ออสซิลโลสโคป (Oscilloscope)
Oscilloscope
วัดรูปคลื่น • อ่านแรงดัน • อ่านความถี่ • Analog vs Digital
Waveform Measurement • Voltage Reading • Frequency Reading • Analog vs Digital
- บอกโครงสร้างและส่วนประกอบสำคัญของออสซิลโลสโคปได้
- อธิบายการใช้งานแผงหน้าปัดของออสซิลโลสโคปได้
- อ่านค่าแรงดัน เวลา และความถี่ของสัญญาณที่วัดจากออสซิลโลสโคปได้
- Identify the structure and key components of an oscilloscope
- Explain the function of the oscilloscope front panel controls
- Read voltage, time, and frequency values from an oscilloscope display
ออสซิลโลสโคป คือ เครื่องมือวัดทางไฟฟ้า ที่สามารถวัดรูปคลื่นสัญญาณไฟฟ้าชนิดต่างๆ และแสดงผลในรูปกราฟ Amplitude เทียบกับ Time บนหน้าจอ วัดได้ตั้งแต่ 1 ถึง 16 ช่องสัญญาณ (Channel)
An oscilloscope is an electrical measuring instrument that can measure various types of electrical signal waveforms and display them as a graph of Amplitude vs Time on screen. It can measure from 1 to 16 channels simultaneously.
• ชนิดตั้งโต๊ะ — ใช้ในห้องปฏิบัติการ ความแม่นยำสูง
• ชนิดมือถือ (Portable) — ใช้ในภาคสนาม พกพาสะดวก
• ชนิด USB — เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์
• Bench-top — Lab use, high accuracy
• Handheld (Portable) — Field use, portable
• USB-based — Connects to a computer
ออสซิลโลสโคปมี 4 ส่วนสำคัญ ดังนี้
An oscilloscope has 4 major sections as follows:
| ส่วนPart | ชื่อName | หน้าที่Function |
|---|---|---|
| A | วงจรขยายสัญญาณแกน YY-axis Amplifier Circuit | ขยายสัญญาณที่วัด ปรับ Volts/Division และ Y-PositionAmplifies measured signal; adjusts Volts/Division and Y-Position |
| B | วงจรแกน X / Time BaseX-axis / Time Base Circuit | ปรับ Time/Division และ X-Position ควบคุมแกนเวลาAdjusts Time/Division and X-Position; controls the time axis |
| C | ปืนยิงอิเล็กตรอน (Electron Gun)Electron Gun | สร้างและยิงลำอิเล็กตรอนให้หลอด CRT ทำงานGenerates and fires electron beam to operate the CRT tube |
| D | หลอดยิงรังสีแคโทด (CRT)Cathode Ray Tube (CRT) | รับลำอิเล็กตรอนและแสดงผลบนจอเคลือบสารฟอสเฟอร์Receives electron beam and displays output on phosphor-coated screen |
Tektronix TDS2024 เป็น Digital Storage Oscilloscope (DSO) 4 ช่องสัญญาณ มีปุ่มและส่วนควบคุมสำคัญดังนี้
The Tektronix TDS2024 is a 4-channel Digital Storage Oscilloscope (DSO) with the following key controls:
| # | ปุ่ม/ส่วนควบคุมButton / Control | หน้าที่Function |
|---|---|---|
| 1 | POWER | เปิด/ปิดเครื่อง แสดง Grid และค่าเริ่มต้น Volts/Div = 1V, Time/Div = 2mSPower on/off; displays grid with default Volts/Div = 1V, Time/Div = 2mS |
| 2 | VOLT/DIV | ปรับสเกลแรงดัน ย่าน 2mV – 100V/DivAdjusts voltage scale, range 2mV – 100V/Div |
| 3 | POSITION (Y) | ปรับเส้นอ้างอิง GND ขึ้น/ลงAdjusts GND reference line up/down |
| 4 | CH1 MENU | ปุ่มเลือกเมนูช่องสัญญาณ 1 (DSO 4 ช่อง มี 4 ปุ่มลักษณะนี้)Opens channel 1 menu (4-channel DSO has 4 such buttons) |
| 5 | TIME/DIV | ปรับสเกลเวลา ย่าน 2.5nS – 50S/DivAdjusts time scale, range 2.5nS – 50S/Div |
| 6 | POSITION (X) | ปรับเส้นอ้างอิงแกนเวลา ซ้าย/ขวาAdjusts time-axis reference line left/right |
| 7 | RUN / STOP | กดให้สัญญาณหยุดแสดง หรือวิ่งต่อเนื่องToggles between continuous capture and frozen display |
| 8 | SINGLE | จับภาพสัญญาณเพียงหนึ่งจอแล้วหยุด (Single-shot)Captures a single screen of signal then stops (Single-shot mode) |
| 9 | AUTOSET | ปรับ Volt/Div และ Time/Div อัตโนมัติให้เห็นสัญญาณชัดเจนAutomatically adjusts Volt/Div and Time/Div for clear signal display |
| 10 | Probe Check / Cal | สอบเทียบสายโปรบ ต่อ BNC ที่ CH1 แล้วคีบปลายโปรบที่จุดอ้างอิงCalibrates probe compensation; connect BNC to CH1 and clip probe tip to reference point |
| 11 | TRIGGER | ตั้งจุดกระตุ้นเพื่อทำให้ภาพสัญญาณนิ่งSets trigger level to stabilize the waveform display |
| 12 | Probe (สายวัด)Probe (Test Lead) | BNC plug เชื่อมต่อที่ CH1–CH4 วัดได้พร้อมกัน 4 ช่องBNC plug connects to CH1–CH4; measures up to 4 channels simultaneously |
🎯 การทริก (Trigger)Trigger
กำหนด "จุดเริ่มวาดภาพ" ของแต่ละรอบให้ตรงกัน ทำให้คลื่นซ้อนทับกันจนภาพ นิ่ง ไม่เลื่อนไปมา
Defines the "start point" of each sweep so cycles overlap and the waveform appears stable instead of drifting.
- Edge Trigger: เริ่มวาดเมื่อสัญญาณตัดผ่านระดับ Level ที่ตั้ง — ขาขึ้น (Rising ↗) หรือขาลง (Falling ↘)
- ตั้ง Level ผิด (สูง/ต่ำกว่ายอดคลื่น) → ภาพวิ่งไม่นิ่ง
- โหมด: Auto (วาดตลอด) • Normal (วาดเมื่อมีทริกเท่านั้น) • Single (จับครั้งเดียว)
- Edge Trigger: starts when the signal crosses the set Level — Rising ↗ or Falling ↘
- Wrong Level (above/below the peak) → the trace keeps drifting
- Modes: Auto (always draws) • Normal (only on trigger) • Single (one capture)
🔌 สายโปรบ ×1 / ×10Probe ×1 / ×10
สาย Probe มีสวิตช์เลือกอัตราลดทอนสัญญาณ
The probe has a switch to select its attenuation ratio.
- ×1: ส่งสัญญาณตรงๆ ใช้กับสัญญาณเล็ก แต่ bandwidth ต่ำ และโหลดวงจรมาก
- ×10: ลดทอน 10 เท่า → วัดแรงดันสูงได้ bandwidth สูง โหลดวงจรน้อย (แนะนำ)
- ⚠ กับดัก: ใช้ ×10 ต้องตั้งสโคปเป็น ×10 ด้วย ไม่งั้นอ่านค่าผิด 10 เท่า
- ปรับ Probe Comp (trimmer) ให้คลื่นสี่เหลี่ยมขอบตรง ไม่โค้ง
- ×1: passes the signal directly; for small signals but low bandwidth and heavy circuit loading
- ×10: attenuates ×10 → measure higher voltage, higher bandwidth, light loading (recommended)
- ⚠ Trap: using ×10 requires setting the scope to ×10 too, or readings are off by 10×
- Adjust Probe Comp (trimmer) so square waves have flat, square edges
🔀 Coupling: AC / DC / GNDCoupling: AC / DC / GND
เลือกวิธีต่อสัญญาณเข้าวงจรขยายแกน Y
Selects how the signal is coupled into the Y-axis amplifier.
- DC: แสดงทั้งส่วน DC + AC — เห็น offset จริงของสัญญาณ
- AC: ตัดส่วน DC ออก เหลือเฉพาะ AC — เหมาะดู ripple เล็กๆ บนไฟ DC
- GND: ตัดสัญญาณ แสดงเส้น 0V เพื่อหาตำแหน่งอ้างอิงก่อนวัด
- DC: shows DC + AC together — reveals the signal's true offset
- AC: blocks DC, shows only AC — ideal for small ripple on a DC supply
- GND: disconnects input, shows the 0V line to set a reference before measuring
สูตรคำนวณแรงดัน
Voltage Formulas
A = จำนวน Division จากศูนย์ถึงยอดคลื่น
A = number of divisions from center to peak
สูตรคำนวณเวลาและความถี่
Time and Frequency Formulas
T = คาบเวลา 1 ไซเกิล (Period)
T = period of one complete cycle
สูตร Duty Cycle
Duty Cycle Formula
ton = ช่วงเวลาที่สัญญาณอยู่ระดับสูง (สำคัญกับคลื่นสี่เหลี่ยม/พัลส์)
ton = time the signal stays high (key for square/pulse waves)
ภาพจำลองหน้าจอออสซิลโลสโคป: คลื่นไซน์ Volts/div=10V, Time/div=2mS Simulated oscilloscope screen: sine wave, Volts/div=10V, Time/div=2mS
ตัวอย่างที่ 1 — แรงดัน AC
Example 1 — AC Voltage
Volts/div = 10V, Time/div = 2mS, Peak = 3.4 div
Volts/div = 10V, Time/div = 2mS, Peak = 3.4 div
ตัวอย่างที่ 2 — ความถี่
Example 2 — Frequency
Time/div = 2mS, คลื่น 1 ไซเกิล = 10 div
Time/div = 2mS, 1 cycle spans 10 divisions
ตัวอย่างที่ 3 — แรงดัน DC
Example 3 — DC Voltage
Volts/div = 5V, เส้นสัญญาณอยู่สูงกว่า GND 2.15 div (DC)
Volts/div = 5V, signal line is 2.15 div above GND (DC)
ตัวอย่างที่ 4 — Duty Cycle / ความกว้างพัลส์
Example 4 — Duty Cycle / Pulse Width
Time/div = 0.5mS, คลื่นสี่เหลี่ยม: ช่วง High = 3 div, คาบเต็ม = 8 div
Time/div = 0.5mS, square wave: High = 3 div, full period = 8 div
ปรับ Volts/div และ Time/div เพื่อจัดคลื่นให้พอดีจอ แล้วสังเกตว่า — แม้สเกลเปลี่ยน แต่ค่าจริง (Vp, f) ไม่เปลี่ยน เพราะ ค่าจริง = จำนวนช่อง × สเกล • กด 🎲 เพื่อสุ่มสัญญาณใหม่
Adjust Volts/div and Time/div to frame the wave, then notice — even as the scale changes, the real values (Vp, f) stay the same, because value = divisions × scale • press 🎲 for a new signal.
นอกจากการวัดรูปคลื่นเทียบกับเวลาแล้ว ออสซิลโลสโคปยังใช้งานใน โหมด X-Y ได้ คือให้แกนนอนแสดงสัญญาณจาก Channel X และแกนตั้งแสดงสัญญาณจาก Channel Y แทนแกนเวลา วงจร Octopus (Curve Tracer) อาศัยโหมดนี้วาด กราฟคุณลักษณะ I-V ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อตรวจสอบว่าอุปกรณ์ดีหรือเสีย
Besides plotting waveforms against time, an oscilloscope can also operate in X-Y mode, where the horizontal axis shows the Channel X signal and the vertical axis shows the Channel Y signal instead of time. The Octopus circuit (Curve Tracer) uses this mode to draw the I-V characteristic curve of an electronic component, making it easy to check whether the component is good or faulty.
แผนผังวงจร Octopus: หม้อแปลงลดแรงดันเป็น 12Vac — Channel X (น้ำเงิน) วัดแรงดันคร่อม DUT, Channel Y (เขียว) วัดแรงดันคร่อม R₁ ซึ่งแทนกระแส → จอแสดงกราฟ I-V Octopus circuit diagram: transformer steps down to 12Vac — Channel X (blue) measures voltage across the DUT, Channel Y (green) measures voltage across R₁ representing current → the screen plots the I-V curve
หลักการทำงาน
How It Works
แนวคิดหลัก: ให้จุดแสงบนจอ "วิ่งตาม" อุปกรณ์ที่ทดสอบ — เลื่อนซ้าย-ขวาตามแรงดัน และขึ้น-ลงตามกระแส พร้อมกัน จุดแสงจึงวาดกราฟ I-V ออกมาให้เอง
Key idea: make the dot on screen "follow" the component under test — moving left-right with voltage and up-down with current at the same time, so the dot draws the I-V curve by itself.
- ลองหลายแรงดันอัตโนมัติ: ไฟ 12Vac แกว่งจากบวกไปลบสลับกัน 50 ครั้งต่อวินาที เท่ากับ "ทดลองจ่ายแรงดันหลายๆ ค่า" ให้อุปกรณ์โดยไม่ต้องหมุนปรับเอง
- ซ้าย-ขวา = แรงดัน: Channel X วัดแรงดันคร่อมอุปกรณ์โดยตรง — แรงดันยิ่งมาก จุดยิ่งเลื่อนไปทางขวา
- ขึ้น-ลง = กระแส: สโคปวัดกระแสตรงๆ ไม่ได้ จึงใช้เคล็ดลับ ให้กระแสไหลผ่าน R₁ = 1kΩ แล้ววัดแรงดันคร่อม R₁ แทน — กระแสยิ่งมาก แรงดันคร่อม R₁ ยิ่งมาก จุดยิ่งเลื่อนขึ้นสูง (I = VR1 ÷ 1kΩ)
- เห็นเป็นเส้นนิ่ง: จุดแสงวิ่งวาดซ้ำเร็วมาก (50 รอบ/วินาที) ตาเราจึงเห็นเป็นเส้นโค้งนิ่งๆ — รูปร่างของเส้นบอกได้ทันทีว่าอุปกรณ์เป็นชนิดไหน ดีหรือเสีย
- Try many voltages automatically: the 12Vac swings from positive to negative 50 times per second — like testing the component at many different voltages without turning any knob
- Left-right = voltage: Channel X measures the voltage across the component directly — higher voltage pushes the dot further right
- Up-down = current: a scope cannot measure current directly, so we use a trick: let the current flow through R₁ = 1kΩ and measure the voltage across R₁ instead — more current means more voltage across R₁, pushing the dot higher (I = VR1 ÷ 1kΩ)
- A steady curve appears: the dot retraces the path very fast (50 times per second), so your eye sees a steady curve — its shape instantly tells you what the component is and whether it is good or faulty
แกน X (นอน) = แรงดัน (V) — ขวาคือบวก ซ้ายคือลบ
แกน Y (ตั้ง) = กระแส (I) — บนคือบวก ล่างคือลบ
รูปร่างของเส้นกราฟบอกชนิดและสภาพของอุปกรณ์ได้ทันที
X-axis (horizontal) = Voltage (V) — right is positive, left is negative
Y-axis (vertical) = Current (I) — up is positive, down is negative
The curve shape immediately reveals the component type and condition
🔬 ทดลองเสมือน: I-V Curve Simulator
🔬 Virtual Lab: I-V Curve Simulator
เลือกอุปกรณ์ที่นำมาทดสอบ แล้วดูลำแสงวาดกราฟ I-V สดบนจอ เหมือนต่อวงจร Octopus กับออสซิลโลสโคปจริง (คำนวณจากแหล่งจ่าย 12Vac อนุกรมกับ R₁ = 1kΩ ตามวงจรด้านบน)
Select a component and watch the beam trace its I-V curve live, just like a real Octopus circuit (computed from a 12Vac source in series with R₁ = 1kΩ, per the circuit above).
ลำอิเล็กตรอนวาดสัญญาณลงจอทันที เหมือนปากกาเขียนบนกระดาษ — เห็นสัญญาณสดๆ แต่หยุดภาพไว้ดูไม่ได้ สัญญาณผ่านแล้วผ่านเลย The electron beam draws the signal on screen instantly, like a pen on paper — you see it live, but you cannot freeze the picture; once it passes, it is gone.
แปลงสัญญาณเป็นตัวเลขเก็บไว้ก่อน แล้วค่อยแสดงบนจอ เหมือนถ่ายวิดีโอ — จึงหยุดดู ย้อนดู และให้เครื่องวัดค่าให้อัตโนมัติได้ Converts the signal into numbers and stores it before displaying, like recording a video — so you can pause, replay, and let the scope measure values automatically.
| เปรียบเทียบCompare | Analog (CRT) | Digital (DSO) |
|---|---|---|
| จอภาพScreen | หลอดภาพ CRTCRT tube | จอ LCDLCD display |
| หยุดภาพ / บันทึกFreeze / Save | ❌ ไม่ได้❌ No | ✅ ได้ — กด RUN/STOP และเก็บเป็นไฟล์ได้✅ Yes — press RUN/STOP and save to file |
| วัดค่าอัตโนมัติ (Vpp, f, RMS)Auto measure (Vpp, f, RMS) | ❌ ต้องนับช่องคำนวณเอง❌ Count divisions manually | ✅ กดปุ่มเดียว เครื่องคำนวณให้✅ One button, scope calculates |
| ราคาPrice | ถูกกว่าCheaper | แพงกว่า แต่คุ้มค่ากว่าMore expensive but more capable |
สรุป: ปัจจุบันห้องปฏิบัติการใช้ DSO เป็นหลัก (เช่น Tektronix TDS2024) ส่วนแบบ Analog/CRT เรียนไว้เพื่อเข้าใจหลักการกำเนิดภาพบนจอ
Summary: Modern labs mainly use DSOs (such as the Tektronix TDS2024), while the Analog/CRT type is studied to understand how the image is formed on screen.