اسیلوسکوپ چیست؟ + کاربرد اسیلوسکوپ

در این مقاله از نمایندگی زیمنس قصد داریم در رابطه با اسیلوسکوپ ، کاربرد اسیلوسکوپ و سایر موارد مربوط به آن صحبت کنیم، بنابراین جهت آشنایی با اسیلوسکوپ تا پایان مقاله با ما همراه باشید.

اسیلوسکوپ چیست؟

اگر بخواهیم با یک مثال موضوع را شروع کنیم، می‌توان به دستگاه‌های اندازه گیری قدیمی اشاره کرد؛ این ابزارها در گذشته به وسیله نیرو مکانیکی یا حرارتی عملیات اندازه‌گیری را انجام می‌دادند.

استفاده از این نیروها یک مشکل بزرگ و اساسی داشت، که باعث میشد اندازه‌گیری دچار اختلال شود؛ در این دستگاه‌ها به دلیل وجود اصطحکاک و لَختی (اینرسی) تغییرات ولتاژ (اگر می‌خواهید بدانید ولتاژ چیست کلیک کنید) در سرعت بالا، قابل اندازه‌گیری نبود.

به همین سبب با پیشرفت تکنولوژی لامپ‌های کاتدی به وجود آمدند.
اما آن‌ها نیز مشکلاتی داشتند که در ادامه این فرآیند‌ها اسیلوسکوپ به وجود آمد و تمام نقص‌های دستگاه‌های قبلی برطرف شد.
اسیلوسکوپ و یا نوسان نما این وظیفه را دارد که ولتاژ ورودی را به صورت یک تابع متغیر با زمان، دریافت کند و در طول یک سری فرایندها، مقدار را به صورت یک واحد زمانی نمایش دهد.

کاربرد اسیلوسکوپ چیست؟

همانطور که پیش از این گفته شد کاربرد اسیلوسکوپ ها در اندازه‌گیری است، به طور معمول مهندسین برق از این وسیله جهت اندازه‌گیری پارامترهای الکتریکی استفاده می‌کنند.

با استفاده از این وسیله می‌توان پارامترهای مختلفی را اندازه‌گیری و بررسی‌کرد و یا حتی با استفاده از این پارامترها عملیات عیب‌یابی را انجام داد.

اسیلوسکوپ یکی از ابزارهای کلیدی در اتوماسیون صنعتی زیمنس است که مهندسان برق و الکترونیک برای بررسی و عیب‌یابی تجهیزات از آن استفاده می‌کنند. این دستگاه امکان مشاهده تغییرات سیگنال ولتاژ نسبت به زمان را فراهم کرده و در کنار تجهیزاتی مانند PLC و HMI نقش مهمی در پایش و کنترل فرآیندهای صنعتی دارد.

با استفاده از اسیلوسکوپ می‌توان پارامترهای مختلفی را به‌صورت دقیق اندازه‌گیری کرد و در تعمیر و نگهداری تجهیزاتی مثل کلید هوایی زیمنس یا ماژول‌های ورودی/خروجی پی ال سی زیمنس به‌کار گرفت. این ویژگی باعث شده است که اسیلوسکوپ نه تنها یک وسیله آزمایشگاهی، بلکه ابزاری کاربردی در صنایع مدرن باشد.

اجزائ اصلی اسیلوسکوپ چیست؟

اجزای اصلی اسیلوسکوپ (چه دیجیتال و چه آنالوگ) تقریباً مشابه هستند، فقط در بخش پردازش و نمایش تفاوت دارند. به‌طور کلی می‌توان آن‌ها را به دسته‌های زیر تقسیم کرد:

ورودی سیگنال (Input Channel)

• محل اتصال پراب (Probe) به دستگاه.
• معمولاً شامل کانکتورهای BNC برای دریافت سیگنال است.

پراب (Probe)

• وسیله‌ای برای اتصال سیگنال مدار به اسیلوسکوپ.
• انواع ×1 و ×10 دارد که باعث تغییر میزان تقویت یا کاهش سیگنال می‌شود.

تقویت‌کننده عمودی (Vertical Amplifier)

• سیگنال ورودی را تقویت یا تضعیف می‌کند تا مناسب نمایش روی صفحه باشد.
• تعیین‌کننده مقیاس ولتاژ (Volts/Div).

بخش افقی (Time Base / Horizontal System)

• زمان و فرکانس سیگنال را تنظیم می‌کند.
• کنترل اصلی آن Time/Div است.

مولد تریگر (Trigger System)

• برای ثابت‌کردن موج روی صفحه استفاده می‌شود.
• بدون تریگر، موج به‌صورت درهم‌ریخته حرکت می‌کند.

واحد پردازش (در اسیلوسکوپ دیجیتال)

• شامل مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) و پردازنده جهت نمونه‌برداری، ذخیره و تحلیل سیگنال.

صفحه نمایش (Display)

• در مدل آنالوگ: لامپ پرتو کاتدی (CRT).
• در مدل دیجیتال: نمایشگر LCD یا TFT.

کنترل‌های تنظیم (Control Panel / Knobs)

• شامل دکمه‌ها و کلیدهای تنظیم مقیاس عمودی، افقی، سطح تریگر، نوع نمایش و …

منبع تغذیه (Power Supply)

• تأمین‌کننده ولتاژهای مختلف برای بخش‌های داخلی دستگاه.

خروجی‌ها و درگاه‌های ارتباطی (Ports)

• در مدل‌های دیجیتال: USB، LAN، یا HDMI برای ذخیره و انتقال داده.
• در مدل‌های آنالوگ معمولاً محدود به خروجی سیگنال کالیبراسیون.
• قابل قیاس با ارتباطات صنعتی در PLC و HMI زیمنس

ویژگی های اسیلوسکوپ

در ادامه تعدادی از ویژگی‌ها و یا به اصطلاح کاربردهایی که در اندازه‌گیری و یا نمایش دارد را بررسی خواهیم‌کرد:

• سیگنال ولتاژ
• فرکانس
• دوره تناوب
•  مقدار موثر سیگنال

سیگنال ولتاژ

ولتاژ AC در لحظات مختلف، مقادیر مختلفی را دریافت می‌کند که این مقادیر به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌شوند، این سیگنال به صورت تابعی متغیر با زمان است.

فرکانس

همانطور که گفته شد سیگنال در هر لحظه مقدار متفاوت دارد، به این تغییرات فرکانس گفته می‌شود. اندازه گیری فرکانس با اسیلوسکوپ به سادگی انجام می‌شود.

دوره تناوب

به فاصله بین سیگنال‌ها دوره تناوب گفته می‌شود، در واقع می‌توان به نوعی فرکانس را نقطه مقابل دوره تناوب دانست.

مقدار موثر سیگنال

با استفاده از این پارامتر می‌توان مقادیر ولتاژ مستقیم و متناوب را اندازه‌گیری کرد و یکی از اصلی‌ترین کاربردهای اسیلوسکوپ نمایش این پارامتر است.

نحوه کار با اسیلوسکوپ

اگر پیش از این با این دستگاه کار کرده‌اید، می‌دانید که گزارش کار اسیلوسکوپ یکی از مهم‌ترین بخش‌های آن است و اهمیت زیادی دارد.

در دستگاه‌های قدیمی‌تر که پیش از این معرفی شد، صفحه نمایش به صورت مدرج بود و یک پنل CRT پشت آن قرار داشت؛ به این ترتیب می‌توانستند مقادیر صحیح و پارامترهایی مانند مقدار پیک و یا فرکانس سیگنال را اندازه‌گیری کنند.

با گذشت زمان، اسیلوسکوپ‌ها پیشرفت کردند، به طوری که امروزه مقادیر توسط خود دستگاه اندازه‌گیری می‌شود.
تنظیم مقیاس نمودارها، نمایش همزمان سیگنال‌ها در رنگ‌های مختلف، اندازه‌گیری و محاسبه دقیق‌تر و… از کاربردهای اسیلوسکوپ هستند

انواع اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ‌ها در دو نوع مختلف آنالوگ و دیجیتال تقسیم‌بندی می‌شوند که در ادامه به آن‌ها اشاره خواهیم‌کرد.

اسیلوسکوپ آنالوگ

در صفحه نمایش این دستگاه سیگنال از یک لامپ کاتدی نیز استفاده می‌شود؛ این دستگاه تنها در حوزه نمایش سیگنال در حوزه زمان کاربرد دارد.

البته نکته حائز اهمیت این است که اسیلوسکوپ‌های آنالوگ توانایی نمایش پارامترهایی مانند فرکانس سیگنال، دوره تناوب و… را نیز دارند.

کارکرد اصلی این دستگاه بر اساس ولتاژ است، در دستگاه‌های آنالوگ از مبدل‌ها نیز استفاده می‌شود که توانایی تبدیل جریان الکتریکی، کمیت‌های مختلف و… را به ولتاژ دارد.

اسیلوسکوپ دیجیتال چیست؟

پردازش تصویر در اسیلوسکوپ‌های دیجیتال بسیار بهینه‌تر است و این مدل از دستگاه‌ها وزن کمتری نسبت نوع آنالوگشان دارند.
اسیلوسکوپ دیجیتال قابلیت جمع کردن و تبدیل سیگنال‌ها را دارد.

مقاسیه اسیلوسکوپ آنالوگ و دیجیتال

در جدول زیر هر دو اسیلوسکوپ با هم مقایسه شده اند:

روش تست اسیلوسکوپ

تست اسیلوسکوپ برای اطمینان از صحت عملکرد دستگاه (و کالیبراسیون تقریبی آن) انجام می‌شود. این کار هم ساده است و هم ضروری، مخصوصاً اگر تازه اسیلوسکوپ را راه‌اندازی کرده باشی یا بخواهی مطمئن شوی سالم کار می‌کند.
۱. آماده‌سازی

• دستگاه را روشن کن و اجازه بده چند دقیقه گرم شود.
• مطمئن شو که پراب (Probe) به درستی به ورودی کانال (مثلاً CH1) وصل است.
• کلید ×1 یا ×10 روی پراب را چک کن.

۲. استفاده از خروجی کالیبراسیون (Probe Compensator)

• اکثر اسیلوسکوپ‌ها یک خروجی تست دارند (معمولاً یک کانکتور یا پین جلوی دستگاه با برچسب Cal یا Probe Comp.) که سیگنال مربعی با فرکانس مشخص (مثلاً 1 kHz و 5V) تولید می‌کند.
• سر پراب را به این خروجی وصل کن.

۳. تنظیم اولیه

• محور زمان (Time/Div) را روی مقدار مناسب (مثلاً 0.5 ms/div) بگذار.
• محور ولتاژ (Volt/Div) را طوری تنظیم کن که موج به‌خوبی روی صفحه قرار گیرد (مثلاً 1V/div).
• سطح تریگر (Trigger Level) را تنظیم کن تا شکل موج ثابت بایستد.

۴. مشاهده شکل موج

• باید یک موج مربعی (Square Wave) پایدار و واضح روی صفحه ببینی.
• اگر موج مربعی درست نمایش داده نشد:
• موج با لبه گرد → پراب نیاز به جبران (Compensation) دارد.
• موج با لبه برآمده → پراب بیش از حد جبران شده.
• با پیچ تنظیم کوچک روی پراب (معمولاً یک پیچ پلاستیکی) می‌توانی آن را دقیق تنظیم کنی تا لبه‌های موج مربعی کاملاً صاف شود.

۵. بررسی عملکرد کانال‌ها

• همین تست را برای سایر کانال‌ها (CH2، CH3…) تکرار کن تا مطمئن شوی همه ورودی‌ها درست کار می‌کنند.

۶. تست‌های تکمیلی

• نمایش سیگنال‌های واقعی (مثلاً خروجی یک منبع موج سینوسی یا مولد سیگنال) برای اطمینان از دقت دستگاه.
• مقایسه اندازه‌گیری فرکانس و ولتاژ اسیلوسکوپ با دستگاه مرجع (اگر موجود باشد).

 اجزای بخش تنظیمات اسیلوسکوپ

بخش تنظیمات (Control Panel) اسیلوسکوپ یکی از مهم‌ترین قسمت‌هاست که کاربر از طریق آن سیگنال را مشاهده و تحلیل می‌کند. این بخش معمولاً شامل چند گروه کلیدی است:

۱. تنظیمات عمودی (Vertical Controls)

• Volt/Div → تنظیم مقیاس ولتاژ (چند ولت در هر تقسیم روی صفحه).
• Position (Vertical Position) → جابه‌جایی شکل موج به بالا یا پایین.
• Channel Select → انتخاب کانال ورودی (CH1, CH2, …).
• Coupling (AC/DC/GND) → تعیین نحوه اتصال سیگنال:
• AC → فقط بخش متناوب سیگنال را عبور می‌دهد.
• DC → کل سیگنال (AC + DC) نمایش داده می‌شود.
• GND → اتصال به زمین برای بررسی مرجع.

۲. تنظیمات افقی (Horizontal Controls)

• Time/Div → تنظیم مقیاس زمان (چند ثانیه یا میلی‌ثانیه در هر تقسیم).
• Position (Horizontal Position) → جابه‌جایی شکل موج به چپ یا راست.
• در دیجیتال‌ها: تنظیمات پیشرفته مثل زوم افقی (Horizontal Zoom).

۳. تنظیمات تریگر (Trigger Controls)

• Trigger Level → تعیین سطح ولتاژ برای شروع رسم سیگنال.
• Trigger Mode (Auto, Normal, Single) → نحوه تحریک:
• Auto → شکل موج همیشه نمایش داده می‌شود.
• Normal → فقط وقتی سیگنال تریگر شود نمایش دارد.
• Single → نمایش یک سیکل و توقف.
• Trigger Source → انتخاب منبع تریگر (CH1، CH2، خارجی).
• Slope → انتخاب لبه مثبت یا منفی برای تریگر.

۴. بخش نمایش و منو (Display/Menu)

• دکمه‌های منو برای انتخاب حالت‌های مختلف نمایش.
• تنظیم روشنایی (Intensity) و کنتراست.
• در دیجیتال‌ها: انتخاب نوع موج (FFT، ریاضی، اندازه‌گیری خودکار).

۵. کنترل‌های عمومی (Utility Controls)

• Run/Stop → توقف یا اجرای نمایش شکل موج.
• Autoset → تنظیم خودکار بهترین مقیاس برای نمایش سیگنال.
• Save/Recall → ذخیره یا بازیابی شکل موج.
• Print/Export → ارسال داده به USB یا شبکه.

۶. بخش ورودی/خروجی (I/O Ports)

• پورت‌های USB، LAN، HDMI در مدل‌های دیجیتال.
• کانکتور Cal/Probe Comp. برای تست و کالیبراسیون پراب.

در مدل‌های دیجیتال مدرن، بسیاری از این تنظیمات به‌صورت نرم‌افزاری و از طریق منوهای لمسی یا کلیدهای جانبی کنترل می‌شوند، در حالی که در آنالوگ‌ها بیشتر به شکل دکمه و ولوم مکانیکی هستند.

کلام آخر

اسیلوسکوپ یکی از مهم‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری و عیب‌یابی در برق و الکترونیک است که با نمایش تغییرات ولتاژ نسبت به زمان، امکان بررسی پارامترهایی مانند ولتاژ، فرکانس، دوره تناوب و شکل موج را فراهم می‌کند. این دستگاه در دو نوع آنالوگ و دیجیتال وجود دارد که هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند؛ آنالوگ‌ها ساده‌تر و ارزان‌تر، و دیجیتال‌ها دقیق‌تر و مجهز به امکانات ذخیره‌سازی و تحلیل پیشرفته هستند. اجزای اصلی آن شامل پراب، بخش‌های عمودی و افقی، تریگر، صفحه نمایش و منبع تغذیه است که از طریق بخش تنظیمات کنترل می‌شوند. به همین دلیل، اسیلوسکوپ علاوه بر آزمایشگاه‌ها، در حوزه اتوماسیون صنعتی و تعمیرات تخصصی نیز کاربرد گسترده‌ای دارد و به‌عنوان ابزاری کلیدی برای مهندسان برق و الکترونیک شناخته می‌شود.در این مقاله در رابطه با اینکه اسیلوسکوپ چیست، کاربرد اسیلوسکوپ و انواع آن کدام‌اند، صحبت شد، که برای دریافت اطلاعات بیستر میتوانید با نمایندگی زیمنس تماس بگیرید و امیدواریم که توانسته باشیم شما را با این دستگاه کاربردی آشنا کنیم.