جهاز راسم الذبذبات أو الأوسيلوسكوب Oscilloscope شرح تركيبه واستخدامه

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 يجب أن نعود فورا لنقطة البدء لنكرر الرسم مرة أخرى حتى نظل نراه. فى الحقيقة 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 عن 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


او

او من على سيرفر المنتدى
Oscilloscope.pdf (822.5% u)

1 Like

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.

فى 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

شرح مراحل تركيب الجهاز - 2

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

الانحراف الأفقى - القاعدة الزمنية Time Base

لنرسم الموجة يجب أن نجعل الخط الأفقى يمثل الزمن أى يجب أن يتحرك الشعاع من اليسار لليمين بسرعة ثابتة تساوى وحدة زمنية لكل سم طولى من عرض الشاشة، تسمى هذه الحركة “المسح”،و يسمى الجهد المسبب لها وكذا الخط المرسوم على وجه الشاشة “القاعدة الزمنية” Time Base و عند وصوله لنهاية المسح، يعود فورا للبدء لإعادة الرسم

أولا – لا يوجد شيء اسمه “فورا” لذا يفضل أن يكون المسح أعرض من عرض الشاشة فيكون هناك فائض زمنى للعودة بأسرع ما يمكن و يتيح أيضا رؤية جزء أكبر من عرض الشاشة بتحريك الصورة لليسار أو اليمين ، وأيضا وهو المهم يتيح لك رسم موجة كاملة بعيدا عن نقطتى البداية والنهاية حيث تكون نسبة الخطأ اعلى.

لتوليد جهد المسح نحتاج إلى فولت يتزايد خطيا مع الزمن ثم يهبط فجأة (فى أقصر زمن ممكن) للقيمة الأولى. نضيف على هذا الفولت جهدا مستمرا نتحكم فيه بمفتاح فى واجهة الجهاز لتحريك الصورة بكاملها يمنة ويسرى وهو المكتوب عليه X-POS.

نرى فى الصورة شكل مفتاح تغيير Time Base وهو مماثل لمفتاح التكبير الرأسى وأيضا يوجد عليه ذلك المفتاح الأحمر و مبين CAL دلالة المعايرة و يجب قبل القياس التأكد من أن المفتاح فى وضع المعايرة.

الآن لدينا موجة ذات تردد ما نريد رسمها و مولد موجة Time Base فى الجهاز و كيف نوافقهما معا؟
لا سبيل لرسم صورة ثابتة بدون ربط الاثنين معا، كيف؟

من الطبيعى أننى لا أتحكم فى الموجة التى أريد رسمها لأنى أريد أن أعرف خواصها، لذا لابد أن اجعل المذبذب يتواءم معها. كيف؟
هناك طريقة لجعل مذبذب ما (يسمى التابع) يتبع آخر (يسمى الرئيس) فى التردد و الوجه أيضا تسمى التزامن. ببساطه نأخذ عينة من جهد المذبذب الرئيس، و نكبرها ثم تغذى بها المذبذب التابع فيتأقلم المذبذب التابع على هذه الموجة. هذه الظاهرة معروفة فى كل شيء حتى ساعات الحائط ذات البندول، لو علقنا ساعتين بينهما فرق طفيف على حائط واحد، بعد قليل نجد أن واحدة تبعت الأخرى وتزامنت معها.

لماذا إذن لا نستخدم الموجة من المذبذب الرئيس مباشرة بدلا من هذه القصة الطويلة؟!! السبب بسيط أن هذه الموجة غير معروف شكلها فضلا عن تغيرها وتنوعها لذا يستحيل تحويلها إلى موجة سن منشار . فضلا عن سبب آخر هام جدا أن غالبا ما يكون المذبذب التابع (سن المنشار) ذو تردد أكثر من ضعف تردد الموجة المرغوب رؤيتها لتكفى لرسم على الأقل موجة كاملة على الشاشة و جزء يمتد خارج الشاشة كما شرحنا سابقا.
حسنا فالتزامن يناسب أن نرسم موجة إلى ثلاث موجات أو أكثر لكن هناك حالات لا يجدى فيها التزامن، مثلا نبضة تزامن وهى عادة نبضة حادة تبدأ سلسلة من الأحداث فى جهاز ما أو نبضة الإرسال فى الرادار حيث تكون قصيرة للإرسال وننتظر زمن طويل لاستقبال الصدى. ففى هذه الحالة نريد أن نرسم بمعدل قد يصل إلى 1000:1 أو أكثر فماذا نفعل.

هناك أسلوب آخر يسمى القدح Trigger حيث لا يهم على أى تردد تضبط مولد Time Base ولكن لن يبدأ الزمن إلا مع نبضه تأتى له من دائرة داخل الجهاز تأخذ الإشارة المراد رؤيتها من مكبر الرأسى ثم تحللها بناء على عدة خيارات فى واجهة الجهاز فمثلا من الصورة السابقة نجد

مفتاح مكتوب عليه AC DC HF LF ~
AC تعنى فصل مركبة الجهد المستمر من الإشارة وتوليد نبضة Trigger من مركبة الجهد المتردد
DC تعنى فصل مركبة الجهد المتردد من الإشارة وتوليد نبضة Trigger من مركبة الجهد المستمر
HF تعنى فصل مركبة التردد المنخفض من الإشارة وتوليد نبضة Trigger من مركبة التردد العالى وهى تفيد فى حالات الموجات المركبة مثل نبضات تزامن التليفزيون

LF تعنى فصل مركبة التردد العالى من الإشارة وتوليد نبضة Trigger من مركبة التردد المنخفض وهى كالسابقة تفيد فى الموجات المركبة
هذه العلامة " ~ " أو أحيانا كلمة Line تعنى توليد نبضة Trigger من التيار العمومى المغذى للجهاز، وجدير بالذكر أنها لا تعمل فى الأجهزة حال تشغيلها على بطارية. وهى تفيد فى حال الموجات المرتبطة بالتيار العمومى مثل نبضات قدح الثايريستور فى دوائر الموتورات مثلا .
كل هذه الخيارات تؤثر فقط على العينة المأخوذة لتوليد نبضة Trigger ولا تؤثر بالطبع على ما يعرض على الشاشة.

جوار المفتاح السابق نجد آخر يعمل بالضغط مكتوب عليه +/- أى عندما يكون فى وضع (+) تولد نبضة Trigger من الجزء الصاعد من النبضة أو الجهد الموجب فى حال DC أما على وضع (-) فيعنى توليد نبضة Trigger من الجزء الهابط من النبضة أو الجهد السالب فى حال DC
أعلى هذا المفتاح نجد آخر خاص بتحليل موجات التلفاز وله 3 أوضاع
Off حيث يعمل الجهاز بصورة عادية كما سبق الشرح
TV-H يترك الجهاز الضبط السابق و يبحث عن نبضة التزامن الأفقى فى إشارة تلفاز قياسية و يتزامن مع كل ثانى نبضة لأن التلفاز يرسم عدد من الخطوط + نصف خط فى الصورة رقم 1 و يبدأ بنصف خط فى الصورة رقم 2 – لهذا تولد الدائرة نبضة Trigger من نبضة تزامن ثم تترك الثانية وهكذا
TV-V تولد نبضة من نبضات التزامن الرأسية فى إشارة تليفزيون.

غالبية الأجهزة الآن تحتوى ما يسمى Dual Channel أو Multi Channel وهى مزودة بمكبرين للرأسى أو أربع مكبرات لمشاهدة إشارتين معا أو حتى أربع إشارات حسب الرغبة

فى هذه الأجهزة، بجوار هذا المفتاح أيضا نجد أخر مكتوب عليه X-Y وفى عديد من الأجهزة أيضا تجدها فى نهاية تدريج مفتاح Time/DIV السابق (أقصى اليمين). فى هذا الوضع ، تفصل دائرة توليد Time Base و توصل دائرة الانحراف الأفقى لخرج المكبر الثانى و تجد بجوار مفتاح المكبر الأول كلمة V/DIV – X وبجوار الثانى كلمة V/DIV – Y وهذا يعنى انه فى وضع X-Y سيكون المكبر الأول يعطى الانحراف الراسى X و المكبر الثانى يعطى الانحراف الأفقى Yوهذا وضع يتيح لك الرسم من مصادر خارجية و أشكال “ليساجو” التى تبين علاقة التردد بين ترددين. تذكر أن فى هذا الوضع لن ترى سوى نقطة فى أى مكان على الشاشة ولن تتحرك بدون وضع الإشارات على المكبرين معا.

على يمين المفتاح تجد آخر مكتوب علية كلمة LEVEL وهو يحدد أى نقطة يحدث عندها توليد نبضة Trigger من الموجة المرسومة، وعندما تتولد تلك النبضات، تضئ اللمبة المكتوب عليها TRIG لتعلمك أن الدائرة تعمل و المفروض أن تكون الصورة ثابتة. إن لم تكن ثابتة فهذا إما أن الموجة (الإشارة) يتكرر فيها هذا المستوى مما يربك الدائرة أو أن Time/DIV غير مناسب.

مفتاح آخر فى هذا الجزء المكتوب عليه AT/NORM عادة يكون به أكثر من خيار
NORM تعنى Normal أى دوما يولد خط أفقى سواء توجد إشارة أم لا وسواء يولد Trigger أم لا وهذا مريح للمستخدم لكى يضع الخط حيث يريد ثم يبدأ باقى العمليات

TRIG وهو لا يولد خط إلا عند وصول إشارة و حدوث Trigger
Single وهو يرسم خط واحد فقط عند وصول إشارة و حدوث Trigger و بجواره مفتاح و لمبة مكتوب عليهما RESET ولن يرسم خط آخر قبل الضغط على زر RESET وهذا يفيد لمراقبة إشارة ما و معرفة هل تحدث أم لا و عند حدوثها ترسم تلك الإشارة.

آخر مفتاح مكتوب عليه EXT أى EXTERNAL أى خارجى وهو يجعل دائرة Time Base تتلقى Trigger من مصدر خارجى وهو يفيد فى جعل الجهاز يعمل بالتزامن مع مصدر خارجى كما فى أجهزة الرادار أو أجهزة رسم منحنيات الاستجابة الخ . أحيانا يكون هذا المفتاح جزء أو وضع إضافى للمفتاح AC-DC-HF-LF-LINE-EXT

المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن الأجهزة المتقدمة ذات Time Base المزدوج أو Dual Time Base

مفتاح Chop – Alt

قبل أن نتناول الأجهزة المتقدمة، يجب ألا ننسى خاصية هامة توجد فى الأجهزة التماثلية ولكنها لم تعد موجودة فى الأجهزة الحديثة الرقمية – و قبل أن نعترض على كلمة رقمية فقد مرت بمراحل تطورت فيها بأشكال متنوعة ، ونظرا لطبيعة هذه الأجهزة كونها ليست كالمحمول أو التلفاز تخضع للأهواء والموضة ، فمادام الجهاز يؤدى الغرض، عادة لا نفكر فى استبداله إلا لو طرأت حاجة لخاصية لا يوفرها هذا الطراز. لهذا فالعديد من كل هذه الطرز مازال قيد الاستخدام.

ما هو إذن مفتاح Chop – Alt؟

ماذا لو أردت أن تشاهد موجات ترددها قريب أو ذو علاقة بالتيار العمومى؟ إذن 50 ذ/ث هو المطلوب. كما قلنا سيكون معدل رسم الخط الأفقى حوالى ضعف المطلوب بحيث تكون موجة أمام المشاهد و أجواء من الأخرى خارج نطاق الرسم أو المربع، هذا يجعل التردد الأفقى قرابة 25 مرة فى الثانية

الآن نريد مشاهدة رسمين معا ! . و نظرا لأن وسيلة الرسم واحدة (شاشة واحدة و شعاع واحد) فإننا سنضطر لرسم الأولى وعند عودتنا لنقطة البداية نتحرك لموضع الثانية ونرسمها وهكذا .

هذا الأسلوب يجعل معدل الرسم 12 مرة فى الثانية لكل منهما وهذا يسبب “رعشة” فى الصورة
تزداد الأمور سوء عندما نريد زمن أطول كموجتين معا حيث تشاهد تنقل الشعاع بين الرسمين وهذا يسبب عدم تركيز و عدم إمكانية مطابقة نقاط القياس.

وضع المفتاح على وضع مفتاح Chop يجعل الجهاز ينتقل بين الرسمين بسرعة عالية غير محسوسة بالعين المجردة لترسم نقطة أو جزء صغير جدا من كل رسم فيبدو الرسمين متزامنين كما لو أن ريشتين أو شعاعين يرسمان معا فتسهل رؤية التغيرات الآنية والغير آنية أيضا.
عندما يزداد تردد الموجة المراد رؤيتها، يجب العودة لأسلوب Altوهى اختصار Alternate أى تبادلى لرسم الشكل الأول كاملا ثم الثانى على التبادل حتى لا تبدو الصورة ممزقة نتيجة الانتقال لأعلى ولأسفل

الأجهزة الثمينة يكون هذا المفتاح ضمن مفتاح الزمن الأفقى Time Base بحيث يختار آليا أنسب وضع لكل رسم.

الأجهزة المتقدمة ذات Time Base المزدوج أو Dual Time Base

لماذا نحتاج لزمن أخر؟ ولماذا نكلف أنفسنا عناء إنشاء دائرة أخرى، خاصة أن هذه الخاصية من خواص الأجهزة الثمينة أى أن الدائرة الأساسية روعى فيها انتقاء القطع الإلكترونية ذات الجودة الأعلى و المدى الصناعى أو الحربى بدلا من التجارى والمقاومات ذات دقة 0.5% أو أفضل و المكثفات أيضا؟ فضلا عن أننا تقريبا استطعنا رسم كل موجة تعرضنا لها!!

ها أنت قدمت الإجابة! قلت “تقريبا” – أى أن هناك بعض الحالات التى تحتاج عناية خاصة
هل تعرضت لحالة تحدث فيها نبضة صغيرة كل فترة طويلة!

قلت أن نظام Trigger يحل هذه المشكلة
مهلا - هذا للنبضة ذاتها لكن ماذا لو حدث شيء بين النبضتين وتود أن تركز على ما فى المنتصف؟

مثلا فى جهاز القياس بالموجات فوق السمعية تريد أن تكبر شكل الموجة المنعكسة (الصدى)
لو ضبطت Trigger على الموجة الصادرة سيكون الصدى صغيرا و قصيرا لا ترى تفاصيله

ولو ضبطت Trigger أو Sync على الإشارة ستكون الصورة غير ثابتة لاختلاف الزمن بين النبضة الصادرة والمنعكسة عن بين المنعكسة والصادرة التى تليها. أو ستنطبق صورة النبضة الأصلية فوق الصدى لحدوث Trigger على كل منهما.

مثال آخر، تعلم أن نبضة التزامن الرأسى فى التليفزيون تتكون من بضع نبضات تعادل ثم بضع نبضات تزامن ثم تعادل وتلى هذه الأخيرة باقى فترة الإظلام والتى تستخدم لإرسال معلومات إضافية كالنصوص Tele-Text و فى الفنادق تستخدم للتعامل مع طلبات العملاء مثل تحديد ميعاد مغادرة الفندق أو طلبات أخرى من الإدارة أو الخدمات.

كيف ترى نهاية هذه النبضة و تكبرها لتفحص أجزائها وهى فى جزء صغير على قمة آخر نبضة الإطفاء الرأسى؟
أمامنا حلان: الأول أن “نمط أى نفرد” الزمن (لا أن نغيره) ولذلك نجد فى كل الأجهزة زر مكتوب عليه X5 أو X10 وهو ببساطة يكبر جهد الانحراف الأفقى بالنسبة المكتوبة أى 5 مرات أو 10 مرات و بمفتاح الإزاحة الأفقية تستطيع أن تحرك الصورة لترى ما تريد. هذه الطريقة تقلل دقة القياس وأحيانا تكون الصورة مهتزة حسب إمكانية ودقة عملية Trigger، كما أنها تعوق حساب زمن ما تراه على الشاشة بالنسبة لأول النبضة لأنها خارج مجال الرؤية.

الحل الثانى والأدق هو موضوع المرة القادمة إن شاء الله

الأجهزة المتقدمة ذات Time Base المزدوج أو Dual Time Base

المرة الماضية حاولنا إيجاد طريقة لرؤية ودراسة جزء ما صغير جدا بالنسبة للموجة المعروضة و كان مفتاح X10 حلا مناسبا حينما تكون النسبة قليلة. لزيادة الدقة و الحصول على نسب اعلى، فالحل الوحيد أمامنا أن نعتمد على Trigger من بداية نبضة الإطفاء أو نبضة الإرسال فى المثال الأول ثم نقوم بتشغيل الزمن الثانى Time Base . والآن كيف نتصرف؟؟؟

أولا: نحتاج أن يكون الثانى متزامنا مع الأول و معتمدا فقط عليه
ثانيا: لا جدوى من ثبوت زمنه ولا تزامنه لذا يجب أن نتمكن من تغيير زمنه حتى نستطيع تصغيره ليغطى فقط الفترة الزمنية المطلوبة.
ثالثا : تزامنه قابل للتعديل لنتمكن من تأخير بدايته الفترة الكافية من لحظة بدء الزمن الرئيسى لنطابق هذه الفترة بالضبط فوق ما نريد تكبيره.
رابعا: لابد من وجود طريقة ما لكى نرى هذا الذى نتحدث عنه، أليس كذلك؟ إذ لا جدوى من الاعتماد على الحساب والتنبؤ، نريد أن نرى بما لا يدع مجالا للشك أن هذا الجزء هو فعلا ما نريد تكبيره، إذن لنرى كيف يكون هذا.

أولا: نحتاج لزمنين أى مفتاحين وقد حلت قليل من الشركات هذا الأمر باستخدام مفتاحين متجاورين

كيف عرفت لأيها الأول و أيها الثانى رغم أنى لم أرى هذا الجهاز قبلا؟
الزمن الثانى له عدد من الأوضاع أقل من الأساسى لأنه بداهة يجب أن يكون أصغر بعدة مراحل .
بجوار مفتاح الزمن الثانى نجد مفتاح التحكم فى التأخير وهو مقاومة متغيرة من نوع خاص إذ تتحرك 10 لفات لتصل من أول المدى لآخره – طبعا لزيادة الدقة

الوحدات الثمينة منها يكون لها خاصية أخرى تحدد فى المواصفات وهى Linearity إذ لا يكفى دقة قياس المقاومة فقط لكن على مدى الدورات العشر يجب أن تكون كل زاوية تسبب نفس التغيير كأى زاوية أخرى مساوية لتوفير دقة القياس.
حسنا هذا وفر لنا الدقة و جعل قياسها مستحيلا!!
لحل هذه المشكلة توضع لها نوعية خاصة أيضا من المقابض تستطيع الدوران 10 مرات

ستجد مقبض أمامى للضبط (ذو لون غامق) متصل به تدريج به 10 أقسام كل منها مقسم إلى خمسة أو 10 أقسام حسب طراز المقبض. لاحظ أن أمام الصفر يوجد شباك صغير بها رقم وهو بالرسم “صفر” . كلما دار المقبض دورة كاملة فى اتجاه عقارب الساعة يزداد هذا الرقم واحدا صحيحا بصوت مسموع خافت ( 1 ثم 2 ثم 3 حتى 9) ، و يتناقص بنفس النظام كلما دار المقبض دورة كاملة فى اتجاه عكس عقارب الساعة، وهكذا يوفر لك 10 دورات كل منها مدرج إلى 50 أو 100 درجة وهذا يتيح لك تحديد لزمن بدقة عالية.
الحل الآخر لوجود مفتاحين هو الأكثر انتشارا وهو استخدام مفتاحين على محور مزدوج
الشكل العام لهذه الأجهزة – انقر الصورة للحجم الطبيعى

المفتاح له ثلاث أجزاء، القرص الشفاف الخارجى لضبط الزمن الأساسى و تجد عليه خطين باللون الأسود لتحديد قيمة الزمن المختار، و أيضا ريشتين أحدهما مشار إليها بالسهم الأزرق كما بالصورة

هذه الريشة لضبط (تغيير أو تحريك) القرص الشفاف للزمن الأساسى A-Time Base
ولكنى أحركه دوما من المقبض الأسود الكبير فهما دوما معا!!
السبب أنك لم تفكر فى ضبط الزمن الثانى B-Time Base، هذا المقبض للزمن الثانى و كما بالصورة فالسهم الأصفر يشير للخط الأبيض الذى يحدد قيمة الزمن الثانى.
طبعا نعلم أن الزمن الثانى لا يمكن أن يكون أطول من الأول، لذا فعند تساوى الزمنين، يحدث التصاق Lock بينهما و يتحركان معا و ذلك لتسهيل الضبط، وعندما تريد ضبط الزمن الثانى، يجب أن تجذب هذا المقبض للخارج ثم تحركه لليمين تجاه الزمن الأقل ثم تتركه، فتجد أنه بقى فى الوضع الخارجى و أصبحت الحركتان منفصلتان وهنا تحرك الزمن الثانى من الخارجى والأول من الداخلى.
هذا يجعل الضبط أسهل ما يمكن إذ أولا تحرك المقبض الخارجى، الاثنان ملتصقان، تصل للضبط المطلوب لرؤية الشكل، ثم اسحب المقبض ذاته و در به لليمين حتى تصل للزمن المطلوب ثم أتركه وهذا كل المطلوب.
حسنا وكيف أعرف أننى وصلت للمطلوب؟
هناك ثلاث مفاتيح تعمل معا أو مفتاح له ثلاث أوضاع
A-Time Base
A Int’d By B
B Delayed
الأول من اسمه للعمل بالأسلوب العادى بالزمن الأساسى فقط
A Int’d By B هى اختصار A Intensified By B أى أن الزمن الأساسى تظهر عليه منطقة ذات إضاءة عالية عن المعتاد تحدد الزمن B
مجرد الضغط على هذا الزر ستجد الرسم على الشاشة قد زادت إضاءته لأن الزمنين متساويين، وعند سحب المقبض للخارج والدوران به لليمين تجد أن الجزء المضاء قل طوله و أصبح جزء فقط من الرسم، استمر حتى تحصل على طول مناسب. الآن حرك مفتاح ضبط الزمن B ذو العشر لفات تجد هذا الجزء المضيء يتحرك يمين مع عقارب الساعة ويسار عكس عقارب الساعة.

الآن اختار الوضع B Delayed تجد الجزء المحدد قد ملأ الشاشة .
لتحديد أين هذا الجزء من أول الرسم أقرا المكتوب على هذا المفتاح كما شرحت سابقا من الشباك + التدريج و تضربه فى القيمة التى يشير لها الخط الأبيض.
هكذا نكون قد درسنا أهم استخدامات الجهاز التقليدى.
حتى هذه المرحلة كان الربط بينها و بين وسائل الرسم صعبا و معقدا و كان الأسلوب الأكثر شيوعا استخدام كاميرا لتصوير الرسم عند اللزوم.

فى هذا الرابط فيديو تعليمى للاستخدام

المرة القادمة إن شاء الله سنتحدث عن الأجهزة الرقمية.

أجهزة الأوسيلوسكوب الرقمية.

ظهرت التقنية الرقمية منذ الأربعينيات و فى الواقع أول حاسب آلى الكترونى تم فى 1946، لماذا لم تظهر أجهزة أوسيلوسكوب رقمى حتى الثمانينات؟ السبب هو السرعة.

كانت الأجهزة تعمل بالصمامات الالكترونية و لم تكن تصلح لعمل وحدة تحويل من تماثلى إلى رقمى فى حجم مناسب ولا سرعة كافية، ولم يمكن الدمج إلا فى عصر الدوائر المتكاملة بعد تصغير حجم الجهاز ووزنه واستهلاك الطاقة و أصبح فى المتناول قطع تقوم بالوظائف المطلوبة بحجم مناسب وسرعة مناسبة.

بدأت أول النماذج بإدراج جهاز قياس رقمى مع الأوسيلوسكوب بحيث يأخذ المطلوب قياسه من دائرة Sample And Hold – انقر الصورة للمشاهدة بالحجم الطبيعى

هذه الدائرة مرتبطة بخطوط رأسية إن كان المطلوب قياس الزمن أو أفقية إن كان المطلوب قياس الفولت، وتظهر النتيجة على شاشة حمراء رقمية، بالطبع كانت تلك طفرة فى التقنية حيث أعفت المستخدم من سلسلة من القراءات والضرب فى معامل و السهو أو الخطأ البشرى وارد رغم كونها محدودة بقياس واحد فى المرة الواحدة أى إما تقيس الزمن أو الفولت و قياس واحد مهما تعددت قنوات الجهاز. إلا أن استخدام أزرار متعددة ربما قلل من تأثير هذا القصور.

فى منتصف الثمانينات، بدأت تقنية الحاسب المصغر Micro Controller تتقدم و بدأت الحاسبات الشخصية فى الظهور مما أتاح تقنية الكتابة على الشاشة للاستخدام و بهذا بدأت أوائل المحاولات لكتابة نتائج القياس على الشاشة.

وترى على الشاشة المؤشرات Cursors التى تبين نقط القياس و أصبح من الممكن كتابة بيانات عديدة لكل القياسات المطلوبة.
الآن أصبح من الممكن أن نربط هذه الأجهزة بحاسب لنقل البيانات بينهما و مع تطور الأجهزة والدوائر الرقمية أصبح من الممكن حتى الضبط من بعيد من خلال الحاسب أو بحفظ البيانات عن الضبط المطلوب فى ذاكرة
الطفرة الكبرى جاءت مع انخفاض ثمن الذاكرة و ازدياد سرعة الحاسبات مع ازدياد سرعة الدوائر الرقمية ودوائر التحويل من تماثلى لرقمى فأصبحت الأجهزة الآن رقمية بالكامل (مازالت بعض الأجهزة التقليدية تصنع حتى الآن فلكل سعر طلبه) وهذا أدى لتغيير مفهوم التعامل معها كليا
تم الفصل بين دوائر الرسم ودوائر التسجيل

وبهذا أصبح كل منها يعمل على أفضل ظروف مناسبة له، فلو الموجة بطيئة، يكون تحديث البيانات بطئ ولكن الرسم مازال بسرعة مناسبة لتوفير صورة مريحة للعين ، ولو الموجة سريعة، يكون التحديث سريع أيضا دون أن يؤثر ذلك على إضاءة الشاشة نتيجة لسرعة الرسم، ولهذا ألغى مفتاح Chop/Alt
الشكل يوضح مخطط لجهاز رقمى فنرى عدة مداخل تتصل بمفاتيح ES

لم تعد هناك مفاتيح ميكانيكية و أصبحت كلها الكترونية Electronic Switches و بهذا تستطيع أن تحتفظ فى ذاكرة الجهاز بالضبط المختار لكل مفتاح و شكل الموجة و عند الحاجة يضبط الجهاز نفسه و يقارن لك الموجة الحالية بالموجة الصحيحة.
يخرج الفولت من المفاتيح لوحدات Sample And Hold والتى تحفظ عينة لحظية من قيمة الموجة حتى تنتهى دائرة التحويل من تماثلى لرقمى D/A من عملها. تتولى دائرة التخزين Storage Circuit حفظ البيانات فى ذاكرة البيانات Data Memory
تقوم دائرة Drawing And Display برسم الجزء المطلوب عرضه وكتابة البيانات المناظرة على الشاشة فلم تعد هناك حاجة لزمنين فالبيانات المخزونة رقمية و تكبيرها مسالة إعادة رسم للجزء المطلوب كما يمكن أن ترسم الموجة الأصلية و المكبرة على نفس الشاشة.
أصبحت الشاشات كبيرة باستخدام تقنية الشاشات الكريستال أو LED و ملونة لتسهيل التمييز بين الرسومات. بعض الشاشات حساسة للمس فيمكنك بإصبعك تحديد الجزء المطلوب تكبيره أو اختيار لأى قناة للعرض أو الضبط دون الحاجة لتحريك مفاتيح. كما أن البعض يعمل بنظام ويندوز بداخلة. كما أصبح به خاصية الضبط الآلى أى بضغطة زر يتولى ضبط الزمن و التكبير لعرض الإشارة بصورة مناسبة و كتابة القيم على الشاشة.
أصبح من الممكن استخدام طابعات و الربط مع الحاسبات ربطا فاعلا أى يتحكم الحاسب فيما يعرضه الأوسيلوسكوب.
نظرا لاستخدام حاسب داخل الجهاز أصبح من الممكن إجراء عمليات حسابية معقدة على شكل الموجات كحاصل ضرب موجتين لتحديد القدرة أو تحليل فورير لها لتحديد التوافقيات الموجودة الخ
أصبح هناك ما يسمى الضبط الآلى أى يتولى الجهاز تحديد أفضل الخيارات لعرض الموجة
أجهزة القمة الآن تعرض بنطاق ترددى يصل 2 جيجا هرتز أى تعرض الموجة المستقبلة من LNB لأجهزة الاستقبال الفضائى. يجب هنا أن نوضح أمر هاما وهو معدل الترميز Sampling Rate

مثلا الجهاز ذو النطاق 1 جيجا هيرتز قد يكون له معدل ترميز 500 جيجا أى
Sapling Rate = 500 GS/Sec
إذن ما الفرق؟ أن يكون 500 أو أكثر أو أقل؟؟
هذا الرقم يحدد أكبر عدد من المرات يستطيع الجهاز تحديد بياناته، و طبعا من الشرح السابق نستنتج أن الجهاز يغير عدد المرات التى يأخذ فيها عينات من الموجة المراد قياسها حسب ترددها.
عدد المرات التى يأخذ فيها عينات تحدد بصورة قاطعة دقة الرسم والأهم من ذلك دقة البيانات المعروضة على الشاشة.
إذن لماذا لا يأخذ بأعلى معدل متاح؟
أولا:السرعة السابقة وهى لطراز فعلى من إنتاج شركة تكترونكس تعنى أنه يأخذ 500 ألف مليون عينة فى الثانية. لو الزمن طويل، أين سيحتفظ بالنتائج؟ بالتأكيد ستحتاج لحاسب داخلى يستطيع معالجة هذا القدر الكبير من البيانات و أسرع حاسب وقت كتابة البيانات هو 3 جيجا.
لذا المهم أن نعمل بأقصى سرعة نحتاجها وليس أقصى سرعة متاحة ثم الانتظار لإتاحة الوقت لباقة الأنظمة للعمل.
ثانيا: بأعلى سرعة يعنى أنه يأخذ عينة واحدة لكل قناة من الأربع قنوات لو تعرض كل منها تردد ذ جيجا!!! بالطبع هذا غير دقيق على الإطلاق…
إذن الحل الذى تتبناه الشركات المنتجة هو أن تجعل أقصى سرعة متاحة فقط لقناة واحدة، فإن اخترت أكثر من قناة، سيقل المعدل آليا ليتلاءم مع سرعة الانتقال بين القنوات و التحويل من ملف القراءة للقناة الأولى لملف القناة الثانية الخ
حسنا، الجهاز متخصص و مرتفع الثمن جدا! لماذا لا يرفعوا معدل الترميز؟؟
ببساطة سيتطلب ذلك زيادة سرعة باقى النظام مما سيرفع ثمن الجهاز أكثر، فإن فعلوا، فلماذا لا يرفعوا أيضا نطاق المكبر وهو الأقل كلفة و بيعة على أنه جهاز 2 جيجا أو أعلى مثلا!!!

من الخواص التى أصبحت رائعة بفضل التقنية الرقمية هى التسجيل مرة واحدة.
لو تذكر فى التماثلى كان هناك نظام القدح Trigger و كان به نظام Single Sweep و كان معه زر RESET وكان لا يعطى أى رسم إلا عند وصول نبضة ثم يتوقف لحين الضغط على RESET مرة أخرى.
هل لو حدث هذا كل بضع دقائق ستظل منتظر بجواره؟؟ بالطبع لا و استعانوا بالكاميرات و دوائر خاصة لتسجيل هذا الحدث إن كان واضحا بما يكفى، ما رأيك بالأجهزة الرقمية التى تستطيع تسجيل هذه الأحداث مع زمن حدوثها أيضا. هذه الخاصية هامة جدا فى تحديد التداخلات من خطوط التغذية أو بين الأجهزة و بعضها أو بين الدوائر داخل الجهاز الواحد.

أصبحت بعض الأجهزة تحتوى أربع مداخل مستقلة معزولة عن بعضها و عن الجهاز ذاته بمعنى أن لا يوجد ارضى مشترك بين الأربع مداخل فيمكنك توصيل أحد القنوات على التيار العمومى 220 فولت والآخر ترى تزامن الدوائر 5 فولت مع 220فولت دون أن يؤثر ذلك على أداء الدائرة تحت الاختبار أو يضع 220 فولت على الجهاز مما يعرض حياة العامل للخطر.
التقنية الحديثة زادت من السرعة و قللت من استهلاك الطاقة مما يسر استخدام البطاريات و جعل كافة الأجهزة محمولة ومنها أجهزة الجيب

المرة القادمة إن شاء الله سنتكلم عن Logic Analyzer

أجهزة تحليل الإشارات الرقمية Logic Analyzer

ماذا لو لا أهتم بالإشارة التماثلية و أحتاج فقط للعلاقات الرقمية؟؟

عندما نزل أول ميكرو بروسيسور للسوق و جدير بالذكر أن نفرق بينه و بين الميكرو كونتروللر و جهاز PLC، ظهرت الحاجة لجهاز يبين العلاقة بين الأمور، فكانت وحدات الميكرو بروسيسور الأولى تستخدم عدد من نبضات التوقيت Clock لتنفذ أمرا واحدا و فى خلال هذه النبضات، تنتج عدة أوامر خارجية لتهيئة الذاكرة و تحديد هل العملية تخص الذاكرة أو الأجهزة المحيطة Memory operation or I/O Operation و نبضات منه للتزامن من المحيطات به. هنا بدأ ظهور أجهزة تحليل الإشارات الرقمية Logic Analyzer وهذا يعطينا فكرة لماذا صنع و من ثم كيف يعمل.

هو ببساطة نوع آخر من أجهزة الأوسيلوسكوب تم تعديل خواصه ليعرض أساسا الإشارات الرقمية ولهذا تجد مداخله مضاعفات الرقم 8 ليتناسب مع ناقلات الإشارة Signal Busses فنجد 8 مدخل أو 16 أو 32 أو 64 وهكذا حتى 136 و أكثر ترى على عديد من الصفحات المتتالية مسايرا لمنهاج الحاسب و يراقب المداخل ويسجل فى الذاكرة مسار هذه الإشارات بصورة رقمية.

جدير بالذكر ألا ننسى أنه يعرضها بصورة رقمية أى ما زاد عن حد ما فهو 1 و ما قل فهو صفر و لكن البعض يتيح إمكانية العرض أيضا كجهاز الأوسيلوسكوب فترى شكل الموجة و تحدد ما إن كان المستوى 1 لإشارة ما نظيفا و فى حدود القيم الافتراضية له أم عليه ضوضاء و تداخلات تسبب إرباكا فى الأداء.

تتحقق هذه الأجهزة من قيم كثيرة مثل هل تحقق الحد الأدنى للزمن المطلوب لعرض النبضة؟ هل هناك تعديات فى حدود الإشارة تسبب قدح زائف؟ كما أن بعض الأجهزة تربط بين الإشارة وأداء بعض الأجهزة المتصلة بالدائرة. أيضا لكونها تتعامل أساسا بإشارات رقمية فهى ليست مهيأة للتعامل مع جهود عالية و إن كانت مداخلها محمية.

لهذا يجب أن تكون للجهاز مجسات مختلفة وهى إما بشكل مشبك فوق المتكاملة أو مشابك توضع حيث تريد القياس.

من المهام العظيمة التى يستطيع هذا الجهاز القيام بها هى متابعة تنفيذ أوامر الميكرو بروسيسور من الكود على الدائرة كما بالصورة حيث ترى الأوامر مكتوبة بلغة التجميع الأسيمبلى بينما الجهاز يتابعها سطر بسطر و أيضا من خلال المجسات على الدائرة

هذه الأجهزة ليست كأجهزة تحليل الشبكات Network Analyzer لأن الأخير مختص بما يسمى “بروتوكول” التفاهم بين الحاسبات الخادمة و الطرفية و نقاط التعزيز و التوجيه مثل Routers , Switches و مراقبة الحوار بينها و تحديد الاختناق فى مسارات نقل البيانات الخ كما أن مداخلها مجهزة للتعامل مع الشبكات.

المرة القادمة إن شاء الله سنتكلم عن مجسات القياس

مجسات القياس

كثير منا لا يعير المجسات اهتماما ويأخذها من المسلمات، ولا يدرى أنها كمن يشترى بذلة أحدث موديل و أغلاها ثمنا دون أن يعرف مقاسه. إن لبسها تكون مضحكة وإن حاول ضبطها – فسدت.
لو عدنا لصورة مدخل القناة

سنجد مكتوب بجوار المدخل 10MΩ // 30pf و الأجهزة ذات النطاق الترددى العالى سنجد مفتاح منزلق آخر مكتوب علية 50Ω / HI-Z أو ما يشابه، ما هذا المفتاح وما جدواه؟
عادة المهم فى القياس أن تكون كما سبق أن ذكرنا معاوقة الدخول أعلى ما يمكن لذا غالبا ما تكون 1 ميجا أو نادرا 10 ميجا. لكن عند الترددات العالية فى نطاق VHF/UHF نجد أن الدوائر خاصة فى مراحل القدرة كلها تسير فى خطوط نقل قدرة ذات معاوقة 50أوم وفى أحيان كثيرة تكون المواءمة ضرورة لأخذ قياس ناجح وهنا وضع المدخل على 50أوم ليس خيارا – بل ضرورة وهنا فاستخدام مجس قياس غير متوائم مع 50 أوم سيكون قاتلا لذا فى هذه الأحوال تستخدم كابلات قياسية 50أوم أيضا و تنتهى بمشابك للتوصيل.

أما فى أحوال القياس العادية فأهم خاصية تجب مراعاتها هو اتساع نطاق المجس الترددى
وهل للمجس نطاق ترددى؟
ولماذا يوجد مجس ثمنه 40جنيه وآخر ثمنه 18ألف جنيه (الرقم صحيح بل قد يكون أغلى من ذلك بكثير).
هناك مجسات ذات نطاق ترددى 40 ميجا ، 80 ميجا، 100 ميجا ، 200 ميجا ، 500 ميجا.
إذن ما جدوى أن يكون لدى أوسيلوسكوب رائع ذو عرض 250 ميجا و المجس 100 ميجا أو أقل؟
الحقيقة المسألة تحتاج بعض البحث.

ما هو النطاق الترددى أولا؟ هل لو لدى جهاز 100 ميجا و إشارة 150 ميجا لن أراها؟
كما شرحنا فى سلسلة تصميم الدوائر الإلكترونية، النطاق الترددى هو الحيز الذى تسقط على حدوده الإشارة بمقدار 3 ديسي بل . وهى تعنى 1 ÷ جذر2 = 0.707 من أعلى قيمة لها.
وماذا بعد؟ - حسنا – تتناقص بمعدل 3 ديسي بل لكل اوكتاف (ضعف التردد) أى أن المفترض أن الجهاز السابق ستقل دقة القياس بالفعل بمقدار 0.707 عند 100 ميجا، وعند 200 ميجا ستكون الضعف أى 0.707 × 0.707 = 0.5 وهكذا لكن كلما زاد التردد زادت العوامل المؤثرة على دقة القياس، واختلفت النتائج من جهاز لآخر.
ليس هناك إطلاقا ما يمنع استخدام الجهاز لرؤية وجود الإشارة مع القياس التقريبى، بل لو اختبرت إشارة معروفة يمكنك تقدير الخطأ و تعويضه فى ذهنك.
فالقضية هنا تبدأ بالمستخدم ذاته و فيم يستخدم الجهاز.
إن كان للقياس و الضبط والمعايرة إذن لابد من استخدام مجسات متوافقة مع الجهاز أو اعلى منه
إن كان للكشف و تحديد ما إذا كانت الإشارة موجودة من عدمه فالأمر يقبل التسامح قليلا وليس كثيرا.
فقط نأخذ فى الاعتبار أن خطأ المجس يضاف لخطأ الجهاز
السؤال الثانى ، كيف توصل المجس للدائرة؟
وهل هذه مشكلة؟ المجس له طرف أرضى ، نشبكه بالشاسيه و نضع المجس على النقطة المراد قياسها.
حقا؟ أحيانا يكون هذا هو الخطأ بعينه، لماذا ؟

هذا شكل طرف المجس و يوصل عادة مشبك الأرضى بالمعدن على آخر طرف المجس.
الم تلاحظ أن هذا تعقيد للأمور أكثر مما يجب؟ أما كان يكفى توصيل شاسيه الأوسيلوسكوب بشاسيه الدائرة وكفى؟
طالما كان التردد فى حدود مئات ذ/ث فالأمر لا يختلف ولكن بمجرد زيادة التردد عن ذلك تبدأ كل قطعة من السلك فى العمل كهوائى تلتقط ما تجد و خط نقل قدرة تعيق الإشارات بأزمنة مختلفة حسب تردداتها و يضاف هذا لجهد الإشارة المطلوب رسمها خاصة إذا كانت صغيرة

هذا شكل موجة ذات تردد عالى و تداخل معها 50ذ/ث من الجو المحيط نتيجة خطأ اختيار نقطة الأرضى – من الأفضل لذلك أن نسميها نقطة المرجع Reference Point و ثابتة لأنها رسمت بجهاز ملحق بحاسب يقوم بالرسم مرة واحدة و يعرض من الذاكرة أما فى الأجهزة العادية ستجد صعوبة عالية فى محاولة تثبيت الصورة وقد تلمح هذه الصورة عند لحظة التزامن ثم تفقد، لذلك قم باختيار نقطة للأرضى أفضل.
وكيف أعرف النقطة الأفضل.
حسنا ، انظر للدائرة إن كانت بها مخارج أو نقط للقياس، استخدمها مع الأرضى الخاص بها وإلا خذ أقرب أرضى لنقطة القياس و ضع مشبك المجس عليها ولو اقتضى الأمر لحام “عروة” صغيرة.
نقطة هامة جدا يجب مراعاتها، لا تقل أحسنت اختيار أرضى المجس الأول إذن لا داعى لتوصيل أرضى المجس الثانى. هذه نقطة غير مضمونة فتيارات الأرضى لا يمكن توقع مساراتها وأحيانا إضافة هذا الأرضى تحل المشكلة و تعطى رسما واضحا و أحيانا تكون هى المشكلة
ضع النقاط فى ذهنك وحاول الحصول على أحسن النتائج.

السؤال الثالث: أين نود القياس حيث توجد أشكال كثيرة للقطع الالكترونية المختلفة.
مثلا فى هذه القطع وهى ميكرو يعمل على ترددات عالية تجد مجس مزود بأرضى خاص لتوصيله به

السؤال الأخير : ما قيمة التردد المطلوب قياسه؟

إن كان أعلى من 500 ميجا فالأمر يخضع للمفاضلة أساسا لأن المجسات العادية لا تقيس أعلى من هذه القيمة – بأخذ قانون النطاق الترددى فى الاعتبار بعرف نسبة الخطأ أما لو شئنا البحث عن مجس يصلح للترددات الأعلى يسكون من النوع المسمى Active Probe وهذا يعنى أن بداخله مكبر لتعويض هذا الفقد فى النطاق وهو يعمل بالبطارية و ستكون هناك قفزة كبيرة فى السعر أيضا، وهذا سبب القول بأن الأمر يخضع للمفاضلة.

المرة القادمة عن شاء الله نتحدث عن ماذا نبحث عنه عند شراء جهاز

الآن، ماذا تبحث عنه عندما تشترى جهاز أوسيلوسكوب؟

السؤال الأهم هو فيم تريد استخدامه
لو كانت الإجابة فى أعمال الصيانة فيجب أن نسأل أنفسنا هل صيانة متنوعة أم هناك جهاز متكرر و نحتاج لصيانة و ضبط / معايرة الأجهزة أيضا؟

لو كانت أجهزة متنوعة فيجب أن نحدد أساسا المدى الترددى المراد استخدامه فيه، أما إن كان جهاز متكرر و نحتاج معايرة فربما الجهاز الرقمى الذى به ذاكرة تحفظ الشكل القياسى و يمكنه أن يحدد الاختلاف بين القياسى و القيمة تحت الاختبار سيكون أفضل و يختصر كثير من الوقت والجهد والخطأ البشرى.

أيضا إن كان القياس يتم فى موقع وليس فى ورشة عمل كماكينات إنتاجية مثلا فالجهاز المحمول سيكون هو الأفضل. ليس بالضرورة مقاس الجيب ولكن هناك أجهزة رقمية ذات شاشات كبيرة و صغير الحجم خفيف الوزن كما سبق أن شاهدنا فى الصور السابقة.

الخواص التى تبحث عنها

نبدأ أولا بالجهاز التقليدى ثم نتكلم عن الجهاز الرقمى.
من الطبيعى أن نتحدث عن الحساسية، وهى أقل قيمة على تدريج مفتاح الرأسى فمثلا
10 m.v./Cm تعنى أنك لن تشاهد إشارة قيمتها 10 مللى فولت فى أكبر من 1 سم. إن كانت إشارة رقمية، فالآمر واضح إذ يكفى وجودها وقيمتها التقريبية سليمة أما الإشارة التماثلية قد تحتوى تشوهات لا تتضح فى هذا المدى الصغير ، لذا يجب أن نستخدم جهاز ذو حساسية أعلى.
هنا يجب ألا ننسى مجس القياس لأن هناك مجسات بها وضع ×10 وهو لا يكبر بنسبة 10 أمثال ولكن على العكس يقسم الإشارة على 10 وهو جيد فى الجهود العالية لكن فى الجهود الصغيرة غير مستحب كما أنه يجب معايرته مع النبضات حتى لا تختلف نسبة التقسيم بزيادة التردد ولذا تجد به ثقب صغير به مكان لمفك رفيع.
للمعايرة يوصل على خرج الموجة المربعة الموجود فى كل جهاز أوسيلوسكوب للمعايرة ثم تدير المفك فى هذا المكان حتى تحصل على موجة حادة الأحرف مستوية القمة.

النقطة الأخرى بعد الحساسية هى أقصى تردد يمكن رؤيته وهو ليس فقط قيمة النطاق الترددى Band Width المذكور للجهاز ولكن أيضا أصغر قيمة لزمن الانحراف الأفقى مثلا 0.5 ميكرو ثانية/قسم أو 0.5uS/DIV فهذا سيمكنك من رسم الموجة بوضوح إن كانت فى مثل هذا الزمن بمعنى آخر كلما زاد تردد الإشارة المطلوب رسمها تحتاج لجهاز أسرع فى الرسم حتى يوضحها على الشاشة و يجعلها “مفرودة” لتدرس تفاصيلها وهذا يتحقق بزمن انحراف أقل أى تنفيذ أسرع فربما تحتاج لزمن 10 نانو أو أقل

من النقاط الهامة أن يستطيع الجهاز توضيح الصورة عند هذه الترددات العالية لأن سرعة الرسم تجعل إضاءة الشاشة أقل و يجب أن يعوضها الجهاز إما آليا أو من مفتاح الإضاءة فبعض الأجهزة لا تمكنك من مشاهدة الرسم فى وجود إضاءة عادية للغرفة – وهذا طبعا غير مستحب.
لو تحتاج لدراسة تفصيل محدد فى جزء من الإشارة يجب أن تتأكد من وجود وحدتين انحراف Time Base A, Time Base B كما سبق الشرح

يجب أن تتأكد من وجود أنواع التزامن المطلوبة و تأكد من أنه فعلا يحقق ذلك على كل مدى الجهاز (فولت وتردد) فبعض الأجهزة تفقد ثبات الصورة عند الترددات العالية و البعض يجب أن تكون الإشارة أعلى من حد معين حتى ولو تمكنت من استخدام مفتاح الرأسى لتوضيح الصورة وتكبيرها.

الأجهزة الرقمية – طبعا بالإضافة للحساسية و النطاق الترددى هناك نقطة أخرى هامة جدا وهى Sample Rate وهى خاصة بالأجهزة الرقمية فقط وهى ببساطة كم مرة تتم عملية التحويل من تمثيلى لرقمى فى الثانية وهى يجب أن تكون من 5 إلى 10 مرات النطاق الترددى أى لو كان الجهاز يرسم 100 ميجا ذ/ث يجب ألا يقل Sample Rate عن 500 ميجا Sample/Second
هنا نجد نقطة يجب مراعاتها وهى لو الجهاز له 4 مداخل للإشارة مثلا أى 4-Channel Input، هل يعطى 500 ميجا لكل مدخل Channel أم تقسم على الأربع مداخل؟ فهذا يحدد ببساطة هل تستطيع استخدام الجهاز عند 100 ميجا ذ/ث بالأربع مداخل لمقارنة أربع إشارات أم تجد نفسك مخير بين أن تستخدم Channel واحدة فقط لمدى 100 ميجا ولو استخدمت الأربعة سيسقط المدى إلى 25 ميجا فقط ، و ربما اقل. هذه نقطة يتلاعب بها تجاريا و يجب الانتباه لها جيدا.

طبعا يجب أن نتأكد هل يحفظ ضبط المفاتيح أم لا إن كنا نريد هذه الخاصية، سعة الذاكرة فكلما زادت أمكن له حفظ نتائج أكثر، هل يمكنه نقل المعلومات لحاسب و أخذها منه أم لا.

طبعا يجب أن تتأكد من نوع المجسات الموردة مع الجهاز و نطاقها الترددى ونوعها و عددها فمثلا لو اشتريت جهاز يرسم 1 جيجا ذ/ث، رغم سعره الباهظ لن يورد معه مجسات 1 جيجا – فقط أربعة 500 ميجا والسبب طبعا سعر المجس 1 جيجا باهظ أيضا ولا يوجد منه مجس عادى ولكن من النوع المحتوى مكبر. ولا تنسى أن بعض المجسات تكون ×10 فقط!

جهاز الأوسيلوسكوب لا يبدل كل عام – لذا تأنى و ادرس الأمر جيدا و شاهد أكثر من طراز قبل الشراء.

أرجو أن تكون هذه السلسة قد أفادت من تكرم و بذل الوقت لقراءتها.

1 Like

تم إضافة روابط لملفات PDF لهذا الكورس فى أول صفجة

2 Likes

تم تحديث الموضوع

2 Likes

بارك الله جهدك