ดิจิตอล ออสซิลโลสโคป

ดิจิตอล ออสซิลโลสโคป

ออสซิลโลสโคปคืออะไร, คุณสามารถทา อะไรกับออสซิลโลสโคปได้บ้าง, มันทา งานอย่างไร, ในส่วนนี้
จะสามารถตอบคาถามคุณได้
ออสซิสโลสโคปเป็นอุปกรณ์ที่แสดงกราฟ (รูปที่1) โดยที่กราฟแสดงเป็นรูปสัญญาณทางไฟฟ้าที่
เปลี่ยนแปลงตามเวลา ในแกนตั้ง (Y หรือ Vertical) แสดงแรงดันหรือแอมปลิจูด และแกนนอน
(X หรือHorizontal) แสดงเวลา ความสว่างหรือความเข้มของสัญญาณแสดงบนแกน Z ตัวอย่างของกราฟ สามารถ
บอกคุณได้ในหลาย ๆอย่างที่เกี่ยวกับสัญญาณ เช่น
- แสดงค่า ของคาบเวลาและระดับของแรงดันของสัญญาณ
- คานวณค่าความถี่ของสัญญาณบนออสซิลโลสโคป
- แสดงรายละเอียดของสัญญาณในแต่ละตาแหน่ง
- แสดงส่วนประกอบของสัญญาณที่ผิดเพี้ยน
- สามารถหาขนาดของสัญญาณไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสสลับ

- สามารถหาขนาดสัญญาณรบกวน (Noise) และการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณรบกวนตามเวลา

 ความหมายของออสซิลโลสโคป
ออสซิลโลสโคปแบบหลอดภาพรังสีแคโทด (cathode – ray tube oscilloscopes;
CRO) โดยทั่วไปเรียกว่า ออสซิลโลสโคป หรือสโคป
เป็นเครื่องมือวัดที่ใช้ประโยชน์ได้หลายประการในทางไฟฟ้า
แรงดันไฟตรงหรือไฟสลับสามารถแสดงได้ด้วยการใช้ออสซิลโลสโคปได้โดยตรง
สาหรับค่าทางไฟฟ้าอื่นๆต้องทาการวัดโดยอ้อมเช่น กระแสไฟตรงหรือไฟสลับ มุมต่างเฟส
ความถี่และคาบเวลาของรูปแบบคลื่น การประเมินผลเกี่ยวกับช่วงเวลาขึ้น ช่วงเวลาตก
และค่าแรงดันพุ่งเกิน เป็นต้น นอกจากนั้นปริมาณทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่ใช่ไฟฟ้า เช่น ความดัน
แรงเฉือน อุณหภูมิ และความเร่ง จาเป็นต้องใช้ตัวแปลงสัญญาณ
(transducer)ไปเป็นค่าความต่างศักย์หรือแรงดันเสียก่อนจึงจะนาออสซิลโลสโคปมาประกอบการ
วัดสัญญาณ
อย่างไรก็ตามประโยชน์ใช้งานของออสซิลโลสโคปยังถูกจากัดอยู่ที่ความสามารถของผู้ใช้งานด้วย
(Larry and Foster, 1995, p.176)
ส่วนประกอบของออสซิลโลสโคป
สิ่งสาคัญที่เป็นหัวใจของเครื่องมือวัดออสซิลโลสโคปก็คือหลอดภาพรังสีแคโทด
ส่วนระบบย่อยอื่นๆนั้นก็ยังมีความจาเป็นต่อสถานะของสัญญาณด้วยเช่นกัน
ดังนั้นเราจะสามารถเห็นสัญญาณขาเข้าซึ่งเป็นสัญญาณที่ต้องการวัดค่าได้จากการแสดงผลบน ห
น้าจอของหลอดภาพรังสีแคโทด
นอกจากนี้ออสซิลโลสโคปยังเป็นเครื่องมือวัดที่ช่วยในการประเมินผลจึงเป็นผลทาให้ถูกนาไปใช้งา
นอย่างแพร่หลายเพิ่มมากขึ้น
อย่างไรก็ตามส่วนประกอบของออสซิลโลสโคปโดยทั่วไปอาจแสดงดังรูปที่ 6.1 ซึ่งจะประกอบด้วย
6 ระบบย่อยหลัก (Larry and Foster, 1995, p.176) ดังนี้
1.หลอดภาพรังสีแคโทด (cathode – ray tube; CRT)
2.วงจรขยายสัญญาณแนวตั้ง (vertical amplifier)
3.วงจรขยายสัญญาณแนวนอน (horizontal amplifier)
4.แหล่งกาเนิดสัญญาณกวาด (sweep generator)
5.วงจรจุดชนวน (trigger circuit)
6.แหล่งจ่ายพลังงานต่างๆ (associated power supplies)

 

ออสซิลโลสโคปแบบ Digital Storage Oscilloscope

ระบบของDSO บางส่วนมีความคล้ากับ ระบบ Analog สโคป อย่างไรก็ตามDigital สโคปมีระบบขอ
มูลประมวลผล ( Data Processing Systems) ด้วยระบบของดิจิตอลทาการรวบรวมข้อมูลของ
สัญญาณที่เข้ามาและทาการแสดงเริ่มต้นด้วยภาครับ(input)สัญญาณของ DSOคือ ส่วนขยายแนวตั้ง(Vertical Amplifier)จะเหมือนกับAnalog สโคป (Vertical Attenuation) ซึ่งทา หน้าที่ปรับช่วงขนาดแรงดัน
หลังจากนั้น สัญญาณถูกแปลงจากสัญญาณ Analog เป็น Digital (Analog-to-Digital Converter orADC) ใน Acquisition System แทนด้วยจุด ณ เวลาที่ทา การจับ(Sample) เรียกว่า Sample point จุดเหล่านี้
แทนค่าแรงดันขณะที่ Sampleต่อ เวลาหนึ่ง ClockของระบบHorizontalเป็นตัวกาหนดช่วงSample ของ ADC
ช่วงของClock คือ ช่วงของการจับ (Sample rate) มีหน่วยเป็น Sample/second จุดSample จากADC ถูกเก็บใน
หน่วยความจา เรียกว่า Waveform point ซึ่งเก็บแบบจุดต่อจุด คือ 1 Sample point = 1 Waveform point
ขณะเดียวกัน 1 waveform point จะสร้าง 1 waveform record ลา ดับของWaveform point ใช้สร้าง
Waveform record เรียกว่า record length ระบบtriggerจะกาหนดการเริ่มต้นหรือหยุดการบันทึก การแสดงผล
จะทา หลังจากมีการเก็บข้อมูลเหล่านี้แล้ว
ด้วยความสามารถบนออสซิลโลสโคป หน่วยประมวลผลเพิ่มพื้นที่ของจุดSample,เพิ่มหน้าจอ ทา ให้
สามารถใช้ Pretrigger แสดงเห็นการก่อนการtrigได้
สัญญาณ DSOรวมอยู่ในmicroprocessor สัญญาณที่วัดจะผ่านหน่วยประมวลผลนี้ไปยังส่วนของการ
แสดงผล หน่วยประมวลผลจะทางานทั้งการแสดงผล,การจัด การควบคุมบนสโคปและอื่นๆ ซึ่งเรียกการทางาน
แบบนี้ว่า “ Serial Processing”

ออสซิลโลสโคปแบบ Digital Phosphor Oscilloscopes
Digital Phosphor Oscilloscopes ( DPO ) เป็น สถาปัตยกรรมใหม่ของออสซิลโลสโคป มีความใกล้เคียง Analog Oscilloscope การทา งานส่วนแรกคือ Vertical Amplifier จะเหมือนกับ DSO ส่วนที่2 คือ ADC
แต่หลังจากส่วนนี้DPOจะแตกต่างจาก DSO จุดเด่นคือมีการแสดงความเข้มของสัญญาณ (intensity) คล้ายกับ Analog CRT ในอดีตAnalogจะอาศัยสารเคมีเรืองแสงในการแสดงผลแต่DPOใช้เพียงอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้นด้วยการปรับปรุงข้อมูลที่แสดงผลอย่างต่อเนื่อง โดยข้อมูลจะถูกแยกเป็นเซลล์ แสดงผลเป็นจุด ( pixel )บนหน้าจอทุกเวลาที่จับสัญญาณข้อมูลจะถูก วางบนเซลล์ แต่ละเซลล์สามารถแสดงผลที่ซ้า ๆกันได้ด้วยการกาหนดความเข้มของสัญญาณบนจอ
เมื่อข้อมูลของDPOถูกส่งมาที่ส่วนแสดงผล จะแสดงพื้นที่ความเข้มของรูปสัญญาณในความถี่ของ
สัญญาณในแต่ละจุดซึ่งคล้ายกับ การแสดงความเข้มของAnalogสโคป(จะแตกต่างจากAnalogที่ DPO สามารถแสดงเป็นโทนสีที่แตกต่างกันได้ ) DPOทาให้ง่ายในการดูความแตกต่างระหว่างสัญญาณที่เกิดขึ้นทุกๆการtrigกับสัญญาณที่เกิดขึ้นหนึ่งครั้งใน100การtrigหรือ มากกว่า
สิ่งสาคัญคือ DPOมีกระบวนการประมวลผลแบบขนาน (Parallel Processing) โดยแยกเอาส่วนสาคัญบางส่วนออกจากกระบวนการAcquisition คล้ายกับDSOที่DPOใช้microprocessorในการแสดงผล, การวัดอัตโนมัติและการวิเคราะห์สัญญาณ แต่DPOจะใช้microprocessorอีกตัวในการคานวณดังรูป

ส่วนของการวัดค่า (Measurement Terms)
โดยทั่ว ๆ ไปรูปแบบของสัญญาณที่ความซ้าคาบเวลา เช่นสัญญาณเสียง, คลื่นสมอง, คลื่นมหาสมุทร
และแรงดันไฟฟ้าล้วนเป็นสัญญาณซ้าคาบ ออสซิลโลสโคปใช้วัดแรงดันไฟฟ้า (Voltage Wave) โดยหนึ่งคาบ
เวลาจะมีคลื่นซ้าตาแหน่งกัน รูปคลื่นจะแสดงด้วยกราฟแกนนอนเป็นเวลา และแกนตั้งเป็นแรงดัน
รูปร่างของรูปคลื่นจะบอกรายละเอียดของสัญญาณ ทุกครั้งที่เห็นการเปลี่ยนแปลงที่ส่วนสูงของ
สัญญาณแสดงให้เห็นว่าแรงดันมีการเปลี่ยนแปลง หรือทุกครั้งที่เห็น เส้นตรงในแนวนอนแสดงให้เห็นว่าในด้าน
เวลาไม่มีการเปลี่ยนแปลง เส้นตรงที่แสดงการเปลี่ยน(linear change)คือ rise/Fall ของแรงดัน
มุมของรูปสัญญาณแสดงการเปลยี่ นอย่างรวดเร็วในรูป จะแสดงลักษณะของสัญญาณที่เห็นโดยทั่ว ๆ ไป

รูปคลื่นชนิดต่าง ๆ (Type of Wave)
สามารถจาแนกชนิดต่าง ๆ ของรูปคลื่นได้เป็น
- Sine Wave
- Squave และ Rectanqular Waves
- Triangle และ Sawtooth Waves
- Step และ Pulse Shapes
- Complex wave

อ้างอิง

img33.imageshack.us/img33/7729/97472014.pdf‎
www.trinergy.co.th/resource/xyz%20scope.pdf‎

นาย สันติพร ปองนาน 

55070502844 วิศวกรรมไฟฟ้า