Máy hiện sóng/ Oscilloscope

Bởi kythuatldc

Máy hiện sóng là gì?

Hướng dẫn sử dụng máy hiện sóngMáy hiện sóng là một thiết bị đo lường có khả năng đọc được sự thay đổi của tín hiệu điện theo thời gian và hiển thị nó trên đồ thị. Trục X biểu thị thời gian và trục Y biểu thị điện áp, trong một số trường hợp bạn có thể xem trục Z là trục hiển thị cường độ sáng cho một máy hiện sóng

Các dòng dao động ký điện tử ngày nay cho phép bạn dễ dàng điều chỉnh tỷ lệ của biểu đồ sao cho dễ dàng đọc số liệu và phân tích nhất bằng các nút điều khiển trên máy. Ngoài ra, với các trigger được tích hợp sẵn nó còn cho phép tập trung và cố định màn hình quan sát tín hiệu của bạn

Ngày nay, máy hiện sóng có rất nhiều dạng khác nhau: máy hiện sóng số, máy hiện sóng tương tự, máy hiện sóng cầm tay, máy hiện sóng PC, máy hiện sóng dạng bút, máy hiện sóng USB… Tùy vào nhu cầu sử dụng mà bạn có thể dễ dàng lựa chọn thiết bị phù hợp.

Công dụng của máy hiện sóng

Ngoài những tính năng cơ bản, dao động ký còn được tích hợp rất nhiều tính năng hữu ích, giúp bạn nhanh chóng xác định được tần số, biên độ và các đặc điểm khác nhau của sóng tín hiệu. Nói chung, với máy hiện sóng có thể dễ dàng đo được các thông số đặc tính về thời gian và điện áp của các thiết bị điện tử

Màn hình hiển thị của oscilloscope

Đặc tính thời gian

Tần số và chu kỳ (Frequency & Period): Tần số được định nghĩa là số lần lặp lại của dạng sóng trên giây và chu kỳ là khoảng thời gian giữa các lần lặp lại đó. Tần số tối đa của mỗi máy Oscilloscope đo được là khác nhau những dòng máy hiện đại bây giờ có thể đo được tần số lên đến nhiều GHz

Chu kỳ xung (Duty cycle): Tỳ lệ phần trăm của của thời gian sóng có kết quả dương hoặc âm. Chu kỳ xung là một tỷ lệ cho bạn biết thời gian mà tín hiệu ở vị trí dương và vị trí âm

Thời gian tăng và giảm của sóng (Rise time & Fall time): Sóng tín hiệu không thể ngay lập tức đi từ 0V đến 5V, nó cần phải có thời gian để tăng lên. Thời gian sóng đi từ một điểm thấp đến một điểm cao được gọi là thời gian tăng của dạng sóng (Rise time) và ngược lại gọi là thời gian giảm của dạng sóng (Fall time). Những đặc điểm này rất quan trọng trong việc xem xét và phân tích tốc độ của một mạch điện có tín hiệu

Đặc tính về điện áp

Biên độ (Amplitude): Biên độ là đại lượng đo độ lớn của tín hiệu. Máy hiện sóng được tích hợp nhiều phép đo biên độ ví dụ như peak-to-peak, nó là phép đo cho bạn khả năng phân tích những điểm khác nhau giữa những tín hiệu mang điện áp cao và điện áp thấp.

Điện áp tối đa và tối thiểu (Maximum and minimum Voltages): Máy hiện sóng có thể dễ dàng cho bạn biết giá trị tối đa và tối thiểu của tín hiệu điện áp

Giá trị trung bình điện áp (Mean and average Voltages): Máy hiện sóng có thể dễ dàng tính giá trị trung bình bằng cách tính toán dựa trên giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của điện áp

Khi nào cần sử dụng máy hiện sóng

Máy hiện sóng đặc biệt hữu ích trong các tình huống khắc phục sự cố hoặc nghiên cứu, sửa chữa liên quan đến điện tử hoặc viễn thông nó giúp bạn

  • Xác định tần số và biên độ tín hiệu, điều này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lỗi ở đầu vào, đầu ra hoặc hệ thống nội bộ của mạch. Khi xác định được những điểm bất thường bạn có thể dễ dàng phân tích nó ở phần nào trong mạch từ đó đưa ra phương pháp sửa chữa chính xác nhất
  • Xác độ các tín hiệu nhiễu trong mạch
  • Xác định hình dạng của sóng sin, sóng vuông, tam giác, răng cưa, phức tạp
  • Định lượng độ lệch pha giữa hai tín hiệu khác nhau
  • Chỉ ra thành phần gây lỗi méo tín hiệu

Ứng dụng của máy hiện sóng trong thực tế

  • Ứng dụng trong ngành điện tử – viễn thông:
    – Trong viễn thông: Máy hiện sóng giúp xác định loại tín hiệu, tính toán tần số dao động, biểu diễn tín hiệu mạch điện và đưa ra kết quả báo cáo chính xác cho việc nghiên cứu các dạng sóng
    – Trong điện tử: Bất kỳ một thiết bị điện nào đều phát ra những dao động đặc trưng. Khi thiết bị hoạt động không ổn định chúng ta. Máy hiện sóng là dụng cụ giúp tìm ra những dao động bất ổn đó từ đó có thể khắc phục sửa chữa nhanh nhất
  • Ứng dụng trong giáo dục: Máy hiện sóng đóng vai trò quan trọng trong việc giáo dục nhất là đối với các ngành thuộc chuyên ngành điện – điện tử. Với khả năng nhận dạng được nhiều dạng tín hiệu, kiểm tra các tín hiệu làm méo, làm nhiễu, đo lường các thông số của dòng điện, kỹ thuật điện tử… Oscilloscope là một thiết bị đo lường không thể thiếu giúp cho học viên có thể dễ dàng hình dung, thực hành, giúp dễ dàng hơn cho quá trình xin việc
  • Ứng dụng trong y học: Với một sensor chuyển đổi thích hợp Oscilloscope còn cho phép bạn có thể đo sóng não, điện tim đồ và là một thiết bị quan trọng trong khám chữa bệnh
  • Ứng dụng trong công việc kiểm tra bảo trì sửa chữa: thiết bị điện. sửa chữa ô tô…

Giải thích các thông số kỹ thuật quan trọng của máy hiện sóng

Hướng dẫn màn hình hiển thị máy hiện sóng

Để làm quen được với máy hiện sóng bạn cần biết một số từ ngữ hoặc các thông số quan trọng của một máy hiện sóng. Dưới đây, bạn sẽ giới thiệu các thuật ngữ của dao động ký giúp bạn có thể tìm hiểu rõ hơn về dòng thiết bị này

Băng thông (Bandwidth): băng thông là khoảng phạm vi tần số xác định mà máy hiện sóng có thể đo được một cách chính xác. Tùy thuộc vào khả năng được tích hợp mà mỗi thiết bị sẽ có dải đo băng thông khác nhau

Ví dụ: Đối với dòng sản phẩm máy hiện sóng Siglent SDS1052DL+ với mức băng thông 50MHz sẽ giúp bạn đo lường phân tích được các dạng sóng có tần số từ 50MHz trở xuống

Kỹ thuật số và tương tự (Digital and Analog) : Củng như hầu hết mọi thiết bị điện tử khác Oscilloscope củng có hai dạng là máy hiện sóng kỹ thuật số và máy hiện sóng tương tự
– Đối với các dòng máy tương tự nó sử dụng chùm electron để ánh xạ trực tiếp điện áp đầu vào và chuyển tín hiệu đến màn hình
– Dao động ký kỹ thuật số thì khác nó kết hợp với bộ vi xử lý, lấy mẫu tín hiệu đầu vào và đi qua bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (analog sang digital) sau đó mới chuyển thành tín hiệu dạng biểu đồ hiển thị trên màn hình. Nói chung máy hiện sóng tương tự là dòng thiết bị đời cũ. Thông thường mức băng thông và tính năng có nó sẽ không bằng các dòng oscilloscope digital và giá thành củng tương đối cao

 

máy hiện sóng tương tự metrix
Máy hiện sóng tương tự
 

Máy hiện sóng số
Máy hiện sóng số

Tuy nhiên: khả năng thu nhận và xử lý tín hiệu của dòng Analog nhanh hơn so với dòng digital (tương tự các dòng thiết bị đo lường khác). Ví dụ: đồng hồ vạn năng kim có khả năng xử lý hiệu nhanh hơn so với đồng hồ vạn năng điện tử

Số lượng kênh đo (Channel): máy hiện sóng có khả năng đọc được nhiều tín hiệu một lúc và hiển thị đồng thời tất cả các tín hiệu đó trên một màn hình. Điều này cho phép bạn có khả năng phân tích và so sánh nhiều tín hiệu cùng một lúc (hiệu quả khi so sánh một thiết bị đang hoạt động bình thường và bất thường để có thể dễ dàng tìm ra lỗi của chúng).

16 kênh kỹ thuật số MSO

Ở máy hiện sóng, thiết bị có hai và bốn kênh thường được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất, cho các ứng dụng chuyên sâu bạn có thể trang bị thêm 8 hoặc 16 kênh kỹ thuật số (MSO) thường thấy ở các dòng máy cao cấp

Tốc độ lấy mẫu (Sampling Rate): Thông số này biểu diễn số lần đọc tín hiệu trong một giây. Đối với các dòng máy hiện sóng có nhiều kênh, giá trị này sẽ giảm nếu sử dụng đồng thời nhiều kênh một lúc

Ví dụ: Máy hiện sóng Siglent SDS1102X+ có tốc độ lấy mẫu là 1GSa/s và có 2 kênh đo. Khi 2 kênh hoạt động cùng lúc tốc độ lấy mẫu ở mỗi kênh sẽ giảm đi một nửa còn 500MSa/s / 1 kênh

Thời gian tăng cạnh (Rise time): Thời gian tăng cạnh là đại lượng đặc trưng cho khả năng tăng tốc của các cạnh dạng sóng. Thời gian tăng càng nhỏ sóng thu được sẽ có độ dốc càng lớn. Rise time = 0 sẽ cho ra các dạng sóng tín hiệu vuông. Rise time là đại lượng có mối liên hệ mật thiết với băng thông. Có thể được tính như sau Rise Time = 0.35 / Băng thông

Điện áp đầu vào tối đa (Maximum Input Voltage): Mỗi thành phần của một thiết bị điện tử đều có một giới hạn điện áp mà nó chịu đựng được nếu quá ngưỡng đó có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị. Đây là một điểm đáng chú ý không chỉ đối với dao động ký mà là đối với tất cả các thiết bị điện

Độ phân giải (Resolution): Độ phân giải của máy hiện sóng là khả năng thể hiện cột điện áp đầu vào. Độ phân giải càng lớn giúp bạn có thể xem được cột sóng tốt hơn. Hoặc để theo dõi cột điện áp bạn có thể điều chỉnh độ phân giải dọc của máy hiện hiện sóng

Độ nhạy dọc (Vertical Sensitivity): là thông số của trục dọc máy hiện sóng nó biểu thị giá trị tối thiểu và tối đa của điện áp đầu vào. Giá trị này được tính bằng đơn vị Volts / Div

Độ nhạy ngang (Horizontal Sensitivity / Timebase): Thông số này cho biết độ nhạy của trục thời gian của máy hiện sóng. Giá trị này được liệt kê theo giây trên mỗi div

Trở kháng đầu vào (Input Impedance): Khi tần số tín hiệu nhận được rất cao nhưng xuất hiện trở kháng trong lúc đo dù rất nhỏ (có thể đến từ điện trở, điện dung hoặc điện cảm) đều ảnh hưởng đến tín hiệu làm phép đo không còn chính xác. Oscilloscope có khả năng thêm một trở kháng nhất định vào mạch tín hiệu mà nó đọc, trở kháng này gọi là trở kháng đầu vào. Trở kháng đầu vào sẽ được biểu diễn với dạng một thông số điện trở lớn (>1MΩ) song song với một điện dung nhỏ (pF). Tác động của trở kháng đầu vào sẽ có tác động rõ ràng hơn khi đo các tín hiệu có tần số cao, đến rất cao (tín hiệu rf). Que đo tốt củng là biện pháp để khắc phục tình trạng này.

Ví dụ đọc thông số kỹ thuật máy hiện sóng

Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật của máy hiện sóng SDS1102X+ dòng dao động ký tầm trung của Siglent để bạn có thể áp dụng những kiến thức ở trên

Thông số kỹ thuật Giá trị
Băng thông 100 MHz
Tốc độ lấy mẫu 1 GSa/s 1 kênh – 500MSa/s 2 kênh
Thời gian tăng 1,8 ns
Số kênh do 2 kênh
Điện áp đầu vào tối đa 400V
Độ phân giải 8 bit
Độ nhạy dọc 500 μV/div – 10 V/div
Độ nhạy ngang 1.0 ns/div-100 s/div
Trở kháng đầu vào DC: (1 MΩ±2%) || (18 pF ±2 pF)

Hiểu được những thông số này và dựa vào ứng dụng các thiết bị mà bạn đang sử dụng cho công việc kiểm tra sửa chữa của mình bạn có thể chọn được cho mình dòng máy hiện sóng phù hợp cho công việc kiểm tra, sửa chữa nghiên cứu của bạn

Que đo máy hiện sóng

Một máy hiện sóng chỉ bắt đầu hoạt động khi bạn kết nối nó với tín hiệu cần đo và để có thể làm được điều này bạn cần phải có que đo (đầu dò). Que đo là một thiết bị đầu vào giúp truyền tín hiệu từ mạch đến máy hiện sóng. Que đo là một đầu nhọn giúp đo một điểm bất kỳ trên mạch mà bạn cần đo. Các dòng đầu do hiện nay có thể thiết kế dạng móc hoặc dạng kẹp giúp cho việc đo, kiểm tra của bạn diễn ra dễ dàng và thuận lợi hơn. Trên mỗi que đo sẽ được trang bị một kẹp nối đất, cần đảm bảo kết nối an toàn giữa kẹp này tới điểm nối đất trên mạch đang thử

Thoạt nhìn, que đo có vẻ là một thiết bị đơn giản chỉ cần kết nối que đo với dao động ký và chốt vào mạch là có thể thực hiện phép đo. Nhưng trên thực tế, đầu do có rất nhiều thiết kế mà bạn có thể lựa chọn

Phổ biến nhất trong các loại que đo chinh là loại que đo thụ động (passive probe) đi kèm theo máy. Hầu hết các que đo thụ động này đều có một lượng suy hao (Attenuated).

Hầu hết các que đo đều có điện trở là 9MΩ. Khi kết nối đầu dò với máy hiện sóng, trở kháng tiêu chuẩn trên máy hiện sóng là 1MΩ, tạo ra một bộ chia điện áp 1/10. Những đầu dò này thường được gọi là đầu dò suy hao 10X. Các dòng que đo hiện đại được tích hợp một công tắc trên thân để có thể chọn giữa 10X và 1X (không suy hao)

Suy hao 1x và 10x que đo

Que đo suy hao được ứng dụng để cải thiện độ chính xác cho các phép đo ở tần số cao, nhưng nó củng sẽ làm giảm biên độ tín hiệu mà cần đo. Để đo một tín hiệu với điện áp thấp, bạn nên sử dụng que đo 1X (không suy hao).

Ngoài que đo thụ động đi kèm theo máy còn có que đo chủ động (Active probe) sử dụng nguồn điện riêng để hoạt động. Loại que đó này có khả năng khuếch đại tín hiệu đang đo thậm chí xử lý tín hiệu trước khi nó được truyền đến dao động ký. Trong khi hầu hết các que đo thụ động được thiết kế để đo điện áp, thì dòng que đo chủ động này được thiết kế riêng để đo dòng điện AC hoặc DC.

Ngoài ra còn có que đo dòng điện để đo dòng. Đây củng là loại que đo duy nhất không tiếp xúc với mạch điện cần đo mà nó chỉ kẹp nó quanh dây

Que đo dòng micsig

Lưu ý: Khi sử dụng máy hiện sóng để đo các tín hiệu có tần số, điện áp cao bạn cần sử dụng các loại que đo cao áp hoặc que đo chất lượng cao để tránh nguy hiểm cho bản thân người sử dụng.

Các bước thiết lập đầu tiên khi bắt đầu sử dụng dao động ký

Lựa chọn và thiết lập que đo

Trước hết, bạn phải chọn que đo phù hợp hoặc que đo bạn thường sử dụng. Đối với hầu hết các dạng tín hiệu, que đo thụ động theo máy hoàn toàn có thể sử dụng và hoạt động tốt

Tiếp theo, kết nối nó với dao động ký, thiết lập suy hao trên que đo thường sử dụng ở mức 10X và củng là lựa chọn toàn diện nhất. Nếu muốn đo một tín hiệu với điện áp rất thấp hãy chỉnh que đo về mức 1X

Kết nối que đo và mở thiết bị

Kết nối đầu dò với kênh đo mà bạn muốn sử dụng (kênh 1 hoặc kênh 2) và mở thiết bị. Đối với các dòng máy hiện sóng cũ cần khá nhiều thời gian để mở

Khi máy hiện sóng khởi động, bạn sẽ thấy một đường tín hiệu biểu thị dạng sóng (tín hiệu không ổn định, dạng nhiễu)

Lúc này, trên màn hình hiển thị các giá trị đã thiết lập cho thời gian và Volt/Div. Trước tiên hãy thực hiện những bước điều chỉnh cơ bản để đưa máy hiện sóng điện tử của bạn về thiết lập chuẩn

  • Tắt cả 2 kênh
  • Đặt Coupling kênh 1 thành DC
  • Đặt Source Trigger về kênh 1
  • Thiết lập Trigger Type thành Rising edge và Trigger Mode thành Auto (trái với single)
  • Đảm bảo đã chọn đúng phạm vi suy giảm của que đo phù hợp cho phép đo của bạn (10X, 1X)

Hoặc tốt nhất bạn có thể tham khảo sách hướng dẫn sử dụng đi kèm theo máy để hiểu rõ nhất các thiết lập thiết bị của mình

Kiểm tra que đo

Kiểm tra que đo là công việc đầu tiên cần phải làm trước khi sử dụng máy hiện sóng. Hầu hết các thiết bị này đều được tích hợp bộ tạo tần số phát cho phép bạn kiểm tra que đo củng như kiểm tra màn hình, hoạt động của thiết bị. Bộ tạo tần số này có một đầu để kết nối với đầu que đo và kẹp nối đất

Sau khi kết nối hai thành phần trên que đo, bạn sẽ thấy xuất hiện các tín hiệu trên màn hình. Tiếp theo, hãy sử dụng các nút điều chỉnh trục ngang và dọc để điều chỉnh tín hiệu.

Xoay núm điều chỉnh theo chiều kim đồng hồ tín hiệu sẽ phóng to ra và ngược lại. Hãy điều chỉnh sao cho phù hợp với nhu cầu phân tích của bạn

Nếu sóng vẫn chưa ổn định, hãy xoay núm điều chỉnh Trigger Position và đảm bảo rằng vị trí của Trigger không cao hơn đỉnh cao nhất của tín hiệu đang phân tích. Theo mặc định của đa số máy hiện sóng, Trigger Type sẽ được đặt ở Edge và đây củng là lựa chọn tốt nhất để đo các dạng sóng vuông

Bồi thường suy hao que đo

Ban đầu, đối với máy hiện sóng vừa mua về. Việc điều chỉnh lại suy hao là một việc quan trọng đầu tiên mà bạn cần phải làm.

Điều chỉnh suy hao que đo để tạo sóng chuẩn

Nếu que đo được đặt lại sử dụng cho chế độ 10X bạn sẽ không có dạng sóng vuông hoàn hảo trong lần đầu sử dụng thiết bị. Thường tín hiệu sẽ bị méo mó và bạn cần phải điều chỉnh lại bằng cách sử dụng vít có sẵn trên que đo và điều chỉnh lại

Hiệu chuẩn sóng chuẩn máy hiện sóng

Nếu sóng tín hiệu của bạn chưa vuông hãy dùng vít cắm vào que đo và xoay căn chỉnh đến khi tín hiệu của bạn vuông nhất

Mẹo cố định, Trigger và chia tỷ lệ

Sau khi đã thiết lập suy hao cho que đo, việc tiếp theo là tìm một tín hiệu thực sự để bắt đầu thực hiện phép đo. Có thể test tín hiệu bằng máy phát xung hoặc các mạch tín hiệu

Chìa khóa đầu tiên để dò tín hiệu là tìm một điểm nối đất chắc chắn. Kết nối kẹp nối đất của bạn vào điểm nối đất đã chuẩn bị sẵn (có thể sử dây điện nhỏ trung giãn giữa kẹp của que đo và điểm nối đất của mạch).

Tiếp đến, hãy kết nối que đo với tín hiệu cần kiểm tra. Đầu móc có que đo được thiết kế với nhiều dạng khác nhau như: dạng móc, nhọn… hãy chọn một thiết kế phù hợp với công việc của bạn sao cho tay không cần phải cầm que đo mọi lúc khi thực hiện phép đo như vậy chúng ta có thể rãnh tay để chuẩn bị những thứ khác

Khi hoàn thanh tất cả các kết nối, tín hiệu sẽ xuất hiện trên màn hình, bạn có thể bắt đầu điều chỉnh thông số thời gian của trục ngang và trục dọc ít nhất gần bằng với “ballpark” của tín hiệu

Ball park: Là đưa ra một con số gần đúng với con số thật

Ví dụ: Nếu bạn đang đo một tín hiệu dạng sóng vuông 5V, 1kHz, bạn nên điều chỉnh volts/div đâu đó trong khoảng 0,5 – 1V và thiết lập s/div khoảng 100µs

Nếu sóng tín hiệu bạn đang quan sát nằm ngoài phạm vi hiển thị của màn hình, bạn có thể điều chỉnh lại độ phân giải dọc (Vertical position) để di chuyển lên hoặc xuống. Nếu tín hiệu đo hoàn toàn là DC, bạn có thể điều chỉnh mức 0V gần cuối màn hình

Khi đã có tỷ lệ phân tích cần thiết bước tiếp theo bạn cần sử dụng Trigger. Edge Triggering – nơi mà dao động ký bắt đầu quét khi thấy điện áp tăng (hoặc giảm) qua điểm đã được đặt – là loại trigger dễ sử dụng nhất. Sử dụng trình kích hoạt cạnh (trigger edge), cố gắng sử dụng trigger để bắt dính một dạng sóng bất ổn so với tín hiệu thông thường để tiến hành phân tích

Tiếp tục điều chỉnh lại tỷ lệ sóng, vị trí và trigger cho đến khi bạn đã quan sát được tất cả mọi thứ (tín hiệu bất thường, lỗi) mà bạn cần

Trên đây là hướng dẫn cơ bản nhất về máy hiện sóng nếu bạn lần đầu tiên tiếp xúc với loại thiết bị này. Còn mỗi công việc sẽ có cách sử dụng khác nhau tôi sẽ cập nhật trong những bài viết tiếp theo, cảm ơn các bạn đã theo dõi!

Related Posts

Để lại bình luận của bạn