การทดลองที่ 7
การใช้งาน oscilloscope ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์
อุปกรณ์การทดลอง
1. oscilloscope MTX 3250 2 ตัว
2. oscilloscope GDS-820 S 1 ตัว
3. แผงตัวต้านทาน , ตัวเก็บประจุ 1 ชุด
4. เต้าเสียบปลั๊ก 1 ตัว
5. Junction Box 1 ตัว
วัตถุประสงค์
1. เพื่อสังเกตการปรับค่า C ของ Probe x 10
2. เพื่อฝึกทักษะการใช้ oscilloscope กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วงจร RC
3. เพื่อสังเกตการปรับวงจรเพื่อให้เป็น Bridge สมดุล
ทฤษฎี
สายโพรบกับออสซิลโลสโคป
โพรบ (Probe)
การวัดสัญญาณอินพุตของสโคปนั้นจำเป็นต้องผ่านทางสายเคเบิลแกนร่วม (Coaxial cable) ซึ่งสายเคเบิลนี้เราเรียกว่า "สายโพรบ"
โพรบเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับตรวจวัดสัญญาณถือว่าเป็นอุปกรณ์ส่วนหน้าในการวัดสัญญาณที่ต้องการตรวจสอบโดยไม่ให้เกิดการรบกวนของสัญญาณขณะใช้งานแล้วส่งผ่านสัญญาณให้อินพุตทางแนวตั้ง
ส่วนประกอบของโพรบมี 2 อย่างคือสายนำสัญญาณและกราวนด์ ทั้ง 2 อย่างนี้ประกอบกันโดยมีการแบ่งเป็นชั้นๆกราวนด์จะถูกถักเป็นเปียพันรอบสายสัญญาณที่มีฉนวนหุ้มทั้งหมดอีกครั้งสัญญาณจะผ่านตัวนำที่อยู่ตรงกลางและกราวนด์ที่อยู่รอบนอกจะเป็นตัวป้องกันสัญญาณที่ไม่ต้องการผ่านเข้าไปได้
โพรบมีอยู่หลายแบบขึ้นอยู่กับการนำไปใช้งานเช่น โพรบแบบพาสซีฟ (Passive probe) โพรบแบบแอกทีฟ (Active prove) โพรบวัดกระแสไฟฟ้า (Current-probe) และโพรบวัดแรงดันไฟสูง (High voltage probe) เป็นต้น
โพรบที่นิยมใช้มากที่สุดจะเป็นโพรบแบบพาสซีฟโดยเป็นแบบไม่มีการลดทอนสัญญาณ (Probe x 1) หรือ 1 : 1 และแบบลดทอนสัญญาณลง 10 เท่า (Probe x 10) หรือ10 : 1
สายโพรบนี้จะมีค่าความจุไฟฟ้า (Capacitance ; Ccc) ต่อคร่อมอยู่เพื่อป้องกันสัญญาณความถี่สูงที่จะเข้าไปปรากฏบนจอภาพส่วนด้านอินพุตของสโคปจะมีค่าความต้านทาน (Ri) ต่อขนานอยู่กับค่าความจุไฟฟ้า (Ci)
การวัดสัญญาณอินพุตของสโคปนั้นจำเป็นต้องผ่านทางสายเคเบิลแกนร่วม (Coaxial cable) ซึ่งสายเคเบิลนี้เราเรียกว่า "สายโพรบ"
โพรบเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับตรวจวัดสัญญาณถือว่าเป็นอุปกรณ์ส่วนหน้าในการวัดสัญญาณที่ต้องการตรวจสอบโดยไม่ให้เกิดการรบกวนของสัญญาณขณะใช้งานแล้วส่งผ่านสัญญาณให้อินพุตทางแนวตั้ง
ส่วนประกอบของโพรบมี 2 อย่างคือสายนำสัญญาณและกราวนด์ ทั้ง 2 อย่างนี้ประกอบกันโดยมีการแบ่งเป็นชั้นๆกราวนด์จะถูกถักเป็นเปียพันรอบสายสัญญาณที่มีฉนวนหุ้มทั้งหมดอีกครั้งสัญญาณจะผ่านตัวนำที่อยู่ตรงกลางและกราวนด์ที่อยู่รอบนอกจะเป็นตัวป้องกันสัญญาณที่ไม่ต้องการผ่านเข้าไปได้
โพรบมีอยู่หลายแบบขึ้นอยู่กับการนำไปใช้งานเช่น โพรบแบบพาสซีฟ (Passive probe) โพรบแบบแอกทีฟ (Active prove) โพรบวัดกระแสไฟฟ้า (Current-probe) และโพรบวัดแรงดันไฟสูง (High voltage probe) เป็นต้น
โพรบที่นิยมใช้มากที่สุดจะเป็นโพรบแบบพาสซีฟโดยเป็นแบบไม่มีการลดทอนสัญญาณ (Probe x 1) หรือ 1 : 1 และแบบลดทอนสัญญาณลง 10 เท่า (Probe x 10) หรือ10 : 1
สายโพรบนี้จะมีค่าความจุไฟฟ้า (Capacitance ; Ccc) ต่อคร่อมอยู่เพื่อป้องกันสัญญาณความถี่สูงที่จะเข้าไปปรากฏบนจอภาพส่วนด้านอินพุตของสโคปจะมีค่าความต้านทาน (Ri) ต่อขนานอยู่กับค่าความจุไฟฟ้า (Ci)
บล็อคไดอแกรมของสายโพรบ
Wheatstone bridge
วงจร Wheatstone bridge ก็คือวงจรบริดจ์สมดุลหลักการทำงานก็คือ เมื่อความต้านเท่ากันทุกตัวจะทำให้กระแสที่ผ่าน ความต้านทาน R2 R3 R5 R6 เท่ากันจึงทำให้แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานเท่ากัน ทั้ง 4 ตัว จะเห็นได้ว่าตรง จุด 3และ4 โวลต์มิเตอร์ที่ต่อไปจะมีแรงดันเท่ากับ 0 เป็นเพราะว่าแรงดันวิ่งจาก ความต่างศักย์มากไปน้อยเมื่อความต่างศักย์เท่ากันทั้ง 2 ข้าง ก็จะทำให้ไม่มีกระแสไหลความต้านทานอาจจะไม่ต้องเท่ากันก็ได้แต่อัตราส่วนต้องเท่ากันสามารถนำวงจรนี้ไปประยุกต์ได้หลายแบบเช่น เครื่องวัดแสงวัดหาความต้านทานเป็นต้นวงจร Wheatstone bridge ก็คือวงจรบริดจ์สมดุลหลักการทำงานก็คือ เมื่อความต้านเท่ากันทุกตัวจะทำให้กระแสที่ผ่าน ความต้านทาน R2 R3 R5 R6 เท่ากันจึงทำให้แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานเท่ากัน ทั้ง 4 ตัว จะเห็นได้ว่าตรง จุด 3และ4 โวลต์มิเตอร์ที่ต่อไปจะมีแรงดันเท่ากับ 0 เป็นเพราะว่าแรงดันวิ่งจาก ความต่างศักย์มากไปน้อยเมื่อความต่างศักย์เท่ากันทั้ง 2 ข้าง ก็จะทำให้ไม่มีกระแสไหลความต้านทานอาจจะไม่ต้องเท่ากันก็ได้แต่อัตราส่วนต้องเท่ากันสามารถนำวงจรนี้ไปประยุกต์ได้หลายแบบเช่น เครื่องวัดแสงวัดหาความต้านทานเป็นต้น
ขั้นตอนการทดลอง
ขั้นตอนการทดลอง
1. นำสายโพรบ x 10 มาต่อกับอินพุตของออสซิลโลสโคป จากนั้นใช้ไขควงของสายโพรบไขที่สายโพรบเพื่อทำการปรับค่าของ C และสังเกตสัญญาณที่เกิดขึ้น
Over-compensated
under-compensated
compensated
2.จ่ายไฟทั้งรูปสัญญาณซึ่งได้แก่ Square Wave, Triangle Waveและ และใช้สายโพรบวัดสัญญาณแรงดันอินพุตกับแรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน
จากนั้นใช้สายโพรบวัดแรงดันอินพุตกับแรงดันตกคร่อม C
3. ต่อวงจรบริดจ์ โดยกำหนดให้Raเป็นตัวต้านทานปรับค่าได้ ให้ได้วงจรดังรูป
หลังจากนั้นวัดตัวต้านทานแต่ละตัว ดังนี้
จะได้ค่า Ra= 4.939 kΩ , Rb = 1.7767 kΩ , R1 = 4.932 kΩ, R2 = 1.7753 kΩ
สรุปผลการทดลอง
1.ก่อนการนำโพรบ x 10 ไปใช้วัดสัญญาณ ต้องปรับค่า C ในโพรบเสียก่อน เพราะถ้าไม่ปรับจะทำให้ Amplitude ของสัญญาณที่วัดได้จาก Oscilloscope ไม่ตรงกับความเป็นจริง และค่าที่ได้จะลดลง 10 เท่า ดังนั้นถ้าเราจะนำค่าที่ได้มา x 10 ก่อน จึงจะนำไปใช้ได้
2.ในวงจรบริดจ์สมดุล แรงดันระหว่างขา Raและขา R1จะเท่ากับ 0 และสามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างตัวต้านทานได้ดังนี้ Ra x R2 = Rb x R1