ออสซิลโลสโคป (Oscilloscopes)

อะไรคือ ออสซิลโลสโคป ?

ออสซิลโลสโคปเป็น เครื่องมือวัด ประเภทอุปกรณ์แสดงกราฟสัญญาณไฟฟ้า แกนแนวตั้ง (Y) แทนแรงดัน (Voltage) และแกนนอน (X) แทนเวลา (Time) ความเข้มหรือความสว่าง (Intensity) ของจอแสดงผลบางครั้งเรียกว่าแกน Z ใช้วัดค่าแรงดันไฟฟ้าเมื่อเทียบกับคาบเวลา

รูปที่ 1 รูปคลื่นของส่วนประกอบ X, Y, และ Z

ชนิดของคลื่น

• คลื่นไซน์ (Sine Wave) เป็นเส้นโค้งทางคณิตศาสตร์ที่กำหนดในแง่ของฟังก์ชันตรีโกณมิติไซน์ ซึ่งคือกราฟเป็นคลื่นต่อเนื่องชนิดหนึ่งและเป็นฟังก์ชันคาบที่ราบรื่น เกิดขึ้นบ่อยครั้งในวิชาคณิตศาสตร์ เช่นเดียวกับในฟิสิกส์ วิศวกรรม การประมวลผลสัญญาณ และสาขาอื่นๆ อีกมากมาย

รูปที่ 2 คลื่นไซน์

 

• คลื่นสี่เหลี่ยม (Square Wave) เป็นรูปแบบคลื่นคาบที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ ซึ่งแอมพลิจูดจะสลับกันที่ความถี่คงที่ระหว่างค่าต่ำสุดและค่าสูงสุดคงที่ โดยมีระยะเวลาเท่ากันที่ค่าต่ำสุดและค่าสูงสุด ในคลื่นสี่เหลี่ยมในอุดมคติ การเปลี่ยนระหว่างค่าต่ำสุดและค่าสูงสุดจะเกิดขึ้นทันที 

รูปที่ 3 คลื่นสี่เหลี่ยม

• คลื่นฟันเลื่อยหรือคลื่นเลื่อย (Sawtooth Wave) เป็นรูปแบบคลื่นที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ มันถูกตั้งชื่อตามความคล้ายคลึงกับฟันของเลื่อยฟันเรียบที่มีมุมคราดเป็นศูนย์ ฟันเลื่อยเดี่ยวหรือฟันเลื่อยที่ถูกกระตุ้นเป็นระยะ ๆ เรียกว่ารูปคลื่นทางลาด (Ramp Waveform)
  

รูปที่ 4 คลื่นฟันเลื่อน

• คลื่นสามเหลี่ยม (Triangular Wave หรือ Triangle Wave) เป็นรูปแบบคลื่นที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ ซึ่งตั้งชื่อตามรูปทรงสามเหลี่ยม เป็นฟังก์ชันจริงแบบต่อเนื่อง (Continuous Real Function), เป็นคาบ (Periodic), และเป็นเชิงเส้นแบบเป็นช่วงๆ (Piecewise Linear)
  

รูปที่ 5 คลื่นสามเหลี่ยม

• คลื่นพัลส์ (Pulse Wave) เป็นรูปแบบของคลื่นที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ที่มีคลื่นสี่เหลี่ยม และคลื่นที่มีระยะเวลาใกล้เคียงกันแต่ไม่สมมาตร เป็นคำที่ใช้ในการเขียนโปรแกรมซินธิไซเซอร์ (Synthesizer) และเป็นรูปคลื่นทั่วไปที่มีอยู่ในซินธิไซเซอร์หลายตัว รูปร่างที่แน่นอนของคลื่นถูกกำหนดโดยรอบการทำงานหรือความกว้าง พัลส์ของเอาต์พุตออสซิลเลเตอร์ (Oscillator) ในซินธิไซเซอร์หลายๆ ตัว รอบการทำงานสามารถมอดูเลต (มอดูเลตความกว้างพัลส์) เพื่อให้ได้เสียงที่มีไดนามิกมากขึ้น คลื่นพัลส์เรียกอีกอย่างว่าคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งเป็นเวอร์ชันเป็นคาบของฟังก์ชันสี่เหลี่ยมผืนผ้า (Rectangular Function)
  

รูปที่ 6 คลื่นพัลส์

 

พื้นฐานของการวัด

• ความถี่และคาบ (Frequency And Period) หากสัญญาณเกิดซ้ำ แสดงว่ามีความถี่ ความถี่มีหน่วยวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz) สัญญาณที่ซ้ำกันยังมีคาบซึ่งเป็นระยะเวลาที่สัญญาณใช้เพื่อทำให้หนึ่งรอบเสร็จสมบูรณ์

รูปที่ 7 ความถี่และคาบ

 

• แรงดันไฟฟ้า (Voltage) คือปริมาณศักย์ไฟฟ้า (ความแรงของสัญญาณชนิดหนึ่ง) ระหว่างจุดสองจุดในวงจร โดยปกติหนึ่งในจุดเหล่านี้คือกราวด์ (แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์) แต่ไม่เสมอไป คุณอาจต้องการวัดแรงดันไฟฟ้าจากจุดสูงสุดสูงสุดไปจนถึงจุดสูงสุดต่ำสุดของรูปคลื่น ซึ่งอ้างอิงถึงแรงดันไฟฟ้าจากยอดถึงยอด แอมพลิจูดของคำโดยทั่วไปหมายถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของสัญญาณที่วัดจากกราวด์หรือศูนย์โวลต์ รูปคลื่นที่แสดงในรูปที่ 8 มีแอมพลิจูดหนึ่งโวลต์และแรงดันไฟสูงสุดถึงยอดสองโวลต์
•  แอมพลิจูด (Amplitude) หมายถึงปริมาณของแรงดันระหว่างจุดสองจุดในวงจร แอมพลิจูดโดยทั่วไปหมายถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของสัญญาณที่วัดจากพื้นดินหรือแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์
•  เฟส (Phase) อธิบายได้ดีที่สุดโดยดูที่คลื่นไซน์ คลื่นไซน์ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่แบบวงกลมและวงกลมมี 360 องศา คลื่นไซน์หนึ่งรอบมี 360 องศา ดังแสดงในรูปต่อไปนี้ เมื่อใช้องศา คุณสามารถดูมุมเฟสของคลื่นไซน์ได้เมื่อคุณต้องการอธิบายว่าช่วงเวลาผ่านไปเท่าใด

รูปที่ 8 องศาคลื่นไซน์

การเปลี่ยนเฟส (Phase Shift) อธิบายความแตกต่างของจังหวะเวลาระหว่างสองสัญญาณที่คล้ายคลึงกัน ในรูปต่อไปนี้ รูปคลื่นที่ระบุว่า “กระแส” นั้นเรียกว่า 905 นอกเฟส โดยมีรูปคลื่นที่ระบุว่า “แรงดัน” เนื่องจากคลื่นไปถึงจุดใกล้เคียงกันในวัฏจักรของพวกมันพอดี 1/4 ของวัฏจักร (360 องศา/4 = 90 องศา) การเปลี่ยนเฟสเป็นเรื่องปกติในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

รูปที่ 9 ไดอะแกรมการเปลี่ยนเฟส

ชนิดของ เครื่องมือวัด ออสซิลโลสโคป

• Cathode-ray Oscilloscope (OCR) ออสซิลโลสโคปรังสีแคโทดเป็นชนิดที่เก่าที่สุดและเรียบง่ายที่สุดประกอบด้วยหลอดรังสีแคโทด , แอมพลิฟายเออร์แนวตั้ง, ฐานเวลา, แอมพลิฟายเออร์แนวนอนและแหล่งจ่ายไฟ
  

รูปที่ 10 ออสซิลโลสโคปรังสีแคโทด

• Dual-beam Oscilloscope ออสซิลโลสโคปแบบแอนะล็อกลำแสงคู่สามารถแสดงสัญญาณสองสัญญาณพร้อมกันได้ สร้างหลอดรังสีแคโทดลำแสงคู่แบบพิเศษและเบี่ยงเบนลำแสงทั้งสองแยกกัน

รูปที่ 11 ออสซิลโลสโคปลำแสงคู่

• Digital Oscilloscope ในขณะที่อุปกรณ์อนาล็อกใช้ประโยชน์จากแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์ดิจิทัลใช้เลขฐานสองซึ่งสอดคล้องกับตัวอย่างแรงดันไฟฟ้า ในกรณีของออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) จะใช้เพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ให้เป็นข้อมูลดิจิทัล

รูปที่ 12 ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอล

• Mixed-Signal Oscilloscopes (MSO) ออสซิลโลสโคปแบบสัญญาณผสม มีอินพุตสองประเภท ช่องสัญญาณอนาล็อกจำนวนน้อย (โดยทั่วไปคือสองหรือสี่) และช่องสัญญาณดิจิทัลจำนวนมากขึ้น (โดยทั่วไปคือสิบหก)

รูปที่ 13 ออสซิลโลสโคปแบบสัญญาณผสม

• Mixed-domain oscilloscopes (MDO) ออสซิลโลสโคปแบบโดเมนผสม มีอินพุตสามประเภท ช่องสัญญาณอนาล็อกจำนวนน้อย ช่องดิจิตอลจำนวนมากขึ้น และช่อง RF หนึ่งช่อง ให้ความสามารถในการเทียบเวลากับสัญญาณอนาล็อก ดิจิตอล และ RF กับเวลาซึ่งกันและกันได้อย่างแม่นยำ

รูปที่ 14 ออสซิลโลสโคปแบบโดเมนผสม

• Handheld oscilloscopes ออสซิลโลสโคปแบบใช้มือถือ (หรือที่เรียกว่าสโคปมิเตอร์) มีประโยชน์สำหรับการทดสอบและการใช้งานภาคสนามจำนวนมาก
  

รูปที่ 15 ออสซิลโลสโคปแบบใช้มือถือ

• PC-based oscilloscopes ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลบางตัวใช้แพลตฟอร์ม PC ในการแสดงและควบคุมเครื่องมือ สามารถอยู่ในรูปแบบของออสซิลโลสโคปแบบสแตนด์อโลนที่มีแพลตฟอร์ม PC ภายใน (เมนบอร์ด PC) หรือเป็นออสซิลโลสโคปภายนอกที่เชื่อมต่อผ่าน USB หรือ LAN ไปยังพีซีหรือแล็ปท็อปแยกต่างหาก

รูปที่ 16 ออสซิลโลสโคปบนพีซี

 

ผู้เขียน L5

 

 

บริการสอบเทียบด้าน Electrical

—

ขอใบเสนอราคา    ติดต่อเรา

พูดคุยกับเรา