Osiloskop Nedir? Nasıl Kullanılır?

Osiloskop, elektrik gerilimindeki zamana bağlı olan değişimleri görebilmemizi sağlayan bir ölçüm cihazıdır. Elektriksel işaretlerin ölçülüp değerlendirilmesinde kullanılan aletler içinde en geniş ölçüm olanaklarına sahip olan osiloskop, işaretin dalga şeklinin, frekansının ve genliğinin aynı anda belirlenebilmesini sağlar. Dalga şeklini grafik olarak ekranda gösterir. Yani elektrik dalga sinyali çizer. Dalga sinyalinin, frekansını ve genliğini de öğrenmemizi sağlar.

Osiloskop gerilim ölçen bir ölçü aleti olduğundan voltmetre gibi devreye paralel bağlanır. Osiloskopların devreye bağlanması için farklı tiplerde osiloskop probları mevcuttur. Osiloskop probları, cihaza BNC adı verilen vidalı konektörler ile bağlanır. Bu probların ucunda yaylı bir mekanizma bulunur ve bu sayede devredeki çeşitli noktalara veya ucu açık kablolara kolay bir şekilde bağlantı yapılabilir.

Osiloskop İle Neler Ölçülebilir?

Voltaj ölçme ve dalga şekli görüntüleme:

Osiloskop’un bant genişliğine bağlı olarak DC veya AC zamana bağlı voltaj dalga şekli izlenebilir ve seviyesi ölçülebilmektedir.

Akım ölçme ve dalga şekli görüntüleme:

Düşük omajlı bir direnç yardımıyla (10-200 mOhm) akım dalga şeklini ve değerini okuyabilirsiniz.

Frekans Ölçme:

Ekranda görülen sinyal dalga şeklinin tam bir periyodunun aldığı zamandan hareketle frekans ölçümleri yapılabilir. Bir periyot için ölçtüğünüz zamanı bire bölerek sinyalin frekansına ulaşabilirsiniz.

Bir darbenin yükselme zamanını bulma:

Aynen frekans ölçümündeki yol ile işaretin yükselme zamanı (rise time) bulunabilir. Yükselme zamanı (rise time) işaretin %10 seviyesinden %90 seviyesine ulaşıncaya kadar geçen süreyi tarif etmektedir.

Kazanç Ölçme:

Osiloskop’un her iki kanalını kullanarak devrenin kazancını ölçebiliriz. Birinci kanala giriş sinyali ve ikinci kanala çıkış sinyal kaynağı bağlayarak aradaki fark ölçülür ve rahatlıkla kazanç hesaplanabilir.

Kablo uzunluğu ölçme (TDR): 

Kablo uzunluğu ölçmek için Time Domain Reflectometer (TDR) tekniği kullanılır. Bu teknik ile kablo üzerinden yüksek frekanslı bir sinyal gönderilir. Kabloya uygulanan bu hızlı kare dalga kablo sonundan geri yansıyarak osiloskopa ulaştığı süre kaydedilir. Bu süre kablonun dielektrik sabiti ve kablo uzunluğuna bağlı olarak değişmektedir.

Sinyal spekturumu ölçme (FFT):

Dijital osiloskoplarda bulunan Math FFT fonksiyonu çağrılarak işaretin genliğine karşın frekans dalga şekli görüntülenebilmektedir. Bu fonksiyon ile periyodik bir sinyalin frekans bileşenlerini görebileceğimiz basit bir spektrum analizör yapma imkanı elde edebiliriz.

Osiloskop Yapısı ve Çalışma Prensibi

Osiloskop temelde bir Katot Işınlı Tüp (Cathode Ray Tube-CRT) 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.

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.

Osiloskop Nasıl Kullanılır?

Bir osiloskop kullanımının asıl amacı, zaman içinde değişen elektriksel bir sinyal grafiği vermektir. Osiloskoplar, x ekseni üzerinde zaman ve y ekseni üzerinde gerilimi gösteren iki boyutlu bir grafik üretir. Osiloskobun ekranını çevreleyen düğmeler, grafiğin ölçeğini hem dikey hem de yatay olarak ayarlanmasına olanak tanır. Bir sinyalin yakınlaştırılıp uzaklaştırılmasını sağlar. Ayrıca ekranın odaklanmasına ve dengelenmesine yardımcı olan ve osiloskopun tetiklemesini ayarlayan düğmeler de vardır.

Dikey Eksen (Gerilim Ekseni):

Osiloskopun dikey bölümü ekrandaki gerilimin ölçeğini kontrol eder. Dikey olarak pozisyonu ve volt / div’i tek tek kontrol edilmesine olanak tanıyan bu bölümde genellikle iki düğme bulunur. Bölme düğmesi başına daha kritik gerilim, ekranda dikey ölçeğin ayarlanmasına izin verir. Düğmeyi saat yönünde döndürmek ölçeği azaltır ve saat yönünün tersine döndürmek de artırır. Daha küçük bir ölçek, dalga biçimine daha fazla “yakınlaştırdığınız” anlamına gelir. Konum düğmesi, dalga formunun dikey kaymasını ekranda kontrol eder. Düğme saat yönünde çevrildiğinde dalga aşağı doğru hareket eder, saat yönünün tersinde ise ekrana doğru hareket eder. Bir dalga formunun bir kısmını ekrandan ayırmak için konum düğmesi kullanılabilir.

Yatay Eksen (Zaman Ekseni):

Osiloskopun yatay bölümü ekrandaki zaman ölçeğini kontrol eder. Dikey sistem gibi, yatay eksen de iki düğmeden oluşur: pozisyon ve time / div. Time / div düğmesi saat yönünde döndürülürse, her bölümün temsil ettiği saniye sayısı azalacaktır. Zaman ölçeğini artırmak için saatin tersi yönünde çevrilirse ekranda daha uzun bir zaman görülebilir. Konum düğmesi yatay ofseti ayarlayarak dalga formunu ekranın sağına veya soluna hareket ettirebilir. Yatay sistemi kullanarak, bir dalga formunun kaç adet periyodunun görülmek istendiği ayarlanabilir. Uzaklaştırılabilir, bir sinyalin birden fazla tepe noktası ve kanalı gösterilebilir.

Tetikleme Bölümü:

Tetikleyici bölüm osiloskopun dengelenmesi ve odaklanması için tasarlanmıştır. Tetikleyici, osiloskopa sinyalin hangi kısımlarının “tetikleneceğini” ve ne zaman başlayacağını söyler. Dalga formu periyodik ise, ekranı sabit tutmak ve eğilmemek için tetikleyici harekete geçirilebilir. Bir osiloskopun tetikleyici kısmı genellikle bir seviye düğmesinden, ilaveten de tetikleyicinin kaynağını ve türünü seçmek için bir dizi düğmeden oluşur. Seviye düğmesi, belirli bir gerilim noktasına bir tetikleyici ayarlamak için döndürülebilir.

Osiloskop Çeşitleri

Dijital Osiloskop:

Günümüzde en sık rastlayacağımız tipteki osiloskoplar dijital olanlarıdır. Hızlı ve yüksek çözünürlüğe sahip bir analog-dijital çevirici (ADC) devresi ve buton ile ekran fonksiyonlarını kontrol eden bir mikrokontrolcü ile çalışırlar. Otomatik ölçüm, frekans analizi ve FFT, görüntü hafızası gibi kullanışlı özellikler dijital osiloskoplar sayesinde mümkün olmuştur.

Analog Osiloskop:

Bir katot ışın tüpündeki elektron demetinin dikey ve yatay saptırıcı bobinlere uygulanan giriş sinyali tarafından ekran üzerinde saptırma yapması prensibi ile çalışan bu cihazlar bilinen en eski tipteki osiloskopları oluşturur.

USB Osiloskop:

Dijital osiloskoplar ile aynı prensiple çalışan bu cihazlar ekrana sahip değildir. Sinyali görüntülemek için bilgisayarımızda çalışan bir yazılımı kullanırlar.

El Tipi Osiloskop:

Portatif olmaları açısından kısıtlı özelliklere sahip cihazlardır. Genellikle sahada kullanım için tasarlandıklarından ekstra dayanıklı koruyucu muhafazaya sahiptirler.

Osiloskop Nerelerde Kullanılır?

Osiloskop çok sayıda sorun giderme ve araştırma işleminde kullanılabilir:

• Bir devrenin giriş, çıkış veya dahili sistemlerinde kritik olabilecek bir sinyalin frekansını ve genliğini belirlemekte kullanılır. Böylece devrenizdeki bir bileşenin arızalı olup olmadığını anlayabilirsiniz.
• Devrede ne kadar gürültü olduğunu belirlemede kullanılır.
• Bir dalganın şeklini belirlemede – sinüs, kare, üçgen, kompleks vb.
• İki farklı sinyal arasındaki faz farklarını ölçmede kullanılır.
• Teknik servislerde, arge ve üretim departmanlarında, laboratuvarlarda osiloskoplara rastlanabilir.