ออสซิลโลสโคป...

ออสซลโลสโคปOscilloscope

Analog Oscilloscope

Digital Oscilloscope

การเชอมตอกบคอมพวเตอร

การเชอมตอกบคอมพวเตอร

LabVIEW software

ตวอยางการใช LabVIEW ในงานระบบควบคม

เนอหา

• สวนประกอบของ Oscilloscope

• การท างานของ Oscilloscope

• วธการใชงาน Oscilloscope

• การใชงาน Oscilloscope ในการวดปรมาณไฟฟาตางๆ

- ขนาดของรปคลน

- คาบ / ความถของรปคลน

- เฟสของรปคลน และ ระหวาง 2 รปคลน

ลกษณะการใชงาน Oscilloscope

• ใชในงานดานไฟฟา อเลกทรอนกส การสอสารโทรคมนาคม

• ใชวดและวเคราะหรปคลน รวมทงปรากฏการณอนๆ ในวงจรอเลกทรอนกส

• สญญาณทปรากฏ จะมการเปลยนแปลงตลอดเวลา ซงจะแสดงผลเปนรปคลนของปรมาณนนๆ เทยบกบเวลา

ลกษณะสญญาณทไดจาก Oscilloscope

สวนประกอบของ Oscilloscope

1. หลอดภาพรงสแคโทด (Cathode Ray Tube)

2. วงจรขยายการเบยงตามเบนแนวตง (Vertical Deflection Amplifier)

3. วงจรขยายการเบยงตามเบนแนวนอน (Horizontal Deflection Amplifier)

4. ภาคก าเนดสญญาณสวปหรอฐานเวลา (Sweep of Time Base Generator)

5. วงจรทรกเกอร (Trigger Circuit)

6. แหลงจายไฟฟา (Power Supply)

โครงสรางของ Oscilloscope

Block Diagram

หลอดภาพรงสแคโทด (Cathode Ray Tube, CRT)

• สวนแสดงผลของสญญาณออกเปนรปคลนตางๆ

• แบงออกเปน 2 ภาค คอ

- ภาคไทรโอด (Triode Section)

- ภาคปรบโฟกส (Focusing Section)

• เรยกทง 2 ภาค รวมกนวา “ ปนอเลกตรอน (Electron Gun) ”

• สรางล าอเลกตรอนปลอยใหไปกระทบสารเรองแสงทเคลอบผวดานในจอภาพ เกดเปนล าแสงขน

ภาพรวมของหลอด CRT

ภาคไทรโอด (Triode Section)

• เปนหลอดสญญากาศ (Vacuum Tube) ชนดไทรโอด

• มโครงสราง 3 สวน คอ

- แคโทด (Cathode) ท าจาก Ni ถกปอนดวยแรงดน จะเกดความรอน และปลอยอเลกตรอนออกมา

- กรดควบคม (Control Grid) ท าจาก Ni เปนทรงกระบอก มรเลกตรงกลาง ไวคอยควบคมจ านวนอเลกตรอนทแคโทดปลอยมา

- เพลต หรอ แอโนด (Plate or Anode) ท าหนาทเรงความเรวอเลกตรอน

สวนประกอบภาคไทรโอด (Triode Section)

สวนประกอบภาคไทรโอด (Triode Section)

ภาคปรบโฟกส (Focusing Section)

• เรยกรวมกนวา “เลนสอเลกตรอน (Electron Lens)”

• ท าหนาทเรง (Accelerating) และปรบโฟกส (Focusing)

• ประกอบดวย 3 สวน ดงน

- Pre-accelerating Anode, A1 เรงความเรวอเลกตรอน เขา A2

- Focus Anode, A2 ปรบโฟกสเพอใหล าอเลกตรอนเลกทสด

- Accelerating Anode, A3 ท าหนาทเรงความเรวอเลกตรอนอกครง เพอสงอเลกตรอนไปภาคเบยงเบน (Deflection Section)

• ปรบโฟกสดวยเลนสอเลกตรอนทสรางมาจากสนามไฟฟา ระหวาง A1, A2,

A3

สวนประกอบภาคปรบโฟกส (Focusing Section)

แรงดนแหลงจายทต าแหนงตางๆ ของ CRT

Typical CRTConnection

ภาคการเบยงเบน (Deflection Section)

• มหนาทท าใหล าอเลกตรอนเบยงเบนไปยงสดทตองการบนจอภาพ

• ใชหลกการเบยงเบนทางไฟฟาสถต (Electrostatic Deflection)

• ภาคการเบยงเบนม 2 สวนคอ

1. เบยงเบนตามแนวตง (Vertical Deflection) ท าใหล าอเลกตรอนเคลอนทในแนวตง (แกนขนาด)

2. เบยงเบนตามแนวนอน (Horizontal Deflection) ท าใหล าอเลกตรอนเคลอนทในแนวนอน (แกนเวลา)

สวนเบยงเบนใน Oscilloscope

การเบยงเบนจากไฟฟาสถต (Electrostatic Deflection)

• เพลตทมโลหะขวบวก (+) จะมแรงดงดด e- ใหวงเขาหาตว• เพลตทมโลหะขวลบ (-) จะมแรงผลก e- ใหวงออกจากตว

ลกษณะการเบยงเบนของล าอเลกตรอนจากภาคการเบยงเบน

ลกษณะการเบยงเบนของล าอเลกตรอนจากภาคการเบยงเบน

สวนควบคมสญญาณทางแนวตง (Vertical Control)

• ประกอบดวยวงจรทส าคญ 2 วงจร คอ

- วงจรลดทอนสญญาณ (Vertical Attenuator) ลดขนาดสญญาณ input ทเขามา

- วงจรขยายทางแนวตง (Vertical Amplifier) ขยายสญญาณใหเหมาะสมกบการแสดงผล ซงจะปอนตอไปยงแผนเบยงเบนทางแนวตง เพอสรางสนามไฟฟาไปเบยงเบนล าอเลกตรอน

สวนควบคมสญญาณทางแนวนอน (Horizontal Control)

ประกอบดวยวงจรทส าคญ คอ

- วงจรก าเนดความถการกวาด (Sweep or Time Base Generator)

ผลตสญญาณรปฟนเลอย (Saw-tooth)

สญญาณฟนเลอยจะถกปอนไปยงแผนเบยงเบนทางแนวนอน ท าใหล าอเลกตรอนเบยงเบนหรอกวาดในแนวนอน

สวนควบคมสญญาณทางแนวนอน (Horizontal Control)

• ถาความถของสญญาณรปฟนเลอยไมสมพนธกบสญญาณทถกปอนเขามาจาก input จะท าใหไดรปคลนของสญญาณไมนง

• ถาตองการรปคลนทนง จะตองปรบความถการกวาดใหตรงกบสญญาณ “วธการเขาจงหวะ (Synchronization)”

การควบคมสญญาณ แนวตง และ แนวนอน

ภาพทปรากฏขนบนจอ ผลรวมของสญญาณในแนวนอนและแนวตง

รปคลนทแสดงบนจอภาพ

• รปคลนตวอยาง

การปรบ Time Base เพอการเขากนของสญญาณ input กบ สญญาณฟนเลอย

จอภาพ (Screen)

• เคลอบผวดานในดวยสายฟอสฟอร (Phosphor)

• เมอ e- ชนจอภาพจะท าใหฟอสฟอรดดซบพลงงานจลนจาก e- แลวปลอยพลงงานทมความถในยานทตามองเหนได

• ความเขมของแสงทปลอยออกมาจากจอภาพ เรยกวา “ลมแนนซ (Luminance)

ความเขมแสงทปลอยออกมาจากจอภาพ ขนอยกบ

1. จ านวน e- ทพงชนจอตอวนาท

2. พลงงานจลนของ e- ทพงชนจอ

3. เวลาทล า e- ชนสวนจอทก าหนด (ขนกบความเรวการ sweep)

4. ขนอยกบคณสมบตทางฟสกสของสารฟอสฟอร

** ขอควรระวงอยาปรบความเขมมาก เพราะจะท าใหจอไหม และท าลายสารเคลอบ ท าใหแสงทเปลงออกมาลดลงมาก

การปรบความเขมของล าอเลกตรอน

1. ปมปรบความเขมแสง (Intensity Control) ควบคมคาศกยไฟฟาลบของกรดควบคมภาคไทรโอด

2. ปมปรบโฟกส (Focus Control) ตอกบ Focus Anode, A2 จะปรบล า e- ใหเลกทสดเพอความคมชด

3. ปมปรบการพรามว (Astigmatism Control) แกปญหาการพรามวทขอบจอ (เนองจากระยะทางเปลยนไปจากเดม) เกดความคมชดเฉลยทวทงจอภาพ

ปมปรบโฟกส ปมปรบความเขมแสง

ทวไป จ านวนชอง แนวตง : แนวนอน 8 : 10

ลกษณะการเกดภาพบนจอ

• การเบยงเบนแนวตง (y) จะขนอยกบความไวแนวตง (Vertical Sensitivity,

SV) ทเลอกไว

• SV คอ ขนาดแรงดนทตองการเพอใหเกดการเบยงเบนของจด 1 ชอง (V/Div)

• การเบยงเบนแนวนอน (x) จะขนอยกบความไวแนวตง (Horizontal

Sensitivity, SH) ทเลอกไว

• SH คอ ขนาดเวลาทตองการเพอใหเกดการเบยงเบนของจด 1 ชอง (T/Div)

ลกษณะการเกดภาพบนจอ (2)

โพรบ (Probe)

• เปนอปกรณทใชน าสญญาณจากภายนอกเขาสออสซลโลสโคป

• สามารถใชสญญาณความถสงและปองกนสญญาณรบกวนจากสงแวดลอมได

• ท าหนาทเปนตวลดทอนสญญาณ โดยทวไปม 2 ระดบ

- x1 คอ ไมมการลดทอนสญญาณ

- x10 คอ มการลดทอนสญญาณลง 10 เทา

สายโพรบCoaxial Cable

สวนประกอบของโพรบ

การตอโพรบเขากบ Oscilloscope

ตอจดน

การปรบแตงโพรบใหพรอมใชงาน

• น าโพรบไปตอกบสญญาณแหลงจายททราบลกษณะ, ขนาด และความถ

• สงเกตสญญาณทปรากฏท Oscilloscope วาเพยนหรอไม

• ถาเพยน ปรบความจของตวเกบประจ C จนไดรปคลนทถกตอง

ถกตอง เพยน เพยน

Dual Channel Oscilloscope

• Oscilloscope ทม 2 ขวอนพต (Channel A กบ Channel B)

• ใชวดสญญาณ 2 รปคลน เพอเปรยบเทยบ ขนาด ความถ และเฟส ในเวลาเดยวกน

มเพลตแนวนอนชดเดยวกน

เพลตแนวตงแยกกน

เพลตแนวตงชดเดยวกน

DUAL BEAM CRO

• สญญาณ A และ B ตองมความถเดยวกน

DUAL TRACE OSCILLOSCOPE

• ล าแสงอเลกทรอนแยกกน โดยใชสวตชอเลกทรอนกส

การท างานของ Oscilloscope แบบสลบโหมด (Alternate

Mode)

เหมาะกบสญญาณความถสง

การท างานของ Oscilloscope แบบชอปโหมด (Chop

Mode)

เหมาะกบสญญาณความถต า

DIGITAL STORAGE OSCILLOSCOPE (DSO)

การใชงาน Oscilloscope

ป มตางๆทใชส าหรบใชงานของ Oscilloscope

http://www.doctronics.co.uk/scope.htm

ตวอยางการปรบสญญาณใน Oscilloscope (1)

http://www.schulphysik.de/

ntnujava/oscilloscope/oscilloscope.html

ตวอยางการปรบสญญาณใน Oscilloscope (2)

http://www.virtual-oscilloscope.com/simulation.html#

ขอควรระวงในการใชงาน Oscilloscope !!!

1. หลกเลยงการใชงานในทถกแสงแดดโดยตรง มอณหภมและความชนสง รวมทงบรเวณทมฝ นละอองมาก หรอ มการสนสะเทอน

2. หลกเลยงการใชงานบรเวณทมเครองใชไฟฟา หรอ แหลงจายไฟขนาดใหญ เพราะอาจโดนสนามแมเหลกรบกวนได

3. ควรวางเครองในทมการระบายความรอนไดด

4. สญญาณ input ตองมขนาดไมเกนพกดของเครอง (300-400 Vpeak)

5. ไมควรเพมความเขมของเสนใหมากเกน จะท าใหสารทเคลอบผวจอเสอม

การใชงาน Oscilloscope

ในการวดปรมาณไฟฟาตางๆ

ปรมาณไฟฟาทวดดวย Oscillscope

มกใช Oscilloscope วดปรมาณทางไฟฟา ดงตอไปน

- ขนาดของรปคลน (ขนาดแรงดน)

- คาบ / ความถของรปคลน

- เฟสของรปคลน และ ระหวาง 2 รปคลน

การวดแรงดน (แกนตง)

• วดคายอดแรงดนจากยอดถงยอด (Peak to Peak Value, Vp-p)

• ขนาด Vp-p หาไดจาก

• ส าหรบคลนรป Sine2 2

p p

rms

VV

Vp-p = จ านวนชอง x ความไวตามแนวตง x การลดทอนของ Probe

= (Div) x (V/Div) x (Probe Attenuation)

ตวอยางการวดขนาดแรงดน

วดโดยใชโพรบ x10

Vp-p = จ านวนชอง x ความไวตามแนวตง x การลดทอนของ Probe

= (4.8 ชอง) x (0.01 V/ชอง) x (10)

ความไว 0.01 V/Div

= 0.48 V

การวดความถ (แกนนอน)

• หาโดยการวดเวลาครบ 1 รอบ (1 คาบ) และน ามาค านวณกลบเปนคาความถ

1f

T

เมอ f คอ ความถ (Hz)

T คอ คาบ (วนาท)

ตวอยางการวดความถ

วดโดยใชโพรบ x10

ความไว 10 / DivS

6 Div 10 /DivT S 60 Sจะได

1f

T 6

1

10 1016,667 Hz

การวดเฟส

• การหาความสมพนธของเฟสระหวาง 2 สญญาณ• หาความตางเฟสไดจากเวลาทหนวงไป (Td) ระหวาง 2 รปคลน• สามารถหาความตางเฟส (o)ไดจาก

360dT

T

เมอ Td คอ เวลาทหนวงไประหวาง 2 รปคลน

T คอ เวลาท 1 คาบ (วนาท)

ตวอยางการวดเพอหาความตางเฟส

T = (4.2 Div) x (1 mS/Div) = 4.2 x 10-3 วนาท

Td = (2.2 Div) x (1x10-6 S/Div) = 220 x 10-6 วนาท

360dT

T

6

3

220 10360

4.2 1018.86

รปลสซาจส (Lissajous Figure)

• ไดจากการปรบโหมดเปน X-Y

• เปนรปสญญาณทไดจากการตดวงจรฐานเวลา (Time Base) ออก

• ใหสญญาณ input 2 สญญาณ เปนสญญาณแกนนอน (X) และสญญาณแกนตง (Y)

• รปคลนจะขนอยกบความสมพนธของ input ทง 2 สญญาณ

• สามารถใชวเคราะห ความถ และ มมเฟส ของสญญาณได

ตวอยาง รปลสซาจส

การวดมมตางเฟสดวยรปลสซาจส (X-Y Mode)

• ปอนสญญาณอนพตทมความถเทากนเปนสญญาณแนวนอนและแนวตง โดยใชโหมด X-Y

• จากรปลสซาจสทได สามารถหามมตางเฟส จากA

sinB

เมอ คอ มมตางเฟสของรปคลนทง 2

คอ ระยะของรปลสซาจสตดกบแกนตง (Y)

คอ ระยะเบยงเบนสงสดของรปลสซาจสตามแกนตง (Y)

A

B

ตวอยาง การหามมตางเฟส ดวยรปลสซาจส

การวดความถดวยรปลสซาจส (X-Y Mode)

• เปรยบเทยบกนระหวางสญญาณความถททราบคา กบ สญญาณความถทตองการทราบคา

• สญญาณความถททราบคา มาจากเครองก าเนดสญญาณ (Signal Generator)

• ปอนสญญาณความถททราบคาเขาแนวนอน (Horizontal Input, fh)

• ปอนสญญาณความถทตองการทราบคาเขาแนวตง (Vertical Input, fv)

• ปรบเปนโหมด X-Y

• ค านวณหาความถจากอตราสวน คอ

phv

h pv

nf

f n

เมอ คอ สญญาณทไมทราบความถ

คอ สญญาณททราบความถ

คอ จ านวนวง(loop)รปลสซาจสทสมผสเสนแนวนอน

คอ จ านวนวงรปลสซาจสทสมผสเสนแนวตง

fvfhnh

nv

การวดความถดวยรปลสซาจส

1

2v

h

f

f

1

3v

h

f

f