משקף תנודות: הבדלים בין גרסאות

מתוך מעבדת מבוא בחשמל
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
(הוספת הסבר על מוצא ה-Sync)
(הערה שתדר אות הסינכרון בסריקת תדרים הוא בהתאם לזמן הסריקה)
שורה 82: שורה 82:
  
 
= מנגנון הסינכרון של '''משקף-התנודות''' =
 
= מנגנון הסינכרון של '''משקף-התנודות''' =
[[File:Trigger.gif|frame|center|<figure id="fig:unstable"><caption>גל סינוס לא יציב עקב חוסר סינכרון</caption> אשר נגרם כתוצאה מכך שרוחב המסך של ה'''משקף תנודות''' הוא לא כפולה שלמה של זמן-המחזור של האות. בנוסף אם נתייחס לאות-הדירבון (Trigger Level) וסוג דרבון-הקצה (Rising/Falling Edge) נוכל לייצב את התמונה במיקום מאוד מסויים של הגל.<br/>כפי שרואים אפשרויות הסינכרון הן: א') סינכרון של הגל-הצהוב (ערוץ 1 ב'''סקופ'''), ב') מתח-דירבון מסויים אשר ממנו תמיד מתחיל הגל בראשית-הצירים (מרכז המסך), ג') עלייה (הערך משמאל לראשית-הצירים קטן מהערך אשר מימין לראשית-הצירים) או ירידה (הערך משמאל גדול מאשר הערך מימין).<br/>בנוסף, רק בשביל ההמחשה כיוון שבמציאות לא רואים אותו על ה'''סקופ''', ניתן לראות את הגל-הריבועי שהוא למעשה אות-סינכרון חיצוני (יוצא מיציאת Sync של ה[[מחולל אותות]]), המתחים שלו הם <u>תמיד</u> בין 0 ל-3.3V, הוא <u>תמיד</u> בצורת גל-ריבועי, ותדרו <u>תמיד</u> זהה לחלוטין לתדר-המוצא של ה[[מחולל אותות]].</figure>]]
+
[[File:Trigger.gif|frame|center|<figure id="fig:unstable"><caption>גל סינוס לא יציב עקב חוסר סינכרון</caption> אשר נגרם כתוצאה מכך שרוחב המסך של ה'''משקף תנודות''' הוא לא כפולה שלמה של זמן-המחזור של האות. בנוסף אם נתייחס לאות-הדירבון (Trigger Level) וסוג דרבון-הקצה (Rising/Falling Edge) נוכל לייצב את התמונה במיקום מאוד מסויים של הגל.<br/>כפי שרואים אפשרויות הסינכרון הן: א') סינכרון של הגל-הצהוב (ערוץ 1 ב'''סקופ'''), ב') מתח-דירבון מסויים אשר ממנו תמיד מתחיל הגל בראשית-הצירים (מרכז המסך), ג') עלייה (הערך משמאל לראשית-הצירים קטן מהערך אשר מימין לראשית-הצירים) או ירידה (הערך משמאל גדול מאשר הערך מימין).<br/>בנוסף, רק בשביל ההמחשה כיוון שבמציאות לא רואים אותו על ה'''סקופ''' (אלא אם כן מחברים אותו לכניסת אחד הערוצים במקום לכניסת הסינכרון-החיצוני), ניתן לראות את הגל-הריבועי שהוא למעשה אות-סינכרון חיצוני (יוצא מיציאת Sync של ה[[מחולל אותות]]), המתחים שלו הם <u>תמיד</u> בין 0 ל-3.3V, הוא <u>תמיד</u> בצורת גל-ריבועי, ותדרו <u>תמיד</u> זהה לחלוטין לתדר-המוצא של ה[[מחולל אותות]] (או זמן הסריקה במקרה ועושים [[מחולל אותות#סריקת תדרים|סריקת תדרים]]).</figure>]]
 
[[File:NoSincSine.jpg|thumb|upright=2|left|<figure id="fig:nosincsine"><caption>גל סינוס כפול</caption>, נוצר כתוצאה מסינכרון מאוד מהיר - פעם בעליית-שעון ופעם בירידת שעון ועקב כך רואים שני גלי-סינוס מרובדים אחד על השני בהפרש מופע של 180 מעלות</figure>]]
 
[[File:NoSincSine.jpg|thumb|upright=2|left|<figure id="fig:nosincsine"><caption>גל סינוס כפול</caption>, נוצר כתוצאה מסינכרון מאוד מהיר - פעם בעליית-שעון ופעם בירידת שעון ועקב כך רואים שני גלי-סינוס מרובדים אחד על השני בהפרש מופע של 180 מעלות</figure>]]
 
כאשר מחברים את [[מחולל אותות|מחולל האותות]] אל '''משקף-התנודות''' ומתקבל גל סינוס לא יציב על המסך כפי שרואים ב<xr id="fig:unstable"/> או אף מקרה חמור יותר כפי שרואים ב<xr id="fig:nosincsine"/>, צריך לגרום לאות להסתנכרן, זאת עושים באמצעות מנגנון הטריגר, לוחצים על כפתור טריגר ובוחרים בצד שמאל את האפשרויות הבאות:
 
כאשר מחברים את [[מחולל אותות|מחולל האותות]] אל '''משקף-התנודות''' ומתקבל גל סינוס לא יציב על המסך כפי שרואים ב<xr id="fig:unstable"/> או אף מקרה חמור יותר כפי שרואים ב<xr id="fig:nosincsine"/>, צריך לגרום לאות להסתנכרן, זאת עושים באמצעות מנגנון הטריגר, לוחצים על כפתור טריגר ובוחרים בצד שמאל את האפשרויות הבאות:

גרסה מתאריך 13:13, 30 במרץ 2017

איור 1: DSO-X 2002A Oscilloscope: 70 MHz, 2 Analog Channels

מכשיר מדגם Agilent DSO-X 2002A, כיום קוראים לחברה Keysight.

1 מידע כללי

שמו בעברית הוא מַשְׁקֵף-תְּנוּדוֹת, שמו המלא באנגלית הוא אוֹסִילוֹסְקוֹפּ או בקיצור סְקוֹפּ.

זהו מכשיר דו-ערוצי המאפשר הצגת האות ומדידת פרמטרים של האות על גבי המסך.

מידע נוסף קיים בפרק 7 בנספח, ומידע ממש מפורט במדריך למשתמש

2 קריאת מסך משקף-התנודות

איור 2: תמונת מסך של משקף-התנודות בעת מדידת מתח על מעגל יישור

באיור 2 רואים דוגמא של תמונת מסך מהסקופ עבור מעגל יישור חד-דרכי (נגד עומס ודיודה), להלן פירוט הדברים העיקריים:

  1. ישנם שני ערוצים:
    1. ערוץ 1 בצבע צהוב - קצת קשה לראות אך אלו המחזורים החיוביים בלבד של גל הסינוס (המתח על העומס במחזורים החיוביים).
    2. ערוץ 2 בצבע ירוק - קצת קשה לראות אמנם אך אלו המחזורים השליליים בלבד של גל הסינוס (המתח על הדיודה במחזורים השליליים).
    3. הגל השלישי בצבע סגול הוא חישוב מתימטי אותו עושה הסקופ על שני הערוצים, במקרה זה הוא עושה פעולת חיבור של ערוץ 1 וערוץ 2.
  2. איור 3: כל סוגי המדידות במשקף-התנודות, כדי לראות זאת יש ללחוץ על האפשרות Snapshot All בתפריט סוגי-המדידות
    ישנן ארבע מדידות בצד ימין של איור 2 אותן ניתן לבחור מתוך רשימה של עשרות סוגי מדידות (כפי שניתן לראות באיור 3):
    • Freq - התדר של האות המופיע בסוגריים (ערוץ 1 במקרה זה)
    • DCRMS - מתח RMS כולל רכיב ה-DC של האות המופיע בסוגריים (ערוץ 1 במקרה זה)
    • ACRMS - מתח RMS לא כולל רכיב ה-DC של האות המופיע בסוגריים (ערוץ 1 במקרה זה)
    • Avg - מתח ממוצע, שזהו אך ורק רכיב ה-DC ללא מרכיב ה-AC של האות המופיע בסוגריים (ערוץ 1 במקרה זה)
    • הערה: המתחים קשורים ביניהם עפ"י הנוסחא [math]DCRMS=\sqrt{Avg^2+ACRMS^2}[/math]
  3. בצד שמאל למעלה רואים את הספרה 1 עם גג קטן מעליה, זה אומר שהגל של ערוץ 1 הוא במצב INVERT כלומר רואים אותו הפוך ממה שמודדים אותו.
  4. בצד ימין למעלה רואים את המאפיינים של הטריגר:
    • רואים שהוא בעליית שעון
    • רואים שהוא מכוון להסתנכרן על מתח הרשת - האות L מלשון Line (באיור 1 רואים סינכרון על ערוץ 1)
    • לא רואים את המתח ממנו הטריגר מסתנכרן כיוון שבחרנו סינכרון על פי מתח הרשת (ניתן לראות באיור 1 ששינו אותו למינוס 2.55 מילי-וולט ובאיור 3 הוא 9.05 וולט).
  5. בשורה העליונה רואים את ההגדרות של רשת הרקע, אם נסתכל על כל המספרים הלבנים מצד שמאל לימין נראה את ההגדרות הבאות:
    • כל קוביה על המסך נקראת DIV מלשון Division
    • גובה כל קוביה של ערוץ 1 הוא 5V, לכן יש לנו חמישה וולט ל-DIV, כלומר על כל המסך רואים 8 קוביות כפול 5V שזה יוצא [math]5\,V\cdot 8=40\,V[/math]
    • גובה כל קוביה של ערוץ 2 זהה במקרה זה לערוץ 1 אך לא מחייב
    • תזוזת הגרף בזמן, כרגע מכוון על 0.0s לכן הגרף מתחיל בדיוק מראשית הצירים של המסך - בדיוק באמצע (איור 1 ניתן לראות תזוזה של 69 מילי-שניות וגם את החץ הכתום בראש המסך שמראה את התזוזה)
    • רוחב כל קוביה של שני הערוצים יחד הוא 10.00ms, לכן יש לנו עשר מילי-שניות ל-DIV, כלומר אם יש על המסך 10 קוביות כפול 10ms מקבלים שרוחב המסך הוא [math]10\,ms\cdot 10=100\,ms=0.1\,s[/math] ואם סופרים 5 שיאים של הגלים זה אומר שהתדר הוא [math]f=1/(0.1\,s/5)=50\,Hz[/math] כפי שרשום במדידות בצד ימין
    • הערה: רשת הרקע נקראת בלועזית Graticule - ניתן לכוון את עוצמתה ע"י כפתור Display

3 שמירת תמונת משקף-התנודות

ישנן שלוש אפשרויות לשמור את התמונות:

  1. שמירה ישירה על כונן אצבע - האפשרות הכי מהירה
    • מכניסים כונן אצבע לשקע ה-USB
    • לוחצים Save בצד ימין
    • משתמשים במקשים הרכים (על המסך) לבחירת התיקייה
    • חשוב מאוד! יש לבחור קובץ PNG! לא להשתמש בברירת המחדל של קובץ SCP כיוון שהוא שומר רק את ההגדרות.
    • לוחצים על המסך על Save ולדאוג לרשום את שם הקובץ במחברת כדי שיהיה אפשר לקשר בין התמונות לבין הניסוי בעת הכנת הדו"ח המסכם
    • הערה: השמירה אמורה להיות איטית יחסית ואמורים לראות מד התקדמות על המסך תוך כדי השמירה, במידה ולא כך הדבר - כנראה שהשמירה לא מתבצעת בהצלחה ולכן רצוי לבדוק אם התמונות אכן נשמרו ע"י העברת ה-DiskOnKey אל המחשב.
  2. שמירה דרך הרשת - האפשרות הכי בטוחה
    • לוחצים על כפתור Utility
    • בצד שמאל לוחצים על I/O על המסך
    • את כתובת ה-IP רושמים בדפדפן במחשב, אם ה-IP לא מופיע צריך לחכות כמה דקות עד שהוא יתעדכן במקרה ורק הדליקו את הסקופ.
    • בדפדפן עושים Preview של התמונה
    • חשוב מאוד! יש לבחור קובץ PNG! לא להשתמש בברירת המחדל של קובץ SCP כיוון שהוא שומר רק את ההגדרות.
    • הערה: כל פעם שלוקחים תמונה בדפדפן, הסקופ עושה Stop אוטומטי (כפתור בצבע אדום), לכן צריך ללחוץ על Run (והכפתור הופך בחזרה לירוק כפי שרואים באיור 1).
  3. המוצא האחרון
    • הדרך הכי פחות עדיפה במקרה ושתי הדרכים הקודמות לא פועלות - לצלם בעזרת הטלפון הנייד (או כל מצלמה אחרת).
    • למקרה שסטודנטים מתעניינים - לא אמורים להעתיק את הגרפים באופן ידני אל המחברת.

4 תחילת עבודה עם הסקופ

כדי למנוע בעיות בעבודה עם הסקופ יש לפעול כלהלן:

  1. ללחוץ על Default setup לפני תחילת העבודה כדי לאפס הגדרות.
  2. לבדוק שהפרובים מאופסים כפי שרואים בצד ימין למעלה של איור 2 על הערך DC 1.00:1, זה מונע שני דברים:
    1. שהאות המוצג על הסקופ לא יוכפל אלא יציג את הערך האמיתי
    2. שמרכיב ה-DC של האות לא יונחת ע"י הסקופ
    • כדי לאפס הגדרה זו יש ללחוץ על הכפתור של הערוץ (נורה עם הספרה 1 או 2), ואז על המסך ללחוץ על הגדרות ה-Probe ולכוון את מה שצריך

5 עבודה נכונה עם משקף-התנודות

חשוב ביותר: שלושת האדמות של הסקופ מקוצרות - ערוץ 1, ערוץ 2 וערוץ הסינכרון החיצוני.

איור 4: מערך מדידה לא נכון בחיבור למשקף-התנודות (נוצר באמצעות Scheme-It)

לדוגמא אם נחבר מחולל אותות אל הסקופ, בהתאם לאיור 4, כיוון ששתי האדמות של רגלי ערוץ 1 וערוץ 2 (מסומנות בצבע שחור) מקוצרות דרך הסקופ, נגרום לכך שגם הרגל החיובית של ערוץ 2 (בצבע ירוק) תהיה מקוצרת לרגל השלילית של ערוץ 1 ולכן נקצר את הנגד התחתון R2, כתוצאה מכך כל המתח שיוצא מהמחולל ייפול על R1.

איור 5: מערך מדידה מתוקן בחיבור למשקף-התנודות: גם האדמות משותפות וגם עושים INVERT בסקופ (נוצר באמצעות Scheme-It)

כדי לפתור בעיה זו יש לבצע שתי פעולות אותן רואים באיור 5:

  1. לדאוג שכל האדמות של הסקופ יהיו מחוברות לאותו המקום.
  2. ברגע שחיברנו את שני הערוצים בכיוונים הפוכים אחד לשני, כלומר אחד מהם חיברנו בכיוון של זרימת הזרם במעגל, ואילו את השני חיברנו בכיוון מנוגד לזרימת הזרם, לכן נקבל באחד מהם מתח חיובי ובשני נקבל מתח שלילי (במקרה של DC, במקרה של AC נקבל הפרש מופע של 180 מעלות), כדי לפתור בעיה זו צריך לומר לסקופ להפוך את אחד הערוצים, פעולה זו נקראת INVERT בשפת-הסקופ ועושים אותה ע"י לחיצה על כפתור הערוץ (הנורה של 1 או 2 כפי שרואים באיור 1) ולאחר מכן בצד שמאל על המסך ישנו כפתור שאומר INVERT, כדי לוודא שאכן כך הדבר - נוצר גג קטן מעל מספר הערוץ בצד שמאל למעלה של המסך כפי שרואים באיור 2.

הערות

  • כאשר מחברים את מוצא הסינכרון של המחולל אותות אל כניסת הסינכרון החיצוני של הסקופ אנו מקצרים את כל שלושת האדמות יחד, ויש שתי דרכים לפתור בעיה זו:
    1. איור 6: מערך מדידה בו כל שלושת האדמות מחוברות לאותה נקודת הייחוס (נוצר באמצעות Scheme-It)
      כל שלושת האדמות חייבות להיות מחוברות לאותו המקום כפי שרואים באיור 6. במקרה זה נהיה חייבים להשתמש במתמטיקה כיוון שערוץ שתיים במקרה זה יראה את המתח [math]V_{R2}[/math], ערוץ אחד יראה את סכום המתחים [math]V_S=V_{R1}+V_{R2}[/math], והמתמטיקה בעזרת הפרש של הערוצים תראה לנו את [math]V_S-V_{R2}=V_{R1}+V_{R2}-V_{R2}=V_{R1}[/math] כנדרש.
    2. או שלחלופין ניתן לחבר את המחולל דרך שנאי בידוד שיגרום לאדמה שלו "לצוף" ולכן לא יהיה חיבור גלווני (חיבור ישיר) בין המחולל אותות והסקופ.
  • למה צריך לקצר את האדמות? למה לא להשאיר אותן "צפות"? כדי לחסוך את חיבור האדמה, אם כל האדמות מקוצרות אנו יכולים רק לחבר את הרגליים החיוביות (צבעים אדום, צהוב וירוק) ללא הצורך לחבר אדמות בכלל או לחלופין חיבור רק של אחת האדמות.


6 מנגנון הסינכרון של משקף-התנודות

איור 7: גל סינוס לא יציב עקב חוסר סינכרון אשר נגרם כתוצאה מכך שרוחב המסך של המשקף תנודות הוא לא כפולה שלמה של זמן-המחזור של האות. בנוסף אם נתייחס לאות-הדירבון (Trigger Level) וסוג דרבון-הקצה (Rising/Falling Edge) נוכל לייצב את התמונה במיקום מאוד מסויים של הגל.
כפי שרואים אפשרויות הסינכרון הן: א') סינכרון של הגל-הצהוב (ערוץ 1 בסקופ), ב') מתח-דירבון מסויים אשר ממנו תמיד מתחיל הגל בראשית-הצירים (מרכז המסך), ג') עלייה (הערך משמאל לראשית-הצירים קטן מהערך אשר מימין לראשית-הצירים) או ירידה (הערך משמאל גדול מאשר הערך מימין).
בנוסף, רק בשביל ההמחשה כיוון שבמציאות לא רואים אותו על הסקופ (אלא אם כן מחברים אותו לכניסת אחד הערוצים במקום לכניסת הסינכרון-החיצוני), ניתן לראות את הגל-הריבועי שהוא למעשה אות-סינכרון חיצוני (יוצא מיציאת Sync של המחולל אותות), המתחים שלו הם תמיד בין 0 ל-3.3V, הוא תמיד בצורת גל-ריבועי, ותדרו תמיד זהה לחלוטין לתדר-המוצא של המחולל אותות (או זמן הסריקה במקרה ועושים סריקת תדרים).
איור 8: גל סינוס כפול, נוצר כתוצאה מסינכרון מאוד מהיר - פעם בעליית-שעון ופעם בירידת שעון ועקב כך רואים שני גלי-סינוס מרובדים אחד על השני בהפרש מופע של 180 מעלות

כאשר מחברים את מחולל האותות אל משקף-התנודות ומתקבל גל סינוס לא יציב על המסך כפי שרואים באיור 7 או אף מקרה חמור יותר כפי שרואים באיור 8, צריך לגרום לאות להסתנכרן, זאת עושים באמצעות מנגנון הטריגר, לוחצים על כפתור טריגר ובוחרים בצד שמאל את האפשרויות הבאות:

  1. על איזה ערוץ להסתנכרן?
    • ערוץ 1 - הגל הצהוב.
    • ערוץ 2 - הגל הירוק.
    • ערוץ External - האות אשר מחובר אל הסקופ דרך היציאה החיצונית אשר נמצאת בצד האחורי של הסקופ בצד שמאל הקיצוני, ניתן למשל לחבר את יציאת הסינכרון של מחולל האותות לשם, מקרים בהם רצוי להסתנכרן עפ"י יציאה זו:
      1. גלים שהתדר שלהם משתנה כמו למשל בסריקת-תדרים במחולל האותות
      2. גלים מאופננים בהם גל עם תדר נמוך רוכב על גל נושא עם תדר גבוה
      3. גלים עם מתחים מאוד נמוכים שהסקופ בקושי יצליח לזהות עקב יחס אות לרעש נמוך מדי (יותר מדי רעש).
    • ערוץ Line - סינכרון עפ"י מתח הרשת, מקרה זה טוב עבור מקרים בהם משתמשים במעגלי יישור המבוססים על מתח הרשת.
  2. איזה סוג סינכרון?
    • איור 9: סינכרון בעליית שעון
      סינכרון בעליית שעון (Rising Edge) כפי שרואים באיור 9
    • איור 10: סינכרון בירידת שעון
      סינכרון בירידת שעון (Falling Edge) כפי שרואים באיור 10
  3. באיזה מתח (Trigger Level) להתחיל לצייר את הגרף מראשית הצירים?
    • באיור 9 ובאיור 10, רואים שבדיוק כשהגל הגיע ל-0V הסקופ התחיל לאייר אותו מראשית הצירים.
    • לעומת זאת באיור 2, כיוון שהמתח מיושר ע"י דיודה הגרף עלול לא להסתנכרן ולכן צריך לכוון את ה-Trigger Level למתח קצת יותר גבוה מ-0V אך לא גבוה מ-15V כיוון שאז זה יעבור את הגובה של הגל שבאיור והוא שוב לא יצליח להסתנכרן
    • בנוסף נזכיר שוב שכאשר בוחרים את ערוץ Line האפשרות של Trigger Level נעלמת כיוון שהסנכרון מתבצע באופן אוטומטי.

כל האפשרויות שנבחרו מוצגות על מסך משקף-התנודות בצד ימין למעלה (ונשמרות כמובן בתמונות).


למידע נוסף על מנגנון הסינכרון:

  1. פרקים 9-10 ובמיוחד עמודים 113-117 במדריך למשתמש.
  2. פרק 7 עמ' 10 בנספח על המכשירים.