ZESPÓL SZKÓŁ ELEKTRONICZNYCH	PRACOWNIA ELEKTRYCZNA
Imię i nazwisko:	Klasa: 2T3	Grupa: II	Nr ćw. 6 i 7
Temat ćwiczenia: Zapoznanie z budową i pomiary oscyloskopem.	Data wyk. 18.11.2003 25.11.2003	Data odd. 02.12.2003	Ocena:

1. Wykaz przyrządów:

- multimetr cyfrowy METEX M-3800, ks7/10F-255-;

- multimetr cyfrowy METEX M-3800, ks7/W10F/256;

- oscyloskop dwukanałowy, 20MHz, III/10/L/212 253 nr inw.249;

- generator funkcyjny, III/10/L/212/223, nr inw. 361/223;

- generator funkcyjny, III/10/L/212/243 nr inw. 239;

- generator funkcyjny, III/10/L/212/244 nr inw. 240;

- generator funkcyjny nr inw. 278/162;

- sonda do kalibracji oscyloskopu,

- przewody pomiarowe BNC,

2. Przebieg ćwiczenia

2.1 Schematy pomiarowe

Rys.1 Schemat pomiarowy 1

U_W=U_Y U_X

Rys.2 Schemat pomiarowy 2

Rys.3 Schemat pomiarowy 3

Schemat pomiarowy 1 przedstawia układ do obserwacji przebiegów za pomocą oscyloskopu. Jako źródła przebiegów użyto generatora funkcyjnego. Generator podłączono do kanału A oscyloskopu (przedtem dokonano kalibracji oscyloskopu). Oscyloskopem dokonywano kolejno pomiarów dla przebiegów sinusoidalnych, prostokątnych i trójkątnych (po 3 dla każdego kształtu). Na podstawie obserwowanego przebiegu wyznaczano jego okres, napięcie maksymalne i częstotliwość.

Schemat pomiarowy 2 przedstawia układ do obserwacji i badania figur Lissajous. Układ składa się z dwóch generatorów przebiegu sinusoidalnego i oscyloskopu. Jeden z generatorów podłączony jest do kanału A (Y) oscyloskopu, a drugi do kanału B (X) oscyloskopu. Oscyloskop działa w trybie X/Y. Przy określonym stosunku częstotliwości na ekranie obserwujemy odpowiednie figury Lissajous.

Schemat pomiarowy 3 przedstawia układ do pomiaru napięć prądu przemiennego za pomocą oscyloskopu. W układzie tym można też zmierzyć czułość oscyloskopu. Porównywane są również wskazania oscyloskopu i woltomierza.

Przed przystąpieniem do pomiarów oscyloskopem konieczne należy sprawdzić stan techniczny przewodu łączącego generator z oscyloskopem. Należy sprawdzić ciągłość oplotu, ciągłość żyły sygnałowej oraz czy nie ma zwarcia pomiędzy oplotem a żyłą sygnałową. Można to zrobić za pomocą dowolnego miernika z pomiarem rezystancji.
Po sprawdzeniu przewodu należy skalibrować obydwa kanały oscyloskopu za pomocą sondy kalibracyjnej.

2.2 Oscylogramy (obserwowane przebiegi)

2.2.1 Przebiegi sinusoidalne

Przebieg 1, T=2dz; U=1dz

Przebieg 2, T=5dz; U=2,5dz

Przebieg 3, T=1dz; U=1dz

2.2.2 Przebiegi trójkątne

Przebieg 1, T=2dz; U=2,5dz

Przebieg 2, T=5dz; U=1dz

Przebieg 3, T=2,5dz; U=2,5dz

2.2.3 Przebiegi prostokątne

Przebieg 1, T=1dz; U=2,5dz

Przebieg 2, T=2,5dz; U=1dz

Przebieg 3, T=5dz; U=2dz

2.2.4 Figury Lissajous

Rys.1 Figura Lissajous 1; stosunek częstotliwości przebiegów 1:1 (40Hz:40Hz); przesunięcie 45^O

Rys.2 Figura Lissajous 2; stosunek częstotliwości przebiegów 1:2 (40Hz:80Hz); przesunięcie 0^O;

Rys.3 Figura Lissajous 3; stosunek częstotliwości przebiegów 1:3 (40Hz:120Hz); przesunięcie 90^O;

Rys.4 Figura Lissajous 4; stosunek częstotliwości przebiegów 2:1 (40Hz:20Hz); przesunięcie 0^O;

Rys.5 Figura Lissajous 5; stosunek częstotliwości przebiegów 4:3 (40Hz:30Hz); przesunięcie 90^O;

Rys.6 Figura Lissajous 6; stosunek częstotliwości przebiegów 4:3 (40Hz:30Hz); przesunięcie 0^O;

Rys.7 Figura Lissajous 7; stosunek częstotliwości przebiegów 4:5 (40Hz:50Hz); przesunięcie 90^O;

Rys.8 Figura Lissajous 8; stosunek częstotliwości przebiegów 4:5 (40Hz:50Hz); przesunięcie 0^O;

Rys.9 Figura Lissajous 9; stosunek częstotliwości przebiegów 2:3 (40Hz:60Hz); przesunięcie 0^O;

Rys.10 Figura Lissajous 10; stosunek częstotliwości przebiegów 1:4 (40Hz:160Hz); przesunięcie 0^O;

Rys.11 Figura Lissajous 11; stosunek częstotliwości przebiegów 2:1 (100Hz:50Hz); przesunięcie 0^O;

Rys.12 Figura Lissajous 12; stosunek częstotliwości przebiegów 3:1 (150Hz:50Hz); przesunięcie 90^O;

Rys.13 Figura Lissajous 13; stosunek częstotliwości przebiegów 4:1 (200Hz:50Hz); przesunięcie 0^O;

Rys.14 Figura Lissajous 14; stosunek częstotliwości przebiegów 2:3 (40Hz:60Hz); przesunięcie 270^O;

2.2.5 Pomiar napięć przemiennych i czułości oscyloskopu

Rys.1 Z=0,2V/10mm, U=14mm =0,28V Rys.2 Z=0,2V/10mm, U=15mm =0,30V

Rys.3 Z=0,2V/10mm, U=16mm =0,32V Rys.4 Z=0,2V/10mm, U=18mm =0,36V

Rys51 Z=0,2V/10mm, U=20mm =0,40V Rys.6 Z=0,2V/10mm, U=22mm =0,44V

Rys.7 Z=0,2V/10mm, U=22mm =0,44V

2.3 Tabelki pomiarowe

L.p.	U			T			f
		Dy	dz	U	Dx	dz	T	Hz
		V/dz			V		ms/dz			s
1.	2	1	2	0,1	2	0,0002	5000
2.	2	2,5	5	0,1	5	0,0005	2000
3.	0,5	1	0,5	0,1	1	0,0001	10000

Tabela 1, Wyniki pomiarów w układzie 1 dla przebiegów sinusoidalnych;

L.p.	U			T			f
		Dy	dz	U	Dx	dz	T	Hz
		V/dz			V		ms/dz			s
1.	2	2,5	5	0,1	2	0,0002	5000
2.	0,5	1	0,5	0,1	5	0,0005	2000
3.	2	2,5	5	0,1	2,5	0,00025	4000

Tabela 2, Wyniki pomiarów w układzie 1 dla przebiegów trójkątnych;

L.p.	U			T			f
		Dy	dz	U	Dx	dz	T	Hz
		V/dz			V		ms/dz			s
1.	2	2,5	5	0,1	1	0,0001	10000
2.	0,5	1	0,5	0,1	2,5	0,00025	4000
3.	5	2	10	0,1	5	0,0005	2000

Tabela 3, Wyniki pomiarów w układzie 1 dla przebiegów prostokątnych;

L.p.	f1	U1	f2	U2	f1/f2	PX	PY	
		Hz	V	Hz				V				^O
1.	40	10	40	10	1:1	1	1	45^O
2.	40	10	80	10	1:2	1	2	0^O
3.	40	10	120	10	1:3	1	3	90^O
4.	40	10	20	10	2:1	2	1	0^O
5.	40	10	30	10	4:3	4	3	90^O
6.	40	10	30	10	4:3	4	3	0^O
7.	40	10	50	10	4:5	4	5	90^O
8.	40	10	50	10	4:5	4	5	0^O
9.	40	10	60	10	2:3	2	3	0^O
10.	40	10	160	10	1:4	1	4	0^O
11.	100	10	50	10	2:1	2	1	0^O
12.	150	10	50	10	3:1	3	1	90^O
13.	200	10	50	10	4:1	4	1	0^O
14.	40	10	60	10	2:3	2	3	270^O

Tabela 4, Wyniki pomiarów w układzie 2 (pomiar częstotliwości za pomocą figur Lissajous);

Objaśnienia do tabeli 4:

f₁ - częstotliwość wzorcowa

f₂ - częstotliwość badana

U₁ - napięcie maksymalne przebiegu wzorcowego

U₂ - napięcie maksymalne przebiegu badanego

f₁/f₂ - stosunek częstotliwości wzorcowej do badanej

P_X- liczba punktów stycznych przebiegu do prostej płaszczyźnie X

P_Y - liczba punktów stycznych przebiegu do prostej w płaszczyźnie Y

  kąt przesunięcia fazowego jednego z przebiegów

Lp.	y	U	Uymax	Dy
		mm	V	V	mm/V
1.	14	0,212	0,28	46,696
2.	15	0,220	0,30	48,212
3.	16	0,235	0,32	48,143
4.	18	0,269	0,36	47,316
5.	20	0,293	0,40	48,267
6.	22	0,309	0,44	50,344
7.	22	0,322	0,44	48,312

Tabela 5, Wyniki pomiarów w układzie 3 (pomiar czułości oscyloskopu i napięcia przemiennego);

2.4 Wykresy

Wykres 1, Wykres czułości oscyloskopu (do tabeli 5);

2.5 Obliczenia

3.Wnioski

2.5 Wykresy

3. Wnioski

Oscyloskop jest bardzo przydatnym przyrządem pomiarowym. Umożliwia on otrzymywanie nieruchomych obrazów zmiennych w czasie sygnałów elektrycznych. Za pomocą oscyloskopu można obserwować wszystkie zjawiska zmienne w czasie, które dadzą się odwzorować napięciem lub prądem elektrycznym. Bardzo istotne jest to, że obserwowane przebiegi można, np. sfotografować a potem je analizować.

Poznany na zajęciach oscyloskop jest analogowym urządzeniem dwukanałowym o częstotliwości maksymalnej analizowanych przebiegów równej 20 MHz.

Po włączeniu oscyloskopu (przyciskiem (19) w pozyscji ON) należy odczekać jakiś czas do rozgrzania lampy. Należy wcisnąć przycisk trybu wyzwalania (przycisk (14)) - pozycja AUTO.

Przed przystąpieniem do pomiarów oscyloskopem należy go skalibrować. Używa się do tego sondy kalibracyjnej, której jeden koniec podłączmy do wyjścia sygnału kalibratora (wyjście (12)), a drugi do kalibrowanego kanału (wejście (1) lub wejście (27)). Sygnał wyjścia kalibratora ma następujące parametry:

- częstotliwość f=1kHz

- napięcie 0,5V

- przebieg prostokątny

Proces kalibracji danego kanału polega na ustawieniu za pomocą:

- potencjometrów płynnej regulacji czułości kanału (potencjometry (4) i (26))

- potencjometru płynnej regulacji okresu podstawy czasu (potencjometr (10))

odpowiednich wartości (0,5V i 1 kHz), które możemy obserwować na lampie oscyloskopu.

Pomiar okresu (T), napięcia maksymalnego (U_max) i częstotliwości przebiegu (f):

Badany przebieg (np. wytwarzany za pomocą generatora funkcyjnego) podłączmy do wybranego kanału oscyloskopu (wejście (1) lub wejście (27)) za pomocą przewodu ekranowanego zakończonego po obu stronach wtykami typu BNC. Przełącznikiem zakresów czułości wejściowej i przełącznikiem skokowej regulacji okresu podstawy czasu ustawiamy takie zakresy aby obserwowany przebieg był jak najlepiej widoczny. W celu ustalenia okresu przebiegu odczytujemy liczbę działek (tyle ile zajmuje powtarzająca się część przebiegu) w poziomie i mnożymy przez zakres podstawy czasu. Okres podajemy w sekundach. W celu ustalenia napięcia maksymalnego przebiegu odczytujemy liczę działek w pionie (od osi X do wierzchołka przebiegu) i mnożymy przez zakres czułości wejściowej kanału. Napięcie maksymalne podajemy w woltach. Częstotliwość przebiegu obliczamy ze wzoru f=1/T i podajemy ją w hercach (Hz).

Z obserwowanych przebiegów możemy również odczytać napięcie międzyszczytowe (liczba działek od jednego wierzchołka przebiegu do drugiego w płaszczyźnie pionowej pomnożona przez zakres czułości wejściowej kanału) i obliczyć napięcie skuteczne
.

Możemy również określić kąt przesunięcia fazowego między dwoma przebiegami.

Generator funkcyjny jest urządzeniem elektronicznym służącym do wytwarzania przebiegów o zadanej częstotliwości, amplitudzie i kształcie. Wytwarzane przez niego przebiegi możemy obserwować za pomocą oscyloskopu. W czasie zajęć obserwowano i analizowano przebiegi sinusoidalne, trójkątne i prostokątne. Użyty generator nie posiadał wbudowanego miernika częstotliwości co uniemożliwiło porównanie jego wskazań ze wskazaniami oscyloskopu.

Otrzymywanie figur Lissajous i obliczenia na ich podstawie:

W celu otrzymania na ekranie oscyloskopu figur Lissajous napięcie generatora o częstotliwości badanej doprowadza się do wejścia X oscyloskopu, a napięcie generatora częstotliwości wzorcowej do wejścia Y. Tryb wyzwalania należy ustawić na X/Y (przełącznik (9)).Przy określonym stosunku częstotliwości na ekranie możemy obserwować różne figury. Kształt figur zależy od stosunków między częstotliwościami, amplitudami i fazami obydwu przebiegów. W celu ustalenia stosunku częstotliwości przebiegów odczytujemy liczbę punktów przebiegu stycznych do prostej w płaszczyźnie X oraz liczbę punktów przebiegu stycznych do prostej w płaszczyźnie Y. Stosunek częstotliwości jest to liczba punktów w płaszczyźnie X do liczby punktów w płaszczyźnie Y. Proste obu płaszczyzn muszą być do siebie prostopadłe.

Pomiar czułości oscyloskopu przy prądzie przemiennym oraz pomiar napięcia prądu przemiennego:

W układzie 3 dokonywano pomiaru napięcia przemiennego (sinusoidalnego) za pomocą woltomierza i oscyloskopu. Wskazania woltomierza i oscyloskopu różniły się znacznie. Przyczyną różnicy jest to, że woltomierz mierzy napięcie skuteczne, a oscyloskop maksymalne. Aby obliczyć napięcie skuteczne na podstawie obserwowanego na oscyloskopie przebiegu należy skorzystać ze wzoru
.

W układzie tym można również zmierzyć czułość oscyloskopu. Z wykresu 1 wyraźnie widać że czułość oscyloskopu nie jest liniowa. Zależy od mierzonego napiecia.

Opis ważniejszych poznanych funkcji oscyloskopu:

Ze względu na to, że poznany oscyloskop jest urządzeniem dwukanałowym umożliwia on obserwowanie i analizowanie jednocześnie dwóch przebiegów. Na lampie oscyloskopu może być wyświetlany:

- tylko przebieg z kanału A (wciśnięty przycisk A z grupy przycisków (3))

- tylko przebieg z kanału B (wciśnięty przycisk B z grupy przycisków (3))

- suma przebiegów z kanału A i B (wciśnięty przycisk ADD z grupy przycisków (3))

- obydwa przebiegi tzw. tryb DUAL (wciśnięte przyciski A i B z grupy przycisków (3))

Dodatkowo odwrócenie polaryzacji kanału B przyciskiem (24) (INVERT) powoduje wyświetlanie na ekranie różnicy przebiegów A i B.

Każdy z kanałów posiada przełącznik rodzaju sprzężenia kanału (przełączniki (2) i (28):
- AC : Składowe stałe sygnału są blokowane.
- GND : Przebieg wejściowy odnoszony do poziomu zerowego.
- DC : Wszystkie składowe sygnału wejściowego wyświetlane na ekranie.

Każdy z kanałów posiada przełącznik zakresów czułości wejściowej (wolty na działkę) (przełączniki (5) i (25))

Oba kanały posiadają pokrętło regulacji położenia w pionie przebiegu (pokrętło (23) dla kanału B i jego odbicie lustrzane dla kanału a).

W układzie podstawy czasu oscyloskop posiada:

- pokrętło regulacji położenia przebiegów w poziomie (pokrętło (7));
- przycisk rozciągu podstawy czasu. Wciśnięcie rozciąga podstawę czasu 5 razy (przycisk (8));
- przełącznik skokowej regulacji okresu podstawy czasu (przełącznik (9));

Innymi przydatnymi regulatorami są:

- potencjometr regulacji ostrości obrazu (potencjometr (20));
- potencjometr regulacji jaskrawości obrazu (potencjometr (21));

Ustawienia tych regulatorów dobieramy według własnych upodobań.

Rys.1 Widok przedniego panelu oscyloskopu

1

Generator funkcyjny

OSCYLOSKOP

Przewód ekranowany

B

A

Generator

f

B

(X)

A

(Y)

OSCYLOSKOP

Generator funkcyjny 1

Generator funkcyjny 2

Y

X X

Y

GENERATOR

WZORCOWY

f_x

GENERATOR

BADANY

f_x

Generator

f

V

GENERATOR

PODSTAWY

CZASU

Y

X X

Y

Przewody ekranowane

---