الأوسيلوسكوب - كل ما تريد أن تعرفه

[ماجد عباس محمد]

جهاز راسم الذبذبات أو الأوسيلوسكوب Oscilloscope شرح تركيبه واستخدامه
كثيرا ما يتوقف العمل فى الدوائر الإلكترونية وتتمنى لو تستطيع مشاهدة شكل الموجة أو الفولت فى هذه النقطة لتعلم هل تسير الأمور كما يجب أم لا.
هنا يأتى دور هذا الجهاز العظيم، تقوم بتشغيله، وباستخدام مجس القياس ترى كل شيء أمامك.
كيف يعمل؟ - مهلا ليس لدى وقت أريد كيف أقوم بضبطه
عفوا – بدون معرفة كيف يعمل نكون كمن يحاول ضبط التلفاز دون هوائى لأنه لا يعلم!
لو حاولنا رسم الشكل المتوقع لموجة ما على ورقة، سنبدأ من أحد الجانبين متجهين نحو الآخر و نغير وضع يدنا لأعلى و أسفل (أمام و خلف حسب وضع صفحة الورقة بالنسبة لك) بينما نتحرك بشكل منتظم نحو الجانب الآخر.
هذا بالضبط ما نريد لهذا الجهاز أن يفعله


كيف يرسم؟ إذن نحتاج لشاشة أشبه بشاشة التلفاز، ثم نبدأ من أحد الجانبين، وكما تعودنا نضع الصفر على اليسار وتتزايد القيم لليمين. و أثناء مرورها نحتاج أن نحركها لأعلى و أسفل حسب شكل الفولت المراد قياسه.
ماذا نفعل عندما نصل لأقصى اليمين؟
الورق يحفظ الرسم لكن الشاشة تنطفئ بمجرد عبور الراسم من عليها، لذلك يكب أن نعود فورا لنقطة البدء لنكرر الرسم مرة أخرى حتى نظل نراه. فى حقيقة ليس المهم أن نظل نراه لأننا نستطيع أن نتحايل لتثبيت الصورة ولكن الحقيقة نريد أن نرى كل تغيير يحدث فور حدوثه و نكون على بينة بما يجرى.
حسنا نريد الآن شاشة ونحرك شعاعها من اليسار لليمين ثم نعود فورا و أيضا نضع الفولت لنحركه لأعلى وأسفل
حقا لكن ربما نريد أن نرى موجة اتساعها 100 فولت و فى آن آخر نريد رؤية موجة اتساعها 1 مللى فولت، لهذا نحتاج لمكبر و مجزئ جهد لنكبر الجهد القليل و نقلل الفولت الكبير بما يناسب الشاشة.
هذا أساسا قلب الجهاز و إن كنا سنطوره و نحوله إلى رقمى و نحصل على أجهزة باهرة ولكنها أيضا مكلفة
كل الصور المرفقة من البحث فى جوجل على كلمتى oscilloscope photo وغالبيتها من الموقع:

http://solidstate.physics.sunysb.edu/teach/phy132/lab_instructions/scope/scope.htm

أود أن أعتذر لمن يريد العربية فلم يصنع جهاز منها باللغة العربية، ولذا شئنا أم أبينا سنضطر لاستخدام المسميات الانجليزية المدونة على الجهاز لنعتادها ونعلم استخدامها.
كلنا نعلم أن الشاشة عبارة عن أنبوب زجاجى مفرغ من الهواء وله عنق طويل نسبيا بداخله ما يسمى بمدفع الالكترونات لأن به فتيلة تسخن وتشع الالكترونات فى الفراغ و عن طريق مجموعة من الأقطاب الموجبة (Anodes) يتم توجيهها نحو وجه الشاشة المسطح ذو الشكل المربع كما يتم تركيزه فى نقطة.
شعاع الكترونات تعنى تيار إذن – كم أمبير يلزم لرؤية النقطة و كم فولت يلزم لتركيزها فى نقطة؟
طبعا هذا يختلف من وحدة لأخرى وحسب عمرها لأن كما نشاهد فى شاشة التلفاز مع التقادم من ضعف إضاءة الصورة و ضياع معالمها، يحدث أيضا هنا، لذا كما فى التلفاز نحتاج لتعديل الإضاءة وضبط البؤرة (قبل أن تعترض – ضبط البؤرة فى التلفاز يتطلب فنى مختص لفتح الجهاز)
لماذا إذن فى الأوسيلوسكوب لا تحتاج لفنى مختص؟
فى الواقع لسببين، أولهما أنك لا تشاهد صورة ذات خواص ثابتة مثل التلفاز ، بل قد تشاهد موجة بطيئة فتكون واضحة فتقلل الإضاءة حتى لا تسبب إحراق طلاء الشاشة الداخلى ثم بعد ذلك تريد مشاهدة أخرى تتغير بمعدل ألف مرة أسرع من سابقتها مما يجعل الصورة غير مرئية، والآن سنزيد الإضاءة أى نزيد عدد الالكترونات مما يجعلها تحتاج لتعديل الفولت للحفاظ على البؤرة، هكذا نرى أن الأمور تداخلت ومن الأفضل أن نوفر مفتاح ضبط للمستخدم
السبب الثانى، ألست متخصصا حتى تطلب جهاز كهذا للتحليل و الدراسة؟
أليس من الممكن أن يكون آليا؟
الآن مع الأجهزة الرقمية لم نعد نحتاجها لكن الأجهزة التقليدية مازالت متداولة و أسعارها أنسب لمن يحتاجها فى ورشته حيث لا يستطيع شراء الأجهزة الأغلى سعرا
الأجهزة ذات الشاشات والتقنية التماثلية Analog Scopes كان يتم تعديل كل من الإضاءة والبؤرة Focus, Intensity مع تغيير السرعة ولكن كانت هناك حالات تحتاج للضبط اليدوى.
تنطلق الالكترونات نحو وجه الشاشة ونحتاج لتحريكها أفقيا ورأسيا كما ذكرنا، أفقيا من اليسار لليمين والعودة فى أقل وقت و أيضا نطفئ الشعاع أثناء العودة، ورأسيا مع الفولت المراد رسمه.
من هذا يصبح لدينا الشكل التالى لتركيب الجهاز


المرة القادمة إن شاء الله سنشرح التركيب

4shared

رابط Drop Box

[abou jaafar]

شكرا استاذ

[-hassan-]

شكراً أستاذي ماجد

[عادل الحلو]

الله يبارك فيك

[ماجد عباس محمد]

شرح مراحل تركيب الجهاز
كما شرحنا المرة السابقة، علمنا أننا نحتاج لشاشة مثل شاشة التلفاز ولكن هناك فرق، شاشة التلفاز عليها ملفات تسمى ملفات الانحراف و المجموعة بما تحتويه من قطع من خامة الفرايت المغناطيسية بهدف زيادة شدة المجال تسمى يوك أى الطوق. يمر تيار الانحراف فيها فيسبب انحراف الشعاع الإلكترونى Electron Beam و لكن هنا نستخدم ألواح يوضع عليها الجهد اللازم للانحراف
ولماذا لا نستخدم أسلوب واحد فى الحالتين؟
الملفات تحتاج تيار كهربى أى يتطلب قدرة و للأسف حساس للتردد لأنه ملف ذو قيمة لا بأس بها ولذلك لا يصلح لجهاز الأوسيلوسكوب كونه يستخدم فى مدى واسع جدا من الترددات ولذلك وضعنا الألواح والتى لا تسحب تيار وهى أشبة بمكثف ذو سعة صغيرة جدا ولا يتأثر كثيرا بالتردد.
إذن لماذا لا نوفر الطاقة فى التلفاز ونستخدمها؟
الملفات تعطى زاوية انحراف واسعة وصلت أكثر من 120 درجة ولكن لو زاد انحراف الشعاع عن 15 درجة بين الألواح فهو سيصطدم بها ولا يصل لوجه الشاشة ولذلك أمكن عمل شاشات ذات أقطار تصل 25 بوصة بالملفات و عمقها (طول العنق) لا يزيد عن 30 سم وهو كل سمك التلفاز ولو صنعت بالألواح لكان طول العنق أكثر من متر ولا يكون التلفاز مناسبا فى أى مكان . جهاز الأوسيلوسكوب أصبح تقليديا ذو شاشة مقاس 8×10 سم و أقصد مقاس التدريج على الوجه وليس مقاس الزجاج.
يطلى الوجه من الداخل بمادة فسفورية حتى يضيء بوقوع الشعاع عليها و ترسم عليها تقسيمات بالسنتيمتر كما ذكرنا 8×10 و يكون شكلها كالآتى



سنلاحظ أن خطى المنتصف فقط تقسم لخمسة أقسام للحصول على أجزاء من السنتيمتر.
وهل ستنطبق دوما الموجة على هذه الخطوط؟
بالطبع لا لذلك سنحتاج لمفتاح إزاحة أفقية و آخر إزاحة رأسية لوضع الرسم فى المكان الملائم من الشاشة وهو ببساطة يضيف جهد مستمر على فولت الإشارة لكى يرسم أعلى أو أسفل خط المنتصف أو يمينا أو يسارا، وهذا يكون عادة فى مراحل المكبر قبل النهائية للحصول على حركة ناعمة لأن لو وضعت فى مراحل التكبير الأولى، أقل حركة ربما تقذف بالشعاع خارج الشاشة.
هناك خطين مقسمين قرب أعلى و أسفل الشاشة والمشار إليهما بحدود قياس Rise Time, Fall Time، ما فائدتها؟
مهما كانت الدوائر دقيقة فلا يوجد شيء اسمه موجة مربعة أو نبضة ذات جوانب رأسية والسبب؟ ببساطة التردد = معدل تغير الجهد بالنسبة للزمن، وإذا كان زمن صعود الفولت أو هبوطه = صفر، و نعلم أن القسمة على صفر يعطى مالا نهاية، إذن يجب أن يكون النطاق الترددى مالا نهاية وهذا مستحيل. لهذا سيكون شئنا أم أبينا زمن محدد للصعود والهبوط.
بعض التطبيقات يجب أن يكون هذا الزمن أقل من قيمة محددة مثل نبضات الرادار لأنها تؤثر على المدى، ونبضات الإظلام فى التلفاز الخ، كيف نقيس هذا الزمن.
هذا الزمن يقاس بالزمن الذى تأخذه النبضة للتغير من 10% إلى 90% من قيمتها، ولهذا وضعت هذه الخطوط حتى تغير قيمة الرسم لينحصر بين هذين الخطين، ثم تأخذ القراءة عند الخطين التاليين كما بالصورة


ولهذا أيضا نحتاج للتغيير التدريجى لنتمكن من فعل هذا. وهو ببساطة تغيير التكبير أو الكسب للمكبر بمفتاح أشبه بمفتاح تعلية الصوت فى الراديو أو الموسيقى.

هناك أيضا قياس هام فى حال الموجات ألجيبيه حيث لو طابقت حدود الموجة حافة التدريج كما بالصورة التالية فإن هذه الخطوط تحدد النسبة بين القمة و جذر متوسط التربيع. بديهى لو ألغينا التدريج ألعيارى لتحقيق هذا الشرط سيلغى معها مبدأ القياس ولكن يمكن بالنظر تقدير النسبة.


حسنا فهمنا كل هذا و شاهدناه فى الرسم السابق للمخطط، لكن أين نجده فى الجهاز ذاته؟!!
حسنا هذا موضوع المرة القادمة إن شاء الله

[عادل الحلو]

والله انت كنز من العلم

[ماجد عباس محمد]

شكرا أخى عادل الحلو

[ماجد عباس محمد]

سنرى الآن أين نجد كل الخواص التى تكلمنا عنها المرات الماضية
الشكل التالى لمنظور الجهاز وسنعود دوما له و للمخطط الذى شاهدناه المرة الماضية وهناك أجهزة تحتوى المزيد وسنعرض لها فى حينه

فى مكان ما ستجد مفتاح التغذية ON\Off وهو طبعا يختلف حسب الطراز وهو هنا فى أعلى منتصف الصورة و بجواره مبين لتوضيح أن الجهاز وصله التيار لأن ربما لا ترى شيئا عند تشغيل الجهاز، و بجواره أيضا مقاومتى ضبط الإضاءة و البؤرة Intensity, Focus وجدير بالذكر أن الأجهزة ذات الشاشات LCD لا يحتوى ضبط للبؤرة لأنها لا تعمل بشعاع الكترونى. لاحظ أننى لم أقل أجهزة رقمية حيث توجد أجهزة رقمية تعمل بشاشات عادية. الصورة التالية تبين هذه المفاتيح .

تحدثنا أيضا عن أن هناك مكبر ليكبر الإشارة المطلوب رؤيتها لتعطى الجهد اللازم لانحراف الشعاع، ولو رجعنا للمخطط ، سنجد أن هناك مكثف عليه مفتاح Switch مكتوب عليه AC\DC وهذا المفتاح مهم جدا لهذا أعدت وضعه مفصلا هنا


وهو على الجهاز مفتاح منزلق مكتوب عليه AC\GND\DC كما فى الصورة اللاحقة، فلو مثلا أردت قياس جهد فى خرج مكبر (ترانزيستور) حيث يكون قيمة جهد مستمر حوالى 6 فولت (نصف التغذية 12 فولت) و الإشارة 100 مللى فولت، لو حاولت الضبط على المستمر لن ترى المتردد و إن ضبطت على المتردد ، ستخرج الصورة خارج الشاشة، لذا يجب أن تضعها على وضع AC للتخلص من المستمر ثم تضبط على المتردد.
وضع الأرضى GND هذا هام أيضا ويجب أن نتذكر أنه يوصل دخل المكبر كما بالرسم بالأرضى وليس الإشارة القادمة هى التى توصل بالأرضى حيث يظن البعض أنه قد يسبب قصرا على مصدر الإشارة – وهذا غير صحيح. هذا الوضع يستخدم لتحديد مكان الشعاع فلو كان خارج الشاشة قد يختلط الأمر عليك ، هل الإشارة كبيرة أم ماذا ثم تبدأ فى تحريك كل المفاتيح حتى تتوه ولا تصل لشيء،كما أيضا يستخدم فى ضبط مفتاح الكسب الرأسى لأن يجب ألا يتحرك الشعاع عند إدارة هذا المفتاح من أقل لأعلى قيمة.
ضع هذا المفتاح على GND إذن لا إشارة على الشاشة أضبط الكسب على أقصى اليسار و من مفتاح الإزاحة الرأسية ضع الشعاع حيث تراه.
كيف نضبط الكسب إذن؟ يجب ألا ننسى أننا نريد القياس. أى نريد أن تكون الأمور قياسية مضبوطة محددة معايرة وليست تقريبية. و أيضا نريد قياس زمن Rise Time \ Fall Time وهذا لا يكون الكسب فيه عيارى لأننا كما ذكرنا نريد ضبط حدود الموجة بين خطين. كيف نوفق بين هذين المطلبين المتضادين؟
لابد من وجود مفتاحين أو 2Switches أحدهما عيارى ومدرج بقيم دقيقة والآخر خطى و غير مدرج

هذا هو شكل مفتاح الكسب أو التكبير وتلاحظ أن علية كلمة CH1 لآن غالبا يكون الجهاز محتوى مدخلين مستقلين CH1,CH2 حتى تستطيع روية نقطتين مختلفتين و تقارن بينهما
سنرى أولا التدريج حيث يتبع النظام 5،2،1 وهكذا، وجزء منه V أى فولت والآخر mV أى مللى فولت وفى الأجهزة الثمينة تجد أيضا حتى 50uV أى 50 ميكرو فولت ، وهذه الأرقام تحدد كم فولت لكل سم على الشاشة فى الاتجاه الرأسى. لو كان المفتاح على 5 فولت والشكل يرتفع 2.4 سم سيكون 2.4×5=12.0فولت
المفتاح فى الرسم على 1 فولت – لاحظ أن للمفتاح 4 جوانب أحدهما عليه خط هو المؤشر.
توصيلات هذا المفتاح تقسم جهد الدخول بمقاومات ذات دقة عالية تصل إلى 0.5% أى أن الخطأ فى قيمة 100ك لا يتعدى 500 أوم مقارنة بخطأ 10ك للمقاومات العادية فى السوق أو 5ك على أحسن حال، كما أن بعض قيمها ليست تقلديه وهذا أحد أسباب ارتفاع ثمنه.
لنقيس Rise Time \ Fall Time قلنا أننا نريد مفتاح خطى و غير مدرج وهو هنا ذو اللون الأحمر وهو عادة لون قياسى فى كل الأجهزة ليذكرك أنه "خطر"- لماذا؟ لأنه يفسد المعيارية والدقة التى ضبط عليها الأول.
إذن ما العمل؟ الحل بسيط ، لو لاحظت تجد أنه عند تحريكه لليسار يقل ارتفاع الصورة وهذا ما نريده ولكن فى أقصى اليمين، تجد له "صوت" كما لو أن مفتاح Switch قد تحرك، وهو فعلا كذلك وهو يلغى تماما هذا المفتاح ليضمن لك المعيارية المطلوبة للمفتاح الأول. بل أكثر من ذلك يوضع مبين LED ليذكرك متى يكون المكبر عيارى ومتى لا يعتد بقياس الفولت عليه.
من أكثر الأخطاء التى رأيتها فى استخدام الجهاز عدم وضع هذا المفتاح على الوضع ألعيارى – دوران لأقصى اليمين –لذا تعود دائما على التأكد من هذه النقطة.
على يسار هذا المفتاح نجد Y-POS I وهو يزيح الرسم كله لأعلى أو أسفل حتى تستطيع إفساح المجال للرسم الآخر والذى يحركه Y-POS II ولاسيما أن بعض الأجهزة تحتوى أربع قنوات للرسم.
بجواره أيضا، مفتاح يعمل بالضغط للداخل أو الخارج عليه كلمة INVERT ، هذا المفتاح عندما يكون للداخل، يقلب إشارة هذا المدخل Channel و لو لاحظنا نجد آخر يعمل بنفس الطريقة اسمه ADD و المفتاحين يعملان معا حيث يمكنك مشاهدة مجموع الإشارتين و بتطبيق INVERT على إحداها تشاهد الفرق بين العادية والتى طرحت منها باستخدام INVERT
سنجد أيضا مفتاح Dual لاستخدام القناتين معا أما باقى المفاتيح فهى تخص الانحراف الأفقى وهو موضوع المرة القادمة إن شاء الله