پراب اسیلوسکوپ چیست و چگونه می‌توان از آن استفاده کرد؟

در این مقاله که سومین مقاله از سری مقالاتی است که به صحبت در مورد اسیلوسکوپ اختصاص داده‌ایم، قصد داریم شما را با تجهیزی به نام پروب یا پراب اسیلوسکوپ آشنا کنیم و نگاهی به انواع پراب‌های موجود، مهم‎ترین مشخصات و نحوه استفاده از آن‌ها بیاندازیم. اگر می‌خواهید بیشتر با اسیلوسکوپ آشنا شوید، اما اگر می‌توانید به انتهای مقاله رفته و به ترتیب مقالات مربوطه را مطالعه کنید.

پراب اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ شما باید به صورت فیزیکی به مدار تست‌تان متصل باشد تا بتوانید اندازه‌گیری کنید. این به وسیله یک پراب آزمایشی صورت می‌گیرد. پراب، تجهیزی است که سیگنال را از مدار تحت آزمایش به اسیلوسکوپ می‌رساند تا اندازه‌گیری شود. طبیعتاً، ما می‌خواهیم اندازه‌گیری‌هایی تا حد ممکن دقیق داشته باشیم و بنابراین مهم است که پراب اسیلوسکوپ سیگنال اصلی را به هیچ وجه تغییر ندهد. یا حداقل، اگر به نوعی آن را اصلاح می‎کند، باید به روشی قابل کنترل و قابل پیش‌بینی انجام شود.

در سمت چپ، می‌توانید نوک پراب اسیلوسکوپ را ببینید. نوک‌ها در چند نوع مختلف وجود دارد، مانند قلاب (نوعی که در این آموزش استفاده می‌کنیم)، نقطه‌ای (به زودی مثالی را به شما نشان خواهیم داد)، یا فنر. نوک، قسمتی از پراب است که به محلی از مداری که می خواهیم اندازه‌گیری کنیم، وصل کرده‌ایم.

در وسط این عکس گیره زمین را می‌بینید. گیره زمین از نظر فیزیکی به دسته پراب متصل است و معمولاً از یک گیره سر‌سوسماری تشکیل شده است. ما گیره را به یک نقطه زمین مناسب وصل می‌کنیم تا مرجع ولتاژ برای اندازه‌گیری ما فراهم شود.

در قسمت راست این عکس، اتصال‌دهنده (کانکتور) ورودی را می‌بینید. به این صورت ما پراب را به اسیلوسکوپ متصل می‌کنیم. کانکتور انواع مختلفی دارد. موردی که در این عکس وجود دارد یک کانکتور BNC می‌باشد که رایج‌تر است. کانکتورهای SMA نیز وجود دارند، مشابه آن‌هایی که برای اتصال آنتن به مودم رادیویی استفاده می‌شود.

کانکتور ورودی BNC به یک جعبه سیاه کوچک وصل شده است. در پشت این جعبه روزنه‌ای وجود دارد که امکان دسترسی به پیچ را فراهم می‌کند. این یک پیچ جبرانی است که به ما امکان می‌دهد مشخصه‌های الکتریکی پراب را بهبود بخشیم تا بتواند سیگنال بهتری از مدار تحت آزمایش را به اسیلوسکوپ منتقل کند، در ادامه بیشتر در مورد تضعیف صحبت خواهیم کرد. همچنین در این عکس برچسب‌ها و حلقه شناسایی قابل توجه است. ما از برچسب‌ها  استفاده می‌کنیم  تا به طور واضحی نقش یک پراب را مشخص کنیم تا وقتی آنها را به مدار خود وصل می‌کنیم مرتکب اشتباهات احمقانه نشویم.

قلاب پراب اسیلوسکوپ

در عکس زیر می‌توانید قلاب پراب اسیلوسکوپ را مشاهده کنید.

قلاب داخل یک پوشش فنری قرار دارد. پوشش را به سمت پایین بکشید تا قلاب نمایان شود و قلاب را به سیم یا پینی که می‌خواهید به عنوان ورودی استفاده کنید وصل کنید. سپس پوشش را رها کنید تا میزان فلزی که آشکار است کاهش یابد و اتصال را محکم کنید. ما در آزمایش‌های اسیلوسکوپ از قلاب استفاده خواهیم کرد، زیرا به سرعت به مدار می‌چسبد، و پس از اتصال، دیگر مجبور نیستیم پراب را با دست نگه‌داریم.

پین پراب اسیلوسکوپ

اگر نیاز به اندازه‌گیری سیگنالی دارید که از طریق یک سطح واقعاً کوچک، مانند پد یک جزء SMD، در دسترس است، می‌توانید از پین استفاده کنید. با برداشتن مجموعه قلاب، پین را در معرض دید قرار دهید.

در این پراب، می‌توانم مجموعه قلاب را طوری بچرخانید که انگار صفحه‌ای است تا آن را از دسته جدا کنید. پین به شما امکان می‌دهد پراب اسیلوسکوپ را به جاهای بسیار کوچک متصل کنید، با توجه به اینکه این یک عملیات بدون نیاز به دست نیست، باید آن را در جای خود نگه‌دارید.

گیره زمین

در بیشتر پراب‌ها، می توانید گیره زمین را جدا کرده و آن را با نوع دیگری جایگزین کنید. شاید برای چفت کردن گیره به منبع زمین به روش دیگری مثل فنر یا گیره درازتر نیاز داشته باشید. بسیاری از پراب‌ها قابلیت تعویض آسان این قطعات را دارند.

انتخابگر تضعیف چیست؟

برخی از پراب‌ها دارای یک سوئیچ بر روی دسته خود هستند. این انتخابگر تضعیف است. این سوئیچ به شما امکان می‌دهد محدوده ولتاژ ورودی را که پراب و به دنبال آن اسیلوسکوپ می تواند با آن کار کند، تغییر دهید.

به عنوان مثال، تصور کنید که اسیلوسکوپ شما فقط برای اندازه گیری ایمن سیگنال ها از 5- ولت تا 5+ ولت درجه بندی شده است.

اگر از یک پراب اسیلوسکوپ تضعیف 1x استفاده می کنید، باید مطمئن شوید که بخشی از مدار تحت آزمایشی که پراب خود را به آن وصل می کنید در این محدوده باقی بماند. اما، اگر بخواهید سیگنالی را که تا 20 ولت می رود اندازه‌گیری کنید، چه؟

فقط سوئیچ قرمز را روی 10x بچرخانید و اسیلوسکوپ شما اکنون می تواند سیگنالی تا 5V*10=50V را (با اطمینان) اندازه‌گیری کند.

برای انجام این کار، شما همچنین باید نسبت یا میزان تضعیف را روی اسیلوسکوپ تنظیم کنید تا با مقدار سوئیچ روی پراب مطابقت داشته باشد.

پیج جبران

بیایید به دلیل وجود پیچ جبرانی در پراب اسیلوسکوپ که قبلاً ذکر کردیم برگردیم.

محفظه ای که کانکتور ورودی به آن وصل شده است حاوی یک شبکه RC (مقاومتی خازنی) است. ما می‌توانیم ویژگی‌های این شبکه RC را طوری تنظیم کنیم تا بتوانیم به یک تضعیف ثابت در پهنای باند کامل پراب دست یابیم. به زبان ساده با چرخاندن پیچ جبران می توان به سیگنال بهتری در اسیلوسکوپ دست یافت.

یک یادآوری سریع در اینجا: تضعیف اثر مقاومت و خازن بر قدرت سیگنال است.

از آنجایی که یک پراب اسیلوسکوپ هم مقاومت و هم خازن دارد، سیگنالی که از آن عبور می‌کند تضعیف می‌شود، یعنی تا زمانی که به اسیلوسکوپ می‌رسد مقداری از قدرت خود را از دست می‌دهد. تا زمانی که این تضعیف در سراسر پهنای باند کامل پراب ثابت باشد، مشکلی نیست. اما اگر اینطور نباشد، در نهایت با سیگنالی مواجه می‌شویم که با نرخ‌های مختلف در طول پهنای باند تضعیف شده است، و این خوب نیست زیرا در اسیلوسکوپ با سیگنالی بسیار متفاوت با سیگنال اصلی مواجه می‌شویم. به همین دلیل است که قبل از شروع استفاده از پراب باید تضعیف را جبران کنیم.

در بخش بعدی نحوه انجام این کار را به شما نشان خواهیم داد.

انواع پراب‌ اسیلوسکوپ

پراب اسیلوسکوپ انواع مختلفی دارد از قبیل: غیر فعال، فعال، دیفرانسیلی و جریانی.

اکثر افراد، از پراب‌های غیرفعال که همراه با اسیلوسکوپ ارائه شده است استفاده میکنند. چیز خیالی‌ای نیست، و برای کار با تمام مدارهای معمولی، مانند الکترونیک با سرعت پایین، ولتاژهای حدود 5 ولت که میکروکنترلرها در آن محدوده کار می‌کنند و ارتباطات دیجیتال عالی است.

یک پراب اسیلوسکوپ غیرفعال فقط شامل اجزای غیرفعال مانند مقاومت و خازن و معمولاً یک مدار جبران تضعیف است. آنها ارزان هستند و برای اندازه‌گیری‌های عمومی عالی هستند.

پراب اسیلوسکوپ فعال حاوی اجزای فعال مانند تقویت کننده‌ها هست. آن‌ها برای اندازه‌گیری سیگنال‌های بسیار کوچک و ضعیف یا سیگنال‌های پرسرعت، مثلاً بالای 500 مگاهرتز، بهتر هستند.

در نهایت، پراب اسیلوسکوپ دیفرانسیل برای اندازه‌گیری اختلاف بین دو سیگنال به جای مقادیر مطلق آنها طراحی شده است. آن‌ها معمولا برای اندازه‌گیری سیگنال‌های با فرکانس بالا یا سیگنال‌های با دامنه بسیار کم استفاده می شوند.

همچنین می خواهیم به پراب‌های جریانی اشاره کنیم. یک پراب اسیلوسکوپ جریانی به ما امکان می‌دهد تا جریان را به‌جای ولتاژ اندازه ‌گیری کنیم، با استفاده از یک سنسور اثر هال که می تواند میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان DC را هنگام عبور از هسته فریت پراب اندازه‌گیری کند.

امیدوارم از این آموزش لذت برده باشید و مطالب جدیدی یادگرفته باشید و به‌خوبی از آن استفاده کنید. اگر سوالی داشتید می‌توانید در بخش دیدگاه با ما در میان بگذارید.

---

ترتیب پیشنهادی ما برای مطالعه سری مقالات اسیلوسکوپ: