Amatör Teknik

Osiloskop İle Ölçüm Alma

osiloskop

Eski ama kullanışlı bir program olan Electronics Workbench’i (WB) öğrenmeye, aynı zamanda elektrik devreleri ile ilgili en temel konulara göz atmaya devam edelim. Bu bölümde basit bir alternatif akım devresi ile osiloskop nasıl kullanılır anlatmaya çalışacağım.

Alternatif akım (alternating current=değişken akım) kısaca AC, zamana bağlı olarak elektrik akımının hem şiddetinin hem de yönünün sürekli değiştiği elektrik akımı türüdür. Bu tür elektrik enerjisini elektromanyetik indüksiyon yasası sayesinde üretebiliyoruz. Alternatif akım dediğimizde hemen Tesla’yı da analım. Kendisi 1846-1943 yılları arasında yaşamış mühendis ve mucittir. Özellikle alternatif akım üretilmesi ve kullanılması ile ilgili çalışmaları sayesinde bugün hepimizin evine AC enerji taşınmaktadır. Nikola Tesla’nın hayatını ayrıca yazmak gerekir, bilim dünyasına ve günlük hayatımıza sayısız katkısı bulunmaktadır.

Öncelikle alternatif akımı nasıl üretiyoruz, elektromanyetik indüksiyon yasası nedir, sorularını kısaca cevaplandırmak isterim. Şekil 1’de anlatılan şudur: Bildiğiniz gibi doğal olarak manyetik alana sahip cisimler mıknatıslardır.

Her mıknatısın iki kutbu vardır. Eğer bir mıknatısın “N” (kuzey) ve “S” (güney) kutupları arasındaki manyetik alanın olduğu bölgeye kapalı bir iletken çerçeve yerleştirirseniz, bu çerçeve içerisinden “B” şiddetinde düzgün (zamanla değişmeyen) bir manyetik alan geçecektir. Biz bu alanı gözümüzle görmüyoruz ama manyetik alanı çizgiler çizerek gösteriyoruz. Eğer bu iletken çerçeveyi hareket ettirmeye başlarsanız, iletken çerçeve üzerinde kendiliğinden bir elektromotor kuvvet (voltaj) oluşmaya başlayacaktır, eğer çıkışına bir yük elemanı (şekilde load denilen kısım) mesela bir lamba ya da direnç bağlarsanız, elektrik akımı da çekmeye başlarsınız. (Hatırlayalım, elektrik potansiyel yani voltaj olmadan elektrik akımı olamaz).

Bir başka deyişle manyetik alanda döndürülen iletkenler ile mekanik enerjiden elektrik enerjisi elde etmek mümkündür. Tüm jeneratörlerin çalışma prensibi temelde elektromanyetik indüksiyon yasası dediğimiz bu prensibe dayanmaktadır.  Aşağıdaki videoyu da izlemenizi tavsiye ederim.

01

Şekil 1. Bir mıknatıs içerisine yerleştirilmiş, dikdörtgen şekildeki kapalı iletken döndürüldüğü zaman, bu iletken üzerinde bir elektrik potansiyel enerji (voltaj) oluşmaya başlar. Önceki yeşil grafik osiloskop ekranında görebileceğimiz sinüs formunda zamana bağlı voltaj değişimini gösteriyor.

Osiloskop nedir, ne işe yarar?

02

Şekil 2. Farklı boyut ve özelliklerdeki osiloskop görüntüsü örnekleri. Görüntü Netes firması sayfasından alınmıştır.

Osiloskopları ekranda görüntü verebilen gelişmiş voltmetreler olarak düşünebiliriz. Osiloskoplar ile elektriksel potansiyelin zamana bağlı değişim grafiğini ekranlarında gözlemlemek mümkündür. Ben osiloskop ile üniversitede iken tanışmıştım. Şimdi artık her türlü bilgiye her an erişilebildiğinden, bu cihazı her yaşta bilen, kullanan ya da görenler olduğuna eminim. Daha teknik açıklamaları merak edenler için, Şekil 2’nin kaynağı olan web sayfasını ziyaret ediniz.

03

Şekil 3. Multimetre ve osiloskop bir arada.

Daha klasik ve ekonomik bir model Şekil 4’te görülmektedir. Bu dijital bir osiloskoptur, ekranı renklidir, ekranda analog osiloskoplarda bulunmayan bazı ekstra seçenekler sunmaktadır.

04

Şekil 4. Dört girişli, dijital bir osiloskop örneği. Ekranda üçgen dalga şekli görülmektedir. (Resim kaynağı)

Klasik veya analog osiloskopların iki girişi (kanal=channel) vardır. Aynı anda iki işareti üst üste ekranda görüntülemek mümkündür. Bu kanal girişlerinin her birine prop denilen özel kablolar bağlanmaktadır. Şekil 5.

05

Şekil 5. Osiloskop probu. Şeklini görmek istediğiniz işaretin bulunduğu hatta şırınga gibi basılarak kullanılan hook-kanca prop takılmalıdır. Timsah uçlu kısım, devrede toprak (ground-negatif kutup) nerede ise, oraya bağlanmalıdır. Electronics Workbench’te osiloskobun düzgün çalışması için “ground” yazılan kısma toprak bağlantısı yapılması gerekiyor.

06

Şekil 6. Analog osiloskop örneği.

Osiloskop ekranı üzerinde işaretin zamana bağlı değişimini doğru bir şekilde görebilmek için “Time/Base” veya “Time/div” düğmesi ile “Volt/Div” düğmelerini ayarlamak gerekiyor. Böylece eğer klasik bir osiloskop kullanıyor iseniz “time/div değeri * kare sayısı” ile zaman seçtiğiniz iki nokta arasındaki zamanı ölçebilirsiniz. Özel bir değer olarak “periyot” değerini ölçmek önemlidir. Periyodun tersi “f=1/T” işlemi “frekansı” vermektedir. Aynı zamanda “y”  ekseni üzerinde “gerilim” ölçebilmek için yine “kare sayısı*Volt/div” değeri ile bu değeri ölçebilirsiniz.

Örneğin Şekil 7’de time/div değeri 5ms (mili saniye), Volt/div değeri 1Volt olsun. Bu durumda Periyot 3kare*5ms = 15ms okunuyor, Vmax değeri ise 1kare*1V= 1 Volt okunuyor.

07

Şekil 7. Osiloskop ekranı yakından görünüm. “X” ekseni zaman, “Y” ekseni voltaj değerlerini okumak için kullanılır.

Şimdi Electronics Workbench programında osiloskopu nasıl açıyor ve kullanıyoruz onu anlatmaya çalışalım. Şekil 8’deki adımları takip ederek osiloskopu sanal ortamda açabilirsiniz.

08

Şekil 8. Electronics Workbench programında osiloskobun açılması. Buradaki “time/base” ve “Volt/div” ayarları bizim için en önemli ayarlama düğmeleridir.

09

Şekil 9. AC kaynağın ekranda seçilmesi. Program size 120V/ 60Hz güç kaynağı veriyor, üzerine çift tıklayarak açılan pencerede istediğiniz gibi değeri değiştirebilirsiniz. Ülkemizde şehir gerilimi 220V/50Hz olduğundan ben değeri bu şekilde güncelleyeceğim.

AC kaynak ve dirençten oluşan basit bir devre kuralım ve osiloskopta inceleyelim.

10

Şekil 10. Voltmetre ile RMS (root-mean-square) değerleri okuyabilirsiniz. RMS değer ortalama değer gibi düşünülebilir. Osiloskop ile anlık değişimleri ve maksimum değerleri ölçebiliriz. Vrms= Vmax/karekök(2) işlemi ile elde edilir. Neden ve nasıl olduğuna burada değinmeyeceğim.

Şekildeki 11 ve 12’deki gibi kurulumları tamamlayalım.

11

Şekil 11. İlk çalıştırdığınızda ekranda garip bir şekil çıkıyor ise, osiloskop üzerinde “time/base” ve “volt/div “ayarları yapılmamış demektir.

12

Şekil 12. Doğru şekilde ayarlanmış osiloskop ile ölçüm alınması. Sinüs formundaki işaret net bir şekilde ekranda görünür hale gelmiştir.

Electronics workbench simülasyonunda, osiloskop için “cursor” seçeneği var. “Cursor” ekran üzerinde temas ettiği noktanın “X” ve “Y” koordinatlarını vermektedir. Bu değerleri okumak kare saymaktan daha sağlıklı ve pratik bir yöntemdir.

Şekil 12’deki osiloskop ekranında “y” ekseni maksimum kaç Volt, bunu “cursor” kullanarak okuyabilirsiniz. Birinci kutuda VA1=308.2 Volt, ikinci kutuda bu değer VA2=308,2 V okunmaktadır.

Aynı zamanda klasik yöntemle 1 kare 100Volt olduğundan “y” ekseninde kare sayarak kabaca “3kare*100V=300Volt” okuyabilirsiniz. İki tepe noktası arasındaki yatay mesafe ise, bu işaretin peryodudur. Tam “4 kare*5milisaniye=20 milisaniye”, veya üçüncü kutudaki farklar bölümünde T2-T1 değeri 20 mili saniye olarak okunmaktadır.

Bir seferde bütün konuları bitirmek mümkün değil, ama bunları denerseniz gerçek devre kadar olmasa da keyifli olmaya başlayacağını düşünüyorum.

Herkese iyi çalışmalar ve sağlıklı günler dilerim.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir