop bir prob ile birlikte verilir. Prob, cihaz üzerindeki herhangi bir girişe bağlanır ve tipik olarak osiloskopun giriş empedansının on katı bir dirence sahiptir. Bu, 0,1 (-10×) zayıflama faktörü ile sonuçlanır; bu, prob kablosu tarafından sunulan kapasitif yükün ölçülen sinyalden izole edilmesine yardımcı olur. Bazı problarda, operatörün uygun olduğunda direnci bypass etmesini sağlayan bir anahtar bulunur. ⓘ
Boyut ve taşınabilirlik
Modern osiloskopların çoğu tek bir kişinin taşıyabileceği kadar hafif, taşınabilir cihazlardır. Taşınabilir ünitelere ek olarak, piyasada saha servis uygulamaları için pille çalışan bir dizi minyatür cihaz bulunmaktadır. Laboratuvar sınıfı osiloskoplar, özellikle vakum tüpleri kullanan eski üniteler, genellikle tezgah üstü cihazlardır veya özel arabalara monte edilirler. Özel amaçlı osiloskoplar rafa monte edilebilir veya özel bir cihaz muhafazasına kalıcı olarak monte edilebilir. ⓘ
Girişler
Ölçülecek sinyal, genellikle BNC veya UHF tipi gibi koaksiyel bir konektör olan giriş konektörlerinden birine beslenir. Daha düşük frekanslar için bağlama direkleri veya muz fişleri kullanılabilir. Sinyal kaynağının kendi koaksiyel konektörü varsa, basit bir koaksiyel kablo kullanılır; aksi takdirde, osiloskopla birlikte verilen "kapsam probu" adı verilen özel bir kablo kullanılır. Genel olarak, rutin kullanım için, gözlemlenen noktaya bağlanmak için açık bir tel test kablosu tatmin edici değildir ve genellikle bir prob gereklidir. Genel amaçlı osiloskoplar genellikle 20 pikofarad gibi küçük ama bilinen bir kapasitans ile paralel olarak 1 megohm'luk bir giriş empedansı sunar. Bu, standart osiloskop problarının kullanılmasına olanak sağlar. Çok yüksek frekanslarda kullanılan skoplar 50 Ω girişe sahip olabilir. Bunlar ya doğrudan bir 50 Ω sinyal kaynağına bağlanmalı ya da Z0 veya aktif problarla kullanılmalıdır. ⓘ
Daha az sıklıkta kullanılan girişler arasında taramayı tetiklemek için bir (veya iki), X-Y modu ekranları için yatay sapma ve bazen z'-ekseni girişleri olarak adlandırılan iz parlatma/karartma bulunur. ⓘ
Problar
Açık telli test uçlarının (uçan uçlar) parazit alma olasılığı yüksektir, bu nedenle düşük seviyeli sinyaller için uygun değildirler. Ayrıca, uçlar yüksek endüktansa sahiptir, bu nedenle yüksek frekanslar için uygun değildir. Blendajlı kablo (yani koaksiyel kablo) kullanmak düşük seviyeli sinyaller için daha iyidir. Koaksiyel kablo da daha düşük endüktansa sahiptir, ancak daha yüksek kapasitansa sahiptir: tipik bir 50 ohm kabloda metre başına yaklaşık 90 pF vardır. Sonuç olarak, bir metrelik doğrudan (1×) koaksiyel prob, yaklaşık 110 pF kapasitansa ve 1 megohm dirence sahip bir devreyi yükler. ⓘ
Yüklemeyi en aza indirmek için zayıflatıcı problar (örneğin, 10× problar) kullanılır. Tipik bir prob, kablo kapasitansı ve skop girişi ile RC kompanzasyonlu bir bölücü yapmak için düşük değerli bir kapasitör tarafından şöntlenen 9 megohm seri direnç kullanır. RC zaman sabitleri eşleşecek şekilde ayarlanır. Örneğin, 9 megohm seri direnç 110 milisaniyelik bir zaman sabiti için 12,2 pF kapasitör tarafından şöntlenir. Kapsam girişi 20 pF ve 1 megohm (toplam kapasite 110 pF) ile paralel 90 pF kablo kapasitansı da 110 milisaniyelik bir zaman sabiti verir. Pratikte, operatörün düşük frekans zaman sabitini tam olarak eşleştirebilmesi için bir ayarlama vardır (probu dengeleme olarak adlandırılır). Zaman sabitlerinin eşleştirilmesi zayıflamayı frekanstan bağımsız hale getirir. Düşük frekanslarda (R direncinin C reaktansından çok daha az olduğu yerlerde), devre dirençli bir bölücü gibi görünür; yüksek frekanslarda (direnç reaktansdan çok daha büyük), devre kapasitif bir bölücü gibi görünür. ⓘ
Sonuç, mütevazı frekanslar için frekans dengelemeli bir probdur. Yaklaşık 10 megohm'luk bir yük 12 pF ile şöntlenir. Böyle bir prob bir gelişmedir, ancak zaman ölçeği birkaç kablo geçiş süresine veya daha azına (geçiş süresi tipik olarak 5 ns'dir) düştüğünde iyi çalışmaz. Bu zaman aralığında, kablo karakteristik empedansı gibi görünür ve skop girişi ile probdaki iletim hattı uyumsuzluğundan kaynaklanan yansımalar çınlamaya neden olur. Modern skop probu, 10× probun birkaç yüz megahertzde iyi performans göstermesini sağlamak için kayıplı düşük kapasitanslı iletim hatları ve sofistike frekans şekillendirme ağları kullanır. Sonuç olarak, kompanzasyonu tamamlamak için başka ayarlamalar da vardır. ⓘ
10:1 zayıflatmaya sahip problar en yaygın olanlarıdır; büyük sinyaller (ve biraz daha az kapasitif yükleme) için 100:1 problar kullanılabilir. Ayrıca 10:1 veya doğrudan (1:1) oranları seçmek için anahtarlar içeren problar da vardır, ancak ikinci ayarda prob ucunda önemli bir kapasitans (onlarca pF) vardır, çünkü tüm kablonun kapasitansı doğrudan bağlanır. ⓘ
Çoğu osiloskop, prob ucundaki etkin hassasiyeti gösteren prob zayıflama faktörleri sağlar. Geçmişte, bazı otomatik algılama devreleri, hassasiyet ölçeğinin farklı kısımlarını aydınlatmak için paneldeki yarı saydam pencerelerin arkasındaki gösterge lambalarını kullanmıştır. Bunu yapmak için, prob konektörlerinde (modifiye BNC'ler) probun zayıflamasını tanımlamak için ekstra bir kontak vardı. (Toprağa bağlı belirli bir direnç değeri, zayıflamayı "kodlar"). Problar aşındığından ve otomatik algılama devresi farklı osiloskop markaları arasında uyumlu olmadığından, otomatik algılama prob ölçeklendirmesi kusursuz değildir. Aynı şekilde, prob zayıflamasını manuel olarak ayarlamak da kullanıcı hatasına açıktır. Prob ölçeklendirmesinin yanlış ayarlanması yaygın bir hatadır ve okumayı 10 kat saptırır. ⓘ
Özel yüksek gerilim probları, osiloskop girişiyle dengelenmiş zayıflatıcılar oluşturur. Bunlar büyük bir prob gövdesine sahiptir ve bazılarında havanın yerini almak için seri direnci çevreleyen bir kutunun kısmen uçucu sıvı florokarbon ile doldurulması gerekir. Osiloskop ucunda çeşitli dalga biçimi kırpma ayarlarının bulunduğu bir kutu vardır. Güvenlik için, bir bariyer diski kullanıcının parmaklarını incelenen noktadan uzak tutar. Maksimum voltaj onlarca kV'un altındadır. (Yüksek voltajlı bir rampanın gözlemlenmesi, prob ucu temas edene kadar her tekrarda farklı noktalarda basamaklar içeren bir merdiven dalga formu oluşturabilir. O zamana kadar, küçük bir ark prob ucunu şarj eder ve kapasitansı voltajı tutar (açık devre). Voltaj yükselmeye devam ettikçe, başka bir küçük ark ucu daha fazla yükler). ⓘ
İncelenecek akımı taşıyan iletkeni çevreleyen çekirdekleri olan akım probları da vardır. Bir türünde iletken için bir delik vardır ve yarı kalıcı veya kalıcı montaj için telin delikten geçirilmesi gerekir. Bununla birlikte, geçici testler için kullanılan diğer tipler, bir telin etrafına sıkıştırılabilen iki parçalı bir çekirdeğe sahiptir. Probun içinde, çekirdeğin etrafına sarılmış bir bobin uygun bir yüke bir akım sağlar ve bu yük üzerindeki voltaj akımla orantılıdır. Bu tür bir prob yalnızca AC'yi algılar. ⓘ
Daha sofistike bir prob, manyetik devrede bir manyetik akı sensörü (Hall etkisi sensörü) içerir. Prob, algılanan alanı iptal etmek için bobine (düşük frekanslı) akım besleyen bir amplifikatöre bağlanır; akımın büyüklüğü, DC'ye kadar akım dalga formunun düşük frekanslı kısmını sağlar. Bobin hala yüksek frekansları alır. Hoparlör crossover'ına benzer bir birleştirme ağı vardır. ⓘ
Ön panel kontrolleri
Odak kontrolü
Bu kontrol CRT odağını en keskin, en ayrıntılı izi elde edecek şekilde ayarlar. Pratikte, çok farklı sinyaller gözlemlenirken odak biraz ayarlanmalıdır, bu nedenle harici bir kontrol olmalıdır. Kontrol, CRT içindeki bir odaklama anoduna uygulanan voltajı değiştirir. Düz panel ekranların bu kontrole ihtiyacı yoktur. ⓘ
Yoğunluk kontrolü
Bu, iz parlaklığını ayarlar. CRT osiloskoplardaki yavaş izler daha az, hızlı olanlar ise, özellikle sık tekrarlanmıyorsa, daha fazla parlaklık gerektirir. Ancak düz panellerde, dahili sinyal işleme ekranı sayısallaştırılmış verilerden etkili bir şekilde sentezlediğinden, iz parlaklığı esasen tarama hızından bağımsızdır. ⓘ
Astigmatizm
Bu kontrol bunun yerine "şekil" veya "spot şekil" olarak adlandırılabilir. Son CRT anodu üzerindeki voltajı ayarlar (Y saptırma plakalarının hemen yanında). Dairesel bir spot için, son anot her iki Y plakasıyla aynı potansiyelde olmalıdır (ortalanmış bir spot için Y plakası voltajları aynı olmalıdır). Anot daha pozitif hale getirilirse, daha negatif Y plakaları ışını iteceğinden, nokta X düzleminde eliptik hale gelir. Anot daha negatif hale getirilirse, daha pozitif Y plakaları ışını çekeceğinden nokta Y düzleminde eliptik hale gelir. Bu kontrol daha basit osiloskop tasarımlarında bulunmayabilir veya dahili bir kontrol olabilir. Düz panel ekranlarda gerekli değildir. ⓘ
Işın bulucu
Modern osiloskoplar doğrudan bağlı saptırma amplifikatörlerine sahiptir, bu da izlerin ekran dışına saptırılabileceği anlamına gelir. Ayrıca operatörün haberi olmadan ışını karartılmış olabilir. Görünür bir ekranın geri kazanılmasına yardımcı olmak için, ışın bulucu devresi herhangi bir karartmayı geçersiz kılar ve ışın sapmasını ekranın görünür kısmıyla sınırlar. Işın bulucu devreler etkinleştirildiğinde genellikle izi bozar. ⓘ
Graticule
Graticule, görüntülenen izi ölçmek için referans işaretleri olarak hizmet eden çizgilerden oluşan bir ızgaradır. Bu işaretler, ister doğrudan ekran üzerinde ister çıkarılabilir bir plastik filtre üzerinde olsun, genellikle merkez dikey ve yatay eksende daha yakın tik işaretleri (genellikle 2 mm'de) olan 1 cm'lik bir ızgaradan oluşur. Ekran boyunca on ana bölüm görülmesi beklenir; dikey ana bölümlerin sayısı değişir. Izgara işaretlerinin dalga biçimiyle karşılaştırılması hem voltajın (dikey eksen) hem de zamanın (yatay eksen) ölçülmesini sağlar. Frekans, dalga biçimi periyodu ölçülerek ve bunun tersi hesaplanarak da belirlenebilir. ⓘ
Eski ve düşük maliyetli CRT osiloskoplarda graticule, genellikle ışığı dağıtan işaretler ve graticule kenarında gizli lambalar bulunan bir plastik tabakadır. Lambaların parlaklık kontrolü vardı. Daha yüksek maliyetli cihazlarda, paralaks hatalarını ortadan kaldırmak için CRT'nin iç yüzünde graticule işaretlenmiştir; daha iyi olanlarda ayrıca dağıtıcı işaretlerle ayarlanabilir kenar aydınlatması vardır. (Dağınık işaretler parlak görünür.) Dijital osiloskoplar ise ekrandaki graticule işaretlerini iz ile aynı şekilde oluşturur. ⓘ
Harici graticüller ayrıca CRT'nin cam yüzünü kazara darbelere karşı korur. Dahili gratiküllere sahip bazı CRT osiloskoplarda, iz kontrastını artırmak için işaretsiz renkli plastik levha ışık filtresi bulunur; bu aynı zamanda CRT'nin ön yüzünü korumaya yarar. ⓘ
Graticule kullanılarak yapılan ölçümlerin doğruluğu ve çözünürlüğü nispeten sınırlıdır; daha iyi cihazlarda bazen iz üzerinde hareketli parlak işaretler bulunur. Bunlar dahili devrelerin daha rafine ölçümler yapmasına izin verir. ⓘ
Hem kalibre edilmiş dikey hassasiyet hem de kalibre edilmiş yatay zaman 1 - 2 - 5 - 10 adımda ayarlanır. Ancak bu, küçük bölümlerin bazı garip yorumlarına yol açar. ⓘ
Dijital osiloskoplar gratikülü dijital olarak oluşturur. Bu nedenle gratikülün ölçeği, aralığı vb. değiştirilebilir ve okumaların doğruluğu artırılabilir. ⓘ
Ekrandaki işaretin genliği Y (dikey) ekseninde ölçülür. Genlik, ilk önce ekran üzerindeki kareler cinsinden belirlenir. Daha sonra Volt/Div giriş zayıflatıcısı komütatörünün üzerindeki işaretin gösterdiği değer ile kare sayısı çarpılarak gerilimin gerçek değeri belirlenir. Bu sırada eğer varsa kesintisiz genlik ayar düğmesi cal konumunda veya saat yönünün tersi yönünde en sona kadar çevrilmiş olmalıdır. Eğer prob genliği zayıflatıyorsa; zayıflatma katsayısı çarpılarak hesaba katılmalıdır. ölçme ⓘ
U = Kare Sayısı x (Volt / div )*Prob Katsayısı ölçme ⓘ
Zaman tabanı kontrolleri
Bunlar, CRT'nin izi oluştururkenki yatay hızını seçer; bu işlem genellikle süpürme olarak adlandırılır. En düşük maliyetli modern osiloskoplar hariç hepsinde, tarama hızı seçilebilir ve büyük graticule bölümü başına zaman birimlerinde kalibre edilir. Genellikle bölüm başına saniyeden pikosaniyeye (en hızlısında) kadar oldukça geniş bir tarama hızı aralığı sağlanır. Genellikle, sürekli değişken bir kontrol (genellikle kalibre edilmiş seçici düğmenin önündeki bir düğme), tipik olarak kalibre edilenden daha yavaş olan kalibre edilmemiş hızlar sunar. Bu kontrol, kalibre edilmiş adımlardan biraz daha geniş bir aralık sağlayarak adımlar arasındaki herhangi bir hızı kullanılabilir hale getirir. ⓘ
Bekleme kontrolü
Bazı üst düzey analog osiloskoplarda holdoff kontrolü bulunur. Bu, bir tetiklemeden sonra tarama devresinin tekrar tetiklenemeyeceği bir süre belirler. Bazı tetikleyicilerin kafa karıştırıcı görüntüler oluşturacağı tekrarlayan olayların istikrarlı bir şekilde görüntülenmesine yardımcı olur. Genellikle minimuma ayarlanır, çünkü daha uzun bir süre saniyedeki tarama sayısını azaltarak daha sönük bir izlemeye neden olur. Daha ayrıntılı bir açıklama için Holdoff bölümüne bakın. ⓘ
Dikey hassasiyet, kuplaj ve polarite kontrolleri
Çok çeşitli giriş genliklerine uyum sağlamak için, bir anahtar dikey sapmanın kalibre edilmiş hassasiyetini seçer. Genellikle kalibre edilmiş seçici düğmenin önünde bulunan başka bir kontrol, kalibre edilmiş ayarlardan daha az hassas ayarlara kadar sınırlı bir aralıkta sürekli değişken bir hassasiyet sunar. ⓘ
Genellikle gözlemlenen sinyal sabit bir bileşen tarafından dengelenir ve yalnızca değişiklikler ilgi çekicidir. "AC" konumundaki bir giriş bağlantı anahtarı, düşük frekanslı sinyalleri ve DC'yi engelleyen girişe seri olarak bir kapasitör bağlar. Bununla birlikte, sinyalin sabit bir ofseti olduğunda veya yavaş değiştiğinde, kullanıcı genellikle bu tür bir kapasitörü atlayan "DC" kuplajını tercih edecektir. Çoğu osiloskop DC giriş seçeneği sunar. Kolaylık olması açısından, sıfır volt girişin ekranda nerede gösterildiğini görmek için, birçok osiloskopta girişin bağlantısını kesen ve topraklayan üçüncü bir anahtar konumu (genellikle toprak için "GND" olarak etiketlenir) vardır. Genellikle bu durumda kullanıcı dikey konum kontrolü ile izi ortalar. ⓘ
Daha iyi osiloskoplarda polarite seçici bulunur. Normalde, pozitif bir giriş izi yukarı doğru hareket ettirir; polarite seçici, pozitif giden bir sinyalin izi aşağı doğru saptırdığı bir "ters çevirme" seçeneği sunar. ⓘ
Dikey konum kontrolü
Dikey konum kontrolü, görüntülenen tüm izi yukarı ve aşağı hareket ettirir. Girişsiz izi tam olarak gratikülün merkez çizgisine ayarlamak için kullanılır, ancak aynı zamanda dikey olarak sınırlı bir miktar kaydırmaya da izin verir. Doğrudan kuplaj ile, bu kontrolün ayarlanması bir girişin sınırlı DC bileşenini telafi edebilir. ⓘ
Yatay hassasiyet kontrolü
Bu kontrol sadece daha ayrıntılı osiloskoplarda bulunur; harici yatay girişler için ayarlanabilir hassasiyet sunar. Yalnızca cihaz X-Y modundayken etkindir, yani dahili yatay tarama kapalıdır. ⓘ
Yatay konum kontrolü
Yatay konum kontrolü ekranı yana doğru hareket ettirir. Genellikle trasenin sol ucunu gratikülün sol kenarına ayarlar, ancak istendiğinde tüm trasenin yerini değiştirebilir. Bu kontrol aynı zamanda bazı cihazlarda X-Y modu izlerini yana doğru hareket ettirir ve dikey konumda olduğu gibi sınırlı bir DC bileşenini telafi edebilir. ⓘ
Çift iz kontrolleri
Her giriş kanalı genellikle kendi hassasiyet, bağlantı ve konum kontrollerine sahiptir, ancak bazı dört izli osiloskoplar üçüncü ve dördüncü kanalları için yalnızca minimum kontrollere sahiptir. ⓘ
Çift izli osiloskoplarda, tek başına kanalı, her iki kanalı veya (bazılarında) X sapması için ikinci kanalı kullanan bir X-Y ekranını seçmek için bir mod anahtarı bulunur. Her iki kanal da görüntülendiğinde, bazı osiloskoplarda kanal değiştirme türü seçilebilir; diğerlerinde ise tür, zaman tabanı ayarına bağlıdır. Manuel olarak seçilebiliyorsa, kanal geçişi serbest çalışma (asenkron) veya ardışık taramalar arasında olabilir. Bazı Philips çift izli analog osiloskoplarda hızlı bir analog çarpan vardı ve giriş kanallarının çarpımının bir görüntüsünü sağladı. ⓘ
Çok izli osiloskoplarda, her kanal için kanalın izinin görüntülenmesini etkinleştirmek veya devre dışı bırakmak için bir anahtar bulunur. ⓘ
Gecikmeli-süpürme kontrolleri
Bunlar, kalibre edilen ve genellikle değişken olan gecikmeli tarama zaman tabanı için kontrolleri içerir. En yavaş hız, en yavaş ana tarama hızından birkaç adım daha hızlıdır, ancak en hızlı hız genellikle aynıdır. Kalibre edilmiş çok turlu bir gecikme süresi kontrolü geniş aralıklı, yüksek çözünürlüklü gecikme ayarları sunar; ana taramanın tüm süresini kapsar ve okuması graticule bölümlerine karşılık gelir (ancak çok daha hassas bir şekilde). Doğruluğu da ekranınkinden daha üstündür. ⓘ
Bir anahtar ekran modlarını seçer: Yalnızca ana tarama, gecikmeli tarama ilerlerken parlak bir bölge gösterilir, yalnızca gecikmeli tarama veya (bazılarında) bir kombinasyon modu. ⓘ
İyi CRT osiloskoplar, ana tarama başına yalnızca bir kez gerçekleşen çok daha hızlı bir gecikmeli taramanın daha sönük izine izin vermek için bir gecikmeli tarama yoğunluğu kontrolü içerir. Bu tür osiloskoplarda ayrıca hem ana hem de gecikmeli taramaların birlikte çoklanmış olarak görüntülenmesi için bir iz ayırma kontrolü olması muhtemeldir. ⓘ
Tarama tetikleme kontrolleri
Bir anahtar tetikleme kaynağını seçer. Harici bir giriş, çift veya çok izli osiloskopun dikey kanallarından biri veya AC hattı (şebeke) frekansı olabilir. Başka bir anahtar otomatik tetikleme modunu etkinleştirir veya devre dışı bırakır ya da osiloskopta varsa tek taramayı seçer. Yay geri dönüşlü bir anahtar konumu ya da bir buton tekli taramaları devreye sokar. ⓘ
Bir tetikleme seviyesi kontrolü, bir tetikleme oluşturmak için gereken voltajı değiştirir ve eğim anahtarı, seçilen tetikleme seviyesinde pozitif giden veya negatif giden polariteyi seçer. ⓘ
Temel tarama türleri
Tetiklenen süpürme
Değişmeyen veya yavaş (gözle görülür şekilde) değişen dalga biçimlerine sahip, ancak eşit aralıklarla olmayabilecek zamanlarda meydana gelen olayları görüntülemek için modern osiloskoplar tetiklemeli taramalara sahiptir. Sürekli çalışan tarama osilatörlerine sahip eski, daha basit osiloskoplarla karşılaştırıldığında, tetiklemeli tarama osiloskopları belirgin şekilde daha çok yönlüdür. ⓘ
Tetiklemeli bir tarama, sinyal üzerinde seçilen bir noktada başlar ve kararlı bir görüntü sağlar. Bu şekilde tetikleme, sinüs dalgaları ve kare dalgalar gibi periyodik sinyallerin yanı sıra tek darbeler veya sabit bir oranda tekrar etmeyen darbeler gibi periyodik olmayan sinyallerin görüntülenmesine olanak tanır. ⓘ
Tetiklenen taramalarla, skop ışını keser ve ışın ekranın en sağ tarafına her ulaştığında tarama devresini sıfırlamaya başlar. Holdoff adı verilen bir süre boyunca (bazı daha iyi osiloskoplarda ön panel kontrolü ile uzatılabilir), tarama devresi tamamen sıfırlanır ve tetikleyicileri yok sayar. Bekleme süresi sona erdiğinde, bir sonraki tetikleyici bir tarama başlatır. Tetikleme olayı genellikle giriş dalga biçiminin belirtilen yönde (pozitif veya negatif - tetikleme polaritesi) kullanıcı tarafından belirlenen bir eşik voltajına (tetikleme seviyesi) ulaşmasıdır. ⓘ
Bazı durumlarda, değişken bekleme süresi, taramanın gözlemlenecek olaylardan önce meydana gelen engelleyici tetikleyicileri göz ardı etmesini sağlamak için yararlı olabilir. Tekrarlayan ancak karmaşık dalga formları söz konusu olduğunda, değişken bekleme süresi başka türlü elde edilemeyecek kararlı bir görüntü sağlayabilir. ⓘ
Bekletme
Tetikleme bekletme, bir tetiklemenin ardından taramanın tekrar tetiklenemeyeceği belirli bir süreyi tanımlar. Bu, aksi takdirde ek tetiklemelere neden olabilecek çok kenarlı bir dalga biçiminin kararlı bir görünümünü oluşturmayı kolaylaştırır. ⓘ
Örnek
Aşağıdaki tekrar eden dalga biçimini hayal edin:
Yeşil çizgi dalga biçimini, kırmızı dikey kısmi çizgi tetikleyicinin konumunu ve sarı çizgi tetikleyici seviyesini temsil eder. Eğer skop basitçe her yükselen kenarda tetiklemeye ayarlanmışsa, bu dalga formu her döngü için üç tetiklemeye neden olacaktır:
Sinyalin oldukça yüksek frekanslı olduğunu varsayarsak, skop ekranı muhtemelen aşağıdaki gibi görünecektir:
Gerçek bir skopta her tetik aynı kanalda olacağından hepsi aynı renkte olacaktır. ⓘ
Skopun döngü başına yalnızca bir kenarda tetiklenmesi arzu edilir, bu nedenle bekleme süresini dalga formunun periyodundan biraz daha düşük bir değere ayarlamak gerekir. Bu, tetiklemenin döngü başına birden fazla gerçekleşmesini önler, ancak yine de bir sonraki döngünün ilk kenarında tetiklenmesini sağlar. ⓘ
Otomatik süpürme modu
Tetiklemeli taramalar, tetikleme yoksa boş bir ekran görüntüleyebilir. Bunu önlemek için, bu taramalar serbest çalışan tetikleyiciler üreten bir zamanlama devresi içerir, böylece bir iz her zaman görünür olur. Bu, kontrollerde "otomatik tarama" veya "otomatik tarama" olarak adlandırılır. Tetikleyiciler geldiğinde, zamanlayıcı sözde tetikleyiciler sağlamayı durdurur. Kullanıcı genellikle düşük tekrarlama oranlarını gözlemlerken otomatik taramayı devre dışı bırakacaktır. ⓘ
Tekrarlayan taramalar
Giriş sinyali periyodikse, tarama tekrarlama oranı dalga biçiminin birkaç döngüsünü görüntüleyecek şekilde ayarlanabilir. İlk (tüplü) osiloskoplar ve en düşük maliyetli osiloskoplar sürekli çalışan ve kalibre edilmemiş tarama osilatörlerine sahiptir. Bu tür osiloskoplar çok basittir, nispeten ucuzdur ve radyo servislerinde ve bazı TV servislerinde kullanışlıdır. Gerilim veya zaman ölçümü mümkündür, ancak yalnızca ekstra ekipmanla ve oldukça zahmetlidir. Bunlar öncelikle niteliksel aletlerdir. ⓘ
Birkaç (geniş aralıklı) frekans aralığına ve belirli bir aralık içinde nispeten geniş aralıklı sürekli frekans kontrolüne sahiptirler. Kullanımda, tarama frekansı, giriş sinyalinin tipik olarak en az iki döngüsünü görüntülemek için giriş frekansının bir alt katından biraz daha düşük bir değere ayarlanır (böylece tüm ayrıntılar görülebilir). Çok basit bir kontrol, dikey sinyalin (veya muhtemelen ilgili bir harici sinyalin) ayarlanabilir bir miktarını süpürme osilatörüne besler. Sinyal, ışın kesilmesini ve tarama geri izlemesini serbest çalışmadan daha erken tetikler ve ekran kararlı hale gelir. ⓘ
Tek taramalar
Bazı osiloskoplar bunları sunar. Kullanıcı tarama devresini manuel olarak devreye sokar (tipik olarak bir düğme veya eşdeğeri ile). "Devrede" olması, bir tetikleyiciye yanıt vermeye hazır olduğu anlamına gelir. Tarama tamamlandığında, sıfırlanır ve yeniden kurulana kadar tekrar tarama yapmaz. Bu mod, bir osiloskop kamerası ile birlikte tek çekim olayları yakalar. ⓘ
Tetikleme türleri şunları içerir:
- harici tetikleyici, kapsam üzerindeki özel bir girişe bağlı harici bir kaynaktan gelen bir darbe.
- kenar tetikleyici, giriş sinyali belirli bir yönde belirli bir eşik voltajını geçtiğinde bir darbe üreten bir kenar dedektörü. Bunlar en yaygın tetikleyici türleridir; seviye kontrolü eşik voltajını ayarlar ve eğim kontrolü yönü seçer (negatif veya pozitif gidiş). (Açıklamanın ilk cümlesi bazı dijital mantık devrelerinin girişleri için de geçerlidir; bu girişler sabit eşik ve polarite tepkisine sahiptir).
- TV tetikleyici olarak da bilinen video tetikleyici, PAL ve NTSC gibi video formatlarından senkronizasyon darbelerini çıkaran ve zaman tabanını her satırda, belirli bir satırda, her alanda veya her karede tetikleyen bir devre. Bu devre tipik olarak bir dalga biçimi izleme cihazında bulunur, ancak bazı daha iyi osiloskoplar bu işlevi içerir.
- Gecikmeli tetikleme, taramayı başlatmadan önce bir kenar tetiklemesinden sonra belirli bir süre bekler. Gecikmeli taramalar altında açıklandığı gibi, bir tetikleme gecikme devresi (tipik olarak ana tarama) bu gecikmeyi bilinen ve ayarlanabilir bir aralığa uzatır. Bu şekilde, operatör uzun bir darbe dizisi içinde belirli bir darbeyi inceleyebilir. ⓘ
Bazı yeni osiloskop tasarımları daha sofistike tetikleme şemaları içerir; bunlar bu makalenin sonuna doğru açıklanmaktadır. ⓘ
Gecikmeli taramalar
Daha sofistike analog osiloskoplar, gecikmeli tarama için ikinci bir zaman tabanı içerir. Gecikmeli tarama, ana zaman tabanının seçilen küçük bir kısmına çok ayrıntılı bir bakış sağlar. Ana zaman tabanı kontrol edilebilir bir gecikme görevi görür ve bundan sonra gecikmeli zaman tabanı başlar. Bu, gecikme sona erdiğinde başlayabilir veya (sadece) gecikme sona erdikten sonra tetiklenebilir. Normalde, gecikmeli zaman tabanı daha hızlı bir süpürme için ayarlanır, bazen 1000:1 gibi çok daha hızlı. Aşırı oranlarda, ardışık ana taramalardaki gecikmelerdeki titreme görüntüyü bozar, ancak gecikmeli tarama tetikleyicileri bunun üstesinden gelebilir. ⓘ
Ekran dikey sinyali birkaç moddan birinde gösterir: ana zaman tabanı veya yalnızca gecikmeli zaman tabanı ya da bunların bir kombinasyonu. Gecikmeli tarama aktif olduğunda, gecikmeli tarama ilerlerken ana tarama izi parlaklaşır. Sadece bazı osiloskoplarda bulunan bir kombinasyon modunda, gecikmeli tarama başladığında iz ana taramadan gecikmeli taramaya geçer, ancak daha uzun gecikmelerde gecikmeli hızlı taramanın daha azı görünür. Başka bir kombinasyon modu, ana ve gecikmeli taramaları çoklar (değiştirir), böylece her ikisi de aynı anda görünür; bir iz ayırma kontrolü bunların yerini değiştirir. DSO'lar dalga biçimlerini bu şekilde, gecikmeli bir zaman tabanı sunmadan görüntüleyebilir. ⓘ
Çift ve çok izli osiloskoplar
Çift izli osiloskoplar olarak adlandırılan iki dikey girişe sahip osiloskoplar son derece kullanışlı ve yaygındır. Tek ışınlı bir CRT kullanarak, girişleri çoğullarlar ve genellikle iki izi aynı anda görüntüleyecek kadar hızlı bir şekilde aralarında geçiş yaparlar. Daha az yaygın olanları daha fazla izli osiloskoplardır; bunlar arasında dört giriş yaygındır, ancak birkaçı (örneğin Kikusui) istenirse tarama tetikleme sinyalinin görüntülenmesini sağlar. Bazı çok izli osiloskoplar harici tetikleme girişini isteğe bağlı bir dikey giriş olarak kullanır ve bazılarında yalnızca minimum kontrollere sahip üçüncü ve dördüncü kanallar bulunur. Her durumda, bağımsız olarak görüntülendiğinde girişler zaman çoğulludur, ancak çift izli osiloskoplar genellikle gerçek zamanlı bir analog toplamı görüntülemek için girişlerini ekleyebilir. Kanalları birbirine eklerken bir kanalı ters çevirmek, hiçbir kanalın aşırı yüklenmemesi koşuluyla aralarındaki farkların görüntülenmesine neden olur. Bu fark modu orta performanslı bir diferansiyel giriş sağlayabilir). ⓘ
Kanalların değiştirilmesi, tarama frekansına göre asenkron, yani serbest çalışan olabilir; veya her yatay tarama tamamlandıktan sonra yapılabilir. Asenkron anahtarlama genellikle "Chopped" olarak adlandırılırken, tarama senkronizasyonu "Alt[ernate]" olarak adlandırılır. Belirli bir kanal dönüşümlü olarak bağlanır ve bağlantısı kesilir, bu da "doğranmış" terimine yol açar. Çok izli osiloskoplar da kanalları doğranmış veya alternatif modlarda değiştirir. ⓘ
Genel olarak, doğranmış mod daha yavaş taramalar için daha iyidir. Dahili doğrama hızının tarama tekrarlama hızının katları olması mümkündür, bu da izlerde boşluklar yaratır, ancak pratikte bu nadiren bir sorundur. Bir izdeki boşlukların üzerine bir sonraki taramanın izleri yazılır. Birkaç osiloskopta bu ara sıra ortaya çıkan sorunu önlemek için modüle edilmiş bir kesme hızı vardı. Ancak alternatif mod daha hızlı taramalar için daha iyidir. ⓘ
Gerçek çift ışınlı CRT osiloskoplar mevcuttu, ancak yaygın değildi. Bir türünün (Cossor, İngiltere) CRT'sinde bir ışın ayırıcı plaka ve ayırıcıyı takip eden tek uçlu saptırma vardı. Diğerlerinde iki tam elektron tabancası vardı ve CRT üretiminde eksenel (rotasyonel) mekanik hizalamanın sıkı kontrolünü gerektiriyordu. Işın ayırıcı tipleri her iki dikey kanal için ortak yatay sapmaya sahipti, ancak çift tabancalı osiloskoplar ayrı zaman tabanlarına sahip olabilir veya her iki kanal için tek bir zaman tabanı kullanabilirdi. Geçmiş yıllarda çoklu tabancalı CRT'ler (on tabancaya kadar) yapılmıştır. On tabanca ile zarf (ampul) uzunluğu boyunca silindirikti. (Ayrıca Osiloskop tarihçesindeki "CRT İcadı" bölümüne bakın.) ⓘ
Dikey amplifikatör
Analog bir osiloskopta, dikey amplifikatör görüntülenecek sinyalleri alır ve CRT'nin ışınını saptıracak kadar büyük bir sinyal sağlar. Daha iyi osiloskoplarda, sinyali mikrosaniyenin bir kesri kadar geciktirir. Maksimum sapma en azından gratikülün kenarlarının biraz ötesindedir ve daha tipik olarak ekranın biraz dışındadır. Amplifikatör, girişini doğru bir şekilde görüntülemek için düşük distorsiyona sahip olmalıdır (doğrusal olmalıdır) ve aşırı yüklenmelerden hızlı bir şekilde kurtulmalıdır. Bunun yanı sıra, zaman alanı tepkisi de geçişleri doğru bir şekilde temsil etmelidir - minimum aşma, yuvarlama ve düz bir darbe tepesinin eğimi. ⓘ
Dikey bir giriş, aşırı yüklenmeyi önlemek amacıyla büyük sinyalleri azaltmak için frekans dengelemeli bir adım zayıflatıcısına gider. Zayıflatıcı bir veya daha fazla düşük seviyeli aşamayı besler, bunlar da kazanç aşamalarını (ve gecikme varsa bir gecikme hattı sürücüsünü) besler. Sonraki kazanç aşamaları, CRT elektrostatik sapması için büyük bir sinyal salınımı (onlarca volt, bazen 100 voltun üzerinde) geliştiren son çıkış aşamasına yol açar. ⓘ
Çift ve çok izli osiloskoplarda, dahili bir elektronik anahtar, bir kanalın erken aşama amplifikatörünün nispeten düşük seviyeli çıkışını seçer ve bunu dikey amplifikatörün sonraki aşamalarına gönderir. ⓘ
Serbest çalışma ("doğranmış") modunda, osilatör (anahtar sürücüsünün farklı bir çalışma modu olabilir) anahtarlamadan önce ışını karartır ve ancak anahtarlama geçişleri durulduktan sonra karartmayı kaldırır. ⓘ
Amplifikatörün bir kısmı, sinyalden dahili tetikleme için tarama tetikleme devrelerine giden bir beslemedir. Bu besleme, tetikleme kaynağı seçicisinin ayarına bağlı olarak çift veya çok izli bir osiloskopta tek bir kanalın amplifikatöründen gelebilir. ⓘ
Bu besleme gecikmeden önce gelir (eğer varsa), bu da tarama devresinin CRT'yi boş bırakmasını ve ileri taramayı başlatmasını sağlar, böylece CRT tetikleme olayını gösterebilir. Yüksek kaliteli analog gecikmeler bir osiloskopa mütevazı bir maliyet ekler ve maliyete duyarlı osiloskoplarda ihmal edilir. ⓘ
Gecikmenin kendisi, esnek, manyetik olarak yumuşak bir çekirdeğin etrafına sarılmış bir çift iletken içeren özel bir kablodan gelir. Sargı dağıtılmış endüktans sağlarken, tellere yakın iletken bir katman dağıtılmış kapasitans sağlar. Kombinasyon, birim uzunluk başına önemli gecikmeye sahip geniş bantlı bir iletim hattıdır. Gecikme kablosunun her iki ucu da yansımaları önlemek için eşleştirilmiş empedanslar gerektirir. ⓘ
X-Y modu
Modern osiloskopların çoğunda gerilimler için çeşitli girişler bulunur ve bu nedenle değişen bir gerilimi diğerine karşı çizmek için kullanılabilir. Bu özellikle diyotlar gibi bileşenler için I-V eğrilerinin (akıma karşı voltaj özellikleri) ve Lissajous desenlerinin grafiğini çizmek için kullanışlıdır. Lissajous şekilleri, birden fazla giriş sinyali arasındaki faz farklarını izlemek için bir osiloskopun nasıl kullanılabileceğine bir örnektir. Bu, yayın mühendisliğinde stereo jeneratörün doğru şekilde kalibre edildiğinden emin olmak için sol ve sağ stereofonik kanalları çizmek için çok sık kullanılır. Tarihsel olarak, sabit Lissajous şekilleri iki sinüs dalgasının nispeten basit bir frekans ilişkisine, sayısal olarak küçük bir orana sahip olduğunu göstermek için kullanılmıştır. Aynı frekanstaki iki sinüs dalgası arasındaki faz farkını da gösterirlerdi. ⓘ
X-Y modu ayrıca osiloskobun görüntüleri veya kullanıcı arayüzlerini görüntülemek için bir vektör monitörü olarak hizmet vermesini sağlar. Tennis for Two gibi birçok ilk oyun, çıkış cihazı olarak osiloskop kullanmıştır. ⓘ
Bir X-Y CRT ekranda sinyalin tamamen kaybolması, ışının sabit olduğu ve küçük bir noktaya çarptığı anlamına gelir. Bu da parlaklık çok yüksekse fosforun yanması riskini doğurur. Daha önce kullanılan fosforlar daha kolay yandığı için bu tür hasarlar eski skoplarda daha yaygındı. Bazı özel X-Y ekranları, giriş yoksa ışın akımını büyük ölçüde azaltır veya ekranı tamamen karartır. ⓘ
►AC - DC Gerilimler ⓘ
► AC- DC Dolaylı Olarak Akımlar ⓘ
► Periyot ve Frekans ⓘ
► Çok Kanallı Osiloskoplarda Birden Fazla Sinyalin Karşılaştırılması ve Faz Farkı Ölçümü ⓘ
► Komponent Testi ⓘ
Z girişi
Bazı analog osiloskoplarda bir Z girişi bulunur. Bu genellikle doğrudan CRT ızgarasına bağlanan bir giriş terminalidir (genellikle bir kuplaj kondansatörü aracılığıyla). Bu, harici bir sinyalin trasenin parlaklığını artırmasına (pozitifse) veya azaltmasına (negatifse), hatta tamamen karartılmasına izin verir. Aydınlatılmış bir ekrana kesme sağlamak için voltaj aralığı, CRT özelliklerine bağlı olarak 10-20 volt mertebesindedir. ⓘ
Pratik bir uygulama örneği, dairesel bir Lissajous şekli oluşturmak için frekansı bilinen bir çift sinüs dalgasının kullanılması ve Z girişine daha yüksek bir bilinmeyen frekans uygulanmasıdır. Bu, sürekli daireyi noktalardan oluşan bir daireye dönüştürür. X-Y frekansı ile çarpılan nokta sayısı Z frekansını verir. Bu teknik yalnızca Z frekansı X-Y frekansının bir tamsayı oranı olduğunda ve noktaların sayılmasını zorlaştıracak kadar çok olmadığında işe yarar. ⓘ
Bant genişliği
Tüm pratik cihazlarda olduğu gibi, osiloskoplar da olası tüm giriş frekanslarına eşit yanıt vermez. Bir osiloskopun yararlı bir şekilde görüntüleyebileceği frekans aralığı bant genişliği olarak adlandırılır. Bant genişliği öncelikle Y ekseni için geçerlidir, ancak X ekseni taramaları en yüksek frekanslı dalga formlarını gösterecek kadar hızlı olmalıdır. ⓘ
Bant genişliği, hassasiyetin DC'deki hassasiyetin 0,707'si veya en düşük AC frekansı olduğu frekans olarak tanımlanır (3 dB'lik bir düşüş). Giriş frekansı bu noktanın üzerine çıktıkça osiloskobun yanıtı hızla düşer. Belirtilen bant genişliği içinde yanıtın tam olarak eşit (veya "düz") olması gerekmez, ancak her zaman +0 ila -3 dB aralığında olmalıdır. Bir kaynak, belirtilen bant genişliğinin yalnızca yüzde 20'sinde voltaj ölçümlerinin doğruluğu üzerinde belirgin bir etki olduğunu söylüyor. Bazı osiloskopların teknik özellikleri, belirtilen bant genişliği içinde daha dar bir tolerans aralığı içerir. ⓘ
Probların da bant genişliği sınırları vardır ve ilgilenilen frekansları düzgün bir şekilde işlemek için seçilmeli ve kullanılmalıdır. En düz yanıtı elde etmek için çoğu prob, prob kablosunun reaktansına izin vermek üzere "kompanse" edilmelidir (osiloskoptan gelen bir test sinyali kullanılarak yapılan bir ayarlama). ⓘ
Diğer bir ilgili spesifikasyon yükselme süresidir. Bu, bir darbenin ön kenarındaki maksimum genlik yanıtının %10'u ile %90'ı arasında geçen süredir. Bant genişliği ile yaklaşık olarak şu şekilde ilişkilidir: Hz cinsinden bant genişliği × saniye cinsinden yükselme süresi = 0,35. ⓘ
Örneğin, yükselme süresi 1 nanosaniye olan bir osiloskop 350 MHz bant genişliğine sahip olacaktır. ⓘ
Analog cihazlarda, osiloskopun bant genişliği dikey amplifikatörler ve CRT veya diğer ekran alt sistemi ile sınırlıdır. Dijital cihazlarda, analog-dijital dönüştürücünün (ADC) örnekleme hızı bir faktördür, ancak belirtilen analog bant genişliği (ve dolayısıyla cihazın genel bant genişliği) genellikle ADC'nin Nyquist frekansından daha azdır. Bunun nedeni analog sinyal amplifikatöründeki sınırlamalar, ADC'den önce gelen kenar yumuşatma filtresinin kasıtlı tasarımı veya her ikisidir. ⓘ
Dijital bir osiloskop için genel bir kural, sürekli örnekleme hızının çözülmesi istenen en yüksek frekansın on katı olması gerektiğidir; örneğin, yaklaşık 2 MHz'e kadar olan sinyalleri ölçmek için 20 megasample/saniye hızı uygulanabilir. Bu, kenar yumuşatma filtresinin 2 MHz'lik 3 dB'lik bir iniş noktası ve 10 MHz'de (Nyquist frekansı) etkili bir kesme ile tasarlanmasını sağlayarak çok dik ("tuğla duvar") bir filtrenin yapaylıklarından kaçınılmasını sağlar. ⓘ
Bir örnekleme osiloskopu, sinyaller tam olarak veya neredeyse tekrarlıyorsa, örnekleme hızından çok daha yüksek frekanslı sinyalleri görüntüleyebilir. Bunu, giriş dalga biçiminin her ardışık tekrarından bir örnek alarak yapar, her örnek tetikleyici olaydan itibaren artan bir zaman aralığındadır. Dalga biçimi daha sonra bu toplanan örneklerden görüntülenir. Bu mekanizma "eşdeğer zamanlı örnekleme" olarak adlandırılır. Bazı osiloskoplar operatörün seçimine bağlı olarak bu modda veya daha geleneksel "gerçek zamanlı" modda çalışabilir. ⓘ
Diğer özellikler
Bazı osiloskoplarda imleçler bulunur. Bunlar, iki nokta arasındaki zaman aralığını veya iki voltaj arasındaki farkı ölçmek için ekran üzerinde hareket ettirilebilen çizgilerdir. Birkaç eski osiloskop, hareketli konumlardaki izi basitçe aydınlatır. Bu imleçler, graticule çizgilerine atıfta bulunan görsel tahminlerden daha doğrudur. ⓘ
Daha kaliteli genel amaçlı osiloskoplar, test problarının kompanzasyonunu ayarlamak için bir kalibrasyon sinyali içerir; bu (genellikle) ön paneldeki bir test terminalinde bulunan belirli bir tepeden tepeye voltajın 1 kHz kare dalga sinyalidir. Bazı daha iyi osiloskoplarda akım problarını kontrol etmek ve ayarlamak için karesel bir döngü de vardır. ⓘ
Bazen bir kullanıcı sadece ara sıra gerçekleşen bir olayı görmek ister. Bu olayları yakalamak için, depolama skopları olarak adlandırılan bazı osiloskoplar en son taramayı ekranda saklar. Bu, başlangıçta çok kısa bir olayın görüntüsünü bile uzun süre koruyan bir depolama tüpü olan özel bir CRT ile başarılmıştır. ⓘ
Bazı dijital osiloskoplar, bir şerit grafik kaydediciyi taklit ederek saatte bir kez kadar yavaş hızlarda tarama yapabilir. Yani, sinyal ekran boyunca sağdan sola doğru kayar. Bu özelliğe sahip çoğu osiloskop on saniyede bir tarama yaparak tarama modundan şerit grafik moduna geçer. Bunun nedeni, aksi takdirde skopun bozuk görünmesidir: veri topluyor, ancak nokta görülemiyor. ⓘ
Mevcut osiloskopların en basit modelleri hariç hepsi daha çok dijital sinyal örnekleme kullanır. Örnekler hızlı analog-dijital dönüştürücüleri besler, ardından tüm sinyal işleme (ve depolama) dijitaldir. ⓘ
Birçok osiloskop farklı amaçlar için eklenti modülleri barındırır, örneğin, nispeten dar bant genişliğine sahip yüksek hassasiyetli amplifikatörler, diferansiyel amplifikatörler, dört veya daha fazla kanallı amplifikatörler, çok yüksek frekanslı tekrarlayan sinyaller için örnekleme eklentileri ve ses/ultrasonik spektrum analizörleri ve nispeten yüksek kazançlı sabit ofset voltajlı doğrudan bağlı kanallar dahil olmak üzere özel amaçlı eklentiler. ⓘ
Kullanım örnekleri
.gif)
Skopların en sık kullanım alanlarından biri, arızalı elektronik ekipmanların sorunlarının giderilmesidir. Örneğin, bir voltmetre tamamen beklenmedik bir voltaj gösterebilirken, bir skop devrenin salınım yaptığını ortaya çıkarabilir. Diğer durumlarda bir darbenin kesin şekli veya zamanlaması önemlidir. ⓘ
Örneğin bir elektronik ekipmanda, aşamalar arasındaki bağlantılar (örn. elektronik karıştırıcılar, elektronik osilatörler, amplifikatörler), basit bir sinyal izleyici olarak skop kullanılarak beklenen sinyal için 'problanabilir'. Beklenen sinyal yoksa veya hatalıysa, elektroniğin önceki bir aşaması doğru çalışmıyor demektir. Arızaların çoğu tek bir hatalı bileşen nedeniyle meydana geldiğinden, her ölçüm karmaşık bir ekipman parçasının bazı aşamalarının çalıştığını veya muhtemelen arızaya neden olmadığını gösterebilir. ⓘ
Arızalı aşama bulunduğunda, daha fazla problama genellikle yetenekli bir teknisyene tam olarak hangi bileşenin arızalandığını söyleyebilir. Bileşen değiştirildikten sonra ünite tekrar hizmete alınabilir ya da en azından bir sonraki arıza izole edilebilir. Bu tür bir sorun giderme radyo ve TV alıcılarının yanı sıra ses amplifikatörleri için tipiktir, ancak elektronik motor sürücüleri gibi oldukça farklı cihazlar için de geçerli olabilir. ⓘ
Bir başka kullanım alanı da yeni tasarlanmış devreleri kontrol etmektir. Genellikle yeni tasarlanmış bir devre tasarım hataları, kötü voltaj seviyeleri, elektriksel gürültü vb. nedenlerle hatalı çalışır. Dijital elektronikler genellikle bir saat üzerinden çalışır, bu nedenle hem saat sinyalini hem de saate bağlı bir test sinyalini gösteren çift izli bir skop kullanışlıdır. Depolama skopları, arızalı çalışmaya neden olan nadir elektronik olayları "yakalamak" için yararlıdır. ⓘ
Osiloskoplar genellikle gerçek zamanlı yazılım geliştirme sırasında, diğer şeylerin yanı sıra, kaçırılan son teslim tarihlerini ve en kötü durum gecikmelerini kontrol etmek için kullanılır. ⓘ
Kullanım resimleri
Heterodyne
Ses üzerinde AC uğultusu
Düşük frekanslı ve yüksek frekanslı sinyallerin toplamı
Sinüs üzerinde kötü filtre
Çift iz, her izde farklı zaman tabanlarını gösterir ⓘ
Otomotiv kullanımı
İlk olarak 1970'lerde ateşleme sistemi analizi için ortaya çıkan otomotiv osiloskopları, elektronik motor yönetim sistemleri, frenleme ve denge sistemlerindeki sensörleri ve çıkış sinyallerini test etmek için önemli bir atölye aracı haline gelmektedir. Bazı osiloskoplar, otomotiv uygulamalarında yaygın olarak kullanılan CAN veri yolu gibi seri veri yolu mesajlarını tetikleyebilir ve kodlarını çözebilir. ⓘ
Seçim
Yüksek frekanslarda ve hızlı dijital sinyallerle çalışmak için dikey amplifikatörlerin bant genişliği ve örnekleme hızı yeterince yüksek olmalıdır. Genel amaçlı kullanım için, en az 100 MHz'lik bir bant genişliği genellikle tatmin edicidir. Çok daha düşük bir bant genişliği sadece ses frekansı uygulamaları için yeterlidir. Uygun tetikleme ve (analog aletler için) tarama gecikmesi ile kullanışlı bir tarama aralığı bir saniye ile 100 nanosaniye arasındadır. Sabit bir görüntü için iyi tasarlanmış, kararlı bir tetikleme devresi gereklidir. Kaliteli bir osiloskobun başlıca faydası tetikleme devresinin kalitesidir. ⓘ
Bir DSO'nun temel seçim kriterleri (giriş bant genişliği dışında) örnek bellek derinliği ve örnek hızıdır. 1990'ların ortalarından sonlarına kadar ilk DSO'lar kanal başına yalnızca birkaç KB örnek belleğine sahipti. Bu, temel dalga biçimi gösterimi için yeterlidir, ancak dalga biçiminin ayrıntılı incelenmesine veya örneğin uzun veri paketlerinin incelenmesine izin vermez. Giriş seviyesi (<500$) modern DSO'lar bile artık kanal başına 1 MB veya daha fazla örnek belleğe sahiptir ve bu, herhangi bir modern DSO'da beklenen minimum değer haline gelmiştir. Genellikle bu örnek belleği kanallar arasında paylaşılır ve bazen yalnızca düşük örnek hızlarında tam olarak kullanılabilir. En yüksek örnekleme hızlarında, bellek birkaç on KB ile sınırlı olabilir. Herhangi bir modern "gerçek zamanlı" örnekleme hızı DSO'su tipik olarak örnekleme hızında giriş bant genişliğinin 5-10 katına sahiptir. Yani 100 MHz bant genişliğine sahip bir DSO 500 Ms/s - 1 Gs/s örnekleme hızına sahip olacaktır. SinX/x interpolasyonu kullanılarak gereken teorik minimum örnekleme hızı, bant genişliğinin 2,5 katıdır. ⓘ
Analog osiloskoplar, yalnızca düşük frekanslarda kullanım dışında neredeyse tamamen dijital depolama skopları ile yer değiştirmiştir. Büyük ölçüde artan örnekleme hızları, ilk nesil dijital skoplarda bazen mevcut olan ve "aliasing" olarak bilinen hatalı sinyallerin görüntülenmesini büyük ölçüde ortadan kaldırmıştır. Bu sorun, örneğin, görüntülenen bölümden binlerce kat daha uzun aralıklarla tekrar eden tekrarlayan bir dalga biçiminin kısa bir bölümünü (örneğin, belirli bir televizyon hattının başlangıcındaki kısa bir senkronizasyon darbesi), kısa bölümün bir örneği ile bir sonraki örneği arasındaki çok fazla sayıda örneği depolayamayan bir osiloskopla görüntülerken hala ortaya çıkabilir. ⓘ
Kullanılmış test ekipmanı piyasası, özellikle de çevrimiçi açık artırma mekanları, tipik olarak geniş bir eski analog skop yelpazesine sahiptir. Ancak bu cihazlar için yedek parça temin etmek giderek zorlaşmaktadır ve onarım hizmetleri genellikle orijinal üreticiden temin edilememektedir. Kullanılmış aletler genellikle kalibrasyon dışıdır ve gerekli ekipman ve uzmanlığa sahip şirketler tarafından yeniden kalibrasyon genellikle aletin ikinci el değerinden daha pahalıya mal olur. ⓘ
2007 itibariyle, 350 MHz bant genişliği (BW), saniyede 2,5 gigasample (GS/s), çift kanallı dijital depolama kapsamının yeni fiyatı yaklaşık 7000 ABD dolarıdır. ⓘ
En alt seviyede, hobi amaçlı ucuz bir tek kanallı DSO Haziran 2011 itibariyle 90 doların altında bir fiyata satın alınabilmektedir. Bunlar genellikle sınırlı bant genişliğine ve diğer olanaklara sahiptir, ancak bir osiloskobun temel işlevlerini yerine getirir. ⓘ
Yazılım
Günümüzde birçok osiloskop, harici yazılımla uzaktan cihaz kontrolüne izin vermek için bir veya daha fazla harici arayüz sağlar. Bu arayüzler (veya veri yolları) GPIB, Ethernet, seri port, USB ve Wi-Fi'yi içerir. ⓘ
Türler ve modeller
Aşağıdaki bölüm, mevcut çeşitli tip ve modellerin kısa bir özetidir. Ayrıntılı bir tartışma için diğer makaleye bakın. ⓘ
Katot ışınlı osiloskop (CRO)
.jpg)
En eski ve en basit osiloskop tipi bir katot ışınlı tüp, bir dikey amplifikatör, bir zaman tabanı, bir yatay amplifikatör ve bir güç kaynağından oluşuyordu. Bunlar artık 1990'larda ve sonrasında yaygınlaşan "dijital" skoplardan ayırt etmek için "analog" skoplar olarak adlandırılmaktadır. ⓘ
Analog skoplar, dalgaların boyut ölçümü için kalibre edilmiş bir referans ızgarası içermek zorunda değildir ve dalgaları soldan sağa doğru ilerleyen bir çizgi segmenti gibi geleneksel anlamda göstermeyebilirler. Bunun yerine, bir eksene bir referans sinyali ve diğer eksene ölçülecek sinyal beslenerek sinyal analizi için kullanılabilirler. Salınan bir referans ve ölçüm sinyali için bu, Lissajous eğrisi olarak adlandırılan karmaşık bir döngü modeliyle sonuçlanır. Eğrinin şekli, referans sinyale göre ölçüm sinyalinin özelliklerini tanımlamak için yorumlanabilir ve çok çeşitli salınım frekanslarında kullanışlıdır. ⓘ
Çift ışınlı osiloskop
Çift ışınlı analog osiloskop iki sinyali aynı anda görüntüleyebilir. Özel bir çift ışınlı CRT iki ayrı ışın üretir ve saptırır. Çok izli analog osiloskoplar, kesme ve alternatif taramalarla çift ışınlı bir ekranı simüle edebilir, ancak bu özellikler eşzamanlı görüntü sağlamaz. (Gerçek zamanlı dijital osiloskoplar çift ışınlı osiloskopla aynı avantajları sunar, ancak çift ışınlı bir ekran gerektirmezler). Çift izli osiloskopun dezavantajları, izler arasında hızlı geçiş yapamaması ve iki hızlı geçici olayı yakalayamamasıdır. Çift ışınlı osiloskop bu sorunları ortadan kaldırır. ⓘ
Analog depolama osiloskopu
İz depolama, bazı analog skoplarda bulunan ekstra bir özelliktir; bunlar doğrudan görünümlü depolama CRT'leri kullanırlar. Depolama, normalde bir saniyeden kısa bir sürede bozulan bir iz modelinin birkaç dakika veya daha uzun süre ekranda kalmasını sağlar. Daha sonra ekrandaki izi saklamak ve silmek için bir elektrik devresi kasıtlı olarak etkinleştirilebilir. ⓘ
Dijital osiloskoplar
Analog cihazlar sürekli değişen gerilimler kullanırken, dijital cihazlar gerilim örneklerine karşılık gelen sayılar kullanır. Dijital osiloskoplarda bir analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) ölçülen gerilimleri dijital bilgiye dönüştürür. ⓘ
Dijital depolama osiloskopu veya kısaca DSO, günümüzde endüstriyel uygulamaların çoğu için standart osiloskop türüdür ve giriş seviyesi osiloskopların düşük maliyetleri sayesinde hobiciler için bile uygundur. Analog depolama skoplarındaki elektrostatik depolama yönteminin yerini, örnek verileri bozulma olmadan gerektiği kadar uzun süre depolayan ve depolama tipi CRT'lerin parlaklık sorunları olmadan görüntüleyen dijital bellek alır. Ayrıca sinyalin yüksek hızlı dijital sinyal işleme devreleri tarafından karmaşık bir şekilde işlenmesine olanak tanır. ⓘ
Standart bir DSO, ADC'nin örnekleme hızının yarısından daha az bant genişliğine sahip sinyalleri yakalamakla sınırlıdır (Nyquist sınırı olarak adlandırılır). DSO'nun dijital örnekleme osiloskopu adı verilen ve dalga biçiminin tekrar eden darbelerden oluştuğu yüksek hızlı iletişim sinyalleri gibi belirli sinyal türleri için bu sınırı aşabilen bir varyasyonu vardır. Bu tür bir DSO kasıtlı olarak Nyquist sınırından çok daha düşük bir frekansta örnekleme yapar ve ardından tipik bir darbenin bileşik bir görünümünü yeniden oluşturmak için sinyal işleme kullanır. ⓘ
Karma sinyal osiloskopları
Bir karma sinyal osiloskopu (veya MSO) iki tür girişe sahiptir: az sayıda analog kanal (tipik olarak iki veya dört) ve daha fazla sayıda dijital kanal (tipik olarak on altı). Analog ve dijital kanalları doğru bir şekilde zaman korelasyonuna tabi tutma yeteneği sağlar, böylece ayrı bir osiloskop ve mantık analizörüne göre belirgin bir avantaj sunar. Tipik olarak, dijital kanallar gruplandırılabilir ve her bir veri yolu değeri ekranın altında onaltılık veya ikili olarak görüntülenen bir veri yolu olarak görüntülenebilir. Çoğu MSO'da tetikleme hem analog hem de dijital kanallar arasında ayarlanabilir. ⓘ
Karışık alanlı osiloskoplar
Karışık alanlı osiloskop (MDO), yalnızca özel FFT tabanlı spektrum analizörü işlevi için kullanılan ek bir RF girişiyle birlikte gelen bir osiloskoptur. Genellikle bu RF girişi, geleneksel analog giriş kanallarından daha yüksek bir bant genişliği sunar. Bu, normal analog girişleri kullanan geleneksel dijital osiloskopların FFT işlevselliğinin tersidir. Bazı MDO'lar, zaman alanındaki olayların (belirli bir seri veri paketi gibi) frekans alanındaki olaylarla (RF iletimleri gibi) zaman korelasyonuna izin verir. ⓘ
El tipi osiloskoplar
El tipi osiloskoplar birçok test ve saha servis uygulaması için kullanışlıdır. Günümüzde el tipi osiloskoplar genellikle sıvı kristal ekran kullanan dijital örneklemeli osiloskoplardır. ⓘ
Birçok el tipi ve masaüstü osiloskopta toprak referans gerilimi tüm giriş kanalları için ortaktır. Aynı anda birden fazla ölçüm kanalı kullanılıyorsa, tüm giriş sinyalleri aynı voltaj referansına sahip olmalıdır ve paylaşılan varsayılan referans "toprak "tır. Diferansiyel ön yükseltici veya harici sinyal izolatörü yoksa, bu geleneksel masaüstü osiloskop yüzer ölçümler için uygun değildir. (Bazen bir osiloskop kullanıcısı, ortak sinyali topraklamadan izole etmek amacıyla tezgah üstü osiloskopun güç kaynağı kablosundaki topraklama pimini kırar. Bu uygulama güvenilir değildir çünkü cihaz kabininin tüm kaçak kapasitansı devreye bağlanır. Ayrıca bir güvenlik topraklama bağlantısını kırmak da tehlikelidir ve kullanım kılavuzları buna karşı şiddetle tavsiyede bulunur). ⓘ
Bazı osiloskop modellerinde sinyal referans seviyesi terminallerinin birbirine bağlı olmadığı izole girişler vardır. Her bir giriş kanalı, bağımsız bir sinyal referans seviyesi ile "yüzer" ölçüm yapmak için kullanılabilir. Ölçümler, osiloskop girişinin bir tarafını devre ortak sinyaline veya toprak referansına bağlamadan yapılabilir. ⓘ
Mevcut izolasyon aşağıda gösterildiği gibi kategorize edilmiştir:
| Aşırı gerilim kategorisi | Çalışma gerilimi (AC/DC'nin toprağa etkin değeri) | Tepe anlık gerilim (20 kez tekrarlanır) | Test direnci ⓘ |
|---|---|---|---|
| KAT I | 600 V | 2500 V | 30 Ω |
| KAT I | 1000 V | 4000 V | 30 Ω |
| CAT II | 600 V | 4000 V | 12 Ω |
| CAT II | 1000 V | 6000 V | 12 Ω |
| KAT III | 600 V | 6000 V | 2 Ω |
PC tabanlı osiloskoplar
Bazı dijital osiloskoplar, cihazın görüntülenmesi ve kontrolü için bir PC platformuna ihtiyaç duyar. Bu, dahili PC platformuna (PC anakartı) sahip bağımsız bir osiloskop şeklinde olabileceği gibi USB veya LAN aracılığıyla ayrı bir PC veya dizüstü bilgisayara bağlanan harici osiloskop şeklinde de olabilir. ⓘ
İlgili enstrümanlar
Çeşitli teknik alanlarda kullanılan çok sayıda cihaz aslında belirli bir uygulama için özelleşmiş ve optimize edilmiş girişleri, kalibrasyonu, kontrolleri, ekran kalibrasyonu vb. olan osiloskoplardır. Bu tür osiloskop tabanlı cihazlara örnek olarak televizyon yapımlarında video seviyelerini analiz etmek için kullanılan dalga formu monitörleri ve hayati fonksiyon monitörleri ve elektrokardiyogram ve elektroensefalogram cihazları gibi tıbbi cihazlar verilebilir. Otomobil tamirinde, her silindir için kıvılcım dalga biçimlerini göstermek için bir ateşleme analizörü kullanılır. Tüm bunlar esasen osiloskoplardır ve bir veya daha fazla giriş sinyalinde zaman içinde meydana gelen değişiklikleri bir X-Y ekranında gösterme temel görevini yerine getirirler. ⓘ
Diğer cihazlar ölçüm sonuçlarını tekrarlayan bir elektrik sinyaline dönüştürür ve bir ekran elemanı olarak bir osiloskop içerir. Bu tür karmaşık ölçüm sistemleri arasında spektrum analizörleri, transistör analizörleri ve zaman alanı reflektometreleri (TDR'ler) bulunur. Osiloskoptan farklı olarak, bu cihazlar otomatik olarak uyarıcı üretir veya bir ölçüm parametresini tarar. ⓘ
Sinyal Görüntüleme
Katot Işınlı Tüp(Cathode Ray Tube) elektron üreten flaman ile elektron demetini fosforlu ekrana doğru odaklayıp hızlandıran düzenlerden meydana gelmektedir. Flaman elektron üretir ve katot tarafından yollanır. Katot etrafında bulunan ve negatif gerilim uygulanmış olan elektrot kontrol ızgarası adını alır. Pozitif gerilime sahip olan hızlandırma anotu tarafından çekilen elektronlar kontrol ızgarası deliğinden ışın haline gelerek ilerler. Katot odaklayıcı ve hızlandırıcı anotu meydana getirdiği düzeneğe elektron tabancası adı verilir. Elektron tabancasından çıkan elektronlar düşey ve yatay saptırma plaka çiftleri içinden geçer. Saptırma plakalara uygulanan gerilim ile elektron demetine sapma miktarı ayarlanabilir. Elektron demetinin hareket miktarı saptırma plakalara uygulanan gerilimle orantılıdır. Osiloskobu yatay saptırma plakalarına osiloskobun içinden üretilen rampa veya testere şeklinde gerilim uygular. Ekranda bir görüntü elde edebilmek için tarama işaretine uygulanması gerekir. Elektronlar yatay ve düşey plakalara uygulanan gerilimin fonksiyonu olarak hareket eder.Ekran yüzeyine hareket eden ve büyük kinetik enerjiye sahip olan elektronların ekrana çarpması ile enerjileri ışık enerjisine dönüşür. Yani plakalar arasından geçen elektronları (elektron demetini) saptırılarak fosfor ekrana çarptığı noktanın yerini değiştirir. Bu noktanın ⓘ
konumu saptırma plakalarına uygulanan gerilimin ani değeri ve dalga şekline bağlı olarak değişecek ve ekranda ışıklı bir çizgi oluşacaktır. ⓘ
Osiloskobun Parçaları
► Katot Işınlı Tüp (CRT) ⓘ
► Düşey Amplifikatör ⓘ
► Yatay Amplifikatör ⓘ
► Tarama Osilatörü ⓘ
► Tetikleme Devresi ⓘ
► Çeşitli Besleme Düzenleri ⓘ
Osiloskop Ölçümleri
Periyot veya Frekans Ölçümü
Artık osiloskoplarda frekans yerine periyot ölçülmektedir. Periyot ölçümleri X (yatay) ekseninde yapılır. Dalga şeklinin bir periyodunun X ekseni yönündeki uzunluğu kareler sayılarak belirlenir. Time/div butonun gösterdiği değerle kare sayısını çarparak elde ederiz. Ancak yine prob zayıflatıyorsa zayıflatma katsayısı çarpılarak hesaba katılır. ⓘ
T = Kare Sayısı x (Time/ div )*Prob Katsayısı ⓘ
Lissajous eğrileri ⓘ