028 3977 8269
487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam

Tìm Hiểu Về Máy Hiện Sóng A-Z

Nội dụng chủ yếu:

• Cách hoạt động máy hiện sóng

• Phân biệt các loại máy hiện sóng: analog, digital và máy hiện sóng digital phosphor.

• Tìm hiểu về các dạng sóng (waveform)

• Tìm hiểu về cách sử dụng máy hiện sóng cơ bản

• Đo lường một vài phép đo đơn giản

Máy Hiện Sóng Oscilloscope Là Gì?

Máy hiện sóng là gì? Và bạn có thể sử dụng nó vào việc gì? Nguyên tắc hoạt động của nó ra sao? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu ngay.

Máy hiện sóng oscilloscope (còn gọi là dao động ký) về cơ bản là một thiết bị hiển thị đồ thị của tín hiệu điện. Trong hầu hết ứng dụng, đồ thị cho thấy sự thay đổi của tín hiệu qua thời gian: trục dọc (y) đại diện cho điện áp; trục ngang (x) đại diện cho thời gian. Cường độ hoặc độ sáng có thể được xem là trục z.

Đồ thị này cho bạn biết được rất nhiều thứ về tín hiệu như:

  • Bạn có thể xác định giá trị thời gian (time) và điện áp (voltage) của một tín hiệu.
  • Bạn có thể tính toán được tần số (frequency) của một tín hiệu dao động.
  • Bạn có thể thấy được các “phần di chuyển” của mạch điện đại diện bởi tín hiệu.
  • Có thể biết được các phần cụ thể của tín hiệu có liên quan đến các phần khác.
  • Bạn có thể biết được thành phần nào đang gặp trục trặc gây ảnh hưởng tới tín hiệu
  • Tìm ra được tín hiệu là dòng DC hay AC
  • Biết được bao nhiêu tín hiệu bị nhiễu (noise) và liệu sự nhiễu có đang thay đổi theo thời gian

Giao diện đằng trước của máy hiện sóng bao gồm màn hình hiển thị và các nút vặn, nút xoay, đèn tín hiệu sử dụng để điều khiển sự thu nhận và hiển thị tín hiệu. Phần bảng điều khiển phía trước của máy hiện sóng thường chia làm phần ngang(vertical), dọc(horizontal), Trigger cùng phần menu điều khiển và kết nối đầu vào như hình bên dưới.

Máy Hiện Sóng Dùng Để Làm Gì?

Máy hiện sóng oscilloscope được sử dụng rộng rãi từ thợ sửa chữa điện tới nhà vật lý học. Chúng là thiết bị không thể thiếu với những ai làm việc trong lĩnh vực sửa chữa và thiết kế thiết bị điện.

Không chỉ giới hạn trong lĩnh vực điện. Với bộ chuyển đổi thích hợp, một máy hiện sóng có thể đo lường mọi loại hiện tượng. Bộ chuyển đổi (transducer) là một thiết bị tạo ra tín hiệu điện phản hồi các kích thích vật lý, ví dụ như âm thanh, ứng suất cơ học (mechanical stress), áp lực, ánh sáng, nhiệt lượng. Ví dụ, microphone là một bộ chuyển đổi giúp chuyển âm thanh thành tín hiệu điện.

Một kỹ sư ô tô sử dụng máy hiện sóng để đo lường độ rung của động cơ. Một nhà nghiên cứu y khoa sử dụng máy hiện sóng để đo lường sóng não. Khả năng của máy hiện sóng là vô tận.

Phân Biệt Các Loại Máy Hiện Sóng:

Thiết bị điện có thể chia làm 2 loại: tương tự (analog) và số (digital). Thiết bị tương tự hoạt động với điện áp biến thiên liên tục. Trong khi thiết bị số hoạt động với các số nhị phân rời rạc có thể xem là điện áp mẫu. Ví dụ, máy phát đĩa than là một thiết bị tương tự trong khi đầu đĩa nghe nhạc là thiết bị số.

Máy hiện sóng cũng có loại tương tự(analog) và số(digital). Về cơ bản, một máy hiện sóng tương tự hoạt động bằng cách truyền một điện áp tín hiệu đo được trực tiếp cho một chùm tia electron di chuyển qua màn hình máy hiện sóng ( thường là ống tia âm cực cathode-ray tube CRT). Mặt sau của màn hình được xử lý bằng một lớp phủ phốt pho. Điện áp tín hiệu làm lệch hướng chùm tia electron lên và xuống tương ứng và ghi dấu dạng sóng (waveform) lên màn hình. Tia electron va vào càng thường xuyên tại vùng nào thì vùng đó càng sáng. Nhờ đó có thể phác họa ngay lập tức hình ảnh của dạng sóng (waveform).

Phạm vi tần số mà dao động ký tương tự có thể hiển thị bị giới hạn bởi CRT. Tại tần số rất thấp, tín hiệu hiển thị là các điểm sáng, di chuyển chậm và rất khó để phân biệt. Tại tần số sao, tốc độ ghi của CRT bị giới hạn. Khi tần số tín hiệu vượt quá khả năng ghi của CRT, phần hiển thị trở nên quá mờ để nhìn thấy. Chiếc máy hiện sóng tương tự nhanh nhất hiện nay có thể hiển thị tần số tới khoảng 1 GHz.

Ngược lại, một máy hiện sóng số sử dụng bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) để chuyển điện áp dùng để đo lường sang dạng thông tin số. Dao động ký số thu được dạng sóng (waveform) như một dải các tín hiệu mẫu. Máy lưu trữ các mẫu này tới khi tích lũy đủ tín hiệu mẫu để mô tả một dạng sóng, và sau đó lắp ráp lại và hiển thị trên màn hình. Dao động ký số thông thường còn được biết đến với tên gọi là DSO (Digital Storage Oscilloscope). Tuy nhiên, khả năng hiển thị của nó không phụ thuộc vào chất phốt pho mà là sử dụng màn hình quét(raster-type screen).

Gần đây có một loại máy hiện sóng mới gọi là DPO (Digital Phosphor Oscilloscope). DPO là dao động ký kết hợp cả dạng tương tự và số sử dụng màn hình quét. Thay vì dùng chất phốt pho, nó sử dụng mạch xử lý song song đặc biệt cung cấp khả năng quét với cường độ rõ nét. Máy hiện sóng số ( cả DSO và DPO) cho thấy khả năng hiển thị bất kỳ tần số nào trong phạm vi của nó với độ ổn định, rõ ràng và độ sáng cao.

Vậy thì nên chọn máy hiện sóng tương tự hay số?

Thông thường, máy hiện sóng tương tự được lựa chọn khi muốn quan sát tín hiệu xảy ra ngay trong thời gian thực (real-time). Máy hiện sóng tương tự có đặc tính gọi là “phân loại cường độ” giúp ghi dấu tín hiệu sáng rõ hơn khi tín hiệu xuất hiện thường xuyên hơn. Điều này giúp dễ dàng phân loại đặc điểm của tín hiệu chỉ bằng cách nhìn theo cường độ của dấu ghi.

Còn máy hiện sóng số thì cho phép bạn lưu và xem lại các sự kiện xảy ra tức thời. Bởi vì thông tin của dạng sóng là dạng số (chuỗi giá trị nhị nguyên) nên nó có thể phân tích, lưu trữ, in ấn và xử lý ngay trong dao động ký (hoặc thông qua các thiết bị khác). Dạng sóng không cần phải liên tục, thậm chí ngay cả khi tín hiệu biến mất, nó cũng có thể hiển thị. Tuy nhiên, máy hiện sóng số không có phân loại cường độ sáng theo thời gian thực. Cho nên chúng không thể mô tả sự thay đổi cường độ của các tín hiệu đang xảy ra.

Còn máy hiện sóng số phosphor (Digital phosphor oscilloscope) lại là sự kết hợp của cả hai loại trên. Chúng vừa phù hợp để quan sát tần số cao và thấp, dạng sóng lặp lại, quá độ và các biến thể tín hiệu trong thời gian thực. Ngoài ra trong các loại dao động ký số, chỉ có loại DPO là cung cấp trục cường độ (intensity)

Nguyên Lý Hoạt Động:

Máy Hiện Sóng Tương Tự:

Khi bạn kết nối que đo của máy hiện sóng với một mạch điện, tín hiệu điện áp di chuyển qua que đo và tới hệ thống dọc (vertical system) của máy hiện sóng. Tùy thuộc vào chế độ điều chỉnh volts/div mà bạn thiết lập, bộ suy hao (attenuator) sẽ giảm tín hiệu điện áp hoặc bộ khuếch đại (amplifier) sẽ tăng tín hiệu điện áp tương ứng.

Kế đến, tín hiệu di chuyển trực tiếp tới tấm lệch dọc của tia phân cực (cathode ray tube CRT). Điện áp đặt vào tấm lệch dọc này sẽ tạo ra các điểm sáng (chùm tia điện va vào lớp phosphor bên trong CRT và tạo ra các điểm sáng). Điện áp dương tạo ra điểm sáng di chuyển lên còn điện áp âm tạo ra điểm sáng di chuyển xuống.

Tín hiệu cũng di chuyển tới vùng trigger để khởi động hoặc kích hoạt một vùng quét ngang (horizontal sweep). Vùng quét ngang là một thuật ngữ đề cập đến hành động của hệ thống ngang làm cho chấm phát sáng di chuyển trên màn hình. Việc kích hoạt hệ thống nằm ngang làm cho cơ sở thời gian nằm ngang di chuyển chấm phát sáng trên màn hình từ trái sang phải trong một khoảng thời gian cụ thể. Nhiều lần quét theo trình tự nhanh chóng khiến chuyển động của chấm phát sáng hòa trộn thành một đường liền mạch. Ở tốc độ cao hơn, chấm phát sáng có thể quét qua màn hình lên đến 500.000 lần mỗi giây.

Cùng nhau, quá trình quét ngang và sửa lỗi lệch dọc ghi lại đồ thị của tín hiệu trên màn hình. Quá trình trigger có vai trò rất quan trọng trong việc ổn định tín hiệu lặp lại. Nó đảm bảo quá trình quét được bắt đầu tại cùng điểm của sóng lặp lại, kết quả là ta thu được tín hiệu rõ nét như ở hình bên dưới.

Trigger để ổn định hình dạng của dạng sóng

Tóm lại, khi sử dụng máy hiện sóng tương tự (hoặc bất kỳ dạng máy hiện sóng nào) thì bạn cần phải điều chỉnh 3 cài đặt chính sau đây để điều tiết tín hiệu đến:

  • Suy hao hoặc khuếch đại tín hiệu:

Sử dụng chế độ volts/div để điều chỉnh biên độ của tín hiệu tới vùng đo lường mong muốn.

  • Thời gian cơ sở (time base):

Sử dụng sec/div để cài đặt lượng thời gian (per division) hiển thị ngang qua màn hình

  • Triggering:

Sử dụng trigger level để ổn định tín hiệu lặp lại, hoặc để triggering trên từng sự kiện riêng biệt.

Thêm vào đó, dao động ký tương tự có chế độ điều khiển focus và cường độ (intensity) để có thể điều chỉnh dạng hiển thị sắc nét, rõ ràng hơn.

Máy Hiện Sóng Số:

Máy hiện sóng số hoạt động bằng cách thu thập dữ liệu cho toàn bộ dạng sóng (waveform) rồi hiển thị nó. Giai đoạn đầu tiên của DSO là một bộ điều khiển dọc tương tự như máy hiện sóng tương tự. Giúp chỉnh biên độ của tín hiệu.

Kế tiếp, bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) trong hệ thống thu nhận mẫu tín hiệu tại các điểm rời rạc theo thời gian và chuyển điện áp của tín hiệu tại các điểm này sang giá trị số gọi là điểm mẫu (sample points). Đồng hồ mẫu hệ thống ngang (horizontal system’s sample clock) xác định bao lâu thì ADC lấy mẫu một lần. Tốc độ mà đồng hồ “tích tắc” được gọi là tốc độ lấy mẫu(sample rate)  và thể hiện bằng số mẫu trên giây (samples per second).

Cùng với nhau, các điểm dạng sóng tạo nên một bản ghi của dạng sóng. Số điểm dạng sóng được sử dụng để tạo bản ghi dạng sóng được gọi là độ dài bản ghi (record length). Hệ thống trigger xác định điểm bắt đầu và điểm dừng của bản ghi. Màn hình nhận các điểm ghi này sau khi được lưu vào bộ nhớ.

Lưu ý rằng đường tín hiệu của máy DSO bao gồm một bộ vi xử lý. Tín hiệu được đo đi qua thiết bị này trên đường hiển thị. Để xử lý tín hiệu, bộ vi xử lý điều phối các hoạt động hiển thị, quản lý các menu điều khiển, v.v. Còn được gọi là kiến trúc “xử lý nối tiếp.

Máy hiện sóng số phosphor (Digital Phosphor Oscilloscopes):

DPO có nguyên tắc hoạt động tương tự như DSO nhưng có thêm tính năng được thiết kế đặc biệt để tạo ra phân loại cường độ cho dạng sóng. Nhưng thay vì lệ thuộc vào chất phốt pho như máy hiện sóng tương tự, DPO cập nhật liên tục dữ liệu nền. Dữ liệu nền này có một “ô” thông tin riêng biệt cho mỗi pixel trong phạm vi hiển thị của dao động ký. Mỗi khi dạng sóng được thu lại ( nói cách khác, mỗi khi dao động ký trigger), nó sẽ ánh xạ(mapped) lên ô dữ liệu của digital phosphor. Mỗi ô đại diện cho một vị trí trên màn hình bị va chạm bởi dạng sóng sẽ được củng cố thêm thông tin về cường độ.

Khi có thu thập đủ cơ sở dữ liệu, máy cho biết được cường độ của dạng sóng (tỷ lệ với tần suất xuất hiện của tín hiệu tại mỗi điểm) thể hiện bằng mức độ màu sắc hiển thị trên màn hình. Nhờ vậy mà người dùng dễ dàng phân biệt được sự khác nhau giữa các dạng sóng.

Phương pháp lấy mẫu:

Máy hiện sóng số- DSO hoặc DPO có thể sử dụng cả thời gian thực, thời gian thực nội suy, hoặc lấy mẫu tương đương để thu thập các điểm mẫu. Lấy mẫu thời gian thực lý tưởng cho các tín hiệu có tần số nhỏ hơn một nửa so với tốc độ mẫu tối đa của dao động ký. Tại đây, máy hiện sóng có thể thu được đủ các điểm trong một lần quét của dạng sóng để xây dựng hình ảnh hoàn thiện. Lưu ý rằng lấy mẫu thời gian thực là cách duy nhất để giữ lại tín hiệu nhất thời (transient signals) với máy hiện sóng số.

Lấy mẫu thời gian thực

Khi đo lường tín hiệu tần số cao, máy hiện sóng có thể không có khả năng thu thập đủ số lượng mẫu trong một lần quét. Có hai giải pháp để thu được chính xác các tín hiệu có tần số vượt quá một nửa tốc độ lấy mẫu của máy hiện sóng:

  • Thu thập một vài tín hiệu mẫu của tín hiệu trong một lần( chế độ thời gian thực) và sử dụng phép nội suy để điền vào khoảng còn thiếu. Nội suy là một kĩ thuật xử lý để ước tính dạng sóng sẽ trông như thế nào dựa vào một vài điểm.
  • Xây dựng hình ảnh của dạng sóng bằng các mẫu thu được từ các chu kỳ liên tiếp của dạng sóng, giả sử tín hiệu tự lặp lại (chế độ lấy mẫu thời gian tương đương equivalent- time sampling mode)

Lấy mẫu thời gian thực nội suy (Real-time sampling with interpolation):

Máy hiện sóng số lấy mẫu rời rạc của tín hiệu để hiển thị. Tuy nhiên, nó có thể khó để mô tả tín hiệu như các điểm vì chỉ có vài điểm đại diện cho các vị trí tần số cao của tín hiệu. Để hỗ trợ việc hiển thị các tín hiệu, các máy hiện sóng số thường có chế độ hiển thị nội suy.

Hiểu một cách đơn giản, nội suy kết nối các điểm. Sử dụng quá trình này, một tín hiệu chỉ cần lấy mẫu trong mỗi chu kỳ là có thể được hiển thị chính xác. Tuy nhiên, để mô tả chính xác tín hiệu, tốc độ lấy mẫu nên bằng ít nhất bốn lần băng thông của tín hiệu.

Nội suy tuyến tính kết nối các điểm mẫu với đường thẳng. Cách tiếp cận này được giới hạn trong việc tái tạo lại các tín hiệu thẳng như sóng vuông.

Phép nội suy sin x / x linh hoạt hơn kết nối các điểm mẫu với các đường cong (xem Hình 11). Nội suy sin x / x là một quy trình toán học trong đó các điểm được tính để điền vào khoảng trống giữa các mẫu thật.

So sánh nội suy tuyến tính và nội suy sin

Hình thức nội suy này tạo ra các hình dạng tín hiệu cong và không đều, phổ biến hơn nhiều trong thế giới thực so với các sóng và xung vuông thuần túy. Do đó, nội suy sin x / x là phương pháp được ưa thích trong hầu hết các ứng dụng.

Một số máy hiện sóng số có thể sử dụng thời gian lấy mẫu tương đương để thu thập nhanh các tín hiệu lặp lại. Lấy mẫu thời gian tương đương cấu trúc hình ảnh về tín hiệu lặp lại bằng cách thu thập một ít thông tin từ mỗi quá trình lặp lại. Dạng sóng từ từ được xây dựng nên. Với lấy mẫu tuần tự, các điểm xuất hiện từ trái sang phải theo trình tự; với lấy mẫu ngẫu nhiên, các điểm xuất hiện ngẫu nhiên dọc theo dạng sóng

Lấy mẫu thời gian tương đương equivalent-time sampling

Các loại sóng:

Một mẫu (pattern) lặp lại qua thời gian gọi là sóng(wave)- sóng âm thanh, sóng não, sóng biển và sóng điện áp đều là sự lặp lại của các mẫu (pattern). Một máy hiện sóng đo lường sóng điện áp (voltage wave). Một chu kỳ của sóng thể hiện phần sóng được lặp lại. Một sóng điện áp biểu thị thời gian ở trục ngang và điện áp ở trục dọc.

Hình ảnh của dạng sóng cho ta biết rất nhiều điều về tín hiệu. Bất cứ khi nào bạn thấy có sự thay đổi về độ cao của dạng sóng, bạn biết là điện áp đang thay đổi. Bất cứ khi nào có một đường ngang thẳng xuất hiện, bạn biết rằng không có sự thay đổi nào trong khoảng thời gian đó. Các đường chéo đứng có nghĩa là có sự thay đổi tuyến tính- tăng hoặc giảm điện áp với tốc độ ổn định. Góc nhọn của dạng sóng có nghĩa là có sự thay đổi đột ngột đang xảy ra.

Các loại dạng sóng

Có thể phân loại sóng thành các loại sau:

  • Sóng sine
  • Sóng vuông hay sóng chữ nhật
  • Sóng tam giác hay sóng răng cưa (sawtooth)
  • Sóng dạng xung pulse và step
  • Sóng phức tạp

Sóng sin:

Sóng sine là dạng sóng cơ bản nhất. Nó có tính chất toán học hài hòa- giống như đồ thị hình sine mà bạn từng được học. Điện áp đường dây điện tại ổ cắm trên tường nhà bạn có dạng sóng sin. Tín hiệu được tạo ra bởi mạch dao động của máy phát tín hiệu (signal generator) thường cũng là sóng sine. Đa số nguồn xoay chiều AC đều tạo ra sóng sin.

Sóng sin về không (damped sine wave) là một trường hợp đặc biệt trong một mạch dao động nhưng biên độ giảm dần theo thời gian.

Sóng sin

Sóng vuông:

Sóng vuông là một dạng sóng phổ biến khác. Thông thường, sóng vuông là một điện áp bật hoặc tắt( hoặc lên và xuống) trong một khoảng thời gian đều đặn. Nó là sóng chuẩn để kiểm tra bộ khuếch đại- bộ khuếch đại tốt tăng biên độ sóng vuông với biến dạng tối thiểu nhất. Tivi, radio và mạch máy tính thường sử dụng sóng vuông để chỉnh thời gian tín hiệu.

Sóng vuông

Sóng chữ nhật (rectangular wave) cũng giống như sóng vuông ngoại trừ việc các khoảng thời gian nội tuyến có độ dài không bằng nhau. Đây là yếu tố rất quan trọng khi phân tích mạch kỹ thuật số.

Sóng răng cưa và sóng tam giác:

Sóng răng cưa và sóng tam giác

Sóng răng cưa và sóng tam giác là kết quả của mạch điện được thiết kế để điều chỉnh điện áp tuyến tính, ví dụ như chế độ quét ngang của máy hiện sóng tương tự hoặc chế độ scan của tivi. Sự chuyển tiếp giữa mức độ điện áp của các loại sóng này thay đổi tại tốc độ không đổi. Các chuyển đổi này gọi là đường dốc.

Dạng xung pulse và step:

Tín hiệu dạng xung pulse và step chỉ xảy ra một lần được gọi là tín hiệu tức thời (transient signal). Dạng bước (step) chỉ sự thay đổi đột ngột của điện áp, như những gì bạn sẽ thấy nếu mở nguồn lên.

Xung pulse chỉ dạng sóng bạn sẽ thấy khi mở nguồn và tắt nguồn. Nó có thể biểu thị một ít thông tin qua mạch máy tính hoặc có thể là trục trặc xảy ra trong mạch.

Tập hợp các xung pulse tạo thành pulse train. Các thành phần digital trong một máy tính kết nối với nhau bằng xung pulse. Xung pulse cũng rất phổ biến trong lĩnh vực x-ray và thiết bị thông tin liên lạc.

Sóng phức tạp (complex waves):

Một vài dạng sóng kết hợp tính chất của sóng sin, vuông, step và xung pulse để tạo thành các dạng sóng phức tạp hơn. Thông tin tín hiệu có thể được nhúng dưới dạng các biến thể biên độ, pha và tần số. Ví dụ như hình bên trên là dạng sóng của tín hiệu video tổng hợp thông thường, được tạo nên bởi rất nhiều chu kì dạng sóng tần số cao hơn nhúng vào chu kì tần số thấp hơn.

Điều cần thiết khi xem xét tín hiệu loại này là một máy hiện sóng ghi lại vùng tần số thấp và hòa trộn với các sóng tần số cao hơn theo kiểu phân cấp cường độ để bạn có thể thấy mức tổng thể của chúng.

Các công cụ analog và DPO là thích hợp nhất để xem xét các sóng phức tạp như tín hiệu video. Màn hình của chúng cung cấp phân loại cường độ cần thiết. Thông thường, thông tin về tần suất xuất hiện rất cần thiết để hiểu dạng sóng thực sự đang hoạt động ra sao.

Đo lường dạng sóng (waveform measurement):

Tần số và chu kỳ:

Tần số và chu kỳ của dạng sóng

Nếu một tín hiệu lặp lại thì nó có tần số. Tần số được đo bằng đơn vị Hz và bằng số lần tín hiệu tự lặp lại trong một giây ( vòng trên giây hay cycles per second). Một tín hiệu lặp lại cũng có chu kỳ- là thời gian cần để tín hiệu hoàn thành một vòng (cycle). Chu kỳ và tần số có quan hệ mật thiết với nhau:

Tần số = 1/ chu kỳ

Điện áp:

Điện áp là sự chênh lệch điện thế giữa 2 điểm trong mạch. Thông thường một trong những điểm này là nối đất (điện áp bằng 0) nhưng không phải lúc nào bạn cũng có thể muốn đo điện áp từ đỉnh lớn nhất đến đỉnh nhỏ nhất của dạng sóng, được gọi là điện áp peak-to-peak. Từ biên độ thường dùng để chỉ điện áp lớn nhất của tín hiệu được đo từ mặt đất hoặc điện áp =0.

Pha (phase):

Pha là cách giải thích tốt nhất khi nhìn vào sóng sine. Mức điện áp của sóng sine dựa vào chuyển động tròn, và một chu kỳ 360 độ. Một chu kỳ của sóng sine có 360 độ như hình.

Chuyển pha mô tả sự khác biệt về thời gian giữa hai tín hiệu tương tự. Quan sát hình bên trên có thể thấy sóng tên “current” cách sóng tên” voltage” một pha 90 độ. Để các sóng đến được điểm tương tự nhau trên chu kỳ của nó thì mất chính xác là ¼ chu kỳ (90 độ). Chuyển pha rất phổ biến trong lĩnh vực điện.

Các giá trị đánh giá hiệu suất máy hiện sóng:

Các thuật ngữ chỉ hiệu suất của máy hiện sóng. Hiểu về chúng giúp bạn dễ dàng so sánh và chọn lựa loại máy hiện sóng phù hợp nhất với mình.

Băng thông (Bandwidth):

Thông số băng thông cho biết dải tần số mà máy hiện sóng có thể đo lường chính xác. Khi tần số của tín hiệu tăng lên, khả năng phản hồi chính xác của máy hiện sóng sẽ giảm xuống. Theo quy ước, băng thông của máy hiện sóng được định nghĩa là tần số mà tại đó biên độ của tín hiệu quan sát giảm xuống -3 dB (hoặc giảm xuống 70,7% giá trị thực của nó).

Nếu tín hiệu đầu vào là sóng hình sin, băng thông của máy hiện sóng phải bằng hoặc lớn hơn tần số cơ bản của tín hiệu đầu vào.

Sóng vuông 10 MHZ, được hiển thị trên máy hiện sóng băng thông 200 MHz và máy hiện sóng băng thông 10 MHz.

Thời gian tăng rise time:

Là một cách khác để mô mô tả dải tần số của máy hiện sóng. Rise time biểu thị cho biết tốc độ tăng lên tần số cần thiết của máy hiện sóng. Và thường được lưu ý kĩ để đo xung pulse, steps và sóng vuông.  Sóng vuông là sóng tiêu chuẩn để kiểm tra độ méo bộ khuếch đại và tín hiệu định thời cho TV và máy tính.

Còn xung pulse biểu thị sự cố hoặc bit thông tin – thời gian tăng rise time quá chậm đối với mạch đang được kiểm tra có thể làm thay đổi xung và đưa ra giá trị sai lệch.

Effective Bits:

Effective bit là thước đo khả năng tái tạo tín hiệu bằng cách xem xét chất lượng của ADC và bộ khuếch đại của máy hiện sóng số. Phép đo này so sánh lỗi thực tế của máy hiện sóng với lỗi của máy số hóa lý tưởng. Do các lỗi thực tế bao gồm nhiễu và méo, tần số và biên độ của tín hiệu cũng như băng thông của thiết bị phải được xác định cụ thể.

Đáp ứng tần số (frequency response):

Đáp ứng tần số là phép đo định lượng phổ đầu ra của một hệ thống hoặc thiết bị khi đáp ứng với một kích thích, và được sử dụng để mô tả động lực học của hệ thống đó. Nó là một đo lường của biên độ và pha của đầu ra như là một hàm của tần số, so với đầu vào.

Độ nhạy dọc (Vertical Sensitivity):

Cho biết bộ khuếch đại dọc có thể khuếch đại bao nhiêu một tín hiệu yếu. Độ nhạy dọc được đo bằng đơn vị mV/div (millivolt/division). Điện áp nhỏ nhất của máy hiện sóng có thể phát hiện thường là 1 mV/ ô chia màn hình dọc. (1mV per vertical screen division)

Tốc độ quét (Sweep Speed):

Với dao động ký tương tự, thông số này cho biết khả năng quét dọc qua màn hình để hiển thị kết quả. Tốc độ quét nhanh nhất của máy hiện sóng được đo đơn vị nanoseconds/div

Độ chính xác đạt được (Gain Accuracy):

Độ chính xác đạt được khuếch đại cho biết mức độ chính xác của hệ thống dọc làm suy giảm hoặc khuếch đại tín hiệu. Thường được ghi dưới dạng lỗi phần trăm.

Thời gian cơ sở chính xác (time base accuracy) hoặc độ chính xác ngang (horizontal accuracy):

Cho biết mức độ chính xác của hệ thống ngang (horizontal system) hiển thị thời gian của tín hiệu. Thường được ghi dưới dạng lỗi phần trăm.

Tốc độ lấy mẫu:

Ở máy hiện sóng số, tốc độ lấy mẫu cho biết bao nhiêu mẫu trên giây mà ADC có thể thu thập. Máy hiện sóng lấy mẫu càng nhanh thì nó càng thể hiện chính xác tín hiệu.

Độ phân giải ADC ( hay độ phân giải dọc):

Độ phân giải, tính bằng bit, của ADC cho biết nó có thể biến điện áp đầu vào thành giá trị số một cách chính xác như thế nào. Các kỹ thuật tính toán có thể cải thiện độ phân giải hiệu quả.

Độ dài ghi (Record Length):

Độ dài ghi của máy hiện sóng số cho biết bao nhiêu điểm sóng mà máy hiện sóng có khả năng thu thập. Một vài máy hiện sóng số cho phép điều chỉnh độ dài ghi. Độ dài ghi tối đa phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ của máy hiện sóng và khả năng kết hợp bộ nhớ với các kênh chưa sử dụng. Vì máy hiện sóng chỉ có thể lưu trữ một số hữu hạn các điểm dạng sóng, nên có sự cân bằng giữa chi tiết bản ghi và độ dài bản ghi. Bạn có thể có được hình ảnh chi tiết của tín hiệu trong một khoảng thời gian ngắn (máy hiện sóng “lấp đầy” các điểm dạng sóng một cách nhanh chóng) hoặc hình ảnh ít chi tiết hơn trong một khoảng thời gian dài hơn. Một vài dao động ký cho phép thêm bộ nhớ để tăng khả năng ghi cho các ứng dụng đặc biệt.

Tốc độ chụp dạng sóng (Waveform capture rate):

Là tốc độ mà máy hiện sóng trigger, thu thập và hiển thị dạng sóng. Trên DSO, tốc độ tối đa là vài trăm lần mỗi giây, do kiến trúc xử lý nối tiếp của chúng. Nói chung, hầu hết các DSO chiếm khoảng 1% tổng thời gian mà tín hiệu có sẵn cho chúng. Hạn chế của phương pháp này là hoạt động tín hiệu vẫn tiếp tục mặc dù máy hiện sóng không lấy mẫu thường xuyên. Máy DPO đã xuất hiện để giải quyết vấn đề này. Trên DPO, việc thu tín hiệu được lặp lại hàng trăm nghìn lần mỗi giây – nhanh như một máy hiện sóng analog. Tốc độ bắt dạng sóng cực cao của DPO (cũng như công nghệ phốt pho kỹ thuật số của họ) giúp bạn có thể xem các sự kiện tín hiệu thất thường, hiếm gặp.

Cài đặt:

Thiết lập các điều khiển:

Phần điều khiển của máy hiện sóng chia làm các phần chính: phần Vertical, Horizontal, Trigger, Màn hình hiển thị, nút menu điều khiển và phần kết nối que đo với số kênh tương ứng.

Giao diện menu điều khiển máy hiện sóng

Trước khi tiến hành đo lường, việc đầu tiên cần làm là thiết lập các điều chỉnh về mặc định cho phù hợp với tín hiệu. Nút AutoSet hoặc Preset làm nhiệm vụ này. Còn trong trường hợp máy hiện sóng của bạn không có nút chức năng này, thì cần phải tự thiết lập lại các điều khiển của máy về mặc định như sau:

  • Đặt máy hiện sóng hiển thị channel 1
  • Đặt điều chỉnh volts/division tới vị trí chính giữa
  • Tắt biến volts/division
  • Tắt tất cả cài đặt bộ phóng đại (magnification)
  • Đặt đầu vào channel 1 coupling to DC
  • Đặt trigger mode ở chế độ auto
  • Đặt trigger source là channel 1
  • Chỉnh trigger holdoff tới mức tối thiểu hoặc tắt
  • Đặt điều chỉnh độ cường độ tại mức xem nhỏ nhất.
  • Chỉnh focus để hiển thị sắc nét hơn.

Que đo:

Bên cạnh giao diện làm việc máy hiện sóng, que đo là thiết bị vô cùng quan trọng để kết nối máy hiện sóng và các mạch cần đo. Que đo(probes) được thiết kế để không thu tín hiệu radio đi lạc hay nhiễu đường dây điện. Tuy được thiết kế tối ưu để không làm ảnh hưởng đến mạch, tuy nhiên giữa que đo và mạch được kiểm tra vẫn có tương tác không chủ ý gọi là circuit loading. Để giảm tối thiểu circuit loading, ta thường dùng chế độ đo 10X của que đo thụ động.

Ngoài que đo thụ động (passive probes) đi kèm với máy, còn có các loại que đo khác như que đo chủ động (active probes), que đo dòng (current probes)

Que đo thụ động (passive probes):

Que đo thụ động

Bạn sẽ thấy trên hầu hết các loại que đo thụ động đều có yếu tố suy hao, như 1X, 10X, 100X,… Chế độ que đo suy hao 10X giúp giảm thiểu tối đa circuit loading ( nhất là với tín hiệu có tần số trên 5kHz). Chế độ 10X tuy giúp cải thiện độ chính xác của phép đo nhưng lại làm giảm biên độ nhìn thấy trên màn hình của tín hiệu đi 10 mV. Còn chế độ que đo 1X thì tương tự nhưng không có sự suy hao, nên mạch đang đo sẽ bị nhiễu hơn.

Tóm lại là, sử dụng chế độ que đo suy hao 10X làm que đo chuẩn. Còn đối với các tín hiệu yếu thì nên sử dụng chế độ 1X.

Một lưu ý nữa là, que đo 10X hoạt động bằng cách cân bằng các đặc tính điện của đầu dò với các đặc tính điện của máy hiện sóng. Chính vì vậy, trước khi sử dụng que đo suy hao 10X, bạn cần điều chỉnh sự cân bằng này bằng cách hiệu chỉnh đầu dò. Bạn có thể xem thêm phần hiệu chỉnh đầu dò ở bên dưới nhé.

Que đo chủ động (active probes):

Que đo chủ động( active probes) có khả năng cung cấp độ khuếch đại và xử lý tín hiệu trước khi truyền đi cho máy hiện sóng. Nhờ vậy giải quyết được vấn đề như circuit loading hoặc có thể kiểm tra ngay trên tín hiệu và gửi kết quả cho máy hiện sóng. Lưu ý là que đo chủ động cần có nguồn điện để có thể hoạt động.

Que đo dòng (current probes):

Que đo dòng (current probes) cho phép quan sát và đo lường trực tiếp dạng sóng dòng (current waveforms). Được dùng để đo cả dòng điện AC và DC. Que đo dòng sử dụng đầu kẹp dây dẫn mang dòng điện. Nhờ vậy không mắc nối tiếp với mạch nên rất ít gây nhiễu mạch.

Hiệu chỉnh que đo:

Trước khi sử dụng que đo thụ động, cần hiệu chỉnh que đo để cân bằng đặc tính điện của que đo và máy hiện sóng. Đây là thao tác cần phải thực hiện mỗi khi sử dụng máy hiện sóng.

Việc hiệu chỉnh que đo sẽ cho ra tín hiệu điện chuẩn có hình dạng sóng vuông hoàn hảo. Ngược lại nếu không hiệu chỉnh, các sóng tín hiệu sẽ bị méo mó, biến dạng hoặc lệch.

Quy trình hiệu chỉnh que đo tiến hành như sau:

  • Gắn que đo vào cổng kết nối
  • Kết nối đầu que đo vào tín hiệu hiệu chuẩn que đo
  • Gắn đầu que đo nối đất
  • Quan sát sóng vuông cần hiệu chỉnh
  • Điều chỉnh que đo để góc của sóng vuông trở nên vuông đúng chuẩn.

Video cách hiệu chỉnh que đo máy hiện sóng:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *