Osiloskop Ölçme Teknikleri

sayısal osiloskopların çoğunda yaygın  ölçme işlemlerini basitleştiren ve hızlandıran otomatik ölçme araçları bulunmaktadır. Böylece ölçme sonuçlarının güvenirliliği ve doğruluğu daha da iyileştirilmektedir. Bu yazıda açıklanan manuel ölçme işlemi, otomatik ölçmelerin işleyişini ve kontrolunu daha anlaşılır kılacaktır.

Gerilim Ölçmeleri

Bir devredeki iki nokta arasındaki elektriksel potansiyelin miktarı, gerilim olarak isimlendirilir ve birimi volt olarak ifade edilir. Genellikle bu noktalardan biri topraktır (sıfır volt).  Gerilim tepe-tepe noktaları arasında da- sinyalin maksimum ile minimum noktası arasında ölçülebilir. Bu nedenle ölçmek istenen gerilim tipini belirtmek gereklidir.
Osiloskop, öncelikli olarak bir gerilim ölçüm cihazıdır. Gerilimin ölçülmesini takiben diğer parametreler hesaplanarak belirlenir. Örneğin Ohm Kanunu’na göre, bir devrenin 2 noktası arasındaki gerilim direnç ile akımın çarpımına eşittir. Bu büyüklüklerden herhangi iki tanesi ile üçüncüsü şu formüller ile hesaplanabilir:


Elektrik gücü hesaplama formülü ise yararlanılan diğer bir formüldür. Buna göre DC sinyalin gücü gerilim (V) ile akımın (I) çarpımına eşittir. AC sinyaller için güç hesaplaması daha karmaşıktır. Fakat diğer büyüklükleri hesaplamak için önce gerilimi hesaplamak gereklidir. Şekil 1’de tepe gerilimi (VP) ve tepeden- tepeye gerilim (VP-P) şekli yer almaktadır.

Şekil 1. Tepe Gerilimi (Vp) ve Tepe’den Tepe’ye Gerilim (Vp-p ).
Gerilim ölçümü için en temel metod, osiloskobun düşey skalası üzerinde, dalga şeklinin yayıldığı divizyonların sayılmasıdır. Şekil 2’de görüldüğü gibi dalga şeklinin ekranı düşey olarak tam kaplayacak şekilde ayarlanması halinde gerilim ölçmesi en iyi şekilde gerçekleştirilir.
Birçok osiloskop imleçler aracılığı ile dalga şekli ölçmelerini otomatik olarak gerçekleştirir. Bu durumda gratikül üzerinde yer alan işaretleri saymaya gerek yoktur. İmleç (cursor), basit bir ifade ile ekran üzerinde hareket ettirilebilecek çizgi olarak tarif edilir. Gerilim genlik ölçümleri için yatay iki imleç aşağı yukarı hareket ettirilir, zaman ölçümleri içinde sağ-sol hareket eden iki adet dikey çizgi bulunmaktdır. İmleçlerin bulundukları konumlar ile ilgili gerilim ve zaman değerleri gösterge üzerinden okunur.

Zaman ve Frekans Ölçmeleri

Şekil 2. Düşey merkez gratikül çizgisi üzerinde gerilim ölçme.
Osiloskobun yatay skalasını kullanarak zaman ölçümü yapılabilir. Zaman ölçümü darbelerin darbe genişliğinin ve periyodun ölçülmesini içermektedir.

Frekans = 1/ Periyot

Gerilim ölçümlerinde olduğu gibi, sinyalin ölçülecek kısmının Şeki 3’te olduğu gibi ekranı bütünü ile kaplaması halinde zaman ölçümleri daha hassas ölçülür.

Darbe Genişliği ve Yükselme Zamanının Ölçülmesi

Birçok uygulamada, darbe şeklinin detayları önemlidir. Darbeler distorsiyonlu olabilir. Bu nedenle sayısal devrelerin arızalı çalışmasına neden olabilir. Ayrıca darbe dizininde darbe zamanlaması da önemlidir.

Şekil 3. Yatay merkez gratkül çizgisi üzerinde zamanı ölçünüz.
Standart darbe ölçümleri dabe yükselme zamanı ve darbe genişliği ölçmelerini içerir. Yükselme zamanı, gerilimin alçaktan yüksek değere kadar geçen süreyi ifade eder. Genel kural olarak darbenin tüm gerilim değerinin %10 ile %90 değişmesi sırasında yükselme zamanı ölçülür. Böylece darbe köşelerinin geçis sırasındaki şekil bozuklukları elimine edilir. Darbe genliği süresi ölçümünde ise, darbenin geriliminin alçak değerden yüksek noktaya ve tekrar alçak değere ulaşmasına kadar geçen süre ölçülür. Genel kural olarak darbe genliği tam gerilim değerinin %50 değerinde ölçülür. Şekil 4’te bu ölçme noktaları görülmekedir. Genellik ile darbe ölçmelerinde tetiklenmenin hassas ayarı gerekmektedir. Darbeleri yakalamak konusunda uzmanlaşmak için, tetikleme “hold off” fonksiyonu kullanmayı ve ön tetiklenmiş verileri yakalamak için sayısal osiloskopların nasıl set edilmesi gerektiğini çok iyi öğrenmeniz gereklidir. Darbelerin ölçümünde yatay büyütüm (magnification) hızlı darbelerin ince detaylarını görebilmek için kullanılan yararlı  bir fonksiyondur.

Faz Kayması Ölçmeleri

Faz kayması – birbirinin aynısı iki sinyal arasındaki zaman farkı- tepiti için XY modu kullanılmaktadır. Bu ölçme tekniğinde bir sinyal düşey sisteme diğer sinyal ise yatay sisteme bağlanır. X ve Y akslarının her ikisi de gerilimi izlediği için bu ölçmeye XY ölçmesi adı verilir. Bu bağlantı düzeninin sonucunda ortaya çıkan şekillere Lisssajous Eğrileri adı verilir. (Jules Antoine Lissajous  Fransız Fizikçi’nin adı ile anılır) Lisssajous eğrilerinin şeklen incelenmesi ile iki sinyal arasındaki faz farkı tespit edilebilir. Bu eğrileri inceleyerek iki sinyalin frekans oranını da tespit edebilmek mümkündür. Şekil 5’te değişik frekans oranlarına ve faz kaymasına sahip değişik Lissajous eğrileri görülmektedir.

Şekil 4. Yükselme zamanı ve darbe genişliği ölçme noktaları
XY ölçme tekniği analog osiloskoplar ile gerçekleştirilir. Sayısal Hafızalı Osiloskoplar (DSO’lar) gerçek zamanlı XY görüntüsü gerçekleştirmekte zorlanır. Bazı Sayısal Hafızalı Osiloskoplar tetiklemiş veri noktalarını akümüle ederek XY eğrilerinin çizimini gerçekleştirirler. Diğer yandan, Sayısal Fosfor Osiloskoplar (DPO’lar), sürekli sayısallaştırılmış veri akışı ile gerçek zamanlı özgün XY eğrisi elde edebilir. DPO’lar XYZ resmini yoğunlaştırılmış ekran alanı ile gösterebilir. DSO ve DPO üzerinde  görülen XY görüntülerinin aksine analog osiloskoplarda görülen XY eğrileri birkaç megahertz band genişliği ile sınırlıdır.

Diğer Ölçme Teknikleri

Şekil 5. Lissajous Eğrileri.
Bu yazıda temel ölçme teknikleri incelenmiştir. Diğer ölçme teknikleri örneğin, elektriksel bileşenlerin montaj hattında test edilmesi için osiloskobun set edilmesi, hızlı geçici sinyallerin yakalanması ve daha birçok uygulamayı kapsayabilir. Kullacağınız ölçme tekniğini uygulamanıza göre seçmeniz gerekir. Bu yazıda yer alan bilgiler, osiloskop ile ölçme konusunda bir başlangıç oluşturmaktadır. Osiloskobun kullanma kılavuzunda belirtilen bilgiler doğrultusunda kullanarak daha fazla pratik sağlayıp, osiloskop kullanımını günlük çalışmanızın doğal bir parçası haline dönüştürünüz.