Osiloskop Ölçme Teknikleri

Netes Mühendislik makalesinde osiloskop temel ölçme teknikleri incelenmektedir.  Osiloskop ile yapılan en temel ölçme gerilim ve zaman ölçümüdür. Diğer tüm teknikler bu iki temel tekniğin üzerine yapılandırılmıştır. Yazıda osiloskop ekranında görsel olarak yapılan ölçmeler incelenmektedir, görsel ölçme analog enstrümanlarda yaygın bir teknik olup, sayısal osiloskop ekranlarınında yüzeysel yorumlanması için kullanılır. Bilindiği gibi, sayısal osiloskopların çoğunluğunda,yaygın  ölçme işlemlerini basitleştiren ve hızlandıran otomatik ölçme araçları bulunmaktadır. Böylece ölçme sonuçlarınızın güvenirliliği ve doğruluğu daha da iyileştirilmektedir. Bu yazımızda açıklanan manüel ölçme işlemi, otomatik ölçmelerin işleyişini ve kontrolunu daha anlaşılır kılacaktır.

Gerilim Ölçmeleri

Bir devredeki iki nokta arasındaki elektriksel potansiyelin miktarı gerilim olarak isimlendirilir, birimi volt olarak ifade edilir. Genellik ile bu noktalardan biri topraktır ( sıfır volt).  Gerilim tepe-tepe noktaları arasında da- sinyalin maksimum ile minimum noktası arasında ölçülülebilinir. Bu neden ile ölçmek istediğiniz gerilim tipini belirtmeniz gereklidir. Osiloskop öncelikli olarak bir gerilim ölçüm cihazıdır. Gerilimin ölçülmesini takiben diğer parametreler hesaplanarak belirlenir. Örneğin Ohm kanuna göre, birdevrenin iki noktası arasındaki gerilim direnç ile akımın çarpımına eşittir.

Elektrik gücü hesaplama formülü ise yararlandığımız 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. Gerilim ölçümü için en temel metod, osiloskopun 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. Bir çok osiloskop imleçler aracılığı ile dalga şekli ölçmelerini otomatik olarak gerçekleştirir, bu durumda gratikül üzerinde yer alan işaretleri saymaya gerek yoktur. İmleç (cursor) basitçe bir ifade ile ekran üzerinde hareket ettirebileceğiniz bir çizgi olarak tarif edilir. Gerilim genlik ölçümleri için yatay iki imleç aşağı yukarı hareket ettirilir, zaman ölçümleri içinde sağl-sol hareket eden iki adet dikey çizgi bulunmaktdır. İmleçlerin bulundukları konumlar ile ilgili gerilim ve zaman değerleri gösterge üzerinden okunur.

Zaman ve Frekans Ölçmeleri

Osiloskopun yatay skalasını kullanarak zaman ölçümü yapabilirsiniz. Zaman ölçümü darbelerin darbe genişliğinin ve periyotun ölçülmesini içermektedir. Periyot sayısının tersi yani periyotun  bir'e bölünmesi ile frekans elde edilir.Gerilm ölçümlerinde olduğu gibi, sinyalin ölçülecek kısmının, Şeki 3'de 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 neden ile sayısal devrelerin arızalı çalışmasına neden olabilir, ayrıca darbe dizinininde darbe zamanlamasıda önemlidir.

Standart darbe ölçümleri dabe yükselme zamanı ve darbe genişliği ölçmelerini içerir. Yükselme zamanı, gerilimin alçak'dan yüksek değere kadar  geçen süreyi ifade eder. Genel kural olarak darbenin tüm gerilim değerinin  10% ila 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'de 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 içn 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 ikiside gerilii izlediği için buölçmeye 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 edilebilinir. Bu eğrileri inceleyerek iki sinyalin frekans oranınıda tespit edebilirsiniz.  Şekil 5'de değişik frekens oranlarına ve faz kaymasına sahip değişik Lissajous eğrileri görülmektedir. 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

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