Osiloskop Nedir?
Osiloskop, elektriksel sinyallerin zaman içindeki değişimini görsel olarak gösteren bir test cihazıdır. Elektronik sistemlerin analiz edilmesinde kullanılır ve sinyallerin dalga şekillerini, frekanslarını, genliklerini, faz farklarını ve bozulmalarını incelemek için gereklidir. Osiloskop, sinyalin voltajını (y ekseni) ve zamanını (x ekseni) göstererek sinyalin zaman içindeki değişimini görselleştirir.
Osiloskoplar, analog ve dijital olmak üzere iki ana kategoriye ayrılır. Her türün kendine özgü kullanım alanları vardır.
Osiloskobun Temel Bileşenleri
1. Katot Işınlı Tüp
Katottan çıkan elektronlar Wehnelt silindirinin deliğinden geçtikten sonra potansiyelinden dolayı hızlanarak yollarına devam ederler.
- Wehnelt silindirine katoda göre -15V ile -150V arasında bir gerilim uygulanarak delikten geçen elektron miktarı ayarlanır. Elektronlar yardımcı anot ve anot yardımıyla toplanarak bir demet haline getirilirler. Yardımcı anottaki gerilim anodunkinin 1/3'ü kadardır.
- Elektron, elektrik alanı yönünde F = e·Ē kadar bir kuvvetin etkisine girer. Bu kuvvet elektronu eksen yönünde hızlandırırken başlangıçta eksene doğru da saptırır, sonra da eksenden uzaklaştırmaya çalışır. Fakat elektronun eksen yönündeki hızı artmış olduğundan sonuç olarak bu elektron optiği sistemini incelmiş bir ışın demeti olarak terk ederler. Işını yeterince denetlemek için birkaç katlı optik sistemler kullanılmaktadır.
- Elektron demeti belirli bir hızda anodu terk ettikten sonra dikey saptırma plakalarından (Y-plakaları) geçer. Bu plakalara uygulanan gerilim elektron demetini dikey yönde saptırır.
Elektron demeti dikey yönde saptırıldıktan sonra yatay saptırma plakaları arasından geçer ve buradaki sapmadan sonra tüpün bir noktasına çarpar. Tüpün iç kısmı floresan tabakasıyla kaplı olduğu için elektron demetinin çarpması sonucu fosfor ışık yayar. Fosfor tabakasının yaydığı ışık miktarı elektron miktarı ve elektron enerjisiyle orantılıdır. Işık miktarını artırmak için birçok osiloskopta elektron demeti saptırma plakalarını terk ettikten sonra tekrar hızlandırılır. Hızlandırma anodu, ekran yakınında tüpün iç kısmına yerleştirilmiş spiral direnç şeklinde veya ekranın önüne konulmuş ince bir ağ yardımıyla gerçekleştirilir. Bu anoda 3-10 kV gerilim uygulanmaktadır. Bu son hızlandırma nedeniyle sapma biraz azalmakta fakat fosforun ışık miktarı fazlaca artırılmaktadır.
Osiloskobun Y-plakalarına izlenecek gerilim uygulanmaktadır. Alçak gerilimlerin izlenebilmesi için kuvvetlendirilmeleri gerekmektedir, çünkü ışının sapma katsayısı osiloskopta oldukça düşüktür. Örnek seçilen bir alette Y-plakaları için S = 0,2-2 mm/V arasındadır. 1 cm sapma elde etmek için Y-plakalarına 5-50 V uygulanmaktadır. Bu nedenle Y kanalında kuvvetlendiriciler kullanılır.
2. Y Kanalı (Düşey Saptırıcı)
Giriş gerilimi doğrudan veya C kapasitesi üzerinden DC bileşeni ayrılarak gerilim bölücüye uygulanır. Çeşitli değerdeki gerilimleri izleyebilmek için giriş gerilimi uygun bir şekilde gerilim bölücü yardımıyla azaltılır. Gerilim bölücünün giriş direnci çok yüksektir ve her konumda sabittir (genellikle 1 MΩ, yaklaşık 30 pF). Ön kuvvetlendiricinin giriş direnci yüksektir. Ön kuvvetlendiricinin çıkışı bir gerilim ayarlayıcı üzerinden ana kuvvetlendiriciye bağlanmıştır. Ana kuvvetlendirici geniş bantlı bir doğru akım kuvvetlendiricisidir ve yüksek kaliteli kuvvetlendiriciler kullanılır. Kuvvetlenen gerilim simetrik kuvvetlendiriciden geçirilerek plakalara uygulanır.
- Duyarlılığı daha da yükseltmek için kuvvetlendiriciler kullanılmaktadır.
- Bu kuvvetlendirici zincirinden sonra elde edilen alet duyarlılığı δ = 10 mV/cm kadardır.
3. X Kanalı (Yatay Saptırıcı)
Osiloskobun X-plakalarına zamanla doğrusal değişen periyodik bir işaret uygulanır. Böylece ekranda gerilimin zamana göre değişmesi izlenmiş olur. Bu işaret, zamanla doğrusal olarak artan, belirli bir gerilime ulaştıktan sonra kısa bir sürede başlangıç noktasına dönen testere dişi gerilimidir. Bu tür gerilimler sabit bir akımı kondansatörde integre etmekle elde edilirler.
Uc = (1/C) ∫ I dt
C'nin ve I'nın değerleri değiştirilerek gerilimin eğimi ayarlanabilir.
Testere dişi üretecinin ürettiği gerilim kuvvetlendirilerek X-plakalarına uygulanır. Testere dişinin eğimi ve dolayısıyla periyodu C ve R yardımıyla ayarlanır. Genellikle frekansı 1 Hz – 150 kHz arasında değişebilen gerilimler kullanılmaktadır.
Senkronlama ve Tetikleme
Ekranda duran bir şekil ancak izlenen sinyalin periyoduyla testere dişinin periyodu arasında belirli oranlar varsa elde edilebilir. Aksi durumda ekrandaki şekil iki frekans arasındaki fark frekansıyla kayar. İki frekans arasındaki uyumu sağlamak için senkronlama ve tetikleme prensibi kullanılır.
Senkronlamada izlenen işaret belirli bir değere varınca bir işaret üretilir. Bu değer ayarlanabilmektedir. Örneğin sinyalin sıfırdan pozitife geçiş noktasını ayarlayarak her seferinde bu noktadan itibaren ekrana çizebiliriz ya da belirli bir Us noktasından itibaren de çizebiliriz.
İzlenecek gerilim her Us gerilimine ulaştığında, süpürme gerilimi yeniden ekranı yatayda soldan sağa tarayacak olan testere dişi şeklinde üretilmeye başlar. Böylece Ux ile Uy arasında bir uyum sağlanmış olur.
Ux'in Uy'ye bağlı olarak üretilebilmesi için bu iki frekansın aynı veya katları olması gerekir. Senkronlama ancak dar bir bölgede faydalı olabilmektedir.
Bu nedenle osiloskoplarda daha çok tetiklemeli çalışma prensibi kullanılmaktadır. Bu prensipte süpürme gerilimi, izlenen sinyal seçilen bir değere gelince üretilmektedir.
Bu işaretle beraber Ux yükselmeye başlar, maksimum değerine ulaştıktan sonra başlangıç değerine döner ve tekrar emir bekler. Bu sırada oluşacak darbeler gerilim üretecini etkilemez. Tetikleme gerilimi olarak Uy'nin yanında dışarıdan verilecek gerilimler de kullanılabilir. Ut geriliminin Uy'nin artan kısmından mı yoksa azalan kısmından mı üretileceği seçime bağlıdır.
Tetikleme işareti üretildikten sonra süpürme gerilimi oluşuncaya kadar kısa gecikmeler oluşmaktadır. Bu nedenle Uy işaretinin başlangıç kısmı ekranda gözükmez. Başlangıç kısmını görmek amacıyla Y kanalına işareti geciktirici devreler eklenmiştir (gecikme süreleri ≈ 100 ns).
Osiloskop Kullanım Alanları
Devre testi: Elektronik devrelerdeki sinyallerin doğruluğu osiloskopla test edilebilir. Bu, devrenin beklenen şekilde çalışıp çalışmadığını anlamayı sağlar.
Arıza tespiti: Elektronik cihazlardaki sinyallerin analiz edilmesi arızalı bileşenlerin tespit edilmesini sağlar. Osiloskop, sinyaldeki bozulmaları veya parazitleri tespit etmek için de kullanılabilir.
Frekans ve dalga şekli analizi: Sinyallerin frekansı, genliği ve fazı osiloskoplarla ölçülür. Özellikle yüksek frekanslı sinyallerin ölçümü dijital osiloskoplarla yapılabilir.
Eğitim ve araştırma: Elektrik ve elektronik mühendisliği eğitimlerinde osiloskoplar devrelerin çalışma prensiplerini anlamak için kullanılır. Ayrıca yeni devre tasarımlarının doğruluğunu test etmek için de faydalıdır.
Osiloskop Satın Alırken Dikkat Edilmesi Gereken Faktörler
Bant genişliği: Osiloskobun ölçebileceği maksimum frekansı belirler. Yüksek bant genişliği, daha yüksek frekanslı sinyallerin doğru bir şekilde ölçülmesini sağlar.
Örnekleme hızı: Sinyalin ne kadar hızlı örneklenebileceğini gösterir. Yüksek örnekleme hızı daha hassas ölçümler sağlar.
Çoklu kanal desteği: Birden fazla kanalı aynı anda analiz edebilmek günümüzde sıkça tercih edilen bir özelliktir.
Depolama kapasitesi: Dijital osiloskoplar veriyi kaydedip daha sonra inceleme imkânı sağlar. Yeterli depolama kapasitesi verilerin saklanmasını ve sonradan analiz edilmesini sağlar.
Ekran çözünürlüğü ve boyutu: Ekranın çözünürlüğü ve boyutu, dalga şekillerini net bir şekilde incelemek için önemlidir. Yüksek çözünürlüklü ekranlar daha detaylı görüntüler sunar.
Eksiklik veya bilgi yanlışı için lütfen iletişime geçiniz.