Osiloskop Nedir? Nasıl Çalışır?

Osiloskop: elektrik gerilimindeki zamana bağlı olan değişimleri görebilmemizi sağlayan bir ölçüm cihazıdır. Normal şartlarda elektrik gerilimini ölçmek için voltmetre kullanılır. Voltmetre, sadece devredeki gerilimin büyüklüğünü ve yönünü sayısal olarak gösterebilir. Osiloskop ise gerilimin zamana bağlı olarak değişimini iki eksenli bir grafik olarak anlaşılır bir şekilde sunar.

Osiloskop Özellikleri

Geniş ölçme imkanları olan osiloskoplar elektrik enerjisini dalga biçiminde gösterir. Osilaskop, akım ve gerilim değerlerin değişimleri ile genliği zamana bağlı grafik olarak gösteren cihazlardır. Bu grafiklerden sinyalin darbe ve boşluk süreleri, genliği, frekansı ve periyodu elde edilebilir.

Elektrik devrelerinden çok, elektronik devrelerdeki ölçümlerde kullanılır. Kare veya sinüzoidal girişli devrelerin çıkışları ve karakteristiklerini belirlemek için tasarlanmıştır. Elektriksel işaretlerin ölçülüp değerlendirilmesinde kullanılır. İşaretin dalga şeklinin, frekansının ve genliğinin aynı anda tespit edilmesini sağlar.

Osiloskop gerilim uygulayarak çalışan bir alettir.
Işık izinin sapma miktarı saptırıcı levhalara uygulanan gerilimle doğru orantılıdır.
Eğer osiloskobun sapma hassaslığı bilinirse osiloskop hem doğru gerilimi hem de alternatif gerilimi ölçmek için voltmetre olarak kullanılır
Osiloskop ile alternatif gerilim ölçümünde AC voltmetreden daha iyi sonuç alınır.
Bir sakıncası sapma hassaslığının kalibrasyonudur.

Osiloskop Kalibrasyonu

Bu kalibrasyon, teknik anlamdaki kalibrasyondan farklıdır. Cihazın kendi uyumluluğunu sağlamak üzere yapılan bir doğrulama işlemidir. Osiloskopun doğru ölçüm yapması için zaman zaman kalibrasyon/ ayarlama yapılması gerekebilir. Bunun sebebi, eğer osiloskopun ayarı bozulmuş ise ölçmelerde hata oluşabilir. Bundan dolayı osiloskopun doğru ölçüm sonuçlarını verdiğinden emin olmak için kalibrasyon/ayarlama işlemi yapılır.

Osiloskop Avantajları

Giriş empedansı yüksektir
Geniş frekans bandındaki gerilimleri aynı hassaslıkla ölçer.
Dalga şekli ne olursa olsun gerilim değerini gösterir.
Ölçülecek gerilimin maksimum değerini gösterir. Eğer sinüzoidal ise voltmetreden maksimum değer hesaplanır. Eğer sinyal sinüzoidal değilse ölçülemez.

Osiloskop Dezavantajları

İyi bir kalibrasyon gerektirir
Okuma hatası oluşur.

Aşağıda bir osiloskop örneği verilmiştir;

Osiloskop örneği

Osiloskop Kullanımı Osiloskop Nasıl Kullanılır?

Osiloskop ekranında oluşan görüntünün dikey (y) ekseni, ölçülen sinyalin genliğini, yani şiddetini gösterir. Yatay eksen ise zamanı gösterir.

Osiloskop Tuşları ve Görevleri

Volts/Div

Osiloskopta görüntülenmekte olan sinyalin dikey çözünürlüğünü belirler. Ekranda görünen her bir karenin dikey adımlarda kaç V gerilime denk düşeceğini bu düğmeyi çevirerek ayarlanabilir. 1mV ile 5V arasında çeşitli adımlarla bu çözünürlüğü değiştirme olanağı vardır.

Secs/Div

Ekrandaki sinyalin yatay çözünürlüğünü belirler. Her bir yatay karenin kaç saniye, milisaniye ya da mikrosaniyeyi göstereceğini bu düğme aracılığıyla ayarlanır.

AC/DC Coupling

Osiloskopun göstereceği sinyalin referansının, DC yada AC gerilim farkı şeklinde ayarlanmasını sağlar. Örneğin; 12V bir batarya için. Osiloskop da DC coupling modunda olsun. Osiloskop probunun uçları bataryanın + ve – kutuplarına bağlandığında düz bir çizgi şeklinde bataryanın gerilimi görülecektir.

Ama AC coupling seçeneğinde, bataryanın gerilimi herhangi bir AC sinyal içermediği için ekranda herhangi bir görüntü olmaz. Yine 12V batarya yerine bir anahtarlamalı güç kaynağını ölçüldüğünde. Bu durumda ölçülecek sinyalde yüksek hızlı anahtarlamadan kaynaklı bazı AC sinyaller bulunur. Bundan dolayı, AC coupling modu, sinyalin üzerindeki küçük AC varyasyonların daha kolay görülmesini sağlar.

Trigger

Bu ayar yalnızca dijital osiloskoplarda bulunur. Osiloskopun sinyal hangi seviyeye ulaştığında ölçmeye başlayacağı bu düğme ile ayarlanır. Ekrandaki görüntü sürekli olarak sağa sola doğru sıçramalar yaparsa bu ayar oldukça sağlıklıdır.

Horizontal Pos

Bu ayar ekran üzerindeki sinyalin yatay olarak konumunu ayarlamak için kullanılır. Ekrana sığmayacak uzunlukta sinyaller için oldukça kullanışlı bir fonksiyondur.

Vertial Pos

Bu ayar ekran üzerindeki sinyalin dikey konumunu ayarlamak için kullanılır. Özellikle aynı anda iki farklı sinyal incelenirken bu özellik kullanılır. İki sinyalin dikeyde farklı konumlarda bulunması oldukça faydalı olabilmektedir.

Auto

Bu buton yalnız dijital osiloskoplarda vardır. Ölçülen sinyalin ekrana uygun bir biçimde dikey ve yatay çözünürlüğü bu butona basarak kolay bir şekilde ayarlanabilir.

Stop

Dijital osiloskoplara özel olan butondur. Sinyalin o anki durumunun anlık bir görüntüsü alınarak detaylı şekilde incelenmesine imkan tanır.

Osiloskop Nasıl Çalışır?

Osiloskop cihazlarının çalışma prensipleri cihazın çeşidine göre değişir. Cihazlar dijital ve analog şeklinde iki farklı çeşide sahiptir. Genellikle analog osiloskop cihazlarının çalışma prensibi tüplü televizyonlara benzer.

Analog osiloskop cihazlarının hepsi gelen sinyalleri katot denilen tüp içerisinde oluşturur. Elektron demetlerinin tamamını bobinlere ileterek çalışır. Bunlar sayesinde ekranda görüntü oluşur.

Dijital osiloskop cihazları ise tamamen mikro işlemciler sayesinde çalışır. Mikroişlemcilerden gelen giriş sinyalleri osiloskopların çalışmasını sağlar. Bu sinyaller cihaz içerisinde istenilen seviyede çalışır, kaydedilebilir. Tekrar yeniden oluşturulabilir.

Osiloskop cihazları pek çok sorun giderme ve araştırma işleminde kullanılır. Özellikle elektronik ekipmanların ölçüm işleminde osiloskop cihazlarından yararlanılır. Ölçme işlemi olarak sistemlerin içerisindeki sinyallere frekanslarını ve genliğini belirlemek için bu cihazlardan yararlanılır. Elektrik devresinde ne kadar gürültü olduğunu ölçmek için de osiloskop cihazları kullanılır. Ayrıca bir dalganın tüm şeklinin belirlenmesi, grafik halinin ortaya koyulmasında da osiloskop cihazları tercih edilir.

Katot Işınlı Tüp

Osiloskop

Katot ışın tüpü osiloskobun vazgeçilmez elemanıdır. Lambanın içindeki gaz basıncı 0,01 ile 0,001 arasında civa basıncına düşürülür. Flamanına 10-20 voltluk bir gerilim uygulanırsa lambanın flamanı akkor hale gelir. Akkor haline gelen flamanın ısıttığı K katodu elektron salar.

Elektronlar, bu lambanın katotundan doğar ve anoduna gider. Tüpün içindeki negatif toplayıcı G silindiri, A2 odaklama ve V hızlandırma anotlarından geçirilir. Böylece ince bir ışık hüzmesi haline sokulur. Elektron ışını bu kontrol düzenleri ile daraltılıp bir araya demetlenir.

Elektron ışını V ve U saptırma levhaları ile lambanın fosforlu ekranı üzerine yöneltilir. Bu durumda hüzmenin çarptığı yerde ekran nokta halinde bir ışık verir. Nokta halindeki bu ışına benek de denir. Demet modülasyonu denen bu işlemin, bilgisayar ve televizyon ekranlarında görüntü oluşmasında önemli rol oynar.

Nokta halindeki bu ışına lambanın ekranı üzerinde yön verilir. Bu yön V ve U saptırma levhalarının uçlarına uygulanan gerilimin büyüklüğüne göredir. Katot Işınlarını; V levhası dikey yönde U levhası da yatay yönde saptırır.

Bir noktada odaklanan ışık demetleri (luminesans) parlak bir ışık noktası oluşturur. Bu nokta bir ekran üzerine düşürülüp değişik hareketler verilirse ekranda da değişik hareketleri yapan bir nokta görülür. Bu değişik hareketler ise, katot ışınlı lamba içerisindeki saptırma düzenleri ile yaptırılır. Ayrıca cihazın dış etkilerden etkilenmemesi için lamba iletken bir bandajla kapatılır.

Osiloskop Devreye Nasıl Bağlanır?

Devrede gerilim ölçen bir ölçü aleti olduğu için aynı voltmetre gibi devreye paralel bağlanır. Osliloskopların devreye bağlanması için farklı tiplerde osiloskop probları vardır. Bunlar cihaza BNC denilen vidalı konnektörler ile bağlanır.

Bu probların ucunda yaylı bir mekanizma bulunur. Bu sayede devredeki çeşitli noktalara veya ucu açık kablolara kolay bir şekilde bağlantı yapılabilir. Ayrıca bu tip probların üzerinde bulunan krokodil yapıdaki toprak hattı da vardır. Bunlar ölçüm yapılacak devrenin toprak hattına (GND) veya güç kaynağının negatif kutbuna bağlantı yapmayı sağlar.

Osiloskop Çeşitleri

Dijital Osiloskop
Analog Osiloskop
USB Osiloskop
El Tipi Osiloskop

Dijital Osiloskop: En sık rastlanan tip 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. Dijital osiloskop sayesinde otomatik ölçüm, frekans analizi ve FFT, görüntü hafızası gibi kullanışlı özellikler 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 çalışır. Bu cihazlar bilinen en eski tipteki osiloskopları oluşturur.

USB Osiloskop: Dijital osiloskoplar ile aynı prensiple çalışır. Bu cihazların ekranı yoktur. Sinyali görüntülemek için bilgisayarda çalışan bir yazılımı kullanırlar.

El Tipi Osiloskop: Taşınabilir osiloskop portatif oldukları için kısıtlı özellikleri vardır. Sahada kullanım için tasarlanmış, ekstra dayanıklı koruyucu muhafazaya sahiptirler.

Osiloskop Kullanım Alanları

Osiloskop, teknik servisler, laboratuvarlar, Ar-Ge departmanlarında gerilim, frekans, gürültü, genlik veya zaman içinde değişebilecek herhangi bir değeri ölçmek için kullanılır.

Örneğin; video, kamera, bilgisayar, elektronik devrelere sahip tv vb gibi. cihazların tamiratı sırasında kolaylık sağlar. Bu cihazların devre şemalarında gereken sinyalin şekli gösteriltir. Kontrolü yapan teknisyen şemadaki sinyali ve ölçtüğü sinyali karşılaştırıp arızanın niteliğini tespit ederler. Piyasada çeşitli osiloskop markaları vardır. Sanal olarak osiloskop kullanılmak istendiğinde osiloskop simülatörü kullanılabilir. Osiloskop fiyatları kullanım amaçlarına göre farklılık göstermektedir.

Sağlamlık Kontrolü

Kare dalga sinyali ile osilaskopun sağlamlık kontrolü ve laboratuvar deneyleri yapılır. Kare dalga sinyali, bir sinyal üreten cihazdan sağlanır. Sinyal üreten cihazın bulunmadığı hallerde osiloskobun CAL (Calibration) çıkışından test sinyali alınır. Böylece deney ve kontrolleri yapılır. Osilaskoptan üretilen test sinyali genel olarak 0,5 volt kare dalga ve frekansı 1 kHz ‘dir. Test sinyaliyle osiloskop probu sağlamlık kontrolü ve X1 ile X10 arasında ayar, kontrolü yapılır.

Osiloskop İle Frekans Ölçümü

Bilinmeyen frekansların bilenen frekanslarla karşılaştırılması yoluyla frekans ölçülmesine yarayan bağlantı şekli görülmektedir. Genellikle; dikey levhalara frekansı bilinmeyen gerilimin potansiyometre ile bölünmüş 5- 10 volt kadarlık değeri, yatay levhalara da frekansı bilinen gerilimin küçültülmüş değeri uygulanırsa osiloskopun ekranında aşağıdaki gibi bir görüntü elde edilir.