Osiloskop ile ölçüm

Güncelleme 13/01/2021

Tek kanallı bir osiloskop ile AC ve DC gerilimler, Peryot, Frekans, Kare dalgaların yükselme ve düşme zamanları, Çift kanallı bir osiloskop ile iki AC sinyal arasındaki faz açısı ölçümleri temel olarak yapılır. Bunların dışında kalan akım, basınç, gerilme, titreşim (vibrasyon),sıcaklık, ışık gibi ölçümler ise transdüserler yardımıyla gerilime dönüştürülerek dolaylı olarak ölçülebilir.

Osiloskoplar temel olarak ölçülen sinyalin zaman eksenine göre değişimini gösterebilen ekrana sahip ölçü aletleridir. Bu ekran televizyon ve monitördekilere benzer katot taramalı tüp (CRT) olabileceği gibi artık günümüzde sayısal osiloskopların sahip olduğu LCD ekranlarda olabilir.

Osiloskop Üzerinde ki Ayar Düğmeleri

Osiloskop üzerindeki ayar düğmeleri, osiloskop üzerinde de görüldüğü gibi çizgilerle ayrılarak gruplandırılmıştır. Üst sağ taraftaki grup, ekran görünümüyle ilgili ayarları kapsar;

POWER: Osilaskobu açıp kapatmaya yarar. Osiloskop açık olduğu sürece, düğmenin kenarında ki led yanmaktadır.

INTENSITY: Ekranın parlaklık ayarıdır. Ekrandaki dalga şekli en iyi görünecek şekilde ayarlanır. Gereğinden fazla açılması durumunda, ekrandaki fosfor tabakasına zarar verebileceğinden, uygun parlaklığa ayarlanmalıdır.

FOCUS: Ekran netleme ayarıdır. Katot ışınlarının, ekran üzerindeki odak noktasını ayarlar. Ayarsız olduğunda dalga şekli bulanık görünür. En net dalga şekli elde edilene kadar göz kararı ayarlanır.

TRACE ROTATION: Katot taramasının açısal yataylığını ayarlar. Ekranda görünen kanal girişi GND konumuna alındığında, eğer skala çizgilerine tam oturmayıp, çapraz bir çizgi görünüyorsa bu trimpot bir tornavida ucu ile döndürülerek, ekrandaki çizgi tam düz olacak ve skala çizgisiyle çakışacak şekilde ayarlanır.

SCALE ILLUM: (SCALE ILLUMINATION) Buradan, skala çizgilerinin aydınlatmasını sağlayan ışık miktarı ayarlanır. Skala çizgileri rahat görünecek şekilde göz kararı ayarlanır.

CAL: Bu terminal, prob kompanzasyonu ve osiloskop kalibrasyon ayarlarını yapmak amacıyla kullanılır. Probun kenetli ucunun takılabileceği ortası delik metal bir teminaldir.

Kullandığımız osilaskobun kanal sayısına bağlı olarak, her kanal için ayrı ayrı düşey eksen ayar düğmeleri bulunmaktadır.

Bu ayar düğmeleri, her kanal için aynı işlevleri gördüğünden, herhangi kanal için bu düğmeleri açıklarsak, bunlar tüm kanallar için geçerli olacaktır;

VOLTS/DIV: İlgili giriş kanalının genlik kademe ayar düğmesidir. Çok kademeli komütatör anahtardır. Ekrandaki düşey eksen üzerindeki her bir skala çizgisinin Volt olarak değerini gösterir. Örneğin bu anahtar 1 V kademesinde iken ekrandaki dalga şekli tepeden tepeye 4 skala çizgisini kapsıyor ise, bu dalga şeklinin tepeden tepeye genliği,1 x 4 = 4 V demektir.

Ayrıca bu komütatör anahtarının üzerinde kalibrasyon amacıyla kullanılan bir potansiyometre vardır. Bu potansiyometre, kalibrasyon işlemi sırasında bir kez ayarlandıktan sonra ölçüm sırasında bir daha değiştirilmez.

AC / GND / DC: İlgili kanal girişinin kuplajını seçer. Ölçtüğümüz gerilim alternatif gerilim ise AC kademesine, doğru gerilim ise DC kademesine getirilmelidir. GND kademesi ise giriş sinyalini şaseye bağlayarak ekrandaki çizginin sıfır ayarının yapılabilmesi için kullanılır.

POSITION: Ekrandaki dalga şeklinin yukarı aşağı kaydırılmasını sağlar. Doğru ölçüm yapabilmek için, ilgili kanal girişi GND kademesine alındıktan sonra, bu ayar yardımıyla ekrandaki çizgi, yatay sıfır skala çizgisine çakışacak şekilde ayarlanarak sıfırlanır.

X5 MAG: İlgili kanal girindeki sinyalin genliğini 5 kat büyütür. Eğer bu düğmeye basılırsa giriş sinyali 5 kat büyütüldüğünden, hesaplanan genliğin gerçek değerini bulmak için hesaplanarak bulunan sonuç 5’e bölünmelidir.

Osiloskop üzerinde ayrıca, hangi kanalın seçileceği ve kanallardaki sinyaller arasında aritmatik işlem yapılmasını olanaklı kılan seçici düğmeler vardır;

CH1 / ADD / CH2: CH1 ve CH2, sırasıyla 1. ve 2. kanalların seçilmesini sağlar. Her iki kanalda seçildiğinde, ekranda bu kanallara ait iki çizgi görünür. ADD düğmesi ise, Kanal 1 ve Kanal 2 deki sinyallerin TOPLANARAK ekranda görüntülenmesini sağlar.

Osiloskop üzerindeki son grup ayar düğmeleri ise, yatay eksen zaman ayarları ile trigger ayarlarını düzenleyen düğmelerdir.

TIME/DIV: Yatay eksenin zaman kademesini seçen komütatör anahtarıdır. Bu anahtarın belirttiği her kademe, ekrandaki her bir yatay skala çizgisi arasındaki zamanı belirtmektedir.
Böylece, ekrandaki bir dalga şeklinin bir peryodunun kapladığı yatay skala çizgileri sayılarak bu dalganın peryodu, dolayısıyla frekansı bulunabilir.

Örneğin, TIME/DIV kademesi 1 mS kademesinde iken, ekrandaki dalga şeklinin bir peryodu 4 skala çizgisi uzunluğunda ise, bu dalga şeklinin peryodu 1 x 4 = 4 mS ve frekansı f = 1/T formülünden,

ve f = 250 Hz bulunur.

<>POSITION: Ekrandaki dalga şeklinin yatay olarak sağa sola kaydırılmasını sağlar. Böylece dalga şekli skala çizgileri üzerine tam oturtularak doğru bir ölçme yapılabilir.

VARIABLE: Zaman ekseni kalibrasyonu için kullanılır. Kalibrasyon işlemi bir defa yapıldıktan sonra bu ayar ölçme sırasında bir daha değiştirilmez.

X5 MAG: Ekrandaki dalga şeklini, yatay eksene göre 5 kat büyütür, yani genişletir. Eğer bu düğme basılıyken ölçme işlemi yapılırsa, bulunan peryot dolayısıyla 5’e bölünmelidir, yada hesaplanan frekans 5 ile çarpılmalıdır.

X-Y: Osiloskopta XY çalışma durumunu seçer. Normal çalışmada yatay eksen, zaman ekseniyken, XY çalışma modunda yatay ve düşey eksenler sırasıyla kanal 1 ve kanal 2 tarafından kontrol edilir. Bu çalışma durumunun en pratik örneği, Lissajous eğrilerini kullanarak iki sinyal arasındaki faz açısının ölçülmesidir. XY çalışma modunda zaman ekseni yoktur.

Bundan sonra anlatılacak olan ayarlar ise trigger, yani tetikleme fonksiyonlarıyla ilgilidir.

Osiloskopta ölçümler büyük çoğunlukla zaman eksenine göre yapıldığından, zaman içinde akıp giden bir sinyal üzerinde ölçümler yapmak pek olanaklı değildir. Bu nedenle ölçülen sinyalin en azından incelenmek istenen kısmının ekranda kalması istenir.

Tetikleme fonksiyonu bunu sağlar. Periyodik bir dalga şeklinde, bu dalga şekli her defasında aynı noktasından başlanarak ekrana çizilirse, sanki ekranda sabit duruyormuş gibi görünür. Buda bize ölçüm yapabilmek için olanak tanır. Tetikleme fonksiyonu, ölçülen dalga şeklinin her ayarlanan gerilim seviyesine ulaşan kısmında ekrana çizmeye başlar.

TRIG LEVEL : (TRIGGER LEVEL) Tetikleme gerilim seviyesini ayarlar. Bazı osiloskoplarda bu seviye ekranda yatay bir çizgi ile gösterilebilmektedir. Ancak kullandığımz osiloskopta bu özellik yoktur.

SOURCE (INT/CH2/LINE/EXT): Tetikleme için baz alınacak kaynak sinyali seçer;

INT: Ölçülen sinyalin kendisini baz alır.

CH2: Kanal 2 girişindeki sinyali baz alır.

LINE: Şebeke frekansını baz alır. Bizde 50 Hz’dir.

EXT: EXT girişinden uygulanan sinyali baz alır.

TRIG MODE (AUTO/NORM/TV V/TV H): Tetikleme çalışma durumunu seçer;

AUTO : Tetikleme seviyesi yakalandığında dalga şekli ekrana çizilirken, ayarlanan seviyede herhangi tetikleme olmadığında da dalga şeklini ekrana çizmeye devam eder.

NORM : Sadece herhangi tetikleme sözkonusu olduğunda dalga şeklini ekrana çizer. Tetikleme olmadığında dalga şekli ekranda görünmez.

TV V : Televizyon devrelerinde her bir düşey tarama satırında tetikleme yapar

TV H : Televizyon devrelerinde her bir yatay tarama satırında tetikleme yapar

Osiloskop Probları ve Prob Kompanzasyonu

Osiloskop girişini ölçülecek noktaya bağlamak amacıyla kullanılan koaksiyel kablolu bağlantı aparatıdır. Her kanal ayrı bir prob üzerinden devreye bağlanır. Osiloskop probları, giriş sinyalini zayıflatma özelliğine göre 1X, 10X yada 100X olabilir. Bu problar, osiloskop giriş direncini arttırmak ve etkin giriş kapasitesini azaltmak amacıyla kullanılırlar.

Prob üzerindeli ayarlı trimmer kondansatörü ile prob kompanzasyon ayarı yapılır. Kompanzasyon ayarı sadece X10 ve X100 kademeleri için yapılır. X1 kademesinde herhangi
kompanzasyon ayarı sözkonusu değildir.

Kalibrasyon için prob, osiloskop üzerindeki CAL yazan terminale bağlanır. Ekranda birkaç peryot kare dalga görünecek şekilde gerilim ve zaman kademe ayarları yapılır.

Daha sonra prob üzerindeki trimmer, en düzgün kare dalgayı oluşturacak şekilde ayarlanır.

Osiloskop Kalibrasyonu

Osiloskopla ölçüm yapmadan önce osiloskobun kalibrasyonu yapılmalıdır. Her osiloskop üzerinde kalibrasyon yapmak için CAL olarak isimlendirilmiş bir terminal bulunmaktadır. Bu
terminalde genliği ve frekansı bilinen bir kare dalga vardır. İlgili kanal girişi prob ile bu terminale bağlandıktan sonra tüm ayar düğmeleri kalibrasyon durumuna getirilir.

Bunun için ilgili ayar düğmeleri, yanında CAL olarak isimlendirilmiş ok işareti yönünde döndürülür. Daha sonra genlik ölçümü yapılır. Eğer ekrandaki dalga şeklinin genliği, CAL terminalinin üzerinde yazan gerilime eşit değil ise, Kalibrasyon ayar düğmeleri ile, CAL terminalinin üzerinde yazan gerilim değeri okunana kadar ayarlanır.

Örneğin, okulumuzda kullandığınız osiloskopların terminal ucu 0.5V gerilim değerini gösterdiğine göre, kalibrasyonu tamamlamak için ekranda gördüğümüz kare dalganın tepe noktası 0.5 Volt yada tepeden tepeye 1V okunmalıdır.

Benzer şekilde peryot ölçümü de yapılır. Bu terminalden çıkan kare dalganın frekansı genellikle 1 KHz olmaktadır. O halde ekranda görülen dalga şeklinin bir peryodu T=1/f  formülünden saniye, yani 0.001 saniye, yani 1 milisaniye olmalıdır.

Buna göre eğer TIME/DIV kademesi 0.5 mS kademesinde ise, ekrandaki kare dalganın bir peryodu 2 skala çizgisini kapsamalıdır. Eğer kapsamıyorsa, zaman ekseni düğme grubunda bulunan VARIABLEpotansiyometresi ile bu ayarlama yapılır.

Osiloskobun Ölçmeye Hazırlanması

Ölçüm yapmadan önce osiloskop ayarları gözden geçirilmelidir. Bunun için şu aşamalarda kontroller yapılır;

• Öncelikle ölçüm yapılacak kanal girişi GND kademesine getirilerek ve yatay eksen zaman kademe anahtarı uygun konuma getirilerek ekranda düz yatay çizgi elde edilir.
• Daha sonda FOCUS, INTENSITY ve SCALE ILLUM ayarlarıyla bu çizgi en net görünecek şekilde ekran ayarları yapılır.
• Tüm X5 MAG gibi büyütme fonksiyon tuşları devre dışı bırakılır, Trigger AUTO kademesine alınır, TRIG SOURCE anahtarı INT pozisyonuna getirilir.
• Kanal seçim anahtarlarından sadece CH1 seçilir.
• Kanal kuplaj anahtarı GND kademesindeyken kanala ait POSITION potansiyometresinden ekrandaki çizgi, sıfır skala çizgisine sıfırlanır.
• Prob, CAL kalibrasyon terminaline bağlanarak eğer prob X10 yada X100 kademesindeyse Prob Kompanzasyonu kontrol edilir.
• Osiloskop kalibrasyonu kontrol edilir, ve gerekiyorsa tekrar ayarlanır.
• Ölçülecek sinyalin türüne göre, kanal kuplaj anahtarı AC yada DC kademesine getirilir.
• Prob, ölçülecek noktaya bağlanır ve, ekranda bir iki peryot görünecek şekilde VOLT/DIV ve TIME/DIVkomitatörlerinden uygun kademeler seçilir.
• Eğer dalga şekli ekransa sabit durmuyorsa, TRIG LEVEL potansiyometresi ile tetikleme seviyesi ayarlanarak dalga şeklinin ekranda sabitlenmesi sağlanır.
• İstenen skala çizgileri sayılarak ölçüm gerçekleştirilir.
• Eğer gerekiyorsa <>POSITION potansiyometresi ile dalga şekli ileri geri kaydırılarak skala çizgileri üzerinde daha kolay okuma sağlanabilir.