درسنامه آموزشی عرضه تخصصی قطعات الکتریکی و الکترونیکی کلاس دهم الکترونیک

واحد یادگیری 4: شایستگی کار با دستگاه‌های اندازه‌گیری برای تعیین کمیت‌های موج

آیا تا به حال پی برده‌اید:

- آیا در عصر حاضر بدون دستگاه‌های الکترونیکی به راحتی می‌توان زندگی‌کرد؟
- امواج چه نقشی در انتقال اطلاعات دارند؟
- اگر اختلالی در مقدار کمیت‌های امواج ارسالی از طرف فرستنده‌ها رخ دهد، چه اتفاقی می‌افتد؟
- چه دستگاه‌هایی کمیت‌های موج را نشان می‌دهند؟
- دستگاه‌هایی که امواج مغز یا قلب را نشان می‌دهند با دستگاه‌های اندازه‌گیری الکترونیکی چه شباهتی دارند؟
- چه نرم‌افزارهای رایانه‌ای و اندرویدی برای اندازه‌گیری کمیت‌های موج وجود دارد؟
- راهنمای کاربرد دستگاه‌ها چه کاربردی دارد؟

اسیلوسکوپ شاخص‌ترین دستگاه در میان دستگاه‌های الکترونیکی است که برای مشاهده شکل موج و اندازه‌گیری کمیت‌های آن به‌کار می‌رود. در این واحد یادگیری، ابتدا به شرح انواع شکل موج متداول و کمیت‌های مربوط به هر شکل‌موج می‌پردازیم، سپس طرزکار با دستگاه مولد موج (سیگنال‌ژنراتور) تشریح خواهد شد. برای بررسی کمیت‌های موج باید شکل موج به درستی روی صفحه اسیلوسکوپ ترسیم شود، لذا کار با اسیلوسکوپ اهمیت ویژه‌ای دارد که به تفصیل شرح داده می‌شود. در فرایند آموزش، توجه به نکات ایمنی و شایستگی‌های غیرفنی مانند رعایت نکات ایمنی دستگاه‌ها باید همواره مدنظر باشد.

استاندارد عملکرد:

ترسیم شکل موج‌های مختلف و اندازه‌گیری کمیت‌ها با اسیلوسکوپ و نرم‌افزاری

مواد، ابزار و تجهیزات مورد نیاز واحد یادگیری

ابزار عمومی برق یا الکترونیک، لوازم‌التحریر، منبع تغذیه، سیگنال‌ژنراتور AF، اسیلوسکوپ، فرکانس‌متر، رایانه و نرم‌افزارهای مناسب

انواع شکل موج و مقایسه آنها

آیا به امواج تولید شده توسط قلب یا مغز انسان فکر کرده‌اید؟ چه نظمی بر این امواج حاکم است؟ چه دستگاه‌هایی این امواج را به ما نشان می‌دهند؟ اگر دستگاه نشان دهد که شکل موج تغییر کرده است، چه اتفاقی برای انسان رخ داده است؟ شکل 1-4 قلب و موج تولیدی توسط آن را نشان می‌دهد. چه شباهت‌هایی بین این امواج و امواج مورد مطالعه در این واحد یادگیری وجود دارد؟

در فصل دوم با انواع شکل‌موج‌های DC و AC و مؤلفه‌های موج آشنا شده‌اید.انواع شکل‌موج‌های AC متداول را در شکل 2-4 مشاهده می‌کنید. کمیت‌های ولتاژ پیک‌تاپیک و زمان تناوب در سه نوع شکل موج در شکل 3-4 نشان داده شده است.
کمیت‌های فوق و شیوه محاسبهٔ این کمیت‌ها در این سه نوع موج با هم تفاوتی ندارد.

ساختار موج‌ها

در مورد موج سینوسی و ساختار آن در فصل دوم شرح داده شد. در این واحد یادگیری به شرح موج مربعی و دندانه اره‌ای می‌پردازیم.

موج مربعی (Square Wave): موج مربعی از نظر ساختاری به دو صورت متقارن (Symmetry) و نامتقارن (Non Symmetry) تولید می‌شود. در شکل 4-4 موج مربعی متقارن و در شکل‌های 5-4 و 6-4 موج مربعی نامتقارن رسم شده است.

2- شکل موج خروجی مدار 7-4 را در شکل 8-4 رسم کنید. دامنه و فرکانس موج را محاسبه کنید. مقیاس برای رسم موج را برای هر خانه عمودی معادل 2 ولت و هر خانه افقی معادل 1 میلی‌ثانیه در نظر بگیرید.

3- اگر در شکل 7-4، 2 میلی‌ثانیه کلید در وضعیت A و 5 میلی‌ثانیه در وضعیت B قرار گیرد و این فرایند تکرار شود، شکل موج خروجی چگونه است؟
الف) مربعی متقارن
ب) مربعی نامتقارن

4- شکل موج خروجی مربوط به مرحله 3 را در شکل 9-4 رسم کنید. مقیاس را برای رسم موج مناسب انتخاب کنید.

موج دندانه اره‌ای (Sawtooth Wave): شکل 10-4 یک موج دندانه‌اره‌ای را نشان می‌دهد. 
مشاهده می‌شود در موج دندانه اره‌ای، تغییرات ولتاژ نسبت به زمان خطی است. از زمان صفر تا ${t_1}$ شیب خط مثبت و از زمان ${t_1}$ تا ${t_2}$ شیب خط منفی است. از زمان 0 تا ${t_1}$ دامنه موج از مقدار منفی در حال افزایش است (براساس رابطه $y =  + ax$). این زمان را زمان رفت یا تریس (Trace) گویند. از لحظه ${t_1}$ تا ${t_2}$ دامنه موج در حال کم‌شدن با شیب منفی است (براساس رابطه $y =  - bx$). این زمان را زمان برگشت یا ریتریس (Retrace) گویند. در موج دندانه اره‌ای زمان رفت خیلی بیشتر از زمان برگشت است.

تبدیل شکل موج‌ها به یکدیگر

برای تبدیل موج‌ها به یکدیگر از مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود. برخی از این مدارها، فیلتر (Filter) نام دارند.

الف) تبدیل موج مربعی به مثلثی: برای تبدیل موج مربعی به مثلثی از مداری مطابق شکل 12-4 می‌توان استفاده نمود. در این مدار از یک شبکه RC با مقادیر R و C معینی استفاده شده است. به مدار R و C فیلتر می‌گویند.

در شکل 13-4 مقادیر کمیت‌های موج ورودی نشان داده شده است. در شکل 14-4 موج ورودی و خروجی را باهم مشاهده می‌کنید.

در سیگنال‌ژنراتور موجود در نرم‌افزار، گزینه‌ای با نام Duty cycle یا چرخه دوام (سیکل وظیفه) آمده است که برای موج مربعی یک طرفه (موج بدون چرخه منفی) به کار می‌رود. نسبت زمان وجود موج به زمان تناوب را چرخه دوام می‌نامند. در صورتی که زمان وجود موج $\frac{1}{2}$ زمان تناوب باشد، چرخه دوام موج 50 درصد است.

ب) تبدیل موج مثلثی به مربعی: برای تبدیل موج مثلثی به مربعی نیز از مدارهای RC استفاده می‌کنند. شکل 15-4 مدار تبدیل (فیلتر) را نشان می‌دهد. در شکل 16-4 مشخصات موج ورودی نوشته شده است. در شکل 17-4 شکل موج ورودی و خروجی با هم رسم شده‌اند.

پ) تبدیل موج سینوسی یا مثلثی به مربعی: برای تبدیل موج سینوسی یا مثلثی به مربعی می‌توان از تقویت‌کننده با بهره ولتاژ (ضریب تقویت) بسیار زیاد استفاده نمود. در شکل 18-4 مدار تبدیل و در شکل 19-4 مشخصات موج ورودی را مشاهده می‌کنید. در شکل 20-4 موج ورودی و خروجی باهم رسم شده‌اند. اگر به ورودی مدار 18-4 موجی مثلثی هم بدهیم، موج خروجی به صورت مربعی به دست می‌آید.

شکل 21-4 مشخصات موج ورودی و شکل 22-4 موج ورودی و خروجی مدار را باهم نشان می‌دهد.

مراحل انجام کار

1- ترسیم شکل موج سینوسی: موجی سینوسی با دامنه پیک (قله) 3 ولت و فرکانس 50 هرتز را در شکل 23-4 رسم کنید. در انتخاب مقیاس برای رسم شکل موج، هر خانه عمودی را معادل 1 ولت و هر خانه افقی معادل 2/5 میلی‌ثانیه در نظر بگیرید.

2- ترسیم شکل موج مربعی متقارن: موج مربعی متقارن با دامنه پیک‌تاپیک 8 ولت و زمان تناوب 40 میکروثانیه را در شکل 24-4 رسم کنید. برای رسم شکل موج هر خانه عمودی را معادل 1 ولت و هر خانه افقی را معادل 5 میکر وثانیه در نظر بگیرید.

3- ترسیم شکل موج مربعی نامتقارن: موج مربعی نامتقارن با مشخصات دامنه پیک 30 میلی‌ولت و زمان تناوب 10 ثانیه را در شکل 25-4 رسم کنید. قسمت دامنه مثبت موج در 3 ثانیه و دامنه منفی موج به‌مدت 7 ثانیه دوام دارد. مقیاس را مناسب انتخاب کنید. دامنه مثبت و منفی با هم برابر هستند.

4- ترسیم شکل موج دندانه اره‌ای: موجی دندانه اره‌ای با مقدار قله تا قله 12 ولت و زمان تناوب 100 میلی‌ثانیه را در شکل 26-4 ترسیم کنید. زمان رفت موج معادل 90 میلی‌ثانیه و زمان برگشت موج معادل 10 میلی‌ثانیه است. هر خانه عمودی را معادل 2 ولت و هر خانه افقی را معادل 10 میلی‌ثانیه در نظر بگیرید.

سیگنال‌ژنراتور صوتی (Audio Frequency Signal Generator (AFSG 

دستگاه مولد سیگنال‌صوتی یا سیگنال‌ژنراتور صوتی، یک دستگاه آزمایشگاهی است که می‌تواند سیگنال سینوسی و مربعی در محدوده فرکانسی چند هرتز تا 100 کیلوهرتز یا فرکانس‌های بیشتر تا حدود یک مگاهرتز (1MHZ) را تولید کند. این دستگاه انرژی خود را از طریق باتری یا برق شهر تأمین می‌کند و با استفاده از ولتاژ DC، را تولید می‌کند. در شکل 32-4 یک نمونه دستگاه سیگنال‌ژنراتور صوتی (AF) را مشاهده می‌کنید.

دستگاه‌هایی که علاوه بر موج‌های سینوسی و مربعی، امواج دیگری مانند موج‌های مثلثی و دندانه اره‌ای تولید می‌کنند را فانکشن ژنراتور می‌نامند، (Function Generator).

انواع سیگنال‌ژنراتور صوتی (AF) 

سیگنال‌ژنراتور صوتی (AF) از نظر کاربرد در دو نوع، با دگمه‌ها و سلکتورهای مکانیکی و با دگمه‌ها و سلکتورهای لمسی یا فشاری ساخته می‌شود. شکل الف 33-4 یک نمونه سیگنال‌ژنراتور (AF) با دگمه‌ها و سلکتورهای مکانیکی و شکل ب 33-4 نمونه‌ای از سیگنال‌ژنراتور با دگمه‌ها و سلکتورهای لمسی را نشان می‌دهد.

عملکرد دگمه‌ها و سلکتورهای یک نمونه سیگنال‌ژنراتور

برای کار با سیگنال‌ژنراتور صوتی یا هر دستگاه دیگری، لازم است از دفترچه راهنمای کاربر (owner manual-User manual-Instruction manual) استفاده کنید. معمولاً این دفترچه‌ها به زبان انگلیسی است. چنانچه استفاده از یک نمونه آن را یاد بگیرید به آسانی می‌توانید سایر نمونه‌های مشابه را با کمی مطالعه به‌کار ببرید. به منظور آشنایی اولیه، به شرح مختصر عملکرد دگمه‌ها و سلکتورهای یک نمونه از دستگاه سیگنال‌ژنراتور مانند شکل 34-4 می‌پردازیم. معمولاً عملکرد دگمه‌ها و سلکتورهای سایر دستگاه‌ها، شبیه عملکرد همین دستگاه است. در کنار شکل، شرح کلی هر یک از دگمه‌ها و سلکتورها نوشته شده است. شرح کامل عملکرد آنها در کتاب همراه آورده شده است.

مراحل انجام کار

3- در صورتی که نرم‌افزاری مانند مولتی‌سیم یا هر نرم‌افزار مرتبط دیگر روی رایانه نصب نیست آن را نصب و راه‌اندازی کنید.

4- فانکشن ژنراتور را از منوی ابزار، انتخاب و روی آن دوبار کلیک چپ کنید تا شکل 35-4 روی میز کار ظاهر شود.
این فانکشن ژنراتور می‌تواند شکل موج‌های مربعی، مثلثی و سینوسی را تولید کند. توسط این دستگاه می‌توانید مقادیر فرکانس، واحد فرکانس و دامنه (پیک) موج را تغییر دهید.

5- فانکشن ژنراتور را مطابق شکل 36-4 برای ایجاد ولتاژ سینوسی با دامنه 10 ولت پیک و فرکانس 1000 هرتز تنظیم کنید.

6- مولتی‌متر را از منوی ابزار به روی صفحه کار آورده و آن را برای اندازه‌گیری ولتاژ AC مانند شکل 37-4 تنظیم کنید.

7- مولتی‌متر را مطابق شکل 38-4 به فانکش ژنراتور وصل‌کنید و مقدار ولتاژ دستگاه را اندازه بگیرید و یادداشت کنید.

ولت $V = ...............$

8- برای شبیه‌سازی ولتاژ برق شهر، فانکش نژنراتور را روی موجی سینوسی با دامنه پیک 311 ولت و فرکانس 50 هرتز تنظیم‌کنید. مطابق شکل 39-4، توسط ولت‌متر AC مقدار ولتاژ دستگاه را اندازه بگیرید. چون ولت‌متر AC مقدار مؤثر ولتاژ را نشان می‌دهد، آیا مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار محاسبه شده توسط رابطه زیر برابر است؟

ولت ${V_e} = \frac{{{V_{pk}}}}{{\sqrt 2 }} = ....... = $ ولتاژ مؤثر برق شهر

مراحل انجام کار

6- سیگنال‌ژنراتور AF موجود در کارگاه را مورد بررسی قرار دهید و ورودی‌ها، خروجی‌ها، کلیدها، ولوم‌ها و سلکتورهای آن را شناسایی کنید. سپس نام و عملکرد هر کدام را در جدول 1-4 بنویسید. در صورتی که تعداد آنها بیش از 8 عدد است، در برگه جداگانه‌ای جدولی با سطرهای بیشتر ترسیم کنید.

جدول 1-4 نام و عملکرد کلیدها و ولوم‌ها و سلکتورهای سیگنال‌ژنراتور

شماره	نام کلید، ولوم یا سلکتور به زبان اصلی	نام کلید، ولوم یا سلکتور به زبان فارسی	شرح مختصر عملکرد کلید، ولوم یا سلکتور
1
2
3
4
5
6
7
8

7- راهنمای کاربرد دستگاه موجود در آزمایشگاه را مورد مطالعه قرار دهید و محدوده فرکانس تولیدی توسط دستگاه، حوزه کار (رنج) تغییر فرکانس، ضرایب تغییر فرکانس، ماکزیمم ولتاژ خروجی، ضرایب تضعیف، وزن، ابعاد، ولتاژ کار، توان مصرفی، درجه حرارت کار و دقت فرکانس را در جدول 2-4 بنویسید.

جدول 2-4 مشخصات فنی دستگاه

شماره	مشخصات فنی دستگاه	مقدار
1	حداقل و حداکثر فرکانس
2	حوزه تغییرات فرکانس Frequency Range
3	ماکزیمم ولتاژ خروجی
4	ضرایب تضعیف Attenuation
5	ولتاژ کار
6	توان‌مصرفی
7	دقت فرکانس
8	ابعاد و وزن
9	درجه حرارت کار

8- سیگنال‌ژنراتور را روی موج سینوسی با فرکانس 500 هرتز تنظیم کنید. به وسیله مولتی‌متر دیجیتالی حداقل و حداکثر ولتاژی که دستگاه می‌تواند تولید کند را اندازه بگیرید و یادداشت کنید.

$ = $عدد ضریب (حوزه کار یا رنج فرکانس)
$ = $عدد سلکتور فرکانس
$F = (.......) \times (.......) = .........HZ$
ولت ${V_{out\max }} = $(ولتاژ خروجی ماکزیمم)
ولت ${V_{out\min }} = $(ولتاژ خروجی مینیمم)

9- سیگنال‌ژنراتور را روی موج سینوسی با فرکانس 10000 هرتز تنظیم کنید. مجدداً به وسیله مولتی‌متر دیجیتالی حداقل و حداکثر ولتاژی که دستگاه می‌تواند تولید کند را اندازه بگیرید و یادداشت کنید.

$ = $عدد ضریب (حوزه کار یا رنج فرکانس)
$ = $عدد سلکتور فرکانس
$F = (.......) \times (.......) = ........HZ$
ولت ${V_{out\max }} = $(ولتاژ خروجی ماکزیمم)
ولت ${V_{out\min }} = $(ولتاژ خروجی مینیمم)

10- آیا در مرحله 9 حداقل و حداکثر مقدار ولتاژ خروجی تغییر نموده است؟
در صورتی که پاسخ مثبت است، علت را توضیح دهید.

11- فرکانس موج سینوسی را روی 500 هرتز و دامنهٔ ولتاژ ماکزیمم تنظیم کنید. دگمه تضعیف (Att) دستگاه را فعال کنید. ولتاژ خروجی را به وسیله مولتی‌متر اندازه بگیرید.

(ولتاژ خروجی ماکزیمم بدون تضعیف)

$V............ = {V_{out\max }} = {V_1}$

(ولتاژ خروجی ماکزیمم با تضعیف)

$V............ = {V_{out\max }} = {V_2}$

12- ولتاژ خروجی دستگاه چند برابر (مرتبه) تضعیف شده است؟

مرتبه $ = \frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = ...............$مقدار تضعیف

13- کلید تضعیف سیگنال‌ژنراتور را به حالت معمولی (در نمونه شکل 44-4 به حالت (HIGH) برگردانید و دستگاه را روی موج مربعی با فرکانس 500 هرتز تنظیم کنید) شکل 45-4). حداقل و حداکثر مقدار ولتاژ موج خروجی دستگاه را اندازه بگیرید و یادداشت کنید.

ولت $ = {V_{out\max }} = ...............$(ولتاژ خروجی ماکزیمم)
ولت $ = {V_{out\min }} = ...............$(ولتاژ خروجی مینیمم)

فرکانس‌متر دیجیتالی (Digital Ferequency Meter)

فرکانس‌متر دیجیتالی، دستگاهی است که فرکانس سیگنال متناوب را اندازه می‌گیرد و مقدار آن را روی صفحه نمایش (Display) نشان می‌دهد. در شکل 47-4 یک نمونه فرکانس‌متر دیجیتالی را مشاهده می‌کنید. حوزه اندازه‌گیری فرکانس در انواع آنها متفاوت است و با توجه به نوع دستگاه از چند هرتز تا ده‌ها مگاهرتز تغییر می‌کند. در کتاب همراه هنرجو کار کلیدها، دگمه‌ها و ولوم‌های دستگاه شرح داده شده است.

مراحل انجام کار: 

3- فانکشن ژنراتور را مطابق آزمایش‌های قبل روی موج سینوسی با فرکانس 5000 هرتز و دامنه 10 ولت پیک تنظیم کنید.

4- فرکانس‌متر را از منوی ابزار، انتخاب و روی آن دوبار کلیک چپ کنید تا روی میز کار ظاهر شود.

5- فرکانس‌متر را مطابق شکل 48-4 به سیگنال‌ژنراتور وصل‌کنید و فرکانس موج را اندازه بگیرید.

6- دگمه زمان تناوب فرکانس‌متر را فعال‌کنید و زمان تناوب موج را اندازه بگیرید. 

ثانیه $T = ...............$

7- با استفاده از رابطه $T = \frac{1}{F} = ........ = .......\operatorname{Sec} $ بررسی کنید آیا زمان تناوب صحیح اندازه‌گیری شده است؟ در صورتی که پاسخ منفی است چرا؟

مراحل انجام کار

- قبل از کار با هر نوع دستگاهی، حتماً راهنمای کاربرد آن را به دقت مطالعه کنید و در خلال انجام کار عملی دستورات ارائه شده را به اجرا درآورید.
- کلیه نکات ایمنی مربوط به دستگاه سیگنال‌ژنراتور را در مورد دستگاه فرکانس‌متر نیز رعایت کنید.

3- فرکانس‌متر دیجیتالی موجود در کارگاه را مورد بررسی قرار دهید و با استفاده از راهنمای کاربرد، ورودی‌ها، کلیدها و ولوم‌های آن را شناسایی کنید. سپس نام و عملکرد کلیدها و ولوم‌ها را در جدول 3-4 بنویسید. در صورتی که تعداد کلیدها و ولوم‌ها بیش از 8 کلید است، روی کاغذ جداگانه‌ای جدولی با سطرهای بیشتر ترسیم کنید.

جدول 3-4 نام وعملکرد کلیدها و ولوم‌های فرکانس‌متر دیجیتالی

شماره	نام کلید ورودی‌ها، یا ولوم به زبان انگلیسی	نام کلید ورودی‌ها، یا ولوم به زبان فارسی	شرح مختصر عملکرد کلید یا ولوم
1
2
3
4
5
6
7
8

4- سیگنال‌ژنراتور را روی موج سینوسی و با فرکانس 1000 هرتز و مقدار 4 ولت مؤثر تنظیم کنید.

5- فرکانس تولیدی توسط سیگنال‌ژنراتور را توسط فرکانس‌متر اندازه بگیرید و یادداشت کنید.

$F = .......HZ$

6- آیا فرکانس اندازه‌گیری شده توسط فرکانس‌متر با فرکانس تنظیم‌شده روی دستگاه انطباق دارد؟ شرح دهید.

7- دگمهٔ زمان تناوب دستگاه (Period) را فشار دهید زما نتناوب موج را اندازه بگیرید.

ثانیه $T = ..............$

8- زمان تناوب را از رابطه زیر به دست آورید.

$T = \frac{1}{F} = ............. = .............\operatorname{Sec} $

9- آیا مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار محاسبه شده تطابق دارد؟ شرح دهید.

10- سیگنال‌ژنراتور را روی موج مربعی با مقدار 5 ولت مؤثر و فرکانس 200 کیلوهرتز بگذارید و مقدار فرکانس را با فرکانس‌متر اندازه بگیرید. آیا مقدار اندازه‌گیری شده با آنچه که روی دستگاه تنظیم کرده‌اید انطباق دارد؟ شرح دهید.

11- دگمه زمان تناوب دستگاه (Period) را فشار دهید و زمان تناوب موج را اندازه بگیرید.

ثانیه $T = ..............$

12- زمان‌تناوب را از رابطه زیر به دست آورید.

$T = \frac{1}{F} = ............ = ............\operatorname{Sec} $

13- آیا مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار محاسبه شده تطابق دارد؟ شرح دهید.

اسیلوسکوپ: (oscilloscope)

نمایشگرهای تصویر، یکی از وسایل مهم زندگی روزمره ما را تشکیل می‌دهند. نمایشگر (مونیتور- Monitor) رایانه، تلویزیون، صفحه تلفن همراه و دربازکن تصویری هریک به نوعی اطلاعات مختلفی را به ما منتقل می‌کنند. یکی دیگر از دستگاه‌های نمایشگر تصویر، اسیلوسکوپ است. اسیلوسکوپ یا نوسان‌نما دستگاهی است که می‌تواند شکل موج یک سیگنال الکتریکی را به ما نشان دهد. همچنین از روی شکل موج می‌توان مقدار ولتاژ، زمان تناوب و اختلاف فاز را اندازه گرفت و فرکانس موج را محاسبه کرد. این دستگاه ولت‌متری دقیق است که می‌تواند ولتاژهای DC و AC از یک‌هزارم ولت (mv) تا چندصد ولت را اندازه‌گیری نماید. از کاربردهای دیگر اسیلوسکوپ، رسم منحنی‌های مشخصه قطعات مختلف مانند مشخصه ولت آمپر عناصر نیمه‌هادی مانند دیود و ترانزیستور است. محدوده فرکانس کار اسیلوسکوپ از فرکانس صفر (DC) تا چندصد مگاهرتز است. در شکل 50-4 یک نمونه اسیلوسکوپ با فرکانس کار 100 مگاهرتز را مشاهده می‌کنید. در شکل 51-4 نمونه‌ای دیگر از اسیلوسکوپ نشان داده شده است.

ساختمان داخلی اسیلوسکوپ

ساختمان داخلی اسیلوسکوپ از دو قسمت اصلی تشکیل شده است.
الف) صفحه نمایش
ب) مدارهای آماده‌سازی سیگنال
در شکل 52-4 ساختمان داخلی یک نوع اسیلوسکوپ را مشاهده می‌کنید.

صفحه نمایش

روی صفحه نمایش، شکل موج ترسیم می‌شود. صفحه نمایش اسیلوسکوپ‌های قدیمی صفحه لامپ اشعه کاتدیک (CRT = Cathode Ray Tube) است. شکل 53-4 لامپ اشعه کاتدیک و صفحه‌نمایش آن را نشان می‌دهد.

صفحه نمایش Liquid Cristal Display) LCD)

امروزه نمایشگرهای لامپ اشعه کاتدیک موجود با توجه به وزن، حجم و توان مصرفی زیاد به تدریج از رده خارج می‌شوند و نمایشگرهای LCD یا صفحه نمایش کریستال مایع جایگزین آنها می‌شوند. البته به‌دلیل زمان استفاده محدود صفحه تصویر اسیلوسکوپ، عمر کارکرد آنها طولانی است و روند از رده خارج شدن آنها نسبت به سایر نمایشگرها اندکی کُندتر است. در شکل 54-4 یک نمونه اسیلوسکوپ با صفحه‌نمایش LCD را مشاهده می‌کنید.

در نمایشگرهای LCD برای تولید تصویر از موادی که از نظر خواص فیزیکی بین جامد و مایع قرار دارند و به کریستال مایع مشهورند، استفاده می‌شود. کریستال مایع مانند یک شیر یا دریچه نوری قابل کنترل با ولتاژ، عمل می‌کند. بر این اساس با استفاده از مجموعه‌ای از سلول‌های کریستال مایع، با اعمال ولتاژ کنترل به هریک از آنها و با استفاده از یک منبع نور داخلی، تصویر تشکیل می‌شود.

صفحه‌نمایش Light Emitting Diode) LED):

صفحه تصویر LED یا صفحه‌نمایش با دیود نوردهنده در اسیلوسکوپ‌ها تاکنون بیشتر در حد اسیلوسکوپ‌های ساده نمونه‌سازی شده‌اند. در شکل 55-4 یک نمونه اسیلوسکوپ با صفحه‌نمایش LED را مشاهده می‌کنید. امروزه صفحه نمایش‌های تمام LED در تابلوهای روان، تبلیغاتی و تلویزیون به‌کار می‌رود.

چگونگی تشکیل تصویر

برای رسم یک تصویر روی صفحه به ابزاری مانند قلم و کاغذ نیاز است. با نقطه‌گذاری می‌توان تصویری را روی صفحه ایجاد نمود. اگر تصویر رنگی باشد، از ابزار تولیدکننده رنگ استفاده می‌شود. برای ایجاد تصویر با نور، به یک منبع تولید نور (به‌جای قلم) و صفحه نمایش به‌جای کاغذ نیاز است. در اسیلوسکوپ‌ها اگر عامل تولید نور مرکز صفحه را متأثر کند، یک نقطه نورانی مانند شکل 56-4 در وسط صفحه نمایش ایجاد می‌شود. چنانچه بخواهیم یک شکل موج مانند موج سینوسی نشان‌داده شده در شکل 57-4 را روی صفحه رسم کنیم، لازم است ابتدا قلم را به‌طور همزمان به سمت بالا (جهت عمودی) و درجهت افقی به حرکت درآوریم. پس از طی کردن تا قله‌مثبت موج، حرکت قلم در جهت عمودی و به سمت پایین صورت می‌گیرد. در تمام مراحل ترسیم شکل موج لازم است، حرکت اشعه در جهت افقی به‌طور یکنواخت صورت گیرد تا تمام موج روی صفحه ترسیم گردد. اگر هماهنگی بین حرکت در جهت عمودی و افقی صورت نگیرد، موج به درستی ترسیم نمی‌شود. ترسیم شکل‌موج روی صفحه حساس نیز به همین صورت انجام می‌گیرد. یعنی عامل تولید نور در روی صفحه نمایش به‌طور همزمان در جهت افقی و عمودی حرکت می‌کند و تصویر را ترسیم می‌نماید. حرکت همزمان در جهت افقی و عمودی را جاروب کردن (Scanning یا Sweeping) می‌گویند.

حرکت اشعه در جهت افقی و عمودی در لامپ CRT

هر نقطه از شکل موج دارای مختصاتی در جهت افقی و عمودی است. برای حرکت اشعه در جهت عمودی، بعد از تفنگ الکترونی دو صفحه وجود دارد. هنگامی‌که اشعه از میان این دو صفحه عبور می‌کند، اگر پتانسیل هریک از صفحات نسبت به دیگری مثبت‌تر گردد، اشعه در جهت آن صفحه منحرف می‌شود. این صفحات را «صفحات انحراف عمودی» می‌نامند. علاوه‌بر این صفحات، دو صفحه دیگر برای انحراف اشعه در جهت افقی نیز وجود دارد که «صفحات انحراف افقی» نامیده می‌شوند. شکل 58-4 صفحات انحراف افقی و عمودی را نشان می‌دهد. برای تمرکز و شتاب دادن اشعه الکترونی تعدادی استوانه (آند شتاب‌دهنده و متمرکزکننده) وجود دارد. نقش این آندها دادن سرعت بیشتر به الکترون‌ها و تمرکز آنها روی صفحه است. 

در شکل 59-4 ساختمان لامپ اشعه کاتدیک و موقعیت آندهای شتاب‌دهنده را مشاهده می‌کنید.

اکنون تاحدودی به چگونگی تشکیل تصویر در CRT آشنا شده‌اید. همچنین در کتاب همراه درباره عملکرد دگمه‌ها، ولوم‌ها و سلکتورهای یک نمونه اسیلوسکوپ توضیح داده‌شده است که در صورت نیاز می‌توانید به آن مراجعه کنید. چون معمولاً اسیلوسکوپ‌های قدیمی با لامپ تصویر CRT بیشتر در دسترس قرار دارد، نمونه انتخاب شده مطابق شکل 62-4 از نوع CRT است. یادآور می‌شود که کار با نمونه‌های دیگر تفاوت چندانی با اسیلوسکوپ CRT ندارد. در ادامه به چگونگی استفاده از اسیلوسکوپ مربوط به نرم‌افزار در قالب کارعملی می‌پردازیم.

مراحل انجام کار

2- نرم‌افزار مولتی‌سیم را فعال کنید و اسیلوسکوپ سه‌بعدی را روی میز کار حاضر کنید.

4- با اطلاعاتی که در فیلم مربوط به عملکرد اسیلوسکوپ موجود در نرم‌افزار دیده‌اید، در جدول شماره 4-4، ورودی، کار دگمه‌ها و ولوم‌های شماره‌گذاری شده را به اختصار بنویسید.

جدول 4-4 نام و عملکرد کلیدها و ولوم‌های اسیلوسکوپ نرم‌افزار

شماره ورودی‌ها، دگمه یا ولوم	نام ورودی‌ها، دگمه یا ولوم به زبان انگلیسی	معنی فارسی	شرح عملکرد به اختصار
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

5- مدار آزمایش پروب را مطابق شکل 64-4 ببندید و سپس دستگاه اسیلوسکوپ را روشن کنید و با تنظیم ولوم Time/Div و Volt/Div و سایر کلیدها و ولوم‌ها، حدود دو تا سه سیکل از موج مربعی کالیبره را روی صفحه نمایش ظاهر کنید. در صورت نیاز از معلم کارگاه کمک بگیرید.

6- دامنه پیک تا پیک موج را اندازه بگیرید.

7- زمان تناوب موج را اندازه بگیرید سپس فرکانس موج را محاسبه کنید.

$Volt/Div = ......$ ضریب
$Vpp = (......) \times (......) = .......V$
$Time/Div$ ضریب
$T = (......) \times (......) = .......\sec $
$F = ..................HZ$

اندازه‌گیری ولتاژ DC

9- برای اندازه‌گیری ولتاژ DC مدار شکل 66-4 را ببندید.

10- کلید Volt/Div کانال 1 را روی 5 ولت تنظیم کنید.

11- به وسیله کلید انتخاب DC-GND-AC خط GND را در وسط صفحه مدرج تنظیم کنید.

12- کلید DC را فعال کنید. خط مطابق شکل 66-4 پرش می‌کند. مقدار ولتاژ در این حالت برابر است با:

ولت $ = $( $Volt/Div$ ضریب)$ \times $(میزان پرش)${V_{DC}} = $

اندازه‌گیری کمیت‌های موج سینوسی

13- فانکشن ژنراتور موجود در نرم‌افزار را روی محیط کار بیاورید و فرکانس موج سینوسی را روی 1000 هرتز و دامنه پیک 4 ولت تنظیم کنید. مدار شکل 67-4 را ببندید.

14- اسیلوسکوپ را روشن کنید و با تنظیم ولوم Time/Div و Volt/Div و سایر کلیدها و ولوم‌ها، حدود دو تا سه سیکل از موج را روی صفحه نمایش ظاهر کنید.

15- دامنه پیک تا پیک موج را اندازه بگیرید.

$Volt/Div = ......$ ضریب
${V_{pp}} = (........) \times (........) = ............V$

16- زمان‌تناوب موج را اندازه بگیرید و سپس فرکانس موج را محاسبه کنید.

$Volt/Div = ......$ ضریب
$T = (.......) \times (.......) = ...........\sec $
$F = ............HZ$

ظاهر نمودن دو موج روی صفحه نمایش

17- مدار شکل 68-4 را ببندید. فانکشن ژنراتور 1 را روی موج سینوسی با فرکانس 2000 هرتز و دامنه پیک 10 ولت و فانکشن ژنراتور 2 را روی موج مربعی با فرکانس 1000 هرتز و دامنه پیک 5 ولت تنظیم کنید.

18- اسیلوسکوپ را روشن کنید و با تنظیم ولوم Time/Div و Volt/Div و سایر کلیدها و ولوم‌ها، حدود دو تا سه سیکل از موج را مانند شکل 69-4 روی صفحه نمایش ظاهر کنید.

19- دامنه پیک‌ تا پیک موج‌ها را اندازه بگیرید.

20- زمان تناوب موج‌ها را اندازه بگیرید.

21- فرکانس موج‌ها را محاسبه کنید.

${V_{1pp}} = ...............V$ (ولتاژ سینوسی)
${V_{2pp}} = ...............V$ (ولتاژ مربعی)
${T_1} = ...............\sec $ (موج سینوسی)
${T_2} = ...............\sec $ (موج مربعی)
${F_1} = ...............HZ$ (موج سینوسی)
${F_2} = ...............HZ$ (موج مربعی)

مراحل انجام کار

4- اسیلوسکوپ را روشن کنید و برای ظاهر نمودن موج مربعی کالیبره با دگمه‌ها، ولوم‌ها و سلکتورهای دستگاه به ترتیب کار کنید و سپس نام و شرح عملکرد هرکدام را در جدول 5-4 بنویسید.

جدول 5-4 نام و عملکرد کلیدها و ولوم‌های اسیلوسکوپ

شماره دگمه یا ولوم	دگمه یا ولوم به زبان انگلیسی	معنی فارسی	شرح عملکرد به اختصار
1
2
3
4
5

5- روی صفحه حساس اسیلوسکوپ خط روشن (خط Ground) را ظاهر کنید. خط را در وسط صفحه نمایش قرار دهید. خط ظاهر شده در روی صفحه باید دارای شدت نور کافی و کمترین ضخامت باشد.

6- برای تنظیم خط چه کلیدها و ولوم‌هایی را تنظیم نموده‌اید؟ به ترتیب مراحل اجرای کار را بنویسید.

7- وضعیت کلیدهای زیر را پس از تنظیم در مقابل هریک بنویسید.

الف) کلیدهای DC-GND-AC .................................
ب) ولوم‌های موقعیت عمودی و افقی .......................
پ) عدد کلیدسلکتور Time/DIV .............................
ت) عدد کلیدسلکتور VOLT/DIV ............................

8- اگر خط GND دقیقاً روی خط افقی مدرج روی صفحه حساس نباشد، چگونه خط را تنظیم می‌کنیم؟ شرح دهید.

9- پروب BNC را به ورودی کانال 1 (ورودی X) و طرف دیگر آن را به ترمینال مولد موج مربعی اسیلوسکوپ وصل کنید.

10- موج مربعی کالیبره را مطابق شکل 70-4 و به صورت کاملاً پایدار روی صفحه حساس ظاهر کنید.

11- شکل موج را در نمودار شکل 71-4 رسم کنید.

13- وضعیت کلیدها و سلکتورهای زیر را پس از تنظیم برای نمایش موج مربعی کالیبره بنویسید.

الف) کلیدهای DC-GND-AC .........................
ب) کلید MODE ..........................................
پ) کلید SOURCE ......................................
ت) عدد کلیدسلکتور VOLT⁄DIV ...................
ث) عدد کلیدسلکتور Time⁄DIV ....................

14- دامنه پیک تا پیک موج مربعی را محاسبه‌کنید.

${V_{pp}} = (.............) \times (.............)$
$Vpp = ....................V$

15- زمان‌تناوب موج مربعی را محاسبه‌کنید.

$T = (.............) \times (.............)$
$T = .....................\operatorname{Sec} $

16- فرکانس موج را محاسبه‌کنید.

$F = \frac{1}{T} = ................ = ............Hz$

17- ولوم (Volt Variable (VAR را در جهت عکس حرکت عقربه‌های ساعت بچرخانید و هم زمان با چرخاندن ولوم، اثر آن را روی موج صفحه حساس مشاهده کنید.

18- ولوم VAR را در حالت کالیبره قرار دهید.

19- ولوم (Time Variable (VAR را برعکس حرکت عقربه‌های ساعت بچرخانید و هم زمان با چرخاندن ولوم، اثر آن را روی موج صفحه حساس مشاهده کنید.

20- زمان تناوب موج مربعی چند مرتبه کاهش یافته است؟

21- ولوم VAR را در حالت کالیبره قرار دهید.

22- ولوم VAR چه کاربردی دارد؟

24- اسیلوسکوپ را خاموش‌کنید و میزکار را برای آزمایش بعدی آماده نمایید.

مراحل انجام کار

3- اسیلوسکوپ را روشن کنید و برای ظاهر نمودن موج ولتاژ DC به ترتیب با دگمه‌ها، ولوم‌ها و سلکتورهای دستگاه کارکنید و سپس نام و شرح عملکرد آنها را در جدول 6-4 بنویسید.

جدول 6-4 نام وعملکرد کلیدها و ولوم‌های اسیلوسکوپ

شماره دگمه یا ولوم	نام دگمه یا ولوم به زبان انگلیسی	معنی فارسی	شرح عملکرد به اختصار
1
2
3
4

4- قبل از اعمال سیگنال به ورودی دستگاه، مکان صفر اشعه را در وسط صفحه حساس تنظیم کنید.

5- نور اشعه را طوری تنظیم‌کنید که به راحتی قابل مشاهده باشد. اشعه را تا حد ممکن کانونی کنید.

6- منبع تغذیه را روی ولتاژ 6 ولت تنظیم‌کنید و آن را به ورودی کانال 1 اسیلوسکوپ وصل‌کنید.

7- کلیدهای DC-GND-AC را در حالت DC قرار دهید. موج روی صفحه نمایش پرش می‌کند. باید کلیدها و ولوم‌ها را به‌درستی تنظیم‌کنید تا موج مانند شکل 74-4 روی صفحه ظاهر شود.

8- شکل موج را در نمودار 75-4 رسم‌کنید.

9- وضعیت کلیدها و سلکتورهای زیر را پس از تنظیم برای اندازه‌گیری ولتاژ DC بنویسید.

الف) کلیدهای AC-GND-DC ............................
ب) کلید MODE .............................................
پ) کلید SOURCE .........................................
ت) عددسلکتور VOLT/DIV .............................
ث) عدد سلکتور Time/DIV .............................

10- مقدار ولتاژ DC را محاسبه کنید.

$ \times ({\text{VOLT /DIV}})$(تعداد خانه‌های پرش موج در جهت عمودی)${V_{DC}} = $
${V_{DC}} = (.........) \times (.........)$
${V_{DC}} = ...................V$

11- ولتاژ منبع تغذیه را به آرامی از 6 ولت به صفر ولت تغییر دهید و به حرکت اشعه روی صفحه حساس توجه کنید و نتیجه را یادداشت کنید.

12- اسیلوسکوپ را خاموش‌کنید و میزکار را برای آزمایش بعدی آماده نمایید.

مراحل انجام کار

3- اسیلوسکوپ را روشن کنید و برای ظاهر نمودن موج سینوسی دگمه‌ها، ولوم‌ها و سلکتورهای دیگِر دستگاه اسیلوسکوپ را که تاکنون با آنها کار نکرده‌اید، به کار ببرید و نام و شرح عملکرد کلیدها یا ولوم‌ها را در جدول 7-4 بنویسید.

جدول 7-4 نام و عملکرد کلیدها و ولوم‌های اسیلوسکوپ

شماره دگمه یا ولوم	نام دگمه یا ولوم به زبان انگلیسی	معنی فارسی	شرح عملکرد به اختصار
1
2
3
4

4- سیگنال‌ژنراتور را روی موج سینوسی با فرکانس 1000 هرتز و مقدار مؤثر 5 ولت تنظیم‌کنید.

5- توسط ولت‌متر AC ولتاژخروجی سیگنال‌ژنراتور را اندازه بگیرید و یادداشت کنید.

${V_e} = ................V$(ولتاژ مؤثر)

6- موج سیگنال‌ژنراتور را به یکی از کانال‌های اسیلوسکوپ (کانال 1 یا کانال 2) وصل‌کنید و اسیلوسکوپ را روشن کنید.

7- برای ظاهر نمودن حدود دو سیکل از موج سینوسی روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ، تنظیمات لازم را انجام‌دهید.

8- وضعیت کلیدها و سلکتورهای زیر را پس از تنظیم برای مشاهده شکل موج سینوسی بنویسید.

الف) کلیدهای AC-GND-DC ..................
ب) کلید MODE ...................................
پ) کلید SOURCE ...............................
ت) عدد کلیدسلکتور VOLT/DIV .............
ث) عدد کلیدسلکتور Time/DIV .............

9- آیا برای ظاهر نمودن موج روی صفحه‌نمایش، کلیدها و ولوم‌های دیگری را نیز تنظیم نموده‌اید؟ شرح دهید.

10- شکل موج سینوسی را در نمودار 76-4 رسم کنید.

11- کمیت‌های مربوط به موج سینوسی را اندازه بگیرید.

${V_{pp}} = (..........) \times (..........)$
$..............Vpp = ................V$
$T = (...........) \times (...........)$
$................T = ...............\operatorname{Sec} $
$F = \frac{1}{T} = ................ = .......Hz$

12- اگر کلیدهای DC-GND-AC را در حالت DC قرار دهید. شکل موج روی صفحه نمایش چه تغییری می‌کند؟ علت را شرح دهید. 

13- اسیلوسکوپ را خاموش‌کنید و میزکار را برای آزمایش بعدی آماده نمایید.

مراحل انجام کار

2- سیگنال‌ژنراتور را روی موج سینوسی با فرکانس 5000 هرتز و مقدار مؤثر 4 ولت تنظیم‌کنید.

3- موج خروجی سیگنال‌ژنراتور را به کانال 1 وصل‌کنید و اسیلوسکوپ را روشن کنید.

4- برای ظاهرنمودن حدود دو سیکل از موج سینوسی روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ، تنظیمات لازم را انجام دهید.

5- وضعیت کلیدها و سلکتورهای زیر را پس از تنظیم در محل‌های تعیین شده بنویسید.

الف) کلید MODE ..................................
ب) کلید SOURCE ................................
پ) عدد کلیدسلکتور VOLT/DIV ..............
ت) عدد کلیدسلکتور Time/DIV ...............

6- شکل موج سینوسی را در نمودار 77-4 رسم‌کنید.

7- کمیت‌های موج سینوسی را اندازه بگیرید.

${V_{pp}} = (........) \times (........){V_{pp}} = ..........V$
$T = (.........) \times (.........)T = ..........\operatorname{Sec} $
$F = \frac{1}{T} = ............... = ...............HZ$

9- موج مربعی کالیبره را به کانال دیگر اسیلوسکوپ وصل کنید و موج دو کانال را به صورت پایدار روی صفحه نمایش ظاهر کنید و شکل موج‌ها را در نمودار شکل 78-4 رسم کنید.

10- با کدام کلید می‌توانیم دو موج ظاهر شده روی صفحه نمایش را جمع لحظه‌ای کنیم؟ این موضوع را تجربه کنید و شکل موج روی صفحه نمایش را در شکل 79-4 رسم کنید.

13- اسیلوسکوپ را خاموش‌کنید و میزکار و ابزار و قطعات را مرتب‌کنید.