// บทที่ 12.3 · แล็บ FG + สโคป · Oscilloscope

ออสซิลโลสโคป: V/div Time/div ทริกเกอร์ โพรบ และแบนด์วิดท์

ออสซิลโลสโคปคือเครื่องวาดกราฟแรงดันเทียบเวลา แกนตั้งคือโวลต์ แกนนอนคือเวลา ปุ่มบนเครื่องดูมากแต่แบ่งได้แค่สี่กลุ่ม: แนวตั้ง แนวนอน ทริกเกอร์ และการวัด หน้านี้อธิบายทีละกลุ่ม พร้อมเรื่องที่ทำให้ค่าผิดโดยไม่รู้ตัว คือโพรบ แบนด์วิดท์ และอัตราสุ่ม ปิดท้ายด้วยความปลอดภัยเรื่องกราวด์ที่ทุกคนต้องรู้ สูตรใช้รหัส O

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 12 ต.ค. 2569

ตั้งสโคปจากศูนย์ 7 ขั้น ภาพไม่นิ่ง โพรบ 10× แบนด์วิดท์ กราวด์ปลอดภัย

สรุปใน 30 วินาที

ค่าบนจอ = จำนวนช่อง × ค่าต่อช่อง: $V = N_{div}\cdot V/div$ , $t = N_{div}\cdot t/div$
ภาพไม่นิ่ง → แก้ที่ทริกเกอร์: เลือกช่องที่ถูก ตั้งระดับไว้กลางสัญญาณ (ปุ่ม 50%)
ใช้โพรบ 10× เป็นค่าเริ่มต้น ตั้งเมนูโพรบให้ตรง และชดเชยโพรบกับขั้ว Probe Comp ก่อนใช้
แบนด์วิดท์ ≥ 5 เท่าของความถี่ที่วัด · อัตราสุ่มจริง $= N/(10\,t_{div})$ ต้องมากกว่า 2 เท่าของความถี่สูงสุด
คลิปกราวด์โพรบคือสายดิน หนีบที่กราวด์ของวงจรเท่านั้น

ระดับพื้นฐาน ม.ปลาย · ปวส. · ปี 1กลาง ป.ตรี วิศวกรรมขั้นสูง ป.โท · งานวิจัย

อ่านค่าจากจอ: กราติคูล V/div และ Time/div พื้นฐาน

จอสโคปแบ่งเป็นตาราง 10 ช่องแนวนอนและ 8 ช่องแนวตั้ง แต่ละช่องเรียกว่า division (div) แบ่งย่อยอีก 5 ขีดบนเส้นกลาง ตัวเลขที่มุมจอบอกว่าหนึ่งช่องมีค่าเท่าไร เช่น CH1 500 mV คือแนวตั้ง 1 ช่อง = 0.5 V และ H 200 µs คือแนวนอน 1 ช่อง = 200 µs การอ่านค่าจึงมีแค่ “นับช่องแล้วคูณ”

ไซน์สูงยอดถึงยอด 4 ช่องที่ 500 mV/div คือ 2 Vpp คาบ 5 ช่องที่ 200 µs/div คือ 1 ms หรือ 1 kHz

O1 Voltage from divisions แรงดันจากจำนวนช่อง

V = N_{div}\times (V/div)

ค่า V/div ที่จอแสดงรวมอัตราส่วนโพรบไว้แล้ว ถ้าตั้งเมนูโพรบถูกต้อง O16

O2 Time and frequency from divisions เวลาและความถี่จากจำนวนช่อง

t = N_{div}\times (t/div), \qquad f = \frac{1}{T}

O3 Screen window and choosing time/div เวลาทั้งจอและการเลือก Time/div

T_{win} = 10\,(t/div), \qquad t/div \approx \frac{n\,T}{10}

ให้เห็น $n = 2$ ถึง 3 คาบ ถ้า 1 kHz (T = 1 ms) ใช้ราว 200–500 µs/div

O4 Vertical resolution (8-bit) ความละเอียดแนวตั้ง

\Delta V_{LSB} \approx \frac{V/div}{25}

ADC 8 บิตมี 256 ระดับ กระจายราว 25 ระดับต่อช่อง ภาพที่สูงแค่ 1 ช่องจึงมีเพียง 25 ระดับ ควรปรับ V/div ให้สัญญาณสูง 5–7 ช่อง

ตัวอย่าง O-1 · อ่านค่าจากจอ

ตั้ง 1 V/div และ 0.5 ms/div ภาพไซน์สูงยอดถึงยอด 5.6 ช่อง หนึ่งคาบยาว 3.6 ช่อง หา Vpp, Vrms และความถี่

แรงดัน O1
$V_{pp} = 5.6 \times 1 = 5.6\ \text{V}$
RMS ของไซน์ W7
$V_{rms} = \frac{V_{pp}}{2\sqrt2} = \frac{5.6}{2.828} = 1.98\ \text{V}$
คาบและความถี่ O2
$T = 3.6 \times 0.5 = 1.8\ \text{ms}, \qquad f = \frac{1}{1.8\times10^{-3}} = 555.6\ \text{Hz}$

5.6 Vpp, 1.98 Vrms, 555.6 Hz · การอ่านจากกราติคูลคลาดเคลื่อนได้ราว ±0.1 ช่อง ถ้าต้องการละเอียดกว่านี้ใช้เคอร์เซอร์หรือการวัดอัตโนมัติ ดู ความคลาดเคลื่อนในการอ่าน

ลองเอง: หมุน Time/div และ V/div แล้วดูว่าภาพเปลี่ยน แต่ค่าที่วัดได้ไม่เปลี่ยน เพราะสัญญาณจริงยังเหมือนเดิม

ภาคแนวตั้ง: V/div ตำแหน่ง และคัปปลิง AC DC GND พื้นฐาน

แต่ละช่อง (CH1, CH2) มีปุ่มชุดเดียวกัน V/div ขยายหรือย่อภาพในแนวตั้งตามลำดับ 1–2–5 ส่วน Position เลื่อนภาพขึ้นลงโดยไม่เปลี่ยนค่าจริง เมนูของช่องมีสามตัวเลือกสำคัญ

คัปปลิง	สิ่งที่เข้าเครื่องวัด	ใช้เมื่อ
DC	สัญญาณทั้งหมด รวมระดับ DC	ค่าเริ่มต้นสำหรับทุกงาน อยากรู้ระดับจริง ลอจิก PWM แหล่งจ่าย
AC	ผ่านตัวเก็บประจุ ตัดค่าเฉลี่ยออก	ดูริปเปิลเล็ก ๆ ที่ขี่อยู่บน DC ใหญ่ เช่น ริปเปิล 50 mV บนไฟ 12 V
GND	ตัดสัญญาณ ต่ออินพุตลงกราวด์ภายใน	หาตำแหน่งเส้น 0 V บนจอก่อนวัด

คัปปลิง AC มีตัวเก็บประจุอนุกรมกับความต้านทานอินพุต 1 MΩ จึงเป็นวงจรกรองสูงผ่าน ความถี่ต่ำมากถูกลดทอน คลื่นสี่เหลี่ยมความถี่ต่ำจะเห็นยอดเอียง (tilt) ทั้งที่สัญญาณจริงแบนราบ นักศึกษาหลายคนสรุปผิดว่าวงจรเสีย จริง ๆ แล้วเกิดจากสโคปเอง

สัญญาณเดียวกัน วัดด้วยคัปปลิง DC และ AC ที่ความถี่ต่ำ ยอดที่เอียงในภาพขวาเกิดจากตัวเก็บประจุคัปปลิงของสโคป

O5 AC-coupling low cutoff ความถี่ตัดต่ำของคัปปลิง AC

f_L = \frac{1}{2\pi R_{in} C_c}

ทั่วไปราว 5–10 Hz เมื่อใช้โพรบ 1× และต่ำลงราว 10 เท่าเมื่อใช้โพรบ 10× เพราะความต้านทานรวมเป็น 10 MΩ

O6 Square-wave tilt ยอดเอียงของคลื่นสี่เหลี่ยม

\text{tilt} = 1 - e^{-T/(2\tau)} \approx \frac{\pi f_L}{f},\quad \tau = \frac{1}{2\pi f_L}

ค่าประมาณใช้ได้เมื่อ tilt น้อยกว่าราว 10 % ใช้สูตรเดียวกันหาความถี่ตัดต่ำของเครื่องขยายได้ X11

ตัวอย่าง O-2 · ยอดเอียงจากคัปปลิง AC

วัดคลื่นสี่เหลี่ยม 50 Hz ด้วยคัปปลิง AC โพรบ 10× ที่มี $f_L = 0.7$ Hz ยอดจะเอียงกี่เปอร์เซ็นต์

สูตรประมาณ O6
$\text{tilt} \approx \frac{\pi \times 0.7}{50} = 0.044 = 4.4\ \%$
ตรวจด้วยสูตรเต็ม
$\tau = \frac{1}{2\pi(0.7)} = 0.227\ \text{s},\quad 1 - e^{-0.01/0.227} = 4.3\ \%$

ราว 4.3 % ถ้าใช้โพรบ 1× ( $f_L \approx 7$ Hz) จะเอียงถึงราว 36 % เห็นได้ชัด วิธีแก้คือกลับไปใช้คัปปลิง DC แล้วเลื่อน Position แทน

ลองเอง: CH1 ใช้คัปปลิง DC ส่วน CH2 ใช้ AC ทั้งคู่ใช้โพรบ 1× ลดความถี่ลงแล้วดูยอดของ CH2 เอียงมากขึ้น

BW Limit 20 MHz ในเมนูช่องคือตัวกรองต่ำผ่านภายใน ใช้ตัดนอยส์ความถี่สูงเมื่อดูสัญญาณช้า เช่น ริปเปิลแหล่งจ่าย แต่ห้ามเปิดเมื่อวัดขอบสัญญาณเร็ว Invert กลับขั้วภาพ ใช้คู่กับ Math เมื่อวัดผลต่างสองจุด

ภาคแนวนอน: Time/div ตำแหน่ง และความยาวบันทึก พื้นฐาน

Time/div กำหนดว่าจอกว้างกี่วินาที ( $10 \times t/div$ ) ส่วน Horizontal Position เลื่อนดูก่อนหรือหลังจุดทริกเกอร์ จุดทริกเกอร์คือสามเหลี่ยมเล็ก ๆ ด้านบนจอ ปกติอยู่กลางจอ เราจึงเห็นทั้งสิ่งที่เกิดก่อนและหลังเหตุการณ์ ซึ่งเป็นความสามารถเฉพาะของสโคปแบบดิจิทัล

ความถี่สัญญาณ	คาบ	Time/div ที่เห็นราว 2–5 คาบ
50 Hz (ไฟบ้าน)	20 ms	5–10 ms
1 kHz (เสียง)	1 ms	200–500 µs
40 kHz (อัลตราโซนิก)	25 µs	5–10 µs
100 kHz (สวิตชิงซัพพลาย)	10 µs	2–5 µs
1 MHz	1 µs	200–500 ns
16 MHz (คริสตัลไมโครคอนโทรลเลอร์)	62.5 ns	10–20 ns

สโคปดิจิทัลเก็บข้อมูลเป็นจำนวนจุดจำกัด (record length) เช่น 10,000 จุด เมื่อเปลี่ยน Time/div เครื่องจะเปลี่ยนอัตราสุ่มตาม เพื่อให้จุดทั้งหมดพอดีจอ นี่คือที่มาของปัญหาอเลียสซิงในหัวข้อ อัตราสุ่ม

O11 Actual sample rate อัตราสุ่มจริงตามความยาวบันทึก

f_s = \min\!\left(f_{s,max},\ \frac{N}{10\,(t/div)}\right)

ตัวอย่าง 10 kpts ที่ 200 µs/div: $10^4/(2\times10^{-3}) = 5$ MSa/s แม้สเปกจะเขียน 1 GSa/s

เมื่อ Time/div ช้ากว่าราว 50–100 ms/div สโคปส่วนใหญ่เข้าโหมด Roll วาดภาพเลื่อนจากขวาไปซ้ายแบบเครื่องบันทึกกราฟ ไม่ต้องรอทริกเกอร์ เหมาะกับสัญญาณช้า เช่น การชาร์จตัวเก็บประจุค่าใหญ่ หรืออุณหภูมิจากเซนเซอร์

ทริกเกอร์: ทำให้ภาพนิ่ง พื้นฐาน

สโคปวาดภาพซ้ำหลายสิบครั้งต่อวินาที ถ้าแต่ละครั้งเริ่มที่เวลาสุ่ม ภาพจะซ้อนกันจนอ่านไม่ได้ ทริกเกอร์คือกฎว่า “เริ่มวาดเมื่อสัญญาณช่องนี้ข้ามระดับนี้ในทิศนี้” ทุกภาพจึงเริ่มที่จุดเดียวกันบนรูปคลื่น ภาพจึงนิ่ง

ทริกเกอร์ขอบขึ้นที่ระดับ 0 V: สโคปเริ่มภาพทุกครั้งที่สัญญาณตัดเส้นสีส้มขาขึ้น จุดนั้นวางไว้กลางจอ

การตั้งค่า	ตัวเลือก	คำแนะนำ
Source (แหล่ง)	CH1, CH2, EXT, AC Line	เลือกช่องที่มีสัญญาณชัดที่สุด หรือ EXT ต่อจาก SYNC ของเครื่องกำเนิดสัญญาณ AC Line ใช้ดูสัญญาณที่สัมพันธ์กับไฟบ้าน
Slope (ขอบ)	ขึ้น ↑ / ลง ↓	ใช้ขอบลงเมื่ออยากดูเหตุการณ์หลังสัญญาณตก เช่น ลอจิก active-low
Level (ระดับ)	แรงดันที่ใช้ตัดสิน	ต้องอยู่ภายในช่วงสัญญาณ ปุ่ม 50% ตั้งให้อัตโนมัติ
Mode: Auto	ไม่มีทริกเกอร์ก็วาดเอง	เริ่มต้นใช้โหมดนี้ เห็นเส้นเสมอ แต่ภาพจะวิ่งถ้าทริกเกอร์ไม่ได้
Mode: Normal	วาดเฉพาะเมื่อทริกเกอร์	ใช้กับสัญญาณที่เกิดไม่สม่ำเสมอ ภาพค้างที่ครั้งล่าสุด ถ้าไม่มีสัญญาณจอจะว่าง
Mode: Single	จับครั้งเดียวแล้วหยุด	จับเหตุการณ์ครั้งเดียว เช่น กดปุ่มแล้วดูการเด้งของหน้าสัมผัส (bounce)
Holdoff	เวลาห้ามทริกเกอร์ซ้ำ	ใช้กับสัญญาณที่มีหลายขอบในหนึ่งชุด เช่น ข้อมูลอนุกรม ให้ภาพเริ่มที่ขอบแรกของชุดทุกครั้ง
Coupling ของทริกเกอร์	DC, AC, HF Reject, LF Reject, Noise Reject	มีนอยส์มาก → Noise Reject หรือ HF Reject (ทริกเกอร์มีฮิสเทอรีซิสเหมือนชมิตต์ทริกเกอร์)

ลองเอง: ระดับทริกเกอร์ตั้งไว้ 2.5 V แต่สัญญาณสูงสุดแค่ 1 V ภาพจึงวิ่ง หมุน Trigger level ลงมาให้อยู่ในช่วงสัญญาณ แล้วลองเปลี่ยนเป็นขอบลงและโหมด Normal

เคล็ดลับจากโต๊ะแล็บ: สัญญาณจากวงจรที่มีนอยส์หรือรูปร่างเปลี่ยน เช่น ขาออกวงจรกรอง ให้ทริกเกอร์จากสัญญาณขาเข้า (CH1) หรือจาก SYNC ของเครื่องกำเนิดสัญญาณผ่าน EXT แทน ภาพทุกช่องจะนิ่งพร้อมกันและเทียบเฟสกันได้ถูกต้อง ดู ขั้ว SYNC

โพรบ 1× และ 10× และการชดเชยโพรบ พื้นฐาน กลาง

โพรบไม่ใช่สายไฟธรรมดา โพรบ 10× มีตัวต้านทาน 9 MΩ ที่ปลาย เมื่ออนุกรมกับ 1 MΩ ของสโคปจึงเป็นตัวแบ่งแรงดัน 10:1 ข้อดีคือวงจรเห็นโหลด 10 MΩ แทน 1 MΩ และเห็นความจุน้อยลงมาก แต่ตัวแบ่งแรงดันที่มีความจุของสายและอินพุตปนอยู่จะแบ่งเท่ากันทุกความถี่ก็ต่อเมื่อค่าคงตัวเวลาสองฝั่งเท่ากัน จึงต้องมีตัวเก็บประจุปรับค่าได้ (ทริมเมอร์) ไว้ปรับให้พอดี เรียกว่าการชดเชยโพรบ

วงจรของโพรบ 10× และภาพคลื่นสี่เหลี่ยมจากขั้ว Probe Comp เมื่อชดเชยขาด พอดี และเกิน ไขทริมเมอร์จนมุมคมและยอดแบน

คุณสมบัติ	โพรบ 1×	โพรบ 10×
ลดทอน	ไม่ลด	ลด 10 เท่า (ต้องตั้งเมนูเป็น 10×)
ความต้านทานที่วงจรเห็น	1 MΩ	10 MΩ
ความจุที่วงจรเห็น	ราว 80–120 pF (สาย + อินพุต)	ราว 10–15 pF
แบนด์วิดท์	ราว 6–10 MHz	100–500 MHz ตามรุ่น
สัญญาณเล็กสุดที่ดีได้	ดีกว่า (ไม่โดนลดทอน)	นอยส์ของสโคปขยาย 10 เท่า
แรงดันสูงสุด	ตามสเปกสโคป	สูงกว่า (ดูพิกัดบนตัวโพรบ)
ใช้เมื่อ	สัญญาณ mV ความถี่ต่ำ เช่น ริปเปิลเล็กมาก	งานทั่วไปเกือบทั้งหมด

O7 Probe compensation เงื่อนไขชดเชยโพรบ

R_1C_1 = R_2C_2, \qquad \frac{v_{scope}}{v_{tip}} = \frac{R_2}{R_1 + R_2} = \frac{1}{10}

ถ้า $R_1C_1 > R_2C_2$ ชดเชยเกิน มุมพุ่ง · ถ้าน้อยกว่า ชดเชยขาด มุมมน แอมพลิจูดที่ความถี่สูงผิด

O16 Probe-ratio setting ค่าบนจอเมื่อตั้งอัตราส่วนโพรบ

V_{display} = V_{true}\cdot\frac{k_{menu}}{k_{probe}}

สวิตช์โพรบ 10× แต่เมนูตั้ง 1× ค่าบนจอจะเล็กไป 10 เท่า สลับกันก็ใหญ่ไป 10 เท่า

O14 Probe loading โหลดที่โพรบใส่ให้วงจร

Z_{in} = R_{in}\,\Big\|\,\frac{1}{j\omega C_{in}}, \qquad |X_C| = \frac{1}{2\pi f C_{in}}

ความจุสำคัญกว่าความต้านทานเมื่อความถี่สูง ที่ 10 MHz โพรบ 1× (100 pF) มี $|X_C| \approx 159\ \Omega$

ตัวอย่าง O-3 · ค่าทริมเมอร์ที่ต้องปรับ

อินพุตสโคป 1 MΩ ∥ 15 pF สายโพรบมีความจุ 85 pF ต้องปรับ $C_1$ ที่ปลายโพรบ 9 MΩ เป็นเท่าไร

ความจุฝั่งสโคปรวม
$C_2 = 15 + 85 = 100\ \text{pF}$
เงื่อนไขชดเชย O7
$C_1 = \frac{R_2 C_2}{R_1} = \frac{1\ \text{M}\Omega \times 100\ \text{pF}}{9\ \text{M}\Omega} = 11.1\ \text{pF}$

ราว 11 pF วงจรจึงเห็นความจุอนุกรม $C_1$ กับ $C_2$ ≈ 10 pF ซึ่งน้อยกว่าโพรบ 1× เกือบ 10 เท่า ย้ายโพรบไปสโคปเครื่องอื่นหรือช่องอื่นต้องชดเชยใหม่ทุกครั้ง เพราะ $C_{in}$ ไม่เท่ากัน

ตัวอย่าง O-4 · โพรบเป็นโหลดของวงจร

จุดที่วัดมีความต้านทานแหล่ง 1 kΩ สัญญาณ 10 MHz ใช้โพรบ 1× (100 pF) เทียบกับ 10× (12 pF) ต่างกันอย่างไร

โพรบ 1× O14
$|X_C| = \frac{1}{2\pi(10^7)(100\times10^{-12})} = 159\ \Omega$
แรงดันที่เหลือ (ตัวแบ่ง RC)
$\frac{159}{\sqrt{1000^2 + 159^2}} = 0.157$
โพรบ 10×
$|X_C| = 1.33\ \text{k}\Omega, \qquad \frac{1330}{\sqrt{1000^2 + 1330^2}} = 0.80$

โพรบ 1× เห็นสัญญาณเหลือเพียง 16 % ของจริงและยังทำให้วงจรทำงานผิดไปด้วย ส่วนโพรบ 10× เหลือ 80 % จุดที่มีความต้านทานสูงและความถี่สูงต้องใช้โพรบแอกทีฟ (ความจุไม่กี่ pF)

ลองเอง: CH1 และ CH2 ต่อขั้ว Probe Comp ของสโคป โพรบ 1 ชดเชยเกิน โพรบ 2 ชดเชยขาด หมุนทริมเมอร์ของโพรบ 1 จนยอดแบนราบ

สายกราวด์ยาว = ภาพสั่นเกิน: สายกราวด์ปากจระเข้ยาว 15 cm มีความเหนี่ยวนำราว 150 nH รวมกับความจุของโพรบเกิดเรโซแนนซ์หลายสิบ MHz เห็นเป็นการแกว่งหลังขอบสัญญาณทั้งที่วงจรไม่ได้แกว่ง เมื่อวัดขอบเร็วให้ถอดปลอกโพรบแล้วใช้สปริงกราวด์สั้นแตะกราวด์ใกล้จุดวัดที่สุด

แบนด์วิดท์และเวลาขาขึ้น กลาง

แบนด์วิดท์ของสโคปคือความถี่ที่ไซน์ถูกลดทอนลง 3 dB (เหลือ 70.7 %) ไม่ใช่ความถี่สูงสุดที่วัดได้แม่น ภาคขยายของสโคปทำตัวเหมือนวงจรกรองต่ำผ่าน สัญญาณขอบเร็วจึงถูกทำให้ช้าลง ค่าเวลาขาขึ้นที่อ่านได้คือผลรวมของทุกส่วนในทางเดินสัญญาณ

เวลาขาขึ้นวัดจาก 10 % ถึง 90 % ของความสูงขั้น ใช้ระดับ 0 % และ 100 % ที่ “ฐาน” และ “ยอด” ของสัญญาณ ไม่ใช่ค่าสูงสุดต่ำสุดที่อาจมีการพุ่งเกิน

O8 Rise time ↔ bandwidth เวลาขาขึ้นกับแบนด์วิดท์

t_r \approx \frac{0.35}{BW}

มาจากวงจรอันดับหนึ่ง $t_r = 2.2\tau = 2.2/(2\pi f_c) = 0.35/f_c$ สโคปรุ่นใหม่บางรุ่นใช้ 0.4–0.45

O9 Measured rise time เวลาขาขึ้นที่สโคปแสดง

t_{r,meas} = \sqrt{t_{r,sig}^2 + t_{r,scope}^2 + t_{r,probe}^2}

หาค่าจริงกลับได้: $t_{r,sig} \approx \sqrt{t_{r,meas}^2 - t_{r,scope}^2 - t_{r,probe}^2}$ ใช้ได้ดีเมื่อสโคปเร็วกว่าสัญญาณพอสมควร

O10 Amplitude error near the bandwidth ความคลาดเคลื่อนแอมพลิจูด

\frac{V_{meas}}{V_{true}} \approx \frac{1}{\sqrt{1 + (f/BW)^2}}

ที่ $f = BW$ ค่าต่ำไป 29 % · $f = BW/3$ ต่ำไป 5 % · $f = BW/5$ ต่ำไป 2 % (แบบจำลองอันดับหนึ่ง)

ตัวอย่าง O-5 · สโคปทำให้ขอบช้าลงเท่าไร

สัญญาณจริงมีเวลาขาขึ้น 5 ns วัดด้วยสโคป 100 MHz และโพรบ 500 MHz จะอ่านได้เท่าไร

เวลาขาขึ้นของสโคปและโพรบ O8
$t_{scope} = \frac{0.35}{100\ \text{MHz}} = 3.5\ \text{ns},\quad t_{probe} = \frac{0.35}{500\ \text{MHz}} = 0.7\ \text{ns}$
รวมแบบรากกำลังสอง O9
$t_{meas} = \sqrt{5^2 + 3.5^2 + 0.7^2} = \sqrt{37.74} = 6.14\ \text{ns}$

อ่านได้ 6.1 ns สูงกว่าจริง 23 % ต้องใช้สโคปราว 350 MHz ขึ้นไปจึงจะคลาดเคลื่อนไม่เกินราว 3 %

ตัวอย่าง O-6 · ลืมสับสวิตช์โพรบ

วัดขอบ 10 ns แต่สวิตช์บนโพรบอยู่ที่ 1× (แบนด์วิดท์ 6 MHz) จะเห็นเท่าไร

เวลาขาขึ้นของโพรบ 1× O8
$t_{probe} = \frac{0.35}{6\ \text{MHz}} = 58\ \text{ns}$
รวม (ตัดค่าของสโคป 3.5 ns ซึ่งน้อยมาก) O9
$t_{meas} = \sqrt{10^2 + 58^2 + 3.5^2} = 59\ \text{ns}$

อ่านได้ราว 59 ns สิ่งที่เห็นคือความช้าของโพรบ ไม่ใช่ของวงจร ลองดูในสโคปจำลองด้านล่าง CH1 ใช้โพรบ 10× ส่วน CH2 ใช้ 1× สัญญาณ 1 MHz เดียวกัน

อัตราสุ่ม อเลียสซิง และความละเอียด กลาง ขั้นสูง

สโคปดิจิทัลไม่ได้เห็นสัญญาณต่อเนื่อง มันวัดเป็นจุด ๆ ตามอัตราสุ่ม ถ้าสุ่มช้ากว่าสองเท่าของความถี่สัญญาณ จุดที่ได้จะเรียงตัวเป็นรูปคลื่นที่ช้ากว่าความจริง เรียกว่าอเลียสซิง (aliasing) อันตรายตรงที่ภาพดูนิ่งและสวย แต่ความถี่ผิดทั้งหมด

สุ่มช้าเกินไป: สัญญาณ 9 รอบถูกสุ่ม 10 จุด สโคปจึงวาดไซน์ 1 รอบ ซึ่งไม่มีอยู่จริง

O12 Nyquist criterion and alias frequency เงื่อนไขไนควิสต์และความถี่อเลียส

f_s > 2 f_{max}, \qquad f_{alias} = \left| f - k f_s \right|,\ k = \text{round}\!\left(\tfrac{f}{f_s}\right)

ในทางปฏิบัติสโคปต้องการ $f_s \ge 2.5$ –5 เท่าของแบนด์วิดท์ จึงจะวาดรูปคลื่นได้เนียน

ตัวอย่าง O-7 · ภาพนิ่งแต่ความถี่ผิด

สัญญาณ 1.00002 MHz ดูที่ 5 ms/div สโคปมีหน่วยความจำ 10,000 จุด จะเห็นความถี่เท่าไร

อัตราสุ่มจริง O11
$f_s = \frac{10\,000}{10 \times 5\ \text{ms}} = 200\ \text{kSa/s}$
หาความถี่อเลียส O12
$k = \text{round}\!\left(\frac{1\,000\,020}{200\,000}\right) = 5,\quad f_{alias} = |1\,000\,020 - 1\,000\,000| = 20\ \text{Hz}$

สโคปแสดงไซน์ 20 Hz หนึ่งรอบเต็มจอ ทั้งที่สัญญาณจริง 1 MHz วิธีป้องกัน: เริ่มที่ Time/div เร็ว ๆ เสมอ หรือกด AUTO ก่อน แล้วค่อยหมุนออก ลองในสโคปจำลอง หมุน Time/div ลงจน 1 µs/div จะเห็นความถี่จริง

ความละเอียดแนวตั้ง สโคปทั่วไปใช้ ADC 8 บิต O4 เมื่อดูสัญญาณเล็กบนระดับ DC ใหญ่ เช่น ริปเปิล 20 mV บนไฟ 12 V ด้วยคัปปลิง DC ที่ 2 V/div หนึ่งระดับ ADC มีค่า 80 mV จึงมองไม่เห็นริปเปิลเลย ให้ใช้คัปปลิง AC แล้วตั้ง 10 mV/div หรือใช้ออฟเซตของช่องดึงภาพลงแทน สโคปรุ่นใหม่บางรุ่นใช้ 12 บิตหรือโหมด High-Res ที่เฉลี่ยจุดใกล้กันเพื่อเพิ่มความละเอียด

การวัดอัตโนมัติและเคอร์เซอร์ พื้นฐาน

ปุ่ม Measure คำนวณค่าจากจุดข้อมูลบนจอ ละเอียดกว่าการนับช่องมาก แต่ต้องรู้ว่าแต่ละค่านิยามอย่างไร และเมื่อไรที่เชื่อไม่ได้

ค่า	นิยาม	ข้อควรระวัง
Vpp, Vmax, Vmin	สูงสุด − ต่ำสุดของจุดทั้งหมด	รวมนอยส์และสไปก์ จึงสูงกว่าค่าจริงเล็กน้อย
Vtop, Vbase, Vamp	ระดับที่พบบ่อยที่สุดด้านบนและด้านล่าง (ฮิสโทแกรม)	ใช้กับคลื่นสี่เหลี่ยมและพัลส์ ไม่สนใจการพุ่งเกิน
Vavg (Mean)	ค่าเฉลี่ย = ระดับ DC W6	ควรเฉลี่ยเต็มจำนวนคาบ (เมนู Cycle Mean)
Vrms	RMS รวม DC W8	ค่า AC RMS ตัด DC ออก ตรงกับมิเตอร์ True RMS ย่าน AC
Freq, Period	จากเวลาระหว่างขอบที่ตัดระดับกลาง	ต้องมีอย่างน้อย 1–2 คาบบนจอ นอยส์มากทำให้นับผิด
+Width, Duty	ความกว้างช่วงบวกที่ 50 % และสัดส่วนต่อคาบ	ดู W9
Rise, Fall	10 %–90 % ของ Vbase ถึง Vtop	ต้องขยาย Time/div ให้ขอบกินหลายช่อง และคำนึงถึง O9
Phase, Delay	เวลาห่างของขอบสองช่อง	ดู การวัดเฟส

ทุกค่าจะผิดถ้า สัญญาณล้นจอ (clip) เพราะ ADC ตัดยอดที่ขอบจอ สโคปจริงมักขึ้นเครื่องหมาย ? หรือ > ที่ค่า สโคปจำลองในเว็บนี้แสดงเป็นสีแดงพร้อมเครื่องหมาย ? ให้เพิ่ม V/div จนเห็นยอดครบ เคอร์เซอร์ คือเส้นที่เราลากเอง ใช้เมื่อการวัดอัตโนมัติไม่รู้ว่าเราสนใจส่วนไหน เช่น ความสูงของการแกว่งลูกแรก หรือเวลาจากขอบหนึ่งไปยังเหตุการณ์ที่สนใจ

FFT: ดูสัญญาณในโดเมนความถี่ กลาง ขั้นสูง

ฟังก์ชัน Math → FFT แปลงข้อมูลบนจอเป็นสเปกตรัม แกนนอนเป็นความถี่ แกนตั้งเป็น dBV ใช้ดูฮาร์มอนิกของคลื่นสี่เหลี่ยม ความเพี้ยนของเครื่องขยาย หรือหาแหล่งนอยส์ เช่น ฮัม 50 Hz และสวิตชิง 100 kHz ที่ซ่อนอยู่

ที่มาของ FFT จากอนุกรมฟูเรียร์ อเลียสซิง การรั่วของสเปกตรัม หน้าต่าง และการตั้ง FFT ให้วัดฮาร์มอนิกได้ตรงเครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้า อ่านต่อที่ DFT และ FFT · ฝึกอ่านฮาร์มอนิกของกระแสจริงใน แล็บวิเคราะห์ฮาร์มอนิก

O13 FFT resolution and span ความละเอียดและช่วงของ FFT

\Delta f = \frac{f_s}{N} = \frac{1}{T_{rec}}, \qquad f_{span} = \frac{f_s}{2}

อยากแยกความถี่ใกล้กันให้ได้ → เพิ่มเวลาบันทึก (Time/div ช้าลง) · อยากเห็นความถี่สูง → เพิ่มอัตราสุ่ม

ตัวอย่าง O-8 · ฮาร์มอนิกของคลื่นสี่เหลี่ยม

คลื่นสี่เหลี่ยม 1 kHz 2 Vpp ดูที่ 1 ms/div จะเห็นยอด FFT ที่ไหนบ้าง สูงเท่าไร และละเอียดแค่ไหน

ความละเอียด O13
$T_{rec} = 10\ \text{ms}\ \Rightarrow\ \Delta f = 100\ \text{Hz}$
อนุกรมฟูริเยร์ของสี่เหลี่ยม ±1 V มีแต่ฮาร์มอนิกคี่ W17
$V_{n,rms} = \frac{4}{n\pi\sqrt2}\ \text{V}$
เป็น dBV W16
$n=1: 0.900\ \text{V} = -0.9\ \text{dBV},\quad n=3: -10.5\ \text{dBV},\quad n=5: -14.9\ \text{dBV}$

ยอดที่ 1, 3, 5, 7 … kHz ลดลงตาม $1/n$ (−20 dB ต่อดีเคด) ไม่มีฮาร์มอนิกคู่ ถ้าดิวตี้ไม่ใช่ 50 % จะมีฮาร์มอนิกคู่โผล่ขึ้นมา ลองเปลี่ยนรูปคลื่นเป็นไซน์หรือสามเหลี่ยมแล้วดูว่าฮาร์มอนิกหายไปแค่ไหน

FFT ในสโคปมีหน้าต่าง (window) ให้เลือก Rectangular แยกความถี่ได้คมที่สุดแต่ยอดรั่วมาก Hanning เป็นค่าเริ่มต้นที่ดี Flat-top อ่านแอมพลิจูดแม่นที่สุดแต่ยอดกว้าง ถ้าจำนวนคาบบนจอไม่เป็นจำนวนเต็ม พลังงานจะรั่วไปถังข้าง ๆ (spectral leakage) ซึ่งหน้าต่างช่วยลดได้ การวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงลึกต่อได้ที่ แล็บสัญญาณ

Math, XY และการวัดแบบผลต่าง กลาง

Math สร้างช่องใหม่จาก CH1 กับ CH2: บวก ลบ คูณ หรือ FFT การลบ CH1 − CH2 คือวิธีวัดแรงดันคร่อมอุปกรณ์ที่ไม่ได้ต่อกราวด์ เช่น ตัวต้านทานด้านบนของวงจรแบ่งแรงดัน หรือแรงดันคร่อมตัวเหนี่ยวนำในบักคอนเวอร์เตอร์ การคูณแรงดันกับแรงดันคร่อมตัวต้านทานตรวจกระแสได้กำลังขณะหนึ่ง (instantaneous power) XY นำ CH1 เป็นแกนนอนและ CH2 เป็นแกนตั้ง ได้รูปลิสซาจู ใช้เทียบเฟสและอัตราส่วนความถี่ ดู วงรีลิสซาจู

O15 Differential measurement with Math วัดแรงดันระหว่างสองจุด

v_{AB} = v_A - v_B \quad (\text{CH1} - \text{CH2})

ตั้ง V/div สองช่องให้เท่ากัน ความแม่นยำลดลงเมื่อ $v_A$ , $v_B$ ใหญ่มากแต่ผลต่างเล็ก (common mode สูง) งานไฟฟ้ากำลังควรใช้โพรบดิฟเฟอเรนเชียล

ความปลอดภัย: กราวด์ของโพรบคือสายดิน พื้นฐาน

สโคปตั้งโต๊ะเกือบทุกเครื่องต่อขั้วกราวด์ของ BNC ทุกช่อง และคลิปกราวด์ของโพรบทุกเส้น เข้ากับสายดินของปลั๊กไฟโดยตรง ดังนั้นคลิปกราวด์ไม่ใช่ “ขั้วลบ” ที่หนีบที่ไหนก็ได้ มันคือดิน ถ้าหนีบกับจุดที่มีแรงดันเทียบกับดิน กระแสจะลัดวงจรผ่านโพรบทันที

ความผิดพลาดที่อันตรายที่สุดในแล็บ: หนีบกราวด์โพรบกับจุดในวงจรที่ต่อไฟบ้านโดยตรง

หนีบคลิปกราวด์ที่กราวด์ของวงจรเท่านั้น และกราวด์ของทุกโพรบต้องเป็นจุดเดียวกัน
วงจรที่ต่อไฟบ้านโดยไม่มีหม้อแปลงแยก (บอร์ดสวิตชิงฝั่งไฟสูง ไดรฟ์มอเตอร์ วงจรไทรแอก) ห้ามวัดด้วยโพรบธรรมดาเทียบกราวด์ ใช้โพรบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันสูง
ห้ามตัดหรือดัดแปลงสายดินของปลั๊กสโคปเพื่อให้ “ลอย” ตัวถังและขั้ว BNC ทั้งหมดจะมีไฟ
ดูพิกัดแรงดันและ CAT บนตัวโพรบและอินพุตสโคป เช่น 300 V CAT II อินพุต 1 MΩ หลายรุ่นทนได้ไม่เกินราว 300 Vrms ลดลงที่ความถี่สูง
ลำดับที่ปลอดภัย: ปิดเครื่องกำเนิดสัญญาณหรือแหล่งจ่าย → ต่อโพรบ → เปิด → วัด → ปิด → ถอด

ในบอร์ดแล็บที่ใช้แหล่งจ่ายตั้งโต๊ะหรือเครื่องกำเนิดสัญญาณ กราวด์ของเครื่องกำเนิดสัญญาณก็ต่อดินเช่นกัน กราวด์ของเครื่องกำเนิดสัญญาณ สโคป และวงจร จึงต้องเป็นจุดเดียวกันเสมอ ถ้าหนีบกราวด์โพรบที่ขาด้านบนของตัวต้านทาน จะลัดวงจรตัวต้านทานทิ้งผ่านสายดิน ค่าที่วัดได้จะผิดทั้งวงจร

ตั้งสโคปจากศูนย์ใน 7 ขั้น และแก้อาการที่เจอบ่อย พื้นฐาน

ค่าเริ่มต้น: กด Default Setup (ถ้าเครื่องเป็นของส่วนรวม คนก่อนอาจตั้งค่าแปลก ๆ ไว้)
โพรบ: สับสวิตช์ 10× ตั้งเมนูช่องเป็น 10× ต่อเข้าขั้ว Probe Comp แล้วชดเชยให้ยอดแบน O7
กราวด์: หนีบคลิปกราวด์ที่กราวด์ของวงจร แตะปลายโพรบที่จุดวัด
คัปปลิง DC: ใช้ DC ไว้ก่อนเสมอ ตั้งเส้น 0 V ด้วยคัปปลิง GND หรือ Position
AUTO หรือประมาณเอง: V/div ≈ Vpp ที่คาด / 6 และ Time/div ≈ 2–3 คาบ / 10 O3
ทริกเกอร์: แหล่งเป็นช่องที่มีสัญญาณ ขอบขึ้น กด 50% โหมด Auto
วัด: เปิด Measure Vpp, Freq ฯลฯ ตรวจว่าภาพไม่ล้นจอ แล้วจดค่าพร้อม V/div, Time/div และความคลาดเคลื่อน

อาการ	สาเหตุที่พบบ่อย	แก้
จอว่าง ไม่มีเส้น	โหมดทริกเกอร์ Normal แต่ไม่มีทริกเกอร์ · ช่องปิด · Position เลื่อนออกนอกจอ	เปลี่ยนเป็น Auto · เปิดช่อง · กด AUTO
เห็นเส้นตรง	คัปปลิง GND · FG ไม่ได้กด OUTPUT · โพรบไม่แตะจุด · V/div ใหญ่เกิน	ตรวจตามลำดับ · ลด V/div
ภาพวิ่ง	ระดับทริกเกอร์นอกสัญญาณ · แหล่งทริกเกอร์ผิดช่อง	ปุ่ม 50% · เลือกแหล่งใหม่ · ใช้ EXT จาก SYNC
ค่าผิดไป 10 เท่า	สวิตช์โพรบกับเมนูไม่ตรงกัน	O16
ค่าเป็นสองเท่าหรือครึ่งหนึ่งของที่ตั้ง FG	ตั้ง Load ของ FG ไม่ตรงกับโหลดจริง	V4
คลื่นสี่เหลี่ยมมุมมนหรือพุ่ง	โพรบไม่ได้ชดเชย · ใช้โพรบ 1×	O7
ยอดสี่เหลี่ยมความถี่ต่ำเอียง	คัปปลิง AC	O6
เห็นความถี่ต่ำแปลก ๆ ทั้งที่ควรสูง	อเลียสซิงที่ Time/div ช้า	O12
เส้นหนามีนอยส์มาก	สายกราวด์ยาว · สัญญาณเล็กกับโพรบ 10× · ฮัม 50 Hz	สปริงกราวด์ · BW Limit · Average B13
แกว่งหลังขอบสัญญาณเร็ว	สายกราวด์ยาว (L ของสาย + C ของโพรบ)	สปริงกราวด์สั้น

พร้อมแล้วลองทุกอย่างพร้อมกันบน โต๊ะแล็บจำลองเต็มรูปแบบ แล้วไปต่อที่ เทคนิคการวัด

คำถามที่พบบ่อย

ทำไมภาพบนออสซิลโลสโคปวิ่งไม่นิ่ง?

เกือบทุกครั้งเป็นเพราะทริกเกอร์ ระดับทริกเกอร์อยู่นอกช่วงของสัญญาณ เลือกแหล่งทริกเกอร์ผิดช่อง หรือสัญญาณมีหลายความถี่ปนกัน ให้กดปุ่ม 50% เพื่อตั้งระดับไว้กลางสัญญาณ เลือกแหล่งเป็นช่องที่มีสัญญาณ และถ้ามาจากเครื่องกำเนิดสัญญาณ ให้ต่อขั้ว SYNC เข้า EXT TRIG

โพรบ 1× กับ 10× ต่างกันอย่างไร ควรใช้แบบไหน?

โพรบ 10× ลดทอนสัญญาณ 10 เท่า แต่มีความต้านทานอินพุต 10 MΩ และความจุเพียงราว 10–15 pF แบนด์วิดท์หลายร้อย MHz จึงรบกวนวงจรน้อยกว่ามาก โพรบ 1× มีแบนด์วิดท์เพียงราว 6 MHz และความจุราว 100 pF เหมาะเฉพาะสัญญาณเล็กมากความถี่ต่ำ งานทั่วไปให้ใช้ 10× และตั้งเมนูโพรบของสโคปเป็น 10× ให้ตรงกัน

สโคป 100 MHz วัดสัญญาณ 100 MHz ได้ไหม?

ได้แต่ค่าจะต่ำไปราว 30 % เพราะแบนด์วิดท์คือความถี่ที่แอมพลิจูดลดลง 3 dB ถ้าต้องการความคลาดเคลื่อนไม่เกินราว 2–3 % ควรเลือกสโคปที่แบนด์วิดท์อย่างน้อย 5 เท่าของความถี่ที่วัด สำหรับคลื่นสี่เหลี่ยมให้คิดจากเวลาขาขึ้นด้วยสูตร BW ≈ 0.35/t_r

หนีบกราวด์โพรบที่จุดไหนก็ได้ไหม?

ไม่ได้ คลิปกราวด์ของโพรบต่อกับสายดินของปลั๊กสโคปโดยตรง ต้องหนีบที่กราวด์ของวงจรเท่านั้น ถ้าวงจรต่อไฟบ้านโดยไม่มีหม้อแปลงแยก หรือจุดที่วัดไม่ใช่กราวด์ จะเกิดลัดวงจรผ่านโพรบ ให้วัดแบบผลต่างสองช่อง (CH1 − CH2) ใช้โพรบดิฟเฟอเรนเชียล หรือหม้อแปลงแยกที่ฝั่งวงจร

อัตราสุ่ม 1 GSa/s แต่ทำไมที่ Time/div ช้า ๆ สโคปบอกแค่ไม่กี่ kSa/s?

หน่วยความจำมีจำนวนจุดจำกัด อัตราสุ่มจริงเท่ากับจำนวนจุดหารด้วยเวลาทั้งจอ $f_s = N/(10\,t_{div})$ เช่น 10,000 จุดที่ 5 ms/div ได้เพียง 200 kSa/s ถ้าสัญญาณมีความถี่สูงกว่าครึ่งหนึ่งของค่านี้ จะเกิดอเลียสซิง เห็นความถี่ผิด ให้ลด Time/div ลงก่อนเสมอแล้วค่อยขยายออก

อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ
อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์