Osiloskop elektrik ve elektronik devrelerde bulunan ve farklı şekillerde bulunan elektrik sinyallerini görünür hale getiren ve üzerinde sinyalin farklı özelliklerini ölçebildiğimiz bir ölçü aletidir. Sinyal şekillerini görebildiğimiz için, hem dizayn hemde arıza tespiti için vazgeçilmez bir araçtır. Bu dersimizde sizlere osilaskop hakkında genel bilgilerin yanı sıra, osilaskop ile ölçme işleminin nasıl yapıldığı ve osilaskobun nasıl çalıştığı konularında bilgiler vereceğiz. Bunun yanısıra sizlere, sanal olarak osilaskop kullanımı ve osiloskop kullanarak gerilim ve frekans ölçümü konularında uygulama yapabileceğiniz bir program veriyoruz. Bu programı İDO sayfasından indirerek bilgisayarınızda çalıştırabilir, ve osilaskop konusunda doğru tecrübeler edinebilirsiniz. Osiloskop Nedir? Osiloskop elektrik sinyallerini görünür hale getiren gelişmiş bir ölçü aletidir. Bu özelliğinden dolayı elektronik devrelerinin test işleminde önemli bir görev üstlenir. Çünkü devrenin farklı noktalarındaki sinyalleri görünür hale getirerek, dalga şekillerinin kolayca incelenmesi sağlanır. Elektronik sistemlerin incelenmesinde izlenecek en iyi yol, sistemi oluşturan her alt kademe veya bloğun giriş ve çıkış sinyallerini osiloskop ile görünür hale getirerek incelemek ve böylece her kademede olması gereken sinyallerin doğru olarak bulunup bulunmadığını kontrol etmektir. Şekil-1′de tipik bir osiloskobun ön yüzden görünüşü verilmiştir. Piyasada çok çeşitli şekil ve markalarda bulunan osilaskopların genel görüntüsünde ufak tefek farklılıklar olsada, kontrol düğmeleri ve fonksiyonları benzerlik gösterir. Şekil-1 Osiloskop Öğrenciler veya kullanıcılar bu tip bir cihazla ilk karşılaştıklarında genelde düğmeleri karıştırarak veya butonlara basarak sonuca ulaşmaya çalışır. Tabi ki bu yaklaşım osilaskobun doğru olarak kullanılmasına yardımcı olmaz. Bu yüzden bu derste sistematik olarak verilecek tanımlamalar ve kurallar, osilaskop hakkında size doğru tecrübeler kazandıracaktır. Osiloskobun fonksiyonu oldukça basittir. Osiloskop ölçmek istenen voltaj değişiminin zamana karşı grafiğini verir veya daha basit bir ifadeyle V/t grafiğini çizer . Osilaskop Nasıl Çalışır? Osiloskop ile ölçme işleminin daha verimli yapılabilmesi için, çalışma prensibinin bilinmesinde fayda vardır. Osiloskop temelde bir Katot Işınlı Tüp ve bu ekranı sürecek yardımcı elektronik devrelerden oluşur. Kısaca CRT diyede adlandırılan Katot ışınlı tüp temelde evlerimizde kullanılan televizyon tüpleri ile aynı yapıya sahiptir. Arasındaki en büyük fark boyutlarıdır, osiloskop ekranı televizyon ekranına göre daha küçük boyutludur. Şekil-2′de CRT'nin yapısı görülmektedir. Katot Işınlı Tüp CRT'nin çalışma prensibi kısaca fleman tarafından ısıtılan Katot'un yaydığı elektronların, pozitif gerilime sahip kontrol gri ve anotlar tarafından hızlandırılması ve odaklanması ile, ekran yüzeyine çarpması ve bu çarpmanın etkisi ile fosfor kaplı ekranın ışıması ilkesine dayanır. Dikey ve yatay saptırıcı levhalar ilede, odaklanan elektron demetinin ekranın herhangi bir notasına çarpması kontrol edilebilir. Bu kontrolün nasıl yapıldığını anlamak için Şekil-3′e bakmamız gereklidir. Şekil-3 : Osiloskop Blok Diyagramı Şekil-3′e bakılırsa yatay saptırıcılara time base dalga şekli diye adlandırılan testere dişi sinyal uygulanmıştır . Grafik üzerinde bu dalga şekli incelenirse, zamanın değişimine karşılık voltajın negatiften sıfıra, oradanda pozitife ve tekrar hızla negatife geçtiği görülebilir. Yatay saptırıcılara uygulanan bu sinyal sonucu, zamana göre yatay saptırıcı levhalardan birinin voltaj değeri diğerine göre değişim gösterir. Bu değişimi soldaki levhanın voltajını referans alarak açıklarsak, sağdaki levhanın voltajı lineer olarak negatiften pozitife doğru artar. Bu iki levha arasından geçen ve negatif yüke sahip elektron demetide bu değişimden etkilenir ve hangi levha daha pozitif ise ona doğru yaklaşır. Sağdaki levhanın gerilimi devamlı olarak negatiften pozitife doğru lineer olarak arttığına göre, elektron demetide devamlı olarak soldaki levhanın yanından hareket ederek lineer bir hareketle sağdaki levhaya yaklaşacaktır. Bunun sonucu olarakta ekranda düz bir çizgi görünecektir . Not: Ekranın fosfor kaplı olması, ekran yüzeyinine çarpan elektron demetinin ışık olarak kendini göstermesine neden olur. Bu ışıma fosfor kaplı yüzeyin özelliğinden dolayı hemen kaybolmaz ve belli bir süre ekranda görünür. Bunun sonucu, devamlı olarak soldan sağa doğru hareket eden elektron demetinin çarptığı noktalar belli bir süre ışık verir. Biz bu noktaları gözümüzün özelliğinden dolayı ayrı ayrı görmez, sanki bir çizgi imiş gibi görürüz. İşte bu işlemi yapabilmek için time base sinyaline yani testere sinyaline ihtiyacımız vardır. Bu sinyal Şekil-3′te görülen trigger ve time base katlarında üretilir ve yatay saptırıcılara uygulanır. Bu sinyalin periyodu ise osilaskobun ön panelinde bulunan Time/div düğmesi ile kullanıcı tarafından değiştirilebilir. Bu değiştirme sonucu kullanıcı, elektron demetinin ekranın solundan sağına ne kadar sürede gideceğini ayarlar, yani grafiğin zaman ekseninin ölçeğini değiştirmiş olur. Dikey saptırıcı levhaların çalışmasına gelince; bu levhalarda aynen yatay saptırıcılar gibi çalışır, arasındaki fark ise bu levhalara uygulanacak voltajın osilaskop içinde üretilmeyerek, dışarıdan uygulanmasıdır. Biz ölçmek istediğimiz sinyali bu levhalara uygularız, dolayısı ile elektron demetinin aşağıdan yukarıya hareketini dışarıdan uygulanan sinyalin genliği belirler. Şimdi Şekil-3′te görülen time base sinyalinin yatay saptırıcılara, sinüs sinyalininde dikey saptırıcılara aynı anlı olarak uygulandığını düşünelim. Bu durumda elektron demeti soldan sağa doğru lineer olarak hareket ederken, dikey saptırıcıların gerilimleride zamana göre değiştiğinden, aynı zamanda aşağıdan yukarıya doğruda hareket edecektir. Bu iki hareketin vektöriyel bileşimi ise ekranda görünen şekli verecektir . Dikey saptırıcılara dışarıdan direkt olarak sinyal uygulanmaz, bu sinyal önce bir dikey kuvvetlendiriciye , oradanda dikey saptırıcılara uygulanır. Bu kuvvetlendiricinin kazancı ise, osilaskobun ön panelinde bulunan Volt/div düğmesi ile kullanıcı tarafından değiştirilebilir. Şekil-4 : Osilaskopta Görüntü Oluşması Yukarıda anlatılanları şimdi Şekil-4 üzerinde düşünelim. Yatay saptırıcılara testere dişi, dikey saptırıcılara ise sinüs eğrisi uygulanıyor ve bu iki sinyalin periyodu aynı, dolayısı ile ekranda tam bir sinüs dalgası görünmektedir. Eğer testere dişi sinyalin periyodunu, sinüs sinyalinin periyodunun iki katına çıkarırsak, ekranda sinüs eğrisi iki tam periyot boyunca görünür(Şekil-5). Şekil-5 : Osilaskopta Görüntü Oluşması Osilaskop Kontrol Düğmeleri ve Ayarları Şekil-1′de verilen Osilaskobun ön panel görüntüsü, konunun önemi nedeni ile burada bir kez daha verilecektir. Şekil-6 : Osilaskop Ön Paneli Burada, ön panel üzerinde bulunan düğme, soket ve anahtarların görevlerini inceleyelim. Ekran Osilaskobun en önemli parçası olan ekran Şekil-7′de görülmektedir. Şekil-7 : Osilaskop Ekranı Ekran genellikle herbiri 1 cm'den oluşan yatay ve dikey karelerden oluşmaktadır. Yatay eksen zaman , dikey eksen ise Voltajdaki değişimleri ifade etmektedir. Time/div Ön panelde bulunan bir diğer kumanda ise Time/div diye adlandırılan ve Şekil-8′de görülen düğmedir. Şekil-8 Time/div Düğmesi Bu düğmenin görevi, yatay saptırıcılara uygulanan testere dişi sinyalin periyodunu değiştirmektir. Şekilden görüldüğü gibi düğme üzerinde S , mS ve mS kademeleri vardır. Buna göre kademe hangi değeri gösteriyor ise, ekranda görülen yatay karelerden her birinin değeri bu değere eşittir. Örneğin Time/div=1mS seçeneğinde iken ekranda görülen şeklin bir periyodu 4 kareye sığıyorsa, herbir kare 1 mS'ye eşit olduğundan sinyalin periyodu (4 kare)x(1 mS)=4 mS olur. Düğme üzerindeki kırmızı daire ile gösterilen ve CAL diye tarif edilen kısım ise, Time/div düğmesinin kalibrasyonunun yapıldığı yerdir. Eğer ölçülen değerin doğruluğundan emin olmak istiyorsak, öncelikle değeri bilinen güvenilir bir kaynak osilaskop girişine bağlanır ve ekranda bilinen değer okununcaya kadar CAL düğmesi ile ayar yapılır, bundan sonra bu ayar sabit bırakılıp diğer ölçme işlemlerine geçilebilir. Volt/div Şekil-9 Volt/div Düğmesi Bu düğmenin görevi ölçmek istenen ve dışarıdan uygulanan sinyali farklı oranlarda yükselterek veya düşürerek, dikey saptırıcılara uygulamaktır. Buradan ekran üzerinde bulunan herbir dikey karenin, bu düğmenin gösterdiği değere eşit olacağı anlaşılabilir. Örneğin bu düğme 10 mV değerini gösterirken, ekranda görülen sinyalin genliği dikey karelerden üçüne sığıyor olsun, buna göre sinyalin voltaj değeri (3 kare)x(10 mV)=30 mV olur. Düğmenin ortasında kırmızı daire ile gösterilen kontrol ise Voltaj kalibrasyonu yapmak için kullanılır. Eğer osilaskop ön paneline dikkat edilirse bu düğmeden iki adet olduğu görülebilir. Bunun nedeni osilaskobun iki kanallı olması, yani aynı anda iki ayrı girişten verilen iki ayrı sinyali aynı ekranda gösterebilmesidir. Dolayısı ile her bir giriş için ayrı bir Volt/div düğmesi vardır. Bu iki girişin yatay saptırıcılarına aynı testere dişi sinyal uygulandığından Time/div düğmesi bir tanedir. Bu iki giriş kanalından birincisi CH1 (1. Kanal), ikinciside CH2 (2. Kanal) olarak gösterilir. Y -POS Şekil-10 Y-POS Düğmesi ve kontrol alanı Bu düğmenin görevi, ekranda görünen şekli Y ekseni boyunca aşağı veya yukarı hareket ettirmektir. Böylece sinyali istediğimiz bir bölgede görebilir, veya istediğimiz kareler ile çakıştırabiliriz. Bu bize değer okumada yardımcı olacaktır. İki kanallı osilaskoplarda her bir kanal için ayrı bir Y-POS düğmesi eklenerek, her bir kanaldan verilen sinyal birbirinden bağımsız olarak aşağı ve yukarı kaydırılabilir. X-POS Şekil-11 X-POS Düğmesi ve kontrol alanı Bu düğmenin görevi, ekranda görünen şekli X ekseni boyunca sağa veya sola doğru hareket ettirmektir. Böylece sinyali istediğimiz bir bölgede görebilir, veya istediğimiz kareler ile çakıştırabiliriz. Bu bize değer okumada yardımcı olacaktır. Şekil-12 Intens ve Focus Düğmeleri Bu düğmelerin görevi, ekranda görülen şeklin netlik ve parlaklığının ayarlanmasıdır. Intens düğmesi katottan çıkan elektron demetinin yoğunluğunu değiştirerek, şeklin ekranda daha parlak görünmesine yardımcı olur. Focus düğmesi ilede, elektron demetini ekranda odaklayarak netlik ayarı yapılabilir. CH1 ve CH2 Girişleri Şekil-13 CH1 (1. Kanal) Girişi Dışarıdan ölçmek istediğimiz sinyal osilaskoba bu soket yardımı ile uygulanır. Bu tip soket özel bir yapıya shiptir ve BNC soket olarak anılır. Bu sokete Şekil-14′te görülen ölçme uçlarıda denilen osilaskop probu takılır. Şekil-18 : Osilaskop Probu ve Bağlantısı Girişlerin yanında yazanlar, giriş empedans ve kapasite değeri(10 MW ve 30 pF) ile bu girişlerden osilaskoba zarar vermeden ölçülebilecek maksimum gerilim değerleridir(400 Vp). DC/AC/GND Seçici Anahtarı Şekil-15 DC/AC/GND Seçici Anahtarı Bu anahtarın görevi, BNC soketlerden girişe verilen sinyalin hangi koşullarda osilaskoba uygulanacağının tespitidir. Örneğin GND seçili ise bu durumda girişten verilen sinyal iptal edilir ve giriş toprağa bağlanır. Böylece bir referans noktası belirlenir ve bundan sonraki ölçümler bu referans noktasına göre yapılır. >>DC konumu seçili ise, girişlerden verilen sinyal direkt olarak osilaskoba uygulanır >>AC konumunda ise giriş sinyaline seri bir kondansatör bağlanır. Böylece girişte olabilecek DC bileşenler filtre edilerek, osilaskoba sadece AC bileşenlerin uygulanması sağlanmış olur. Kanal Seçici Anahtarlar Şekil-16 Kanal Seçici Anahtarlar >>Bu düğmeler sayesinde 1. ve 2. kanallardan verilen sinyallerin ekranda nasıl görüntüleneceği seçilir. >>CHI/II düğmesine, basılı iken sadece 2. kanaldan, basılı değilken ise sadece 1. kanaldan verilen sinyal ekranda görünür. >>DUAL düğmesine basılırsa, her iki girişten verilen sinyal ekranda aynı anda görüntülenir. Bu görüntüleme yatay tarama sinyalinin bir alternansında bir kanal, diğer alternansında diğer kanal olacak şekildedir. >>ADD düğmesi ile her iki girişten verilen sinyallerin toplamı ekranda tek bir sinyal olarak görüntülenir. >>CHOP düğmesi aktif iken her iki girişten verilen sinyal ekranda aynı anda ve eşzamanlı olarak görüntülenir. Şekil-17 : Tetikleme Kontrol Düğmeleri Osilaskop ekranında görünen sinyal ile tetikleme sinyali arasındaki uyumu sağlarlar. Eğer ekranda görünen şekil sabit kalmıyor ve daima kayıyorsa bu düğmeler ile ayarlamalar yapılarak, ekranda sabit olarak kalması sağlanır. Normalde AT/NORM seçici anahtarı AT konumuna getirilerek, osilaskop içerisinde bulunan elektronik devrelerin bu işi otomatik olarak yapması sağlanır. Bu birçok ölçüm için geçerli ve yeterli bir yoldur. Bunun dışında NORM konumu seçilirse bu işi dışarıdan kullanıcı manüel olarak yapabilir. EXT düğmesi ilede, tetikleme sinyali dışarıdan TRIG INP BNC soketi yoluyla osilaskoba uygulanabilir. Tetikleme sağlandığında TRIG ışığı yanar. Kalibrasyon Çıkışları Şekil-18 : Kalibrasyon Çıkışları Osilaskobun doğru ölçüm yapabilmesi için, zaman zaman kalibrasyon edilmesi gerekebilir. Bunun nedeni, eğer osilaskobun ayarı bozulmuş ise, ölçmelerde hata oluşabilir. Bu yüzden osilaskobun doğru ölçüm sonuçlarını verdiğinden emin olmak için kalibrasyon işlemi yapılır. Bu iş için, değeri bilinen bir kaynağa ihtiyaç olduğuna daha önce değinilmişti. İşte bu kaynak osilaskop ön panelinde Şekil-18′de görüldüğü gibi verilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi ister genlik değeri 0,2 Volt, istersede 2 Volt olan kare dalga şekli seçilerek ve seçilen sinyal Şekil-19′da görüldüğü gibi osilaskoba uygulanarak, osilaskobun kalibrasyonu yapılabilir. Kalibrasyon için, Volt/div ve Time/div düğmeleri üzerinde bulunan CAL ayar düğmeleri kullanılır.