أخذ قياس الذبذبات

بالطبع ، يعتبر الذبذبات الرقمية أفضل بكثير من نظيره الإلكتروني التقليدي ، فهو يسمح لك بتذكر الأشكال الموجية ، ويمكن الاتصال بجهاز كمبيوتر شخصي ، ومعالجة رياضية للنتائج وعلامات الشاشة وأكثر من ذلك بكثير. ولكن مع كل المزايا ، فإن أجهزة الجيل الجديد هذه لها عيب واحد كبير - وهو سعر مرتفع.

هي التي تجعل من الصعب الوصول إلى منظار الذبذبات الرقمية لأغراض الهواة ، على الرغم من أن هناك منظار الذبذبات "الجيبية" تبلغ قيمتها بضعة آلاف فقط من الروبل ، والتي تباع في Aliexpress ، ولكنها ليست ملائمة بشكل خاص لاستخدامها. حسنا ، مجرد لعبة مثيرة للاهتمام. لذلك ، بينما سنتحدث عن القياسات باستخدام مرسمة الذبذبات الإلكترونية.

حول موضوع اختيار مرسمة الذبذبات للاستخدام في مختبر منزلي على الإنترنت ، يمكنك العثور على عدد كافٍ من المنتديات. دون إنكار مزايا الذبذبات الرقمية ، يُنصح في العديد من المنتديات باختيار الذبذبات المنزلية البسيطة والصغيرة الحجم والموثوقة C1-73 و C1-101 وما شابه ذلك ، والتي سبق أن التقينا بها في هذا المقال.

بسعر معقول إلى حد ما ، سوف تسمح لك هذه الأجهزة بأداء معظم مهام الراديو للهواة. في غضون ذلك ، دعونا نتعرف على المبادئ العامة للقياسات باستخدام الذبذبات.

الشكل 1. الذبذبات S1-73

ما التدابير الذبذبات

يتم تغذية الإشارة المقاسة إلى مدخلات قناة الانحراف العمودي Y ، التي لديها مقاومة إدخال كبيرة ، عادةً 1MΩ ، وسعة إدخال صغيرة ، لا تزيد عن 40pF ، مما يسمح بإدخال الحد الأدنى من التشوه في الإشارة المقاسة. غالبًا ما يشار إلى هذه المعلمات بجوار مدخل قناة الانحراف العمودي.

الشكل 2. الذبذبات C1-101

تعد مقاومة المدخلات العالية نموذجية في مقاييس الفولتميتر ، لذلك من الآمن أن نقول أن مرسمة الذبذبات تقيس الجهد. يتيح لك استخدام فواصل المدخلات الخارجية تقليل سعة الإدخال وزيادة مقاومة المدخلات. كما أنه يقلل من تأثير الذبذبات على الإشارة قيد التحقيق.

يجب أن نتذكر أن هناك ذبذبات خاصة عالية التردد ، ومقاومة المدخلات منها 50 أوم فقط. في ممارسة راديو الهواة ، لا تجد هذه الأجهزة التطبيق. لذلك ، كذلك سوف نركز على الذبذبات العالمية التقليدية.

قناة Y النطاق الترددي

يقيس الذبذبات الفولتية في نطاق واسع جدًا: من الفولتية DC إلى الفولتية ذات التردد العالي بما فيه الكفاية. يمكن أن يكون تأرجح الجهد متنوعًا تمامًا ، بدءًا من عشرات المليوفولت إلى عشرات فولت ، وعند استخدام فواصل خارجية تصل إلى عدة مئات من فولت.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن عرض النطاق الترددي لقناة الانحراف العمودي Y db لا تقل عن 5 مرات أعلى من وتيرة الإشارة التي يتعين قياسها. وهذا يعني أن مضخم الانحراف العمودي يجب أن يمر على الأقل الخامس التوافقي للإشارة قيد الدراسة. هذا مطلوب بشكل خاص عند دراسة نبضات مستطيلة تحتوي على العديد من التوافقيات ، كما هو مبين في الشكل 3. فقط في هذه الحالة ، يتم الحصول على صورة مع الحد الأدنى من التشويه على الشاشة.

الشكل 3. التوليف من إشارة مستطيلة من مكونات التوافقي

بالإضافة إلى التردد الأساسي ، يوضح الشكل 3 التوافقيات الثالثة والسابعة. كلما زاد العدد التوافقي ، زاد تردده: تردد التوافقي الثالث أعلى بثلاث مرات من الأساس ، والخامس التوافقي الخامس خمس مرات ، والسابع هو سبعة ، إلخ. وفقًا لذلك ، تقل سعة التوافقيات العليا: كلما زاد العدد التوافقي ، انخفض اتساعه. فقط إذا كان مكبر للصوت للقناة العمودية دون توهين كبير يمكن أن يغيب عن التوافقيات العليا ، فإن صورة النبضة ستكون مستطيلة.

يوضح الشكل 4 الشكل الموجي للتعرق مع عرض نطاق قناة Y غير كافٍ.

الشكل 4

يبدو التعرج بتردد 500 كيلو هرتز شيئًا كهذا على شاشة الذبذبات OMSh-3M مع عرض نطاق ترددي قدره 0 ... 25 كيلوهرتز. كما لو أن نبضات مستطيلة مرت عبر دارة RC متكاملة. تم إنتاج مثل هذا الذبذبات من قبل الصناعة السوفيتية للعمل المختبري في دروس الفيزياء في المدارس. حتى الجهد الكهربائي لهذا الجهاز لأسباب تتعلق بالسلامة لم يكن 220 ، ولكن فقط 42V. من الواضح تمامًا أن منظار الذبذبات مع هذا النطاق الترددي سيمكن من مراقبة إشارة بترددات لا تزيد عن 5 كيلو هرتز دون تشويه تقريبًا.

بالنسبة إلى الذبذبات العالمية التقليدية ، يكون عرض النطاق الترددي غالبًا 5 ميجا هرتز. حتى مع وجود هذا النطاق ، يمكنك رؤية إشارة تصل إلى 10 ميغاهرتز وأعلى ، لكن الصورة التي تم تلقيها على الشاشة تسمح لك بالحكم على وجود أو عدم وجود هذه الإشارة فقط. سيكون من الصعب قول أي شيء عن شكله ، لكن في بعض الحالات يكون الشكل غير مهم: على سبيل المثال ، هناك مولد موجة جيبية ، ويكفي فقط التأكد من وجود هذه الموجة الجيبية أم لا. يظهر مثل هذا الموقف في الشكل 4.

تعمل أنظمة الحوسبة الحديثة وخطوط الاتصالات بترددات عالية جدًا ، بناءً على مئات الميجا هرتز. لرؤية هذه الإشارات عالية التردد ، يجب أن يكون عرض النطاق الترددي لمنظار الذبذبة 500 MHz على الأقل. مثل هذا النطاق العريض "يوسع" بالفعل سعر الذبذبات.

مثال على ذلك هو الذبذبات الرقمية U1610A ، غير المبينة في الشكل 5. ويبلغ عرض النطاق الترددي 100 ميغاهرتز ، ويبلغ السعر ما يقرب من 200000 روبل. أوافق ، ليس كل شخص يمكنه شراء مثل هذا الجهاز الباهظ الثمن.

الشكل 5

دع القارئ لا يعتبر هذه الصورة إعلانًا ، لأن كل إحداثيات البائع لا يتم رسمها: يمكن أن تظهر أي لقطة شاشة مماثلة في مكان هذه الصورة.

أنواع الإشارات المدروسة ومعلماتها

النوع الأكثر شيوعًا من التذبذب في الطبيعة والتكنولوجيا هو الجيوب الأنفية. هذه هي نفس الوظيفة الطويلة المعاناة Y = sinX ، والتي عقدت في المدرسة في دروس علم المثلثات. الكثير من العمليات الكهربائية والميكانيكية لها شكل جيبية ، على الرغم من أنه في كثير من الأحيان تستخدم أشكال أخرى من الإشارات في التكنولوجيا الإلكترونية. بعضها مبين في الشكل 6.

الشكل 6. أشكال الاهتزازات الكهربائية

إشارات دورية. خصائص الإشارة

يسمح لك الذبذبات الإلكترونية العالمية بدراسة الإشارات الدورية بدقة. إذا قمت ، عند الإدخال Y ، بإرسال إشارة صوت حقيقية ، على سبيل المثال ، تسجيل صوتي موسيقي ، فسوف تظهر رشقات وميض عشوائية على الشاشة. بطبيعة الحال ، من المستحيل التحقيق في هذه الإشارة بالتفصيل. في هذه الحالة ، سيساعدك استخدام مرسمة الذبذبات الرقمية على التخزين ، مما يتيح لك حفظ الشكل الموجي.

إن التذبذبات الموضحة في الشكل 6 دورية وتتكرر بعد فترة زمنية محددة T. ويمكن اعتبار ذلك بمزيد من التفصيل في الشكل 7.

الشكل 7. تقلبات دورية

يتم تصوير التذبذبات في نظام إحداثيات ثنائي الأبعاد: يتم قياس الضغط على طول محور الإحداثيات ، ويتم قياس الوقت على طول محور الإحداثي. يتم قياس الجهد في فولت ، الوقت بالثواني. بالنسبة للاهتزازات الكهربائية ، يتم قياس الوقت غالبًا بالميلي ثانية أو بالمايكرو ثانية.

بالإضافة إلى المكونين X و Y ، يحتوي الشكل الموجي أيضًا على المكون Z - الكثافة ، أو ببساطة سطوع (الشكل 8). هي التي تقوم بتشغيل الشعاع لوقت الحزمة الأمامية وتطفئ في الوقت المحدد لسكتة دماغية. تحتوي بعض ذبذبات الذبذبات على مدخل للتحكم في السطوع ، والذي يسمى الإدخال Z. إذا قمت بتطبيق جهد نبضي من مولد مرجعي على هذا الإدخال ، يمكنك رؤية ملصقات التردد على الشاشة. يتيح لك ذلك قياس مدة الإشارة بدقة أكبر على طول المحور X.

الشكل 8. ثلاثة مكونات للإشارة التحقيق

وكقاعدة عامة ، تحتوي الذبذبات الحديثة على عمليات مسح معايرة للوقت تتيح توقيتًا دقيقًا. لذلك ، فإن استخدام مولد خارجي لإنشاء علامات ليس ضروريًا عملياً.

في الجزء العلوي من الشكل 7 هي موجة جيبية. من السهل أن نرى أنه يبدأ في بداية نظام الإحداثيات. خلال فترة T (الفترة) ، يتم إجراء تذبذب واحد كامل. ثم كل شيء يكرر ، في الفترة المقبلة. وتسمى هذه الإشارات الدوري.

تظهر الإشارات المستطيلة أسفل موجة جيبية: نبض متعرج ونبض مستطيل. كما أنها دورية مع الفترة T. مدة النبضة هي الرمز τ (tau). في حالة التعرج ، تساوي مدة النبضة to مدة التوقف بين النبضات ، نصف الفترة T فقط. لذلك ، يكون التعرج هو حالة خاصة لإشارة مستطيلة.

معدل واجب واجب

لتوصيف النبضات المستطيلة ، يتم استخدام معلمة تسمى دورة العمل. هذه هي نسبة فترة تكرار النبضة T إلى مدة النبضة τ. بالنسبة للتعرج ، تكون دورة التشغيل مساوية لاثنين ، - القيمة بدون أبعاد: S = T / τ.

في المصطلحات الإنجليزية ، العكس هو الصحيح. هناك ، تتميز النبضات بدورة التشغيل ، نسبة مدة النبضة إلى فترة دورة التشغيل: D = τ / T. يتم التعبير عن عامل التعبئة في ٪٪. وبالتالي ، للتعرق ، D = 50 ٪. اتضح أن D = 1 / S ، ودورة العمل ودورة العمل معكوستان ، على الرغم من أنها تميز نفس المعلمة النبضية. ويرد الشكل الموجي للتعرق في الشكل 9.

الشكل 9. الموجي من التعرج D = 50 ٪

هنا ، يتم توصيل مدخلات الذبذبات بإخراج المولد الوظيفي ، والذي يظهر على الفور في الزاوية السفلى من الشكل. وهنا قد يسأل القارئ اليقظ سؤالًا: "إن سعة إشارة الخرج من المولد 1V ، حساسية مدخلات الذبذبات هي 1V / div ، وتعرض الشاشة نبضات مستطيلة بحجم 2V. لماذا؟ "

والحقيقة هي أن المولد الوظيفي يولد نبضات مستطيلة القطبين فيما يتعلق بمستوى 0V ، تقريبا نفس الجيوب الأنفية ، مع السعات الإيجابية والسلبية. لذلك ، يتم رصد نبضات بامتداد ± 1V على شاشة الذبذبات. في الشكل التالي ، نقوم بتغيير دورة العمل ، على سبيل المثال ، إلى 10 ٪.

الشكل 10. زخم مستطيل D = 10 ٪

من السهل أن نرى أن فترة تكرار النبض هي 10 خلايا ، في حين أن مدة النبضة هي خلية واحدة فقط. لذلك ، D = 1/10 = 0.1 أو 10 ٪ ، كما يمكن أن يرى من إعدادات المولد. إذا كنت تستخدم الصيغة لحساب دورة التشغيل ، فستحصل على S = T / τ = 10/1 = 1 - القيمة لا تحتوي على أبعاد. هنا يمكننا أن نستنتج أن دورة العمل تميز الدافع بشكل أكثر وضوحًا من دورة العمل.

في الواقع ، بقيت الإشارة نفسها كما في الشكل 9: نبضة مستطيلة بسعة 1 فولت وتردد 100 هرتز. فقط عامل التعبئة أو دورة العمل يتغيران ، يبدو أن شخصًا ما أكثر دراية وملاءمة. ولكن لراحة الملاحظة في الشكل 10 ، يتم تقليل مدة المسح إلى النصف مقارنة بالشكل 9 وهي 1 مللي ثانية / div. لذلك ، تأخذ فترة الإشارة 10 خلايا على الشاشة ، مما يجعل من السهل إلى حد ما التحقق من أن دورة التشغيل 10٪. عند استخدام مرسمة الذبذبات الحقيقية ، يتم تحديد مدة المسح تقريبًا تقريبًا.

مستطيلة نبض قياس الجهد

كما ذكرنا في بداية المقال ، يقيس الذبذبات الجهد الكهربي ، أي فرق محتمل بين نقطتين. عادة ، يتم أخذ القياسات بالنسبة إلى سلك شائع ، أرض (صفر فولت) ، على الرغم من أن هذا ليس ضروريًا. من حيث المبدأ ، يمكن القياس من الحد الأدنى إلى الحد الأقصى لقيم الإشارة (قيمة الذروة ، الذروة إلى الذروة). في أي حال ، فإن خطوات القياس بسيطة للغاية.

غالبًا ما تكون النبضات المستطيلة أحادية القطبية ، وهي نموذجية للتكنولوجيا الرقمية. يوضح الشكل 11 كيفية قياس جهد النبض المستطيل.

الشكل 11. قياس السعة للنبض مستطيلة

إذا كانت حساسية قناة الانحراف العمودي 1V / div ، فقد اتضح أن الشكل يظهر نبضة بجهد 5.5V. مع حساسية 0.1V / div. سيكون الجهد 0.5 فولت فقط ، على الرغم من أن كلا النبضين يظهران على نفس الشكل.

ماذا يمكن أن ينظر إليه في دفعة مستطيلة

تعتبر النبضات المستطيلة الموضحة في الأشكال 9 ، 10 مثالية ببساطة لأنها توليفها بواسطة WorkBench Electronics. وتردد النبض هو 100 هرتز فقط ، وبالتالي ، لا يمكن أن تنشأ مشاكل مع "تربيع" الصورة. في الجهاز الحقيقي ، بمعدل تكرار مرتفع ، يتم تشويه النبضات إلى حد ما ، أولاً وقبل كل شيء ، تظهر طفرات وعيارات نارية متعددة بسبب محاثة التثبيت ، كما هو موضح في الشكل 12.

الشكل 12. الدافع مستطيلة حقيقية

إذا لم تهتم بمثل هذه "تفاهات" ، فإن الدافع المستطيل يبدو كما هو موضح في الشكل 13.

الشكل 13. معلمات نبضة مستطيلة

يوضح الشكل أن الحواف الأمامية والخلفية للنبضة لا تظهر فورًا ، لكن لها أوقات صعود وسقوط ، وتميل إلى حد ما بالنسبة إلى الخط العمودي. هذا المنحدر ناتج عن خصائص تردد الدوائر الدقيقة والترانزستورات: كلما زاد ترانزستور التردد ، قلت "جبهات" النبضات. لذلك ، يتم تحديد مدة النبضة بمستوى 50 ٪ من المدى الكامل.

لنفس السبب ، يتم تحديد سعة النبض بمستوى 10 ... 90 ٪. يتم تحديد مدة النبضة ، وكذلك الجهد ، بضرب عدد تقسيم المقياس الأفقي بقيمة القسمة ، كما هو مبين في الشكل 14.

الشكل 14.

يوضح الشكل فترة واحدة من النبض المستطيل ، مختلفة قليلاً عن المتوسط: مدة النبضة الموجبة هي 3.5 تقسيم من المقياس الأفقي ، ومدة الإيقاف المؤقت هي 3.8 تقسيم. فترة تكرار النبض هي 7.3 تقسيم. قد تنتمي هذه الصورة إلى عدة نبضات مختلفة بترددات مختلفة. كل شيء يعتمد على مدة الاجتياح.

تفترض مدة المسح 1ms / div. ثم تكون فترة تكرار النبض 7.3 * 1 = 7.3ms ، وهو ما يتوافق مع التردد F = 1 / T = 1 / 7.3 = 0.1428 كيلو هرتز أو 143 هرتز. إذا كانت مدة المسح 1 /s / div ، فسوف يتحول التردد إلى ألف مرة ، أي 143 كيلو هرتز.

باستخدام البيانات الواردة في الشكل 14 ، ليس من الصعب حساب دورة عمل النبضة: S = T / τ = 7.3 / 3.5 = 2.0857 ، فقد بدا كأنه متعرج. دورة عمل دورة التشغيل D = τ / T = 3.5 / 7.3 = 0.479 أو 47.9٪. تجدر الإشارة إلى أن هذه المعلمات لا تعتمد بأي حال على التردد: تم حساب دورة العمل ودورة العمل ببساطة عن طريق تقسيمات على الموجي.

مع النبضات المستطيلة ، يبدو أن كل شيء واضح وبسيط. لكننا نسينا تماما عن موجة جيبية. في الواقع ، هناك نفس الشيء: يمكنك قياس الفولتية ومعايير الوقت. ويرد واحد فترة موجة جيبية في الشكل 15.

الشكل 15. معلمات موجة جيبية

من الواضح ، بالنسبة للجيوب الأنفية الموضحة في الشكل ، أن حساسية قناة الانحراف العمودي هي 0.5 فولت / div. يمكن تحديد المعلمات المتبقية بسهولة بضرب عدد الأقسام بمقدار 0.5 فولت / div.

قد تكون موجة جيبية أخرى ، والتي يجب أن تقاس بحساسية ، على سبيل المثال ، 5V / div. ثم بدلا من 1V تحصل على 10V. ومع ذلك ، على الشاشة ، تبدو صورة كلا الجيوب الأنفية متطابقة تمامًا.

توقيت الجيوب الأنفية هو مبين غير معروف. إذا افترضنا أن مدة الفحص هي 5 مللي ثانية / div ، فستكون المدة 20 مللي ثانية ، وهو ما يتوافق مع تردد 50 هرتز. تشير الأرقام بالدرجات على المحور الزمني إلى مرحلة الجيوب الأنفية ، على الرغم من أن هذا ليس مهمًا بشكل خاص للجيوب الأنفية المفردة. في كثير من الأحيان ، من الضروري تحديد تحول الطور (مباشرة بالميلي ثانية أو بالمايكرو ثانية) على الأقل بين إشارتين. من الأفضل القيام بذلك باستخدام ذبذبة ثنائية الشعاع. كيف يتم ذلك سيظهر أدناه.

كيفية قياس الحالية مع الذبذبات

في بعض الحالات ، يلزم قياس حجم وشكل التيار. على سبيل المثال ، يكون التيار المتناوب المتدفق عبر مكثف أعلى من فترة الجهد. ثم ، يتم تضمين المقاوم مع مقاومة صغيرة (أعشار أوم) في الدائرة المفتوحة. هذه المقاومة لا تؤثر على تشغيل الدائرة. سوف انخفاض الجهد عبر هذا المقاوم تظهر شكل وحجم التيار الذي يتدفق عبر مكثف.

يتم ترتيب مقياس قياس مماثل بنفس الطريقة تقريبًا ، والتي سيتم تضمينها في كسر الدائرة الكهربائية. في هذه الحالة ، يقع المقاوم القياس داخل مقياس التيار الكهربائي نفسه.

يظهر الشكل 16 دائرة قياس التيار من خلال المكثف.

الشكل 16. القياس الحالي من خلال مكثف

يتم تزويد الجهد التسلسلي من 50 هرتز بسعة 220 فولت من مولد XFG1 (شعاع أحمر على شاشة الذبذبات) إلى الدائرة التسلسلية من المكثف C1 ومقاوم القياس R1. سوف انخفاض الجهد عبر هذا المقاوم إظهار الشكل ، المرحلة وحجم التيار من خلال مكثف (شعاع أزرق). يظهر الشكل 17 كيف سيبدو على شاشة الذبذبات.

الشكل 17. التيار من خلال المكثف هو قبل الجهد من قبل فترة

عند تردد موجة جيبية قدره 50 هرتز ووقت مسح قدره 5 مللي ثانية / Div ، تأخذ فترة موجة جيبية واحدة 4 أقسام على طول المحور X ، وهو مناسب جدًا للمراقبة. من السهل أن نرى أن الشعاع الأزرق يتقدم من الأحمر عن طريق تقسيم واحد بالضبط على طول المحور X ، والذي يتوافق مع فترة ¼. وبعبارة أخرى ، فإن التيار من خلال مكثف هو قبل الجهد المرحلة ، وهو ما يتفق تماما مع النظرية.

لحساب التيار من خلال المكثف ، يكفي استخدام قانون أوم: I = U / R. عندما تكون مقاومة المقاوم للقياس 0.1 أوم ، فإن انخفاض الجهد عبره يكون 7 mV. هذه هي قيمة السعة. ثم الحد الأقصى الحالي من خلال مكثف سيكون 7 / 0.1 = 70mA.

قياس شكل التيار من خلال المكثف ليس مهمة ملحة للغاية ، كل شيء واضح وبدون قياسات. بدلاً من المكثف ، يمكن أن يكون هناك أي حمل: مغو، لف المحركات ، مرحلة مكبر للصوت الترانزستور وأكثر من ذلك بكثير. من المهم أن تستخدم هذه الطريقة لدراسة التيار الذي يختلف في بعض الحالات بشكل كبير عن الجهد.

بوريس الأديشين

Comments

[#1]

إن الذبذبات الرقمية مناسبة لأولئك الذين تعد الدقة القصوى لهم مهمة للغاية ، ولا أعتقد أنه ضروري دائمًا في الظروف المنزلية أو الصناعية. ومع ذلك ، فإن المستقبل يكمن في مثل هذه الأشياء.