ออสซิลโลสโคป

ออสซิลโลสโคป
วัตถุประสงค์ของบทนี้
คือเพื่อให้ผู้อ่านคุ้นเคยกับออสซิลโลสโคปแบบหลอดภาพรังสีแคโทดเกี่ยวกับทฤษฎีการทำงานขอ
งเครื่องมือวัดออสซิลโลสโคป
อธิบายลักษณะหลายประการที่รวมอยู่ในออสซิลโลสโคปและการประยุกต์ใช้งานหลายๆ
ด้านของออสซิลโลสโคป หลังจากจบบทที่ 6 นักศึกษาสามารถ
1. แสดงรายการระบบย่อยหลักของออสซิลโลสโคปได้
2. วาดแผนภาพของหลอดภาพรังสีแคโทด (cathode – ray tube; CRT)
ทั่วไปและบอกส่วนประกอบต่าง ๆ ได้
3. นิยามความหมายความไวของการเบี่ยงเบน (deflection) การเรืองแสง
(fluorescent) สารเรืองแสงฟอสเฟอร์ (phosphorescence) และแผ่นตารางพลาสติก (graticule)
ได้
4. วาดและอธิบายผังการทำงานพื้นฐานของออสซิลโลสโคปแบบหลอดภาพรังสีแคโทด
ได้
5.
อธิบายหน้าที่หลักของระบบออสซิลโลสโคปที่ประกอบด้วยวงจรขยายสัญญาณแนวนอน(horizon
tal amplifier) วงจรขยายสัญญาณแนวตั้ง (vertical amplifier) แหล่งกำเนิดสัญญาณกวาด
(sweep generator) วงจรจุดชนวน (trigger circuit) และเครือข่ายวงจรลดทอนสัญญาณ
(attenuator network) ได้
6. คำนวณค่าความต้านทานในวงจรลดทอน (attenuator resistors)
หรืออัตราการลดทอนสัญญาณได้
7. คำนวณความต้านทานและความจุไฟฟ้า (capacitance)
ของสายโพรบอิมพิแดนซ์สูงได้
8. อธิบายหลักการสำคัญพื้นฐานของการทำงานของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพ และ
ออสซิลโลสโคปแบบสุ่มตัวอย่างได้
9.
กำหนดค่าความถี่หรือขนาดจากสัญญาณที่แสดงบนหน้าจอออสซิลโลสโคปแบบหลอดภาพรังสีแ
คโทดได้
10. กำหนดค่าความถี่ที่ไม่ทราบค่าและมุมต่างเฟสโดยใช้แผนภาพแบบลิสซาจูส์ได้
12.
อธิบายวิธีการตรวจสอบการชดเชยของสายวัดสัญญาณด้วยสัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยมได้
ความหมายของออสซิลโลสโคป
136
ออสซิลโลสโคปแบบหลอดภาพรังสีแคโทด (cathode – ray tube oscilloscopes;
CRO) โดยทั่วไปเรียกว่า ออสซิลโลสโคป หรือสโคป
เป็นเครื่องมือวัดที่ใช้ประโยชน์ได้หลายประการในทางไฟฟ้า
แรงดันไฟตรงหรือไฟสลับสามารถแสดงได้ด้วยการใช้ออสซิลโลสโคปได้โดยตรง
สำหรับค่าทางไฟฟ้าอื่นๆต้องทำการวัดโดยอ้อมเช่น กระแสไฟตรงหรือไฟสลับ มุมต่างเฟส
ความถี่และคาบเวลาของรูปแบบคลื่น การประเมินผลเกี่ยวกับช่วงเวลาขึ้น ช่วงเวลาตก
และค่าแรงดันพุ่งเกิน เป็นต้น นอกจากนั้นปริมาณทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่ใช่ไฟฟ้า เช่น ความดัน
แรงเฉือน อุณหภูมิ และความเร่ง จำเป็นต้องใช้ตัวแปลงสัญญาณ
(transducer)ไปเป็นค่าความต่างศักย์หรือแรงดันเสียก่อนจึงจะนำออสซิลโลสโคปมาประกอบการ
วัดสัญญาณ
อย่างไรก็ตามประโยชน์ใช้งานของออสซิลโลสโคปยังถูกจำกัดอยู่ที่ความสามารถของผู้ใช้งานด้วย
(Larry and Foster, 1995, p.176)
ส่วนประกอบของออสซิลโลสโคป
สิ่งสำคัญที่เป็นหัวใจของเครื่องมือวัดออสซิลโลสโคปก็คือหลอดภาพรังสีแคโทด
ส่วนระบบย่อยอื่นๆนั้นก็ยังมีความจำเป็นต่อสถานะของสัญญาณด้วยเช่นกัน
ดังนั้นเราจะสามารถเห็นสัญญาณขาเข้าซึ่งเป็นสัญญาณที่ต้องการวัดค่าได้จากการแสดงผลบนห
น้าจอของหลอดภาพรังสีแคโทด
นอกจากนี้ออสซิลโลสโคปยังเป็นเครื่องมือวัดที่ช่วยในการประเมินผลจึงเป็นผลทำให้ถูกนำไปใช้งา
นอย่างแพร่หลายเพิ่มมากขึ้น
อย่างไรก็ตามส่วนประกอบของออสซิลโลสโคปโดยทั่วไปอาจแสดงดังรูปที่ 6.1 ซึ่งจะประกอบด้วย
6 ระบบย่อยหลัก (Larry and Foster, 1995, p.176) ดังนี้
1.หลอดภาพรังสีแคโทด (cathode – ray tube; CRT)
2.วงจรขยายสัญญาณแนวตั้ง (vertical amplifier)
3.วงจรขยายสัญญาณแนวนอน (horizontal amplifier)
4.แหล่งกำเนิดสัญญาณกวาด (sweep generator)
5.วงจรจุดชนวน (trigger circuit)
6.แหล่งจ่ายพลังงานต่างๆ (associated power supplies)
137
รูปที่ 6.1 แสดงแผงควบคุมส่วนประกอบต่างๆของออสซิลโลสโคป
ที่มา (Tektronix user manual, n.d., p.23)
หลอดภาพรังสีแคโทด
หลอดภาพรังสีแคโทด (cathode – ray tube)
ที่ใช้ในออสซิลโลสโคปจะคล้ายกับหลอดภาพที่ติดตั้งในโทรทัศน์เป็นอย่างมากซึ่งจะประกอบด้วย
ส่วนต่างๆ ดังแสดงในรูปที่ 6.2 ได้แก่ ชุดหลอดแก้วสูญญากาศ(evacuated glass envelope)
ชุดแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบน (deflection plate assembly) ชุดปืนอิเล็กตรอน(election gun
assembly) ชุดอาโนดเร่งความเร็ว(accelerating anodes)
และชุดหน้าจอเคลือบสารฟอสเฟอร์(phosphor coated screen)
1. ชุดหลอดแก้วสูญญากาศ
ถูกผลิตขึ้นในขนาดที่แตกต่างกันเรียงจากเส้นผ่าศูนย์กลาง(diameters)
ของจอภาพตั้งแต่ประมาณ 1 ถึง 25 นิ้ว หรืออาจใหญ่กว่านั้น
ออสซิลโลสโคปคุณภาพสูงส่วนมากที่ใช้ในห้องปฏิบัติการมักที่มีจอภาพวงกลมขนาดเส้นผ่าศูนย์ก
ลาง 5 นิ้ว
การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าทั้งหมดยกเว้นการเชื่อมต่อไฟฟ้าแรงสูงจะต่อเข้าที่ส่วนฐานของหลอดภาพรั
งสีแคโทด
ในการผลิตหลอดแก้วสูญญากาศจำเป็นต้องมีการห่อหุ้มเพื่อให้ภายในเกิดสภาพเป็นสุญญากาศ
สูงด้วยแก้วและยอมให้ลำอิเล็กตรอนสามารถวิ่งผ่านไปได้โดยง่าย
2. ชุดปืนอิเล็กตรอน ประกอบด้วย 2 ส่วนได้แก่ ส่วนไทรโอดและส่วนโฟกัส
แสดงดังในรูปที่ 6.2 ส่วนไทรโอด ชุดปืนอิเล็กตรอนซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอน
การลำเลียงลำอิเล็กตรอนให้เบนเข้าหากันและรวมกันเป็นจุดอิเล็กตรอนและเร่งความเร็วอิเล็กตรอ
138
นไปสู่หน้าจอภาพเรืองแสงหรือฟลูออเรสเซนต์ (fluorescent)
การเรืองแสงจะเกิดจากการส่งถ่ายพลังงานของอิเล็กตรอนโดยการปล่อยอิออนความร้อน
(thermionic emission) ไปสู่สารเรืองแสงที่ถูกเคลือบไว้
รูปที่ 6.2 แสดงหลอดภาพรังสีแคโทดกับส่วนประกอบหลัก
ที่มา(Larry and Foster, 1995, p.177)
รูปที่ 6.3 แสดงไทรโอดของหลอดภาพรังสีแคโทด
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.177)
จากความร้อนที่ขั้วแคโทดซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าเป็นขั้วลบและล้อมรอบด้วยฝาครอบทรงกระบ
อกมีรูเล็กๆตรงกลางยาวไปตามแนวแกน (longitudinal axis) ของหลอดภาพรังสีแคโทด
แสดงได้ดังรูปที่ 6.3 แสดงการกระทำจากกริดควบคุมซึ่งมีสภาพเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าขั้วลบ
อิเล็กตรอนจะถูกแรงต้านจากผนังทรงกระบอกทำให้เกิดเป็นลำอิเล็กตรอนไหลต่อเนื่องกันไปผ่านรู
เล็กๆและอิเล็กตรอนเหล่านี้กำลังจะเคลื่อนย้ายสู่สนามไฟฟ้า (electric field)
ที่เกิดขึ้นจากขั้วแอโนดเพื่อการกำหนดโฟกัส
ส่วนโฟกัส ชุดเลนส์โฟกัสจะประกอบด้วยขั้วแอโนดอันแรก โฟกัสวงแหวน
และช่องความลาดเอียง และขั้วแอโนดอันที่สอง
เป็นส่วนที่ทำให้ลำอิเล็กตรอนเบี่ยงเบนเข้าหากันและปรับเล็งให้ได้ขนาดต่ำสุดและจุดกำหนดที่ดี
ที่สุดที่จะแสดงบนหน้าจอซึ่งเคลือบด้วยสารเรืองแสงฟอสเฟอร์
3. ชุดแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบน
เป็นส่วนของหลอดภาพรังสีแคโทดที่อยู่เลยถัดไปจากชุดปืนอิเล็กตรอนจะประกอบไปด้วยแผ่นโล
139
หะควบคุมการเบี่ยงเบนของลำอิเล็กตรอนทั้งในแนวตั้งและแนวนอนเพื่อให้รูปคลื่นสามารถแสดง
ผลบนหน้าจอที่เคลือบสารเรืองแสงฟอสเฟอร์ได้เท่านั้น
การเบี่ยงเบนของลำอิเล็กตรอนในหลอดภาพรังสีแคโทดของออสซิลโลสโคป
ใช้วิธีการที่เรียกว่า การเบี่ยงเบนแบบไฟฟ้าสถิตย์(electrostatic deflection)
ซึ่งลำอิเล็กตรอนจะเบี่ยงเบนไปเมื่อได้รับแรงของอิเล็กตรอนแต่ละตัวที่อยู่ในสนามไฟฟ้า
การเบี่ยงเบนแบบแม่เหล็กเป็นอีกวิธีการหนึ่งที่ใช้ในการเบี่ยงเบนลำอิเล็กตรอนโดยอาศัยสนามแม่
เหล็กด้วยการพิจารณาระยะทางมักใช้ในหลอดภาพของโทรทัศน์
แต่การเบี่ยงเบนแบบไฟฟ้าสถิตย์สามารถใช้ในงานที่มีความถี่สูงได้ดีพอ ๆ
กับการประหยัดที่ว่างระหว่างแผ่นโลหะเบี่ยงเบนที่ยื่นออกมาภายในหลอดภาพรังสีแคโทดของออ
สซิลโลสโคป
ในช่วงที่อิเล็กตรอนถูกเร่งความเร็วจากชุดปืนอิเล็กตรอนนั้นอิเล็กตรอนจะมีพลังงานจลน์สะสมอยู่
ซึ่งจะมีความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วแอโนดอันที่สองของส่วนโฟกัสและประจุของ
อิเล็กตรอน
โดยความต่างศักย์ของการเร่งความเร็วผ่านชุดปืนอิเล็กตรอนซึ่งจะเท่ากับแรงดันแอโนดของส่วนโ
ฟกัส
ในหลอดภาพรังสีแคโทดของออสซิลโลสโคปที่ใช้การเบี่ยงเบนแบบไฟฟ้าสถิตย์จะใช้แผ่
นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบน 2 ชุด โดยชุดหนึ่งจะวางไว้ที่ตำแหน่งมุมด้านขวาและมุมอื่นๆอีก 1
ชุด แผ่นโลหะนี้จะวางระหว่างแอโนดที่สองกับแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนแนวตั้ง
และแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนแนวนอนจะอยู่ใกล้กับหน้าจอสารเรืองแสงฟอสเฟอร์
แผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนเหล่านี้อาจจะขนานกัน ทำมุมต่อกัน หรือโค้ง ดังแสดงในรูปที่ 6.4
แผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนแบบทำมุมต่อกันและแบบโค้งจะทำให้ลำอิเล็กตรอนที่มีมุมในการเ
บี่ยงเบนเพิ่มขึ้น ดังนั้นหน้าจอจะมีขนาดใหญ่ขึ้นด้วย
นอกจากนั้นจะสามารถตอบสนองกับสัญญาณที่ความถี่สูงๆได้ดีกว่าเนื่องจากไม่ถูกจำกัดระยะคว
ามยาวของแผ่นโลหะ ดังนั้นเมื่อความถี่สูงอาจมีลำอิเล็กตรอนมากกว่า 1
คาบเวลาที่อยู่ระหว่างแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนในแนวตั้ง
อย่างไรก็ตามสามารถลดคาบเวลาดังกล่าวได้โดยการลดระยะทางของแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยง
เบนหรือการเพิ่มความเร็วอิเล็กตรอน
ซึ่งการกระทำทั้งสองอย่างจะช่วยในการลดคาบเวลาแต่จะเป็นสาเหตุทำให้เกิดความผิ
ดพลาดที่ตัวแปรอื่นๆได้
แต่อย่างไรก็ตามอาจใช้วิธีการแบ่งแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนให้เล็กลง
แผ่นโลหะเหล่านี้จะถูกเชื่อมต่อเข้ากับวงจรที่ทำให้เกิดรูปสัญญาณเป็นแบบเชิงเส้นเข้ากับระยะเว
ลาที่เกิดความถี่สูงสุด ทำให้ลำอิเล็กตรอนได้รับการเบี่ยงเบนอย่างสม่ำเสมอ แสดงดังในรูปที่ 6.5
140
รูปที่ 6.4 แสดงลักษณะของแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.178)
รูปที่ 6.5 แสดงระบบจัดวางของแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.179)
การหักเหของลำแสงบนหน้าจอหลอดภาพรังสีแคโทด
จะเป็นการพิจารณาจากระยะทางของแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนสู่หน้าจอหลอดภาพรังสีแคโ
ทดบนพื้นฐานทางเรขาคณิตดังแสดงในรูปที่ 6.6
การแสดงความสัมพันธ์ของการเบี่ยงเบนของระยะต่างๆ
ซึ่งจะเป็นค่าคงที่สำหรับหลอดภาพรังสีแคโทดหนึ่งๆ และจากสมการ 6.1
การเบี่ยงเบนแนวนอนจะเป็นสัดส่วนกันโดยตรงกับความต่างศักย์ของการเบี่ยงเบนแนวนอน Vd
และเป็นสัดส่วนผกผันกับความเร็วของอิเล็กตรอนผ่านชุดอุปกรณ์ปืนอิเล็กตรอน V2 ดังสมการ
(6.1)
เมื่อ h เป็นระยะรัศมีระหว่างแผ่นโลหะเป็นเมตร
R เป็นระยะความยาวของการเบี่ยงเบนสูงสุดระหว่างจุด
อิเล็กตรอนถึงหน้าจอเป็นเมตร
L เป็นระยะความยาวของแผ่นโลหะเป็นเมตร
d เป็นระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะเป็นเมตร
Vd เป็นขนาดของแรงดันการเบี่ยงเบน
V2 เป็นความเร็วที่ระยะทาง h
141
θ เป็นการวัดมุมหักเหของการแผ่รังสี
รูป 6.6 แสดงการหักเหของแสงอิเล็กตรอน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.181)
ความสัมพันธ์ของจากสมการ 6.1
สามารโดยการจัดเรียงสมการใหม่ให้อยู่ในรูปของความไวของการเบี่ยงเบน (deflection
sensitivity) ซึ่งจะเป็นการพิจารณาในหน่วยแรงดันต่อการเบี่ยงเบน ดังสมการ
(6.2)
ตัวอย่างที่ 6.1 สมมุติระยะทางจากแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนสู่จอภาพของ
หลอด ภาพรังสีแคโทด R เป็น 15 เซนติเมตร ระยะทางของแผ่นโลหะ
ควบคุมการเบี่ยงเบน L เป็น 2 เซนติเมตรและระยะระหว่างแผ่นโลหะ
ควบคุมการเบี่ยงเบน d เป็น 1 เซนติเมตร ถ้าแรงดันแอโนดที่สอง V2
เป็น 500 V จงหาค่าความไวของการเบี่ยงเบน
วิธีทำ หาค่าความไวการเบี่ยงเบน
โวลท์ต่อเซนติเมตร
4. ชุดหน้าจอเคลือบสารเรืองแสงฟอสเฟอร์
เป็นช่วงต่อมาของหลอดภาพรังสีแคโทดจะเป็นพื้นที่หลังการเบี่ยงเบนหลังจากที่อิเล็กตรอนผ่านเล
ยแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนมาแล้ว
อิเล็กตรอนอาจจะถูกเพิ่มความเร็วหรืออาจจะไม่ต้องก็ได้ขึ้นอยู่กับค่าความถี่สูงสุดที่หลอดภาพรัง
สีแคโทดได้รับ
142
รูปที่ 6.7 แสดงหลอดภาพรังสีแคโทดกับตาข่ายรูปโดมเพิ่มการเบี่ยงเบน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.183)
โดยทั่วไปถ้าความถี่สูงสุดถูกแสดงบนหลอดภาพรังสีแคโทดมีค่าน้อยกว่า 10 MHz
และไม่มีการเพิ่มความเร็วอิเล็กตรอน
แต่ถ้าสัญญาณความถี่สูงสุดถูกเพิ่มความเร็วอิเล็กตรอนเป็นสิ่งจำเป็นในการเพิ่มความสว่างของจุ
ดอิเล็กตรอนให้สว่างขึ้นแต่ในทางกลับกันอาจทำให้ความคมชัดลดลงได้
อย่างไรก็ตามการเพิ่มความเร็วอิเล็กตรอนหลังการเบี่ยงเบนโดยทั่วไปต้องการระยะของหลอดภาพ
รังสีแคโทดที่สามารถขยายการรับแสงที่ต้องการขณะเพิ่มความเร็ว
ทางเลือกในการเพิ่มระยะทางหลอดภาพรังสีแคโทด
คือการเพิ่มตาข่ายรูปโดมที่หลอดภาพรังสีแคโทดถัดจากแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบน
แสดงดังรูปที่ 6.7
ออสซิลโลสโคปปัจจุบันส่วนมากใช้ตาข่ายที่หลอดภาพรังสีแคโทดและเพิ่มแรงดันอิเล็ก
ตรอนหลังการเบี่ยงเบนให้มีค่าประมาณ 20 KV
เพื่อให้การปรากฏของจุดเล็กตรอนมีความสว่างเพียงพอและมีความคมชัดมากที่สุด
ลำอิเล็กตรอนกระทบกับผิวหน้าจอที่เคลือบด้วยสารเรืองแสงของหลอดภาพรังสีแคโทดจะทำให้เกิ
ดจุดของแสงขึ้นที่บริเวณที่กระทบเนื่องจากสารเรืองแสงฟอสเฟอร์ได้ทำหน้าที่ในการดูดกลืนพลังง
านจลจากอิเล็กตรอนและหลังจากนั้นจึงปล่อยพลังงานออกมาในรูปของพลังงานแสง
เราเรียกคุณสมบัติของการเรืองแสงหลังจากการกระตุ้นโดยการกระทบของอิเล็กตรอนว่า
การเรืองแสง (fluorescence) และเรียกสารฟอสเฟอร์ (phosphor) ว่าเป็นวัสดุสารเรืองแสง
(phosphorescence) ดังตารางที่ 6.1 แสดงสารเรืองแสง คุณสมบัติ และการประยุกต์ใช้
ตารางที่ 6.1 ข้อมูลสารเรืองแสง
143
ที่มา (เอก ไชยสวัสดิ์, 2539, หน้า 364)
แผ่นตารางพลาสติก
แผ่นตารางพลาสติก (graticule)
เป็นส่วนช่วยในการอ่านค่าเวลาและขนาดของสัญญาณที่ทำการวัดซึ่งมักเป็นแผ่นพลาสติกที่มีลัก
ษณะของการพิมพ์ลายเส้นทั้งแนวตั้งและแนวนอนด้วยระยะห่างเท่าๆกัน แสดงดังรูปที่ 6.9
การจัดวางแผ่นพลาสติกนี้จะวางอยู่หน้าจอและควรให้ชิดกับผิวของจอหลอดภาพรังสีแคโทด
เพื่อขจัดความคลาดเคลื่อนอันเนื่องมาจากการอ่านค่า (parallex errors)
ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อจุดอิเล็กตรอนและแผ่นพลาสติกเส้นตาข่ายวางอยู่ในแนวระดับที่ต่างกันและตาข
องผู้สังเกตมองเป็นแนวเส้นตรง ดังแสดงในรูปที่ 6.8
รูปที่ 6.8 แสดงลักษณะการอ่านที่ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.184)
144
รูปที่ 6.9 แสดงแผ่นตารางพลาสติก
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.184)
แม้ว่าหลอดภาพรังสีแคโทดจะมีขนาดที่ใช้ต่างกัน
แต่แผ่นพลาสติกเส้นตาข่ายมักถูกกำหนดมิติในรูปแบบ 8×10 ดังแสดงในรูปที่ 6.9
จะเห็นได้ว่ามีการแบ่งพื้นที่ด้วยเส้นในแนวตั้งได้ 8 ช่องและแนวนอน 10 ช่อง
การกำหนดค่าแรงดันต่อช่องหรือเวลาต่อช่องบนแผงควบคุมด้านหน้าของออสซิลโลสโคปจะหมา
ยถึงการกำหนดส่วนแบ่งของแรงดันหรือเวลาในแต่ละช่องตามแนวตั้งและแนวนอนตามลำดับนั่นเ
อง
พื้นฐานการควบคุมลำแสงของออสซิลโลสโคป
145
รูปที่ 6.10 แสดงพื้นฐานวงจรควบคุมของแสงอิเล็กตรอนบนจอหลอดภาพรังสีแคโทด
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.185)
ในการทำงานโดยทั่วไปมักเป็นการปรับเพื่อการควบคุมลำแสงอิเล็กตรอนให้มีความคม
ชัดและมีแสงสว่างที่เพียงพอต่อการอ่านค่าของสัญญาณการวัด
การควบคุมเหล่านี้จะประกอบด้วย
การควบคุมความเข้มของลำแสงอิเล็กตรอนในออสซิลโลสโคป แสดงดังรูปที่ 6.10
มักมีการเชื่อมต่อเข้ากับกับแผงกริดควบคุมด้วยค่าความต่างศักย์ขั้วลบเทียบกับแคโทด
ดังนั้นเมื่อมีการควบคุมจะทำให้เกิดการปรับจำนวนของอิเล็กตรอนที่ผ่านรูขนาดเล็กในแผงกริดคว
บคุมเป็นผลให้เกิดความสว่างของจุดบนจอภาพในระดับต่างๆกันไป
การควบคุมโฟกัส
ส่วนของโฟกัสจะถูกเชื่อมต่อเข้ากับการโฟกัสแอโนดและรูปแบบเร่งความเร็วแอโนด
(accelerating anode form)
ด้วยสนามไฟฟ้าสถิตย์จะปรับให้อิเล็กตรอนเข้าสู่สภาพของลำแสงที่ดีโดยทั่วไปจะโฟกัสที่จุดศูนย์
กลางของจอภาพ
การควบคุมตำแหน่งแนวตั้งและแนวนอน แสดงดังรูปที่ 6.10
การกำหนดที่ตำแหน่งจุดกลางโดยแรงดันเบี่ยงเบนจะถูกแบ่งเป็นสองส่วนด้วยโพเทนชิโอมิเตอร์
ดังนั้นจะไม่มีการเบี่ยงเบนของแสง
แสงจะเดินทางผ่านตามแนวแกนของหลอดภาพรังสีแคโทดและไปยังจุดศูนย์กลางของจอภาพ
ถ้าทำการปรับควบคุมแนวตั้งหรือตำแหน่งแนวนอนจะทำให้แสงเบี่ยงเบนไปที่ตำแหน่งอื่นบนจอภ
าพ
การเบี่ยงเบนของลำแสง
ออสซิลโลสโคปมักถูกใช้ในการแสดงสัญญาณขาเข้าบนจอหลอดภาพแบบรังสีแคโทด
เพื่อนำมาคำนวณหาค่าความถี่ที่ไม่ทราบค่าหรือมุมต่างเฟสระหว่างรูปคลื่นทั้งสองตัว
โดยอาศัยตำแหน่งขนาดของแสงบนหน้าจอซึ่งเกิดจากการปรับแรงดันการเบี่ยงเบนทั้งบนแผ่นโล
หะควบคุมการเบี่ยงเบนแนวตั้งและแนวนอน
ในช่วงนี้เราจะพิจารณาเห็นลำแสงที่เกิดการเบี่ยงเบนไปของสัญญาณขาเข้าในความหมายของขน
าดและเวลาตามลำดับ
ก่อนการพิจารณาผลของสัญญาณ
เราปรับแรงดันการเบี่ยงเบนที่ป้อนให้กับแผ่นโลหะควบคุมในแนวนอนจะเป็นตัวควบคุมให้ลำแสง
อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามแนวแกนนอนจากซ้ายมือของจอภาพไปยังขวามือของจอภาพ
และถ้าเราปรับแรงดันการเบี่ยงเบนที่ป้อนให้กับแผ่นโลหะควบคุมในแนวตั้งเป็นศูนย์โวลท์
ลำแสงอิเล็กตรอนจะปรากฏที่กึ่งกลางของจอภาพ
146
เมื่อปรับเพิ่มแรงดันให้มากขึ้นลำแสงอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เป็นแส้นตรงไปทางด้านขวามือของจอ
ภาพและเมื่อถึงขอบของจอภาพขนาดของแรงดันจะสูงสุดพอดี
หลังจากนั้นแรงดันลดลงเป็นศูนย์ทันทีและจะค่อยๆเพิ่มขึ้นลักษณะเช่นนี้จะทำให้ลำแสงอิเล็กตรอ
นจะกลับไปเริ่มต้นใหม่ทุกครั้งจากซ้ายไปขวาของจอภาพ
รูปที่ 6.11 แสดงรูปคลื่นสัญญาณขาเข้าบนจอหลอดภาพรังสีแคโทดโดยการเบี่ยงเบน
ของลำแสงในแนวตั้งและแนวนอน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.188)
และถ้าเราป้อนแรงดันการเบี่ยงเบนให้กับแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบนแนวนอนโดยก
ำหนดให้สัญญาณขาเข้าเป็นรูปคลื่นซายน์ (sine wave) แสดงในรูปที่ 6.11
จะเป็นการบังคับให้ลำแสงอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามแนวนอนและในขณะเดียวกันจะต้องเคลื่อน
ที่ไปตามแนวตั้งด้วยตามขนาดของแรงดันของสัญญาณซายน์ซึ่งจะป้อนให้กับแผ่นโลหะควบคุมก
ารเบี่ยงเบนแนวตั้ง
ผลที่ได้เราจะเห็นการเคลื่อนที่ของจุดอิเล็กตรอนที่แสดงถึงสัญญาณขาเข้าเป็นรูปคลื่นซายน์บนห
น้าจอหลอดภาพรังสีแคโทด
วงจรขยายสัญญาณในแนวตั้ง
วงจรขยายสัญญาณแนวตั้ง (vertical amplifier)
จะเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดค่าความไว (sensitivity)
ของออสซิลโลสโคปซึ่งโดยทั่วไปควรมีค่าสูงๆ
ความไวจะเป็นตัววัดว่าลำแสงอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปได้เมื่อกำหนดค่าสัญญาณขาเข้า
แต่เนื่องจากหน้าจอของออสซิลโลสโคปจะปิดทับด้วยแผ่นตารางพลาสติกที่ถูกแบ่งเป็นช่องๆ
ดังนั้นจึงมักพิจารณาในหน่วยของโวลท์ต่อช่อง (Volt/Div)
การปรับค่าโวลท์ต่อช่องที่แป้นหมุนด้านหน้าของออสซิลโลสโคปจึงเป็นตัวกำหนดขนาดของสัญญ
147
าณต่อช่องนั่นเอง เช่น ปรับตั้งที่ 5 Volt/Div จะหมายถึงขนาดของแรงดันสัญญาณขาเข้าเท่ากับ 5
โวลท์จะทำให้ลำแสงอิเล็กตรอนเบี่ยงเบนได้หนึ่งช่องพอดี แสดงดังรูปที่ 6.12
รูปที่ 6.12แสดงแผงควบคุมการเบี่ยงเบนแนวตั้งในหน่วย Volt/Div
ที่มา (Tektronix user manual, n.d., p.29)
รูปที่ 6.13 แสดงแผนภาพวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งของออสซิลโลสโคปคุณภาพสูง
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.191)
วงจรขยายแนวต้งั ของออสซิลโลสโคปมักประกอบด้วยวงจรการทำงาน 2 วงจร
ดังแสดงในรูปที่ 6.13 ได้แก่ วงจรขยายสัญญาณแรก (preamplifier)
และวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งหลัก(mainvertical amplifier)
สองวงจรนี้สามารถถอดแยกออกจากกันได้ตามความเหมาะสมของการนำไปใช้งาน
ในส่วนของวงจรขยายสัญญาณแรกมักใช้อุปกรณ์แบบเฟท (field-effect transistor; FET)
ในการทำให้อิมพีแดนซ์ขาเข้า (input impedance) มีค่าสูงๆ
ส่วนวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งหลักจะเป็นวงจรที่จัดเตรียมขนาดของแรงดันที่เท่ากันแต่ต่างเฟส
กัน 180 องศา
148
วงจรขยายสัญญาณแนวนอน
วงจรขยายสัญญาณแนวนอน (horizontal amplifier) มีวัตถุประสงค์ 2 ประการ ดังนี้
1. เมื่อออสซิลโลสโคปถูกใช้ในโหมดการทำงานปกติ
จะใช้การขยายสัญญาณขาเข้าจากแหล่งกำเนิดสัญญาณกวาด (sweep generator)
2. เมื่อออสซิลโลสโคปถูกใช้ในโหมด XY
จะขยายสัญญาณจากขั้วต่อขาเข้าของวงจรขยายสัญญาณแนวนอน (horizontal input
terminal)
เมื่อออสซิลโลสโคปถูกใช้ในโหมดปกติ
ความต้องการอัตราการขยายสำหรับวงจรขยายสัญญาณแนวนอนไม่สำคัญมากนักเมื่อเทียบกับว
งจรขยายสัญญาณแนวตั้ง
แม้ว่าวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งจะต้องผลิตแรงดันขนาดระดับต่ำขึ้นตามสัญญาณความถี่กับเว
ลาที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
แต่ในส่วนวงจรขยายสัญญาณแนวนอนต้องจัดเตรียมเพียงสัญญาณกวาดซึ่งสัมพันธ์กับขนาดขอ
งสัญญาณสูงกับเวลาที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ดังแสดงในรูปที่ 6.14
รูปที่ 6.14 แสดงแผนภาพวงจรขยายสัญญาณแนวนอนของออสซิลโลสโคป
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.192)
แหล่งกำเนิดสัญญาณกวาด
โดยทั่วไปออสซิลโลสโคปถูกใช้แสดงรูปคลื่นของสัญญาณซึ่งแปรเปลี่ยนไปตามเวลา
การที่จะทำให้การสร้างรูปคลื่นเป็นไปอย่างถูกต้อง
ลำแสงอิเล็กตรอนจะต้องเคลื่อนที่ไปตามแนวนอนด้วยความเร็วคงที่และการเคลื่อนที่ไปตามแนว
นอนจะเป็นความสัมพันธ์กับแรงดันการเบี่ยงเบนในลักษณะของแรงดันที่เพิ่มขึ้นตามเวลาและจะ
ต้องลดลงเป็นศูนย์อย่างรวดเร็วเพื่อทำให้การแสดงจุดบนหลอดภาพรังสีแคโทดเริ่มต้นใหม่
เราเรียกสัญญาณดังกล่าวว่า รูปคลื่นสัญญาณฟันเลื่อย แสดงได้ดังรูปที่ 6.15
149
รูปที่ 6.15 แสดงรูปคลื่นสัญญาณฟันเลื่อยที่ใช้ในแผ่นโลหะควบคุมการเบี่ยงเบน
แนวนอน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.193)
แต่เนื่องจากสัญญาณจะนำมาวัดโดยออสซิลโลสโคปมีหลากหลาย
การปรับเปลี่ยนอัตราแหล่งกำเนิดสัญญาณกวาด (sweep generator)
จะสามารถทำได้โดยการปรับที่แป้นหมุนเวลาต่อช่อง (Time/Div) แสดงดังรูปที่ 6.16
รูปที่ 6.16 แสดงแผงควบคุมการเบี่ยงเบนแนวนอนในหน่วย Time/Div
ที่มา (Tektronix user manual, n.d., p.31)
การซิงโครไนซ์
150
รูปที่ 6.17 แสดงการซิงโครไนซ์รูปคลื่นและการแสดงผลที่หน้าจอ
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.197)
รูปคลื่นของสัญญาณที่ทำการวัดโดยปกติแล้วจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจนกระ
ทั้งสายตามมองตามไม่ทัน
การที่จะทำให้ภาพของสัญญาณนิ่งบนหน้าจอภาพจะต้องทำให้อัตราการกวาดของลำอิเล็กตรอน
หนึ่งคาบเวลามีความถี่เท่ากับอัตราการเกิดซ้ำๆกันของรูปคลื่นการทำเช่นนี้จะทำให้รูปภาพของสั
ญญาณเกิดขึ้นที่ตำแหน่งเดิมตลอดเวลา แสดงได้ดังรูปที่ 6.17
รูปที่ 6.18 แสดงรูปคลื่นเมื่อได้รับการจุดชนวน
ที่มา (Tektronix user manual, n.d., p.10)
จะเห็นว่าถ้าทำให้สัญญาณรูปฟันเลื่อยเริ่มต้นที่จุดเดิมตลอดเวลาเมื่อเทียบกับสัญญา
ณขาเข้าแนวตั้งได้จะเรียกได้ว่าสัญญาณทั้งสองเกิดการซิงโครไนซ์ (synchronize) กัน
จะเป็นผลทำให้ภาพที่หน้าจอนิ่งตลอดเวลา แสดงดังรูปที่ 6.18
151
รูปที่ 6.19 แสดงผังการทำงานของออสซิลโลสโคปด้วยวงจรจุดชนวน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.198)
จากรูปที่ 6.19 จะเห็นได้ว่าวงจรจุดชนวน(trigger
circuit)จะสามารถรับสัญญาณขาเข้าจากหนึ่งในสามแหล่งโดยการปรับจากสวิทช์
ถ้าอยู่ที่ตำแหน่ง EXT จะเป็นการรับสัญญาณมาจากภายนอกโดยผ่านทางช่อง Ext. Trigger
ถ้าอยู่ที่ตำแหน่ง LINE
จะเป็นการรับสัญญาณมาจากแรงดันไฟฟ้าในสายจากแหล่งจ่ายไฟซึ่งจะได้รับการลดทอนสัญญา
ณให้มีขนาดลดต่ำลง ถ้าอยู่ที่ตำแหน่ง INT
จะเป็นการรับสัญญาณมาจากวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งซึ่งจะทำให้สัญญาณขาออกของแหล่งก
ำเนิดสัญญาณกวาดเกิดการเริ่มต้นที่จุดเดียวกันหรือที่เรียกว่า ซิงโครไนซ์
กับสัญญาณที่ต้องการวัดนั่นเอง
ในการใช้วงจรจุดชนวนนั้นจะเห็นได้ว่าถ้าเราทำให้แหล่งกำเนิดสัญญาณกวาดทำงานแปรตามสั
ญญาณขาเข้าแนวตั้งแล้วจะทำให้การซิงโครไนซ์เกิดขึ้นตลอดเวลา
ตัวลดทอนสัญญาณ
แรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ป้อนให้กับวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งจะเป็นเหตุทำให้เกิดการเบี่
ยงเบนไปได้ด้วยขนาดแรงดันต่ำๆ
แต่ถ้าเมื่อใดที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้ามีขนาดใหญ่เกินไปจะทำให้ไม่สามารถแสดงบนจอภาพได้ครบถ้
วนและจำเป็นต้องอาศัยตัวลดทอนสัญญาณ (attenuators)
เพื่อลดขนาดของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าให้ต่ำลงก่อนป้อนเข้าสู่วงจรขยายสัญญาณแนวตั้งต่อไป
ตัวลดทอนขนาดของสัญญาณไฟฟ้าพื้นฐานส่วนมากจะใช้ความต้านทานและต่อวงจรแบ่งแรงดัน
ไฟฟ้า(voltage divider) แสดงดังรูปที่ 6.20
152
รูปที่ 6.20 แสดงความต้านทานในเครือข่ายวงจรลดทอนสัญญาณ
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.206)
จากวงจรจะเห็นได้ว่าเมื่อตั้งสวิทซ์ไว้ที่ตำแหน่ง A
แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะถูกทำให้มีขนาดลดลงด้วยสัดส่วน 10,000 และถ้าตั้งสวิทซ์ไว้ที่ตำแหน่ง B
, C , D และ E แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะลดลงด้วยสัดส่วน 1000 , 100 , 10 และ1 ตามลำดับ
ในตัวลดทอนสัญญาณนั้นจะเห็นได้ว่าความต้านทานทั้งหมดจะมีค่าเท่ากับ 100 กิโลโอห์ม
และจะมีค่าสัญญาณลดลงเมื่อปรับเลื่อนสวิทซ์ไปที่ตำแหน่งต่างๆ
ขนาดของแรงดันขาเข้าที่ลดลงนี้จะเป็นไปตามสมการการแบ่งแรงดัน ซึ่งจะเท่ากับ
เมื่อกำหนดให้ R เท่ากับค่าความต้านทานทั้งหมดของตัวลดทอนสัญญาณที่ตำแหน่ง
ใดๆ
Rt เท่ากับค่าความต้านทานที่ต่ออนุกรมกันทั้งหมด
อัตราการลดทอนสัญญาณจะมีค่าเปลี่ยนไปตามการปรับเลื่อนสวิทซ์โดยทั่วไปแล้วจะอ
ยู่ด้านหน้าของออสซิลโลสโคปจะเป็นลักษณะของแป้นหมุนจะเขียนว่า Volt/Div
แต่อย่างไรก็ตามในการออกแบบเพื่อกำหนดค่าความต้านในตัวลดทอนสัญญาณจะต้องมีค่ามากเ
พียงพอที่จะไม่ทำให้เกิดผลกระทบต่อวงจรอันเนื่องมาจากการเป็นโหลด แสดงได้ดังรูปที่ 6.21
153
รูปที่ 6.21 แสดงการต่อวงจรลดทอนสัญญาณเข้ากับวงจรขยายสัญญาณแนวตั้ง
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.210)
ถ้าเราวัดค่าแรงดันไฟตรงเพียงอย่างเดียวตัวลดทอนสัญญาณก็อาจกล่าวถึงเพียงการใ
ช้วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น
แต่ในความเป็นจริงออสซิลโลสโคปมักถูกนำไปใช้ในการแสดงรูปคลื่นของสัญญาณไฟสลับซึ่งจะท
ำให้เกิดค่าความจุไฟฟ้าขึ้นในตัวลดทอนสัญญาณและเป็นผลทำให้ค่าอิมพีแดนซ์ในตัวลดทอนสั
ญญาณเปลี่ยนไป
ขนาดของแรงดันขาเข้าเมื่อผ่านตัวลดทอนสัญญาณจะมีขนาดและรูปร่างที่ไม่ถูกต้องได้
แสดงดังในรูปที่ 6.22
รูปที่ 6.22 แสงดวงจรลดทอนสัญญาณที่ประกอบด้วยความจุไฟฟ้า
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.211)
อัตราการลดทอนสัญญาณไฟสลับจะใช้วงจรการแบ่งแรงดันไฟฟ้าเช่นเคย
แต่ค่าความต้านทานจะอยู่ในรูปของอิมพีแดนซ์ ดังนี้
154
เพื่อชดเชยการใช้งานของตัวลดทอนสัญญาณไฟสลับสามารถทำได้โดยการคำนวณหา
ค่าอิมพีแดนซ์ที่เหมาะสมและต่อเข้ากับตัวลดทอนสัญญาณ แสดงดังรูปที่ 6.23
อัตราส่วนของความต้านทาน R2 และ R1 จะสอดคล้องกันอัตราส่วนของตัวเก็บประจุ C2 และ C1
เขียนความสัมพันธ์ได้ดังสมการ
ดังนั้นจะได้
เมื่อ K เท่ากับอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า
รูปที่ 6.23 แสดงการต่อความจุไฟฟ้าเพื่อชดเชยการลดทอนสัญญาณ
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.212)
โพรบอิมพีแดนซ์สูง
โพรบอิมพีแดนซ์สูง(high impedance
probes)มักถูกนำมาต่อเข้ากับออสซิลโลสโคปเพื่อช่วยทำให้ค่าความต้านทานขาเข้าสูงขึ้นและลด
ผลกระทบที่เกิดจากค่าความจุไฟฟ้า
โดยสายโพรบจะประกอบด้วยค่าความต้านทานและค่าความจุไฟฟ้า แสดงได้ดังรูปที่ 6.24
155
รูปที่ 6.24 แสดงการเชื่อมต่อโพรบอิมพีแดนซ์สูง
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.213)
เพื่อหาค่าขององค์ประกอบในสายโพรบอิมพีแดนซ์สูง สามารถคำนวณได้จาก
ดังนั้นถ้าค่าอัตราการลดทอนสัญญาณมีค่าเท่ากับ10
จะหมายถึงค่าความต้านทานขาเข้าจะมีค่าเพิ่มขึ้น 10
เท่าและในขณะเดียวกันค่าความจุไฟฟ้าจะมีค่าลดลง 10 เท่า นั่นเอง
สายโพรบอิมพีแดนซ์สูงที่ทำให้เกิดลักษณะเช่นนี้เราจึงเรียกว่าสายโพรบแบบ x10
โดยปกติตัวเก็บประจุ C1
สามารถทำการปรับเพื่อชดเชยให้เข้ากับออสซิลโลสโคปแต่ละรุ่นได้แสดงดังรูปที่ 6.25
ถ้าโพรบที่มีค่าความจุไฟฟ้าไม่ถูกต้องลักษณะการตอบสนองความถี่จะทำให้เกิดภาพที่จอออสซิลโ
ลสโคปไม่ถูกต้องด้วย
โดยปกติเราสามารถทำการทดสอบโพรบได้จากการใช้สัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยม (square wave)
บนจอหลอดภาพรังสีแคโทดเพื่อทำให้โพรบมีการชดเชยที่เหมาะสม แสดงดังรูปที่ 6.26
รูปที่ 6.25 แสดงการปรับค่าความจุไฟฟ้าในโพรบ
ที่มา (Tektronix user manual, n.d., p.6)
156
รูปที่ 6.26 แสดงผลการชดเชยลดทอนสัญญาณด้วยรูปคลื่นสี่เหลียม
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.214)
หลักการทำงานของออสซิลโลสโคปพื้นฐาน
เริ่มต้นด้วยการตั้งค่าพื้นฐาน 3 ประการ ได้แก่ การปรับตั้ง Volt/Div
เพื่อควบคุมขนาดแรงดันการเบี่ยงเบนสัญญาณขาเข้าต่อช่อง การปรับ Time/Div
เพื่อการตั้งขนาดความเร็วในการกวาดสัญญาณบนแนวนอนต่อช่อง
และการปรับสวิทซ์เลือกวงจรจุดชนวน
เพื่อการตั้งระดับการจุดชนวนสำหรับความเสถียรของภาพสัญญาณที่ซ้ำๆกัน
รูปที่ 6.27แสดงแผนภาพออสซิลโลสโคปรังสีแคโทดพื้นฐาน
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.187)
จากรูปที่ 6.27 เมื่อต่อสายโพรบอิมพีแดนซ์สูงเข้ากับออสซิลโลสโคป
สัญญาณไฟฟ้าจะเดินทางผ่านสายโพรบและลดทอนสัญญาณให้เหมาะสมก่อนเข้าสู่ระบบการคว
บคุมสัญญาณโดยวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งจะอยู่ทางด้านซ้ายของรูปภาพและวงจรขยายสัญ
ญาณแนวนอนจะอยู่ด้านขวาล่างสุด ทั้งสองส่วนจะถูกเชื่อมต่อเข้ากับกราวด์
จุดแสงจะเกิดการเบี่ยงเบนขึ้นและไปทางขวาโดยสัญญาณแรงดันขาเข้าขั้วบวกจะทำให้จุดแสงเค
ลื่อนที่ขึ้น และถ้าแรงดันขาเข้าเป็นขั้วลบจะทำให้จุดแสงเคลื่อนที่ลง
157
และในขณะเดียวกันสัญญาณจากระบบจุดชนวนจะเริ่มต้นการกวาดสัญญาณที่ตำแหน่งต่างๆ
การกวาดสัญญาณในระบบขยายสัญญาณแนวนอนโดยจุดจะเคลื่อนที่ทางแนวนอนและเคลื่อนที่
จากซ้ายไปขวา ความเร็วในการเคลื่อนที่ของจุดเรืองแสงจากซ้ายไปขวานั้นจะขึ้นอยู่กับการปรับ
Time/Div ซึ่งความเร็วในการกวาดสัญญาณอาจมีมากกว่า 500,000 ครั้งต่อวินาที
ดังแสดงในรูปที่ 6.27
ทั้งการกวาดสัญญาณในแนวนอนและการเบี่ยงเบนของสัญญาณในแนวตั้งจะทำให้เกิดภาพบนจ
อ
และเมื่อวงจรจุดชนวนมีตำแหน่งที่เกิดการซิงโครไนท์กันแล้วสัญญาณที่เกิดขึ้นจะมีความชัดเจนแ
ละไม่มีการสั่นไหว
ชนิดของออสซิลโลสโคป
ออสซิลโลสโคปสามารถระบุชนิดตามพัฒนาการได้ 4 ชนิดดังนี้
1. ออสซิลโลสโคปแบบสุ่มตัวอย่าง (sampling oscilloscopes)
เราจะนำเทคนิคการสุ่มตัวอย่างมาใช้ในกรณีที่การแสดงรูปของสัญญาณที่เกิดขึ้นมีลักษณะซ้ำๆกั
นและมีความถี่สูงกว่าขอบเขตของออสซิลโลสโคปโดยวิธีการสุ่มตัวอย่างเราจะได้รูปคลื่นสัญญา
ณใหม่ซึ่งจะเป็นตัวแทนของสัญญาณที่ทำสุ่มตัวอย่าง
ลักษณะการทำงานของระบบสุ่มตัวอย่างนี้จะวัดขนาดของสัญญาณที่เวลาหนึ่งๆ
และนำไปแสดงผลทันทีที่จอหลอดภาพรังสีแคโทดในรูปแบบของจุดอิเล็กตรอนและจะหยุดการทำ
งานของลำเล็คตรอนลงเพื่อให้ลำเล็คตรอนเคลื่อนที่ไปตามแนวนอนในระยะสั้นๆ แสดงได้ดังรูปที่
6.28
รูปที่ 6.28 แสดงหลักการสุ่มตัวอย่าง
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.205)
ในช่วงระหว่างนี้ออสซิลโลสโคปจะทำการสุ่มตัวอย่างใหม่อีกครั้งที่คาบเวลาถัดไปของรู
ปคลื่นสัญญาณและนำไปแสดงผลทันทีที่จอหลอดภาพรังสีแคโทดในรูปของจุดอิเล็กตรอนเช่นเคย
การสุ่มตัวอย่างนี้อาจใช้ตัวอย่างถึง 1,000
จุดสำหรับการกำหนดรูปคลื่นสัญญาณใหม่ซึ่งจะเป็นตัวแทนของสัญญาณที่ทำการสุ่มตัวอย่าง
158
2. ออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพอนาล็อก (analog storage oscilloscopes)
ในการประยุกต์ใช้งานออสซิลโลสโคปจำนวนมากถูกจำกัดที่ความต่อเนื่องของสารเรืองแสงหลอด
ภาพรังสีแคโทด
ทำให้สังเกตเห็นได้จริงตามเวลาของเหตุการณ์ครั้งหนึ่งเกือบจะเป็นไปไม่ได้ถึงแม้ว่าเหตุการณ์นั้น
จะสามารถถูกบันทึกด้วยการถ่ายภาพได้และนี้อาจจะส่งผลให้มีราคาแพงและสิ้นเปลืองเวลา
การพัฒนาของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพอนาล็อกจะช่วยทำให้การคงสภาพของการแสดงผลห
ลอดภาพรังสีแคโทดได้เนิ่นนานขึ้น
หลังจากการศึกษาการเก็บภาพแสดงผลอาจช่วยในการตัดสินใจก่อนจะซื้อกล้องถ่ายรูป
กระบวนการทำงานของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพอนาล็อกแสดงได้ดังรูปที่ 6.29
รูปที่ 6.29 แสดงผังการทำงานของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพอนาล็อก
ที่มา (ความรู้พื้นฐานของOscilloscopes, 2549, หน้า 6)
รูปที่ 6.30 แสดงส่วนประกอบของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพอนาล็อก
ที่มา (เอก ไชยสวัสดิ์, 2539, หน้า 428 )
ออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพอนาล็อก
เป็นออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพชนิดหนึ่งซึ่งจะใช้การออกแบบพิเศษที่หลอดภาพรังสีแคโทด
โดยใช้ปืนอิเล็กตรอน จำนวน 2 อัน แสดงดังรูปที่ 6.30 ประกอบด้วยปืนเขียน (writing gun)
ซึ่งจะเหมืนกับปืนอิเล็กตรอนตามปกตินั่นเอง และปืนกวาด(flood gun)
จะระดมยิงอนุภาคอิเล็กตรอนพลังงานต่ำที่เหมือนกันไปยังจอหลอดภาพรังสีแคโทด
159
เมื่อสารฟอสเฟอร์ (phosphor)
ได้รับการปะทะจากอิเล็กตรอนพลังงานต่ำจะทำการเก็บและสะสมพลังงานเอาไว้อย่างไรก็ตามส่ว
นที่ไม่มีพลังงานตามเงื่อนไขจะไม่ทำการเก็บปะจุในขณะนี้ร่องรอยของพลังงานจะถูกบันทึกไว้
และเมื่อปืนเขียนทำงานจะยิงอิเล็กตรอนพลังงานสูงไปปะทะที่จอภาพเพื่อกำหนดรูปแบบของภา
พ
ส่วนของสารฟอสเฟอร์เมื่อได้รับการปะทะจากอิเล็กตรอนพลังงานสูงซึ่งครอบคลุมด้วยประจุจำนว
นมากผสมกับอิเล็กตรอนจากปืนกวาดจะถูกดึงดูดเข้าไปเพื่อรักษารูปภาพให้คงอยู่
รูปภาพสามารถลบได้โดยกำหนดให้จอภาพสารฟอสเฟอร์ถูกต่อลงกราวด์เพื่อย้ายปะจุส่วนเกินออ
กไป
รูปที่ 6.31 แสดงส่วนประกอบของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอล
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.205)
3. ออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอล (digital storage oscilloscopes; DSO)
เป็นออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพชนิดหนึ่งซึ่งจะใช้เทคนิคดิจิตอลและจะแตกต่างจากออสซิลโลสโ
คปแบบเก็บภาพอนาล็อกตรงที่มันจะต้องเปลี่ยนสัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลและเก็บ
สัญญาณดิจิตอลไว้ในหน่วยความจำ
จากนั้นจะต้องแปลงกลับเป็นสัญญาณอนาล็อกเพื่อแสดงผลบนหน้าจอหลอดภาพรังสีแคโทด
160
โดยทั่วไปโครงสร้างของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอลจะเพิ่มส่วนการประมวลสัญญาณเพื่
อเพิ่มขีดความสามารถในการดึงรูปคลื่นสัญญาณ การวัด และการแสดงผล แสดงดังรูปที่ 6.31
จะเห็นว่ามีชุดเสียบให้เลือกมากมายสำหรับทำหน้าที่พิเศษ
ข้อมูลจะแสดงในลักษณะเป็นจุดที่จะทำให้เห็นเป็นเส้นตำแหน่งของแต่ละจุดบนแนวตั้งจะเป็นกา
รกำหนดด้วยเลขฐานสองที่เก็บอยู่ในแต่ละตำแหน่งของหน่วยความจำ
ส่วนตำแหน่งในแนวนอนจะมาจากการกำหนดแอดเดรสเลขฐานสองของแต่ละตำแหน่งของหน่วย
ความจำ จำนวนจุดที่แสดงจะขึ้นกับตัวประกอบ 3 อย่าง คือ
ความถี่ของสัญญาณขาเข้าเทียบกับอัตราการสุ่มตัวอย่าง
ขนาดของหน่วยความจำและอัตราซึ่งสามารถอ่านข้อมูลจากหน่วยความจำถ้าความถี่ของสัญญา
ณขาเข้ายิ่งสูงเมื่อเทียบกับอัตราการสุ่มเราจะได้จำนวนข้อมูลลดลง
ออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอลกับแบบอนาล็อกต่างก็มีข้อดีที่แตกต่างกัน
แต่ออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอลก็มีพัฒนาการขึ้นอย่างรวดเร็วขณะนี้แถบกว้างความถี่ขอ
งระบบสูงถึง 1 จิกะเฮิร์ท โดยมีความถูกต้องของช่วงเวลาถึง 100 ปิโควินาที
ออสซิลโลสโคปจำนวนมากจะมีลักษณะเป็นชุดโมดูลที่สามารถเพิ่มจำนวนช่องและหน้าที่ต่างๆได้
ด้วยการเสียบชุดโมดูลที่เหมาะสมเข้าไป
นอกจากนั้นการจับและการแสดงผลสัญญาณออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอลจะมีความสาม
ารถพิเศษในการเก็บข้อมูลได้ไม่จำกัด
การโอนถ่ายข้อมูลที่เก็บไว้ไปให้แก่เครื่องมือวัดดิจิตอลอื่นๆโดยการตั้งออสซิลโลสโคปในโหมดสวี
ปครั้งเดียว
เราสามารถจะเก็บข้อมูลได้ทั้งก่อนและหลังการจุดชนวนซึ่งมีความจำเป็นมากในการหาสาเหตุหรื
อแหล่งของสัญญาณผิดพลาด
รูปที่ 6.32 แสดงผังการทำงานของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอล
ที่มา (ความรู้พื้นฐานของOscilloscopes, 2549, หน้า 7)
ตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลของออสซิลโลสโคปจะกำหนดลักษณะจำเพาะต่
อการทำงานที่สำคัญมากในเรื่องของความแยกแยะได้ของแรงดันซึ่งจะถูกควบคุมโดยจำนวนบิตข
องตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลและความเร็วในการเก็บข้อมูลจะถูกควบคุมด้วยความเร็
วสูงสุดในการแปลง
ส่วนการแยกแยะได้ของเวลาสามารถเลือกได้จากการเลือกขนาดของหน่วยความจำสำหรับเก็บข้อ
161
มูลแต่ละรูปคลื่น
นอกเหนือจากนั้นการแสดงเป็นเส้นบนหน้าจอหลอดภาพรังสีแคโทดจะเป็นอนาล็อกที่สามารถสั่ง
พิมพ์จากเครื่องบันทึกแบบปากกาที่เป็นดิจิตอลโดยผ่านสายสัญญาณอาร์เอส 232 (RS 232)
ปุ่มควบคุมบนแผงด้านหน้าเกือบทั้งหมดของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอลจะเหมือนกับปุ่
มควบคุมของออสซิลโลสโคปโดยทั่วไป
กระบวนการทำงานของออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอลแสดงได้ดังรูปที่ 6.32
4. ออสซิลโลสโคปแบบสารเรืองแสงดิจิตอล (digital phosphor oscilloscopes; DPO)
เป็นสถาปัตยกรรมใหม่ของออสซิลโลสโคปมีความสามารถใกล้เคียงกับออสซิลโลสโคปแบบเก็บภ
าพอนาล็อกการทำงานในส่วนวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งและส่วนการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็
นดิจิตอลจะเหมือนกับออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอล
แต่จะแตกต่างจากออสซิลโลสโคปแบบเก็บภาพดิจิตอลในส่วนของการแสดงความเข้มของสัญญา
ณที่คล้ายกับออสซิลโลสโคปแบบหลอดภาพรังสีแคโทด
ในอดีตออสซิลโลสโคปจะอาศัยสารเรืองแสงในการแสดงผลแต่ออสซิลโลสโคปแบบสา
รเรืองแสงดิจิตอลจะใช้เพียงวงจรอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้นด้วยการปรับปรุงข้อมูลที่แสดงผลอย่างต่อเ
นื่องโดยข้อมูลจะถูกแยกเป็นเซลล์แสดงผลเป็นจุดบนหน้าจอทุกเวลาที่มีการจับสัญญาณข้อมูลจะ
ถูกวางบนเซลล์แต่ละเซลล์สามารถแสดงผลที่ซ้ำๆกันได้ด้วยการกำหนดความเข้มของสัญญาณบ
นจอ
เมื่อข้อมูลของออสซิลโลสโคปแบบสารเรืองแสงดิจิตอลถูกส่งมาที่ส่วนแสดงผลจะแสดง
พื้นที่ความเข้มของรูปสัญญาณในความถี่ของสัญญาณในแต่ละจุดซึ่งคล้ายกับการแสดงความเข้
มของออสซิลโลสโคปในอดีตแต่อย่างไรก็ตามออสซิลโลสโคปแบบสารเรืองแสงดิจิตอลสามารถแ
สดงเป็นโทนสีที่แตกต่างกันได้
นอกจากนั้นออสซิลโลสโคปแบบสารเรืองแสงดิจิตอลยังง่ายต่อการอ่านและดูความแตกต่างของสั
ญญาณที่เกิดขึ้นในทุกๆการจุดชนวนกับสัญญาณที่เกิดขึ้นหนึ่งในร้อยของการจุดชนวนหรือมากก
ว่านั้น (ความรู้พื้นฐานของOscilloscopes, 2549, หน้า 7)
รูปที่ 6.33 แสดงผังการทำงานของออสซิลโลสโคปแบบสารเรืองแสงดิจิตอล
ที่มา (ความรู้พื้นฐานของOscilloscopes, 2549, หน้า 8)
162
สิ่งสำคัญอีกอย่างก็คือออสซิลโลสโคปแบบสารเรืองแสงดิจิตอลมีกระบวนการในการปร
ะมวลผลแบบขนาน (parallel processing)
โดยแยกเอาส่วนสำคัญบางส่วนออกจากกระบวนการประมวลผลการวัดคล้ายกับออสซิลโลสโคป
แบบเก็บภาพดิจิตอลตรงที่ออสซิลโลสโคปแบบสารเรืองแสงดิจิตอลใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ในการแ
สดงผล การวัดอัตโนมัติ และการวิเคราะห์สัญญาณ
แต่ออสซิลโลสโคปแบบสารเรืองแสงดิจิตอลจะมีการใช้ไมโครโปรเซสเซอร์อีกตัวหนึ่งในการคำนว
ณแสดงได้ดังรูปที่ 6.33
การประยุกต์ใช้งานของออสซิลโลสโคป
ย่านของการใช้งานออสซิลโลสโคปนั้นสามารถทำการเปลี่ยนแปลงได้หลากหลายจากพื้
นฐานการวัดแรงดันและการสังเกตรูปคลื่นเพื่อนำไปปรับใช้ในกรณีพิเศษต่างๆสำหรับงานวิทยาศ
าสตร์ งานทางวิศวกรรมและเทคโนโลยีที่สูงกว่านี้
และในที่นี้จะกล่าวถึงเพียงการประยุกต์ใช้งานพื้นฐาน 2-3 อย่างเท่านั้น
1. การวัดแรงดันไฟฟ้า
โดยส่วนมากเราสามารถทำการวัดแรงดันไฟฟ้าด้วยออสซิลโลสโคปได้โดยตรงเป็นค่าสูงสุดถึงสูงสุ
ด(peak-to-peak value) ค่าแรงดันใช้งาน(rms voltage)
สามารถคำนวณได้ง่ายจากการวัดค่าสูงสุดถึงสูงสุด
ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้จากการจอภาพหลอดรังสีแคโทดนั้นจะขึ้นอยู่กับการตั้งค่าอัตราขยายสัญญา
ณในแนวตั้งซึ่งมักจะแสดงในรูปของโวลท์ต่อช่อง(Volt/Div)
และการเบี่ยงเบนของลำแสงจากสูงสุดถึงสูงสุด แรงดันไฟฟ้าสูงสุดถึงสูงสุด(peak-to-peak
voltage: ) คำนวณได้ดังนี้
ตัวอย่างที่ 6.2 รูปคลื่นแสดงดังรูปที่ 6.34 บนจอภาพของออสซิลโลสโคป ถ้ากำหนดให้
ตัวลดทอนสัญญาณแนวตั้งเท่ากับ 0.5 Volt/Div จงหาขนาดสูงสุดถึง
สูงสุดของสัญญาณ
วิธีทำ หาค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดถึงสูงสุด
163
2. การวัดคาบเวลาและความถี่
คาบเวลาและความถี่ของสัญญาณรายคาบสามารถวัดได้ด้วยการใช้ออสซิลโลสโคป
รูปคลื่นของสัญญาณที่แสดงบนจอหลอดภาพรังสีแคโทดจะต้องเห็นครบหนึ่งคาบเวลา
ความถูกต้องจะเกิดจากการตั้งค่าอัตราการกวาดสัญญาณในแนวนอนซึ่งมักจะแสดงในรูปของเว
ลาต่อช่อง(Time/Div)
และที่สังเกตเห็นได้จากหน้าจอภาพก็คือความสมบูรณ์ของการแสดงรูปคลื่นในหนึ่งคาบเวลาพอดี
กับระยะช่องในแนวนอน คาบเวลาจะคำนวณได้จาก
สำหรับค่าความถี่นั้นสามารถคำนวณได้จากส่วนกลับของคาบเวลานั่นเอง
รูปที่ 6.34 แสดงสัญญาณซายน์บนหน้าจอหลอดภาพรังสีแคโทด
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.218)
ตัวอย่างที่ 6.3 ถ้าตั้งค่าเวลาต่อช่องเท่ากับ 2 ไมโครวินาทีต่อช่อง เมื่อรูปคลื่นที่แสดง
บนจอหลอดภาพรังสีแคโทดแสดงดังรูปที่ 8. 39 จงหาคาบเวลาและ
ความถี่ของสัญญาณ
วิธีทำ หาคาบเวลาของสัญญาณ
ไมโครวินาทีต่อรอบ
หาความถี่
164
3. การหาความถี่ด้วยแผนภาพลิสซาจูส์ ในโหมด XY
ของออสซิลโลสโคปสามารถใช้ในการหาความถี่ของสัญญาณได้โดยอาศัยแผนภาพลิสซาจูส์
(lissajous patterns) ซึ่งเป็นวิธีการเปรียบเทียบความถี่สองความถี่
ในการวัดจะป้อนความถี่ที่ต้องการทราบค่าเข้าที่ขั้วสัญญาณแนวตั้งขาเข้า
และป้อนความถี่อ้างอิงเข้าที่ขั้วสัญญาณแนวนอนขาเข้าโดยตัดแหล่งกำเนิดสัญญาณกวาดออกไ
ป ถ้าหากสัญญาณขาเข้าทั้งสองมีความถี่เดียวกันจะปรากฏภาพเป็นวงที่หน้าจอภาพ
แสดงดังรูปที่ 6.35
วิธีนี้มีขีดจำกัดและไม่กว้างขวางด้วยทั้งสองความถี่ต้องเป็นเลขจำนวนเต็มไม่มีเป็นเศษส่วน
และที่อัตราส่วน 10:1
เป็นอัตราสูงสุดของความถี่สามารถใช้ได้ถ้าอัตราสูงกว่านี้การใช้แผนภาพลิสซาจูส์จะมีความซับซ้
อนเกินไปและคำนวณยากมาก
รูปที่ 6.35 แสดงรูปแบบลิสซาจูส์ที่ความถี่ 2:1
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.220)
รูปที่ 6.36 แสดงรูปแบบลิสซาจูส์ที่ความถี่ 3:2
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.220)
ถ้าป้อนความถี่ของสัญญาณที่ขั้วX และ Y มีค่าเท่ากัน นั่นคือถ้าอัตราสัญญาณเป็น 1:1
และถ้าสัญญาณที่ขั้วX และ Y ต่างเฟสกัน 90 องศา แผนภาพจะเป็นรูปวงกลมและมีอัตรา 2:1
แสดงดังรูปที่ 6.35 ถ้าแผนภาพมีอัตราเท่ากับ 3:2 แสดงดังรูปที่ 6.36
อย่างไรก็ตามการหาความถี่จะสามารถเขียนเป็นสูตรได้ดังนี้
165
เมื่อกำหนดให้ เท่ากับความถี่ของสัญญาณแนวตั้งขาเข้า
เท่ากับความถี่ของสัญญาณแนวนอนขาเข้า
เท่ากับจำนวนวงซึ่งแตะกับเส้นสัมผัสตามแนวนอน
เท่ากับจำนวนวงซึ่งแตะกับเส้นสัมผัสตามแนวตั้ง
4. การคำนวณมุมต่างเฟส ในโหมด XY
สามารถหามุมระยะระหว่างสองสัญญาณที่มีความถี่เดียวกันได้
โดยการป้อนสัญญาณรูปซายน์เข้าที่ขั้วสัญญาณแนวตั้ง และอีกสัญญาณเข้าที่ขั้วแนวนอน
ตัดแหล่งกำเนิดสัญญาณกวาดออกไปและปรับอัตราการขยายสัญญาณแนวนอนและแนวตั้งจะท
ำให้ได้ภาพที่มีขนาดเหมาะสมบนจอหลอดภาพรังสีแคโทดแสดงดังรูปที่ 6.37
รูปที่ 6.37 แสดงรูปแบบลิสซาจูส์เพื่อพิจารณามุมต่างเฟส
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.221)
166
รูปที่ 6.38 แสดงความสัมพันธ์ของการหามุมต่างเฟส
ที่มา (Larry and Foster, 1995, p.222)
ถ้าขนาดของแรงดันแนวตั้งสูงสุดจะทำให้เกิดการเบี่ยงเบนสูงสุดบนแกนตั้งซึ่งจะเท่ากับ
Y2 ขนาดของแรงดันแนวนอนจะทำให้เกิดการเบี่ยงเบนบนแกนตั้งเท่ากับ Y1 แสดงดังรูปที่ 6.38
สามารถคำนวณมุมต่างเฟสได้ดังนี้
ตัวอย่างที่ 6.4 ถ้าในรูปที่ 6.38 มีระยะในแนวนอนและแนวตั้งเท่ากับ 1.8 cm และ
2.3 cm. ตามลำดับ จงหามุมต่างเฟส
วิธีทำ หามุมต่างเฟส
องศา
บทสรุป
ออสซิลโลสโคปแบบหลอดภาพรังสีแคโทดเป็นเครื่องมือวัดที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทางวิ
ทยาศาสตร์ขั้นสูง
หลอดภาพรังสีแคโทดนับสิ่งสำคัญของออสซิลโลสโคปซึ่งด้านหน้าของจอภาพจะถูกเคลือบไว้ด้วย
สารเรืองแสงฟอสเฟอร์สำหรับช่วยในการแสดงรูปคลื่นสัญญาณที่ทำการวัดให้ปรากฏเห็นได้ด้วยก
ารเรืองแสง
ในเครื่องมือวัดจะประกอบไปด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้สำหรับการทำงานของหลอดภาพรังสีแค
โทดและกำหนดเงื่อนไขให้มีสภาวะเป็นไปตามที่ขบวนการทำงาน
167
วงจรอิเล็กทรอนิกส์ขั้นแรกก็คือวงจรขยายสัญญาณแนวตั้งและแนวนอน
แหล่งกำเนิดสัญญาณกวาด วงจรจุดชนวน และแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าต่างๆ
ความไวของออสซิลโลสโคปถูกกำหนดจากวงจรขยายสัญญาณแนวตั้ง
แหล่งกำเนิดสัญญาณกวาดที่เป็นรูปคลื่นฟันเลือย
ซึ่งการกวาดสัญญาณของอิเล็กตรอนจะไปตามแนวนอนเพื่อทำให้รูปคลื่นที่มีลักษณะที่ซ้ำๆกันแส
ดงผลที่หน้าจออย่างต่อเนื่องช้าหรือเร็วจะขึ้นอยู่กับลำอิเล็กตรอนที่จะต้องเบี่ยงเบนไปตามระยะท
างต่อหน่วยเวลาที่ปรับตั้งไว้
ดังนั้นรูปคลื่นสัญญาณฟันเลื่อยที่สร้างขึ้นจำเป็นจะต้องมีความเป็นเชิงเส้นสูงก็เพื่อการควบคุมให้
สัญญาณไม่สั่นไหวและนิ่ง
การพัฒนาการของออสซิลโลสโคปจากออสซิลโลสโคปแบบหลอดภาพรังสีแคโทดในระ
บบอนาล็อกถูกพัฒนาการด้านการแสดงผลโดยเริ่มจากสามารถเห็นได้สองสัญญาณภาพในเวลาเ
ดียวกัน การเก็บภาพได้นานขึ้นแบบอนาล็อกและแบบดิจิตอล
และประสานความกลมกลืนระหว่างการระบบการทำงานทั้งสองอย่างจนเกิดเป็นออสซิโสโคปแบบ
สารเรืองแสงดิจิตอลในปัจจุบัน
การประยุกต์ใช้งานของออสซิลโลสโคปโดยพื้นฐานแล้วสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้โดยตรงและกา
รสังเกตเพื่อหาคาบเวลาและความถี่ได้โดยง่าย
ออสซิลโลสโคปจึงแพร่หลายและใช้กันอย่างกว้างขวางในงานทางวิทยาศาสตร์
ทางวิศวกรรมและเทคโนโลยี
คำถามทบทวน
1. ออสซิลโลสโคปมีค่าความไวของการเบี่ยงเบนเท่ากับ 35 V/cm ถ้าระยะจากแผ่นโลหะถึง
หน้าจอเท่ากับ 16 cm ความยาวของแผ่นโลหะเท่ากับ 2.5 cm
และระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะ
เท่ากับ 1.2 cm จงคำนวณหาค่าแรงดันแอโนด
2. จงคำนวณหาขนาดของแรงดัน Vo ในวงจรดังรูปที่ 6.39 เมื่อเวลาผ่านไป 20 msec
3. จงคำนวณหาค่าความต้านทานในวงจรลดทอนสัญญาณที่แต่ละตำแหน่งแสดงในหน่วย
Volt/div ดังรูปที่ 6.40
4. จากรูปคลื่นในรูปที่ 6.41 ถ้าตั้งค่าสัญญาณในแนวนอนจากปุ่ม Time/div เท่ากับ 10 μsec
และค่า สัญญาณในแนวตั้งจากปุ่ม Volt/div เท่ากับ 200 mV
จงคำนวณหาค่าความถี่และ
ค่าสูงสุดถึงสูงสุดของสัญญาณ
168
รูปที่ 6.39 แสดงวงจรหาขนาดของแรงดัน Vo
รูปที่ 6.40 แสดงวงจรลดทอนสัญญาณ
รูปที่ 6.41 แสดงรูปคลื่นสัญญาณที่สังเกตได้จากหน้าจอ
5. จากวงจรในรูปที่ 6.42 จงคำนวณหาค่า C1 ถ้าต้องการให้ Vo มีค่าเท่ากับ 0.1 Vi
169
รูปที่ 6.42 แสดงวงจรลดทอนสัญญาณ
6. ถ้าตัวขยายสัญญาณในแนวตั้งมีความถี่ 15 MHz อยากทราบว่าเวลาที่เพิ่มขึ้นเร็วสุดที่สามารถ
แสดงผลโดยปราศจากสัญญาณรบกวนจะมีค่าเท่าใด
7. สายวัดสัญญาณอิมพีแดนซ์สูงประกอบด้วยค่าความต้านทานและความจุไฟฟ้าขนาด 9 MΩ
และ 4 μF ตามลำดับ ต่อเข้ากับออสซิลโลสโคปที่มีความต้านทาน 1 MΩ ถ้าความจุไฟฟ้ามีผล
ลดลง 3.6 μF อยากทราบว่าความจุไฟฟ้าของออสซิลโลสโคปจะมีค่าเท่าใด
8. จงคำนวณหามุมต่างเฟสระหว่างสัญญาณซายน์ 2 รูปคลื่น ซึ่งแสดงในแผนภาพลิสซาจูส์ได้ดัง
รูปที่ 6.43
รูปที่ 6.43 แสดงแผนภาพลิสซาจูส์ของสัญญาณซายน์ 2 รูปคลื่น
เอกสารอ้างอิง
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร. (ม.ป.ป.). เอกสารประกอบการสอนวิชา เครื่องมือวัด.
กรุงเทพฯ: เอกสารอัดสำเนา.
เอก ไชยสวัสดิ์. (2539). การวัดและเครื่องวัดไฟฟ้า. กรุงเทพฯ: รามาการพิมพ์
Larry D. Jones And A. Foster Chin. (1995). Electronic instruments and measurement.
2nd ed. Singapore: Simon and Schuster Asia Pte.
170
Tektronix. (n.d.). TDS 200-series digital real time oscilloscope User manual. (n.d.).
U.S.A.: (s.l.:s.n.)
ความรู้พื้นฐานของ Oscilloscopes. (2549). Retrieved เมษายน 16, 2549, From http://www.
trinergy.co.th/resource/resource_frame.html.
171