8. POMIARY OSCYLOSKOPOWE - Ćwiczenie nr 2

8.1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z oscyloskopem cyfrowym oraz jego praktycznymi

zastosowaniami. W trakcie ćwiczenia wykonywane jest wzorcowanie kanału Y,
dokonywane są pomiary napięcia i czasu metodami analogowymi i cyfrowymi, pomiary
napięć różnicowych, pomiary parametrów impulsów, obserwacja i rejestracja
pojedynczych impulsów w pracy cyfrowej, obserwacja przebiegów w układach cyfrowych
oraz obserwacja charakterystyk I = f(U) diod półprzewodnikowych.

8.2. Wprowadzenie

8.2.1. Budowa i właściwości oscyloskopu

8.2.1.1. Zasada działania

Oscyloskop jest przyrządem pomiarowym służącym do mierzenia lub obserwacji

przebiegów elektrycznych. Do wytworzenia obrazu przedstawiającego chwilowe napięcie
w funkcji czasu wykorzystano lampę oscyloskopową. Lampa zapewnia przetwarzanie
napięcia chwilowego na przemieszczenie wiązki elektronów. Przemieszczenie jest
obserwowane na fluorescencyjnym ekranie jako przemieszczenie plamki świecącej. Na rys.
8.1 przedstawiono schemat blokowy oscyloskopu dwukanałowego.

Mierzony sygnał przez dzielnik wejściowy o skokowo regulowanej wartości tłumienia

steruje wzmacniaczem o skokowej i płynnej regulacji wzmocnienia. Regulacja skokowa
tłumienia i wzmocnienia jest realizowana wspólnym przełącznikiem. Zadaniem dzielnika
jest zmniejszenie sygnału wejściowego do wartości zależnej od czułości wzmacniacza i
wymaganej wysokości obrazu na ekranie. Pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia
umożliwia uzyskanie obrazu przebiegu o dogodnej do obserwacji wysokości.

Realizuje się oscyloskopy wielokanałowe do równoczesnego obserwowania większej

liczby niezależnych sygnałów. Typowe są oscyloskopy dwukanałowe. Wielokanałowość
realizuje się za pomocą komutacji sygnałów wejściowych. Przełącznik elektroniczny
przełącza sygnał z kilku (na rys. 8.1 z dwóch) wzmacniaczy wejściowych na jeden
wspólny tor sterujący lampą oscyloskopową.

Opis pracy przełącznika elektronicznego przedstawiony będzie w dalszej części

wprowadzenia. W torze wspólnym kanału Y znajduje się linia opóźniająca i wzmacniacz
sterujący symetrycznie płytki odchylania pionowego lampy oscyloskopowej. Pokrętło
przesuwu ustala położenie obrazu na ekranie w kierunku pionowym oddzielnie dla każdego
kanału w dogodnym miejscu ekranu.

Z każdego kanału Y może być pobrany mierzony sygnał, którego zadaniem jest

uzyskanie synchronizacji podstawy czasu z mierzonym przebiegiem. Sygnał
synchronizujący steruje układy wyzwalania i generacji podstawy czasu. Układ podstawy
czasu generuje piłokształtne napięcie liniowo narastające. Napięcie to po wzmocnieniu we
wzmacniaczu odchylania poziomego X steruje symetrycznie płytki odchylania X lampy
oscyloskopowej.

58

Wzmacniacz

odchylania

poziomego X

Y

Y

X X

Dzielnik

Wzmacniacz

przesuw Y1

Dzielnik

Wzmacniacz

przesuw Y2

Linia

opóźniająca

lampa

oscyloskopowa

1

2

przełącznik elektroniczny

wyzwalanie
zewnętrzne

wyzwalanie
wewnętrzne

Formowanie

impulsów

wyzwalających

sieć 50Hz

wybór zbocza

Sterowanie

komutacją

kanałów

Generator

liniowej

podstawy czasu

WE X

Przesuw X

U

x

U

y

WE Y1

DC

AC

GND

WE Y2

DC

AC

GND

Wzmacniacz

odchylania

poziomego X

Rys. 8.1. Schemat blokowy oscyloskopu dwukanałowego

Obecnie coraz powszechniejsze zastosowanie znajdują oscyloskopy cyfrowe i

analogowo-cyfrowe. Uproszczony schemat oscyloskopu analogowo-cyfrowego
przedstawiony jest na rys. 8.2. W zależności od położenia przełącznika oscyloskop ten
może pracować jako klasyczny oscyloskop analogowy lub jako oscyloskop cyfrowy.

WE Y

Wzmacniacz

wejściowy

Wzmacniacz

sygnału

synchronizującego

Mikrokomputer

sterujący

Wzmacniacz

odchylania

pionowego Y

Wzmacniacz

odchylania

poziomego X

Przetwornik

a/c

Układ

próbk. pam.

S&H

Układ

rekonstrukcji

przebiegu

Pamięć

cyfrowa

Y

Y

X X

Wzmacniacz

z linią

opóźniającą

Generator cyfrowej

i analogowej

podstawy czasu

Interfejs

GPIB,

RS 232 wyjście cyfrowe

Rys. 8.2. Schemat blokowy oscyloskopu analogowo-cyfrowego

Badany przebieg jest doprowadzony do analogowego wzmacniacza wejściowego,

zawierającego tłumiki, układy zmiany sprzężenia (wejście zmienno lub stałoprądowe) i
przesuwu pionowego.

59

W trybie pracy analogowej sygnał ze wzmacniacza wejściowego po wzmocnieniu we

wzmacniaczu z linią opóźniającą podawany jest na wzmacniacz odchylania pionowego a
następnie na płytki Y.

Przy pracy cyfrowej sygnał ze wzmacniacza wejściowego podawany jest na układ

próbkująco-pamiętający S&H (ang. sample and hold). W układzie S&H zostaje pobrana i
zapamiętana analogowa wartość chwilowa przebiegu w chwili jego próbkowania. O chwili
próbkowania i częstotliwości próbkowania decyduje układ sterowania zrealizowany
najczęściej w postaci mikrokomputera.

Zapamiętana w postaci analogowej w układzie S&H wartość chwilowa przebiegu

zostaje następnie przetworzona na słowo cyfrowe w przetworniku analogowo-cyfrowym.
Liczba bitów w słowie decyduje o rozdzielczości w pionie oscyloskopu cyfrowego.
Najczęściej stosowane jest słowo 8 bitowe.

Słowo cyfrowe, odpowiadające jednej pobranej próbce przebiegu, zostaje zapamiętane

w postaci cyfrowej. W celu zapamiętania całego przebiegu należy pobrać wiele próbek w
odstępach czasu wynikających z częstotliwości próbkowania. Liczba próbek na jaką został
podzielony przebieg nosi nazwę rekordu.

Zapamiętany przebieg, po pobraniu go z pamięci cyfrowej, steruje układem

rekonstrukcji przebiegu. Podstawowym elementem tego układu jest przetwornik cyfrowo-
analogowy. Na ekranie lampy oscyloskopowej uzyskujemy obraz przebiegu w postaci
kropek, o których położeniu w kierunku pionowym decyduje przetwornik cyfrowo-
analogowy, a w kierunku osi poziomej generator cyfrowej podstawy czasu.

Mierzony przebieg może być zamrożony na stałe w pamięci i pomimo odjęcia sygnału

od wejścia oscyloskopu może być odtwarzany dowolnie długo na ekranie. Możliwe jest
również uzyskanie obrazu aktywnego (tzw. praca z odświeżaniem) przez okresowe
kasowanie zawartości pamięci i ponowne jej wypełnianie sygnałem o aktualnym kształcie.

Wzmacniacz sygnału synchronizującego pobiera sygnał mierzony w postaci analogowej

i przesyła do mikrokomputera sterującego i generatora podstawy czasu w celu
zsynchronizowania ich pracy z badanym przebiegiem.

Oprócz możliwości bezpośredniego oglądania przebiegów na ekranie oscyloskop

cyfrowy pozwala na przesłanie ich w postaci cyfrowej poprzez interfejs do dalszej obróbki
i analizy. Interfejs taki pozwala również na zdalne sterowanie nastawami oscyloskopu i
organizację pobierania próbek (ilość próbek w rekordzie, moment rozpoczęcia
próbkowania, ilość zarejestrowanych rekordów). Najczęściej wykorzystywany w tym celu
jest interfejs RS 232 i GPIB.

Obserwacja napięcia zmiennego na ekranie lampy wymaga jednoczesnego

oddziaływania na strumień elektronów dwu sił. Odchylenie plamki w kierunku pionowym
jest proporcjonalne do napięcia mierzonego (dołączonego do wejścia Y), a odchylenie
plamki w kierunku poziomym musi być wprost proporcjonalne do czasu, co uzyskuje się
przez doprowadzenie do płytek X napięcia narastającego liniowo w funkcji czasu.

Ponieważ ekran ma skończone wymiary, dlatego plamka po dojściu do prawego skraju

pola ekranu musi powrócić z powrotem, a napięcie odchylające powinno zmaleć do swej
wartości początkowej. Wytworzony w ten sposób sygnał jest piłokształtny. Zasadę
powstawania obrazu na ekranie pokazano na rys. 8.3.

Liniowo narastające napięcie przesuwa plamkę w prawo wzdłuż osi X. Ruch powrotny

plamki odbywa się ze skończoną prędkością, co mogłoby spowodować rysowanie na
ekranie rozciągniętego w czasie fragmentu przebiegu. Aby temu zapobiec, w czasie trwania
ruchu powrotnego plamki, do siatki lampy oscyloskopowej doprowadza się ujemny impuls
wygaszający strumień elektronów.

60

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

t

U

y

Obraz na ekranie

1

2

3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

4

5

6

7

8

9

10

11

t

0

0

0

U

x

Rys. 8.3. Powstawanie obrazu na ekranie przy sterowaniu płytek X napięciem

piłokształtnym, płytek Y napięciem sinusoidalnym

8.2.1.2. Synchronizacja obrazu

Aby obraz na ekranie mógł być obserwowany, powinien pojawiać się wielokrotnie

w tym samym miejscu, a więc napięcie piłokształtne musi powtarzać się zgodnie
z mierzonym sygnałem. Zgodność wzajemnego położenia napięcia podstawy czasu
i sygnału jest warunkiem koniecznym do nałożenia na siebie kolejnych obrazów, a co za
tym idzie powstania nieruchomego (dla oka) obrazu na ekranie. Tę zgodność zapewniają w
oscyloskopie układy synchronizacji.

Synchronizowanie polega na oddziaływaniu sygnału synchronizującego na

częstotliwość powtarzania generowanego napięcia podstawy czasu. W wyniku takiego
oddziaływania zapewnia się zrównanie lub stałą krotność częstotliwości powtarzania
generowanego napięcia podstawy czasu z częstotliwością przebiegu synchronizującego. Są
dwa rodzaje wyzwalania układu generatora podstawy czasu: automatyczne i normalne.

W pierwszym przypadku generator podstawy czasu pracuje w sposób ciągły. Generuje

napięcie piłokształtne również wtedy, gdy do jego wejścia nie dochodzą impulsy z układu
formowania impulsów synchronizacji. Rys. 8.4 ilustruje działanie automatycznie
wyzwalanej podstawy czasu.

W przypadku braku sygnału U

y

plamka rysuje linię poziomą na osi X z prędkością

zadaną przez nastawę współczynnika czasu [s/cm]. Po dołączeniu sygnału U

y

pojawiają się

na wejściu generatora impulsy wyzwalające, które przestrajają częstotliwość generatora do
wartości, dla której zachodzi synchronizacja przez wymuszenie krótszego czasu
oczekiwania t

o

' między cyklami roboczymi generatora podstawy czasu. Nieprawidłowe

ustawienie poziomu wyzwalania powoduje brak efektu synchronizacji.

Synchronizację tego rodzaju stosuje się przede wszystkim podczas przygotowania

oscyloskopu do pomiarów w celu wytworzenia obrazu na ekranie i ustalenia jego
wymiarów. Ten tryb synchronizacji jest możliwy do wykorzystania tylko dla obserwacji
przebiegów okresowych.

61

t

U

y

t

t

U

x

impulsy

wyzwalające

t

o

'

obraz

na ekranie

poziom wyzwalania

zbocze "+"

poziom wyzwalania za wysoki

t

o

t

o

t

o

'

Rys. 8.4. Ilustracja działania oscyloskopu przy automatycznie wyzwalanej podstawie czasu

Ważną właściwością generatora podstawy czasu jest to, że jest on nieczuły na impulsy

wyzwalające podczas trwania cyklu roboczego oraz że nie mają one wpływu na czas
narastania napięcia piłokształtnego. Te właściwości generatora obowiązują również
podczas wyzwalania normalnego.

W trybie pracy normalnie wyzwalanej generator podstawy czasu generuje jeden cykl

roboczy tylko po otrzymaniu impulsu wyzwalającego. W czasie nieobecności sygnału U

y

podstawa czasu nie pracuje i plamka świetlna znajduje się z lewej strony ekranu w stanie
oczekiwania (wygaszenia). Zasadę działania normalnie wyzwalanej podstawy czasu
ilustruje rys. 8.5.

Przychodzący sygnał wytwarza impuls, który wyzwala jednorazowo podstawę czasu.

Wybór dogodnego punktu na mierzonym przebiegu, od którego chcemy, by nastąpiło
wyzwalanie podstawy czasu, jest uzależniony od poziomu wyzwalania i stanu przełącznika
wyboru zbocza. W położeniu "+" przełącznika wyboru zbocza podstawa czasu będzie
wyzwalana narastającym zboczem przebiegu, a w położeniu "-" zboczem opadającym
przebiegu. Normalnie wyzwalana podstawa czasu umożliwia obserwację dowolnego
przebiegu: okresowego, nieokresowego, pojedynczego impulsu itp.

Start podstawy czasu na skutek skończonej bezwładności układów elektronicznych

następuje z pewnym opóźnieniem w stosunku do sygnału synchronizującego. Jeżeli
przebiegiem badanym jest impuls o krótkim czasie narastania, to plamka na ekranie
startująca z opóźnieniem nie narysuje przedniego zbocza impulsu.

Aby uzyskać pełny obraz, należy badany przebieg doprowadzić do płytek Y

z opóźnieniem większym niż opóźnienie startu podstawy czasu i opóźnienie wprowadzane
przez wzmacniacz X. Uzyskuje się to przez dodanie przed wzmacniaczem odchylania
pionowego linii opóźniającej, o czasie opóźnienia ok. 0,1

÷0,2 µs.

Wadą omówionego trybu wywalania jest brak obrazu przy braku sygnału U

y

, ale

również przy nieodpowiednim, zbyt wysokim (niskim) poziomie wyzwalania.

62

t

U

y

t

t

U

x

impulsy

wyzwalajace

obraz

na ekranie

poziom wyzwalania

zbocze "+"

poziom wyzwalania za wysoki

wygaszony

wygaszony

Rys. 8.5. Zasada działania oscyloskopu przy normalnie wyzwalanej podstawie czasu

Sygnał synchronizujący w układzie formowania przyjmuje postać impulsów

synchronizujących. Zależnie od źródła sygnału synchronizującego rozróżnia się
synchronizację wewnętrzną, zewnętrzną, 50 Hz (z sieci energetycznej). Wewnętrzna
oznacza doprowadzenie sygnału synchronizującego z toru Y1 lub Y2 (odgałęzienie
wewnątrz oscyloskopu). Zewnętrzna synchronizacja musi korzystać z sygnału związanego
ze źródłem badanym, lecz doprowadzona jest osobnym przewodem.

8.2.1.3. Jednoczesna obserwacja wielu przebiegów na ekranie

Przy pomiarach skomplikowanych urządzeń elektronicznych często zachodzi

konieczność jednoczesnej obserwacji dwu lub więcej przebiegów. Możliwe jest to, jak już
wcześniej wspomniano, przy zastosowaniu oscyloskopu z przełącznikiem elektronicznym.
Przełącznik elektroniczny przełącza sygnały z kilku wzmacniaczy wejściowych (na rys. 8.1
z dwóch) na jeden wspólny tor sterujący płytkami Y lampy oscyloskopowej. Najbardziej
popularny jest układ przełącznika dwukanałowego i taki zostanie niżej omówiony.

Przełącznik może mieć dwa tryby pracy:

• praca przemienna (alternating)
• praca siekana (chopped)

W sposobie pierwszym przełączanie kanałów zachodzi w czasie ruchu powrotnego

plamki na ekranie i odbywa się z każdym ruchem powrotnym plamki. Podstawa czasu
rysuje zatem na ekranie cały przebieg z toru Y1, a następnie z toru Y2. Obraz obu
przebiegów powstaje na przemian. Dzięki bezwładności oka ludzkiego obrazy "nakładają
się" i są odbierane jako równoczesne. Rys. 8.6 ilustruje tryb pracy przemiennej. Ten rodzaj
pracy jest możliwy tylko przy przebiegach periodycznych. Częstotliwość powtarzania
każdego obrazu na ekranie jest dwukrotnie mniejsza niż w przypadku pracy
jednokanałowej. Dlatego przy badanych przebiegach małej częstotliwości powstaje
migotanie obrazu.

63

obraz

na ekranie

t

U

y1

t

U

y

t

t

U

x

U

y2

Rys. 8.6. Ilustracja pracy przełącznika elektronicznego w oscyloskopie dwukanałowym

w trybie przemiennym

obraz

na ekranie

t

U

y1

t

t

t

U

x

U

y

U

y2

Rys. 8.7. Ilustracja pracy przełącznika elektronicznego w oscyloskopie dwukanałowym

w trybie siekanym

Wady tej pozbawiona jest praca siekana, polegająca na tym, ze przełącznik

elektroniczny przełącza się wielokrotnie w trakcie trwania przebiegu liniowej podstawy

64
czasu. Rys. 8.7 ilustruje tryb pracy siekanej. Ponieważ przełączanie nie jest synchroniczne
z podstawą czasu, dlatego nałożone na siebie posiekane obrazy zakrywają przerwy.

Tryb pracy siekanej stosuje się w dwóch przypadkach: przy pomiarze sygnałów o małej

częstotliwości, w celu zmniejszenia migotania obrazu , oraz przy obserwacji dwu
przebiegów jednorazowych (nieokresowych). Typowa wartość częstotliwości przełączania
przy pracy siekanej wynosi od setek kHz do kilku MHz.

Oscyloskopy z dwoma kanałami Y (wzmacniaczami) mają możliwość sumowania lub

odejmowania algebraicznego obu przebiegów.

Typowe są następujące rodzaje pracy:

• pracuje tylko kanał Y1. Przełącznik elektroniczny ustawiony jest w pozycji 1 (rys. 8.1);
• pracuje tylko kanał Y2. Przełącznik elektroniczny ustawiony jest w pozycji 2;
• na ekranie ogląda się jeden obraz, który jest sumą lub różnicą przebiegów wejściowych

z toru Y1 i Y2 (

±Y1±Y2).

Przed dołączeniem sygnału należy ustalić poziomą linię odniesienia, stosując

automatyczną synchronizację generatora podstawy czasu.

8.2.2. Podstawowe zasady obserwacji przebiegów za pomocą oscyloskopu

W celu eliminacji zakłóceń pochodzących od zewnętrznych pól elektrycznych,

szczególnie przy pomiarach małych sygnałów, do łączenia przyrządów pomiarowych
wykorzystuje się przewody koncentryczne. Przewód taki składa się z przewodu
sygnałowego, nazywanego przewodem "gorącym", i otaczającego go ekranu, nazywanego
przewodem "zimnym". Przewód gorący łączy się ze źródłem sygnału, natomiast przewód
zimny łączy się z masą układu.

przewód zimny (czarny)

przewód gorący (czerwony)

wtyk BNC

Rys. 8.8. Konstrukcja przewodów połączeniowych BNC – bananki

Przewody koncentryczne zakończone są wtykami BNC lub banankami. Wtyki BNC

łączy się z odpowiadającymi im gniazdami BNC przez lekkie wciśnięcie wtyku i obrót w
prawo (zgodnie z ruchem wskazówek zegara). Rozłączenia dokonuje się przez wciśnięcie
wtyku i obrót w lewo. W przypadku potrzeby dołączenia do jednego gniazda BNC dwóch
przewodów należy skorzystać z trójnika BNC.

Konstrukcja wtyków i gniazd BNC eliminuje możliwość omyłkowej zamiany przewodu

gorącego z zimnym. W przewodach koncentrycznych zakończonych banankami (rys. 8.8)
konieczne jest rozróżnienie przewodu gorącego i zimnego. Najczęściej przewód gorący
oznacza się kolorem czerwonym, natomiast przewód zimny kolorem czarnym lub
niebieskim.

Przewody zimne łączymy zawsze z masą układu, natomiast przewody gorące ze

źródłami sygnału. Ewentualna pomyłka i dołączenie przewodu zimnego do źródła sygnału
może spowodować uszkodzenie badanego układu.

65

0 0.2 0.4 0.6 0.8 U [V]

60

50

40

30

20

10

0

I [mA]

Rys. 8.9. Przykład oscylogramu przebiegów dołączonych do kanału X i Y

W trakcie pomiarów z wykorzystaniem oscyloskopu należy do sprawozdania dołączyć

oscylogramy. Oscylogramy należy wykonywać na papierze milimetrowym. Każdy
oscylogram powinien mieć zaznaczone położenie linii zerowej, a oscylogramy z
wykorzystaniem kanału X położenie początku układu współrzędnych, tj. położenie
spoczynkowe plamki przed dołączeniem napięcia do układu. Oscylogramy powinny mieć
również opisane osie. Przykładowy oscylogram zamieszczony jest na rys. 8.9.

8.2.3. Obsługa oscyloskopu Metrix OX 8040

Oscyloskop OX 8040 firmy Metrix jest dwukanałowym oscyloskopem mogącym

pracować w dwóch trybach pracy – analogowym i cyfrowym.

W trybie analogowym przyrząd umożliwia obserwację przebiegów w zakresie

częstotliwości do 40 MHz, pozwala na wykonywanie pomiarów napięcia i czasu z
wykorzystaniem kursorów oraz na wykonywanie automatycznych pomiarów parametrów
przebiegów okresowych takich jak wartość skuteczna, wartość średnia, częstotliwość,
okres, współczynnik wypełnienia, szerokość impulsów, czas narastania, czas opadania.
Wyniki pomiarów w postaci cyfrowej są wyświetlane na ekranie oscyloskopu.

W trybie cyfrowym oscyloskop umożliwia zapamiętywanie i analizę zjawisk

jednorazowych, obserwację przebiegów wolnozmiennych do 200

s/cm, obserwację

przebiegów przed wyzwoleniem. Maksymalna częstotliwość próbkowania oscyloskopu
wynosi 50 Mpróbek/sekundę. Oscyloskop pozwala na wydruk obserwowanego przebiegu,
a także zapamiętanie go w postaci zbioru przez komputer. Przyrząd posiada wbudowany
interfejs RS 232 programowany zgodnie z protokołem SCPI.

Wygląd płyty czołowej przedstawiono na rys. 8.10. Poszczególne pokrętła i przyciski

oscyloskopu zgrupowano w blokach tematycznych. Włączone funkcje są sygnalizowane
przez podświetlenie odpowiednich napisów lub symboli.

66

Rys.8.10. Płyta czołowa oscyloskopu

Poniżej przedstawiono opis elementów wyszczególnionych na płycie czołowej:

1 – uaktywnienie pomiarów z wykorzystaniem kursorów,
2 – przesuw kursora, zmiana aktywnego kursora, przesuw w poziomie w trybie pracy cyfrowej,
3 – korekta nachylenia linii zerowej,
4 – włączenie regulacji jaskrawości tekstu wyświetlanego na ekranie,
5 – regulacja jaskrawości,
6 – skokowa zmiana stałej napięciowej w kanale CH1,
7 – włącznik funkcji AUTOSET,
8 – przesuw w pionie w kanale CH1,

9,11 – wybór trybu pracy: CH1, CH2, DUAL, ADD, MULT, XY,

10 – przesuw w poziomie,
12 – skokowa zmiana stałej napięciowej w kanale CH2,
13 – przesuw w pionie w kanale CH2,
14 – tryb pracy odwracającej kanału CH2 ,
15 – mnożnik podstawy czasu x 10,
16 – pokrętło regulacji poziomu wyzwalania,
17 – wybór zbocza sygnału wyzwalającego,
18 – przełącznik wyzwalania normalne/automatyczne,
19 – wybór współczynnika podstawy czasu,

20,21 – wybór źródła sygnałów wyzwalających: CH1, CH2, ALT, LINE, EXT,
22,24 – wybór rodzaju sprzężenia sygnałów wyzwalających DC, AC, LFR, TV,

23 – wejście zewnętrznego wyzwalania podstawy czasu,
25 – wybór rodzaju sprzężenia w kanale CH1: AC, DC, GND,
26 – gniazdo sygnału wejściowego kanału CH2,
27 – pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia kanału CH2,
28 – gniazdo sygnału do korekcji sondy,
29 – wybór rodzaju sprzężenia w kanale CH2: AC, DC, GND,
30 – gniazdo sygnału wejściowego kanału CH1,
31 – pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia kanału CH1,
32 – włączenie pomiarów automatycznych,
33 – wybór kanału do pomiarów z wykorzystaniem kursorów,

34-39 – wybór trybów pracy cyfrowej,

40 – przełącznik praca analogowa/praca cyfrowa
41 – wyłącznik zasilania

67

Ustawione parametry (stała napięciowa, współczynnik podstawy czasy itp.) są

wyświetlane na ekranie wraz z dużą liczbą pomocniczych komunikatów. Rozkład
komunikatów na ekranie pokazany jest na rys.8.11, a ich opis poniżej:

Rys. 8.11. Rozkład komunikatów na ekranie oscyloskopu

{1} – stała napięciowa kanału Y1 (CH1),
{2} – stała napięciowa Y2 (CH2),
{3} – współczynnik podstawy czasu,
{4} – wynik automatycznego lub ręcznego pomiaru w wybranym kanale,
{5} – wyświetlane kanały,
{6} – ustawiona długość rekordu,
{7} – pozycja momentu wyzwolenia w skali ekranu i rekordu,
{8} – część rekordu wyświetlana na ekranie,
{9} – wskaźnik wybranego sposobu wyświetlania,
{10} – wskaźnik poziomu i zbocza wyzwalania,
{11} – wskaźnik poziomu odniesienia w osi pionowej każdego z kanałów,
{12} – przebiegi,
{13} – chwilowe komunikaty o błędach lub komunikaty pomocnicze,
{14} – status akwizycji (RUN – praca, STP - zatrzymany, RDY – gotowość),
{15} – bargraf całego rekordu (wskazuje m.in. stopień zapełnienia rekordu próbkami),
{16} – współczynnik podstawy czasu dla wyświetlanych przebiegów,
{17} – pozycja momentu wyzwolenia (położenie wyzwolenia w osi czasu),
{18} – całkowity czas akwizycji.

68
8.2.3.1. Rozpoczęcie pracy z oscyloskopem

Ustawić pokrętła jaskrawości (5), przesuwu pionowego (8) i (13), przesuwu poziomego

(10) oraz poziomu wyzwalania (16) w pozycjach pokazanych na rys.8.10. Dołączyć badany
sygnał do wejść oscyloskopu. Wcisnąć klawisz AUTOSET (7). Funkcja AUTOSET
pozwala na automatyczne dobranie poniższych parametrów oscyloskopu do sygnału
wejściowego:

• włączenie kanału jeżeli pojawi się w nim użyteczny sygnał,
• dobranie odpowiedniej wartości stałej napięciowej,
• dobranie odpowiedniego współczynnika podstawy czasu,
• ustawienie źródła i zbocza wyzwalania.

8.2.3.2. Wybór rodzaju pracy

Oscyloskop może pracować w dwóch trybach – analogowym i cyfrowym. Zmiana trybu

odbywa się za pomocą przycisku DIGITAL/ANALOG (40).

Tryb cyfrowy:
W trybie cyfrowym sygnał wejściowy jest próbkowany i zapamiętywany w postaci

cyfrowej. O włączonym trybie cyfrowym informuje pojawienie się bargrafu {15}. Bargraf
pokazuje jaki fragment pamięci zapisanego w pamięci jest aktualnie wyświetlany na
ekranie. Przełączniki i pokrętła działające tylko w trybie cyfrowym zgrupowane są wokół
ekranu i oznaczone są na płycie czołowej kolorem niebieskim.

Tryb analogowy:
W trybie analogowym sygnał wejściowy po wzmocnieniu w sposób analogowy jest

podawany bezpośrednio na płytki odchylające lampy oscyloskopowej. W obszarze {15}
nie jest wyświetlany bargraf. Przełączniki i pokrętła wspólne dla trybu analogowego i
cyfrowego opisane są na płycie czołowej kolorem czarnym.

8.2.3.3. Kanały oscyloskopu

Sygnały mierzone doprowadza się do gniazd wejściowych BNC oznaczonych CH1

(30) i CH2 (26). Zmiana położenia przebiegów na ekranie jest możliwa dzięki pokrętłom
POSITION (8) (10) (13). Pokrętło POSITIONÙ (10) pozwala na zmianę położenia
poziomego w analogowym trybie pracy. W trybie pracy cyfrowej zmianę położenia obrazu
w poziomie uzyskuje się przy pomocy pokrętła WINDOW (2).

Stałą napięciową w kanale CH1 i CH2 zmienia się za pomocą przełączników

VOLT/DIV (6) i(12). Wartości stałej wyświetlane są odpowiednio w polu {1} i {2} ekranu.

Rodzaj sprzężenia wzmacniacza wejściowego oscyloskopu z gniazdem wejściowym

wybierany jest za pomocą przełącznika AC/DC/GND (29) i (25) odpowiednio dla
kanałów CH1 i CH2. O wybranym sprzężeniu informuje lampka nad odpowiednim
symbolem. Zmiana sprzężenia następuje przez krótkie naciśniecie przycisku. Długie
naciśnięcie przycisku powoduje wyświetlenie linii wskazującej poziom masy GND danego
kanału.

Wyboru kanału dokonuje się przy pomocy przełączników Í (9) i Î (11):

CH1

wyświetlany jest kanał CH1,

CH2 wyświetlany jest kanał CH2,
DUAL wyświetlane są oba kanały. Dla podstawy czasu 50ns

÷0.5ms/cm wyświetlanie jest

w trybie naprzemiennym ALT, dla podstawy czasu 1ms

÷200ms/cm w trybie pracy

„siekanej” CHOPPED,

69

ADD

wyświetlana jest suma sygnałów z kanałów CH1 i CH2 w postaci jednego
przebiegu.,
przełącznik -CH2 (14) pozwala zanegować sygnał w kanale CH2,

MULT wyświetlany jest iloczyn sygnałów z kanałów CH1 i CH2. Tryb możliwy tylko

przy pracy cyfrowej,

XY

wyświetlanie sygnałów dołączonych do kanałów CH1 i CH2 w układzie
współrzędnych prostokątnych XY. kanał CH1 jest kanałem X, kanał CH2 jest
kanałem Y.

8.2.3.4. Podstawa czasu

Wybór współczynnika podstawy czasu dokonuje się przełącznikiem T/DIV (19)

Wartość współczynnika wyświetlana jest w polu {3} na dole ekranu.

Wybór źródła sygnałów synchronizacji dokonuje się za pomocą przełączników

SOURCE Í (21) i Î (20):

CH1 – synchronizacja przebiegiem z kanału CH1,
CH2 – synchronizacja przebiegiem z kanału CH2,
ALT – synchronizacja przebiegiem z kanału z kanałów CH1 i CH2,
LINE– synchronizacja częstotliwością sieci
EXT – synchronizacja przebiegiem dołączonym do wejścia EXT (23).

Przełącznik AUTO przełącza układ wyzwalania pomiędzy dwoma rodzajami pracy

NORmalnym i AUTOmatycznym. Przy wybranym rodzaju normalnym (napis AUTO
niepodświetlony) układ podstawy czasu uruchamiany jest tylko wtedy, gdy do wejścia
dołączone są sygnały spełniające ustawione warunki wyzwalania. Brak takich sygnałów
powoduje, że na ekranie nie ma żadnego obrazu.

Wybór rodzaju automatycznego (napis AUTO podświetlony) powoduje, że oscyloskop

automatycznie generuje sygnał wyzwalający podstawę czasu, przez co na ekranie nawet
przy braku sygnału kreślona jest linia pozioma

Pokrętło LEVEL (16) pozwala ustawić poziom, przy przekroczeniu którego następuje

wyzwolenie układu podstawy czasu. Na ekranie oscyloskopu widoczny jest wskaźnik
poziomu wyzwolenia {10}. Poziom ten powinien być tak ustawiony, by znajdował się w
obrębie badanego przebiegu – przy takim ustawieniu otrzymamy stabilny i nieruchomy
obraz.

Dioda LED opisana jako TRIG jest wskaźnikiem otrzymywania przez układ

wyzwalania oscyloskopu impulsów, które odpowiadają ustawionym kryteriom wyzwalania.
Dioda ta jest rozświetlana na okres kilkuset milisekund po otrzymaniu każdego impulsu
spełniającego warunki wyzwalania. Wybór zbocza wyzwalającego następuje
przełącznikiem (17).

Wyboru rodzaju sprzężenia sygnałów wyzwalania z układem wyzwalania dokonuje się

za pomocą przełączników COUPLING Í (24) i Î (22):

DC – sprzężenie bezpośrednie DC,
AC – sprzężenie pojemnościowe AC, eliminowana jest składowa stała,
LFR – sprzężenie przez filtr górnoprzepustowy,
HFR - sprzężenie przez filtr dolnoprzepustowy,
TV – wyzwolenie sygnałem TV.

70
8.2.3.5. Tryb praca cyfrowej

Przełączniki i nastawy dostępne w trybie pracy cyfrowej oznaczone są na płycie

czołowej kolorem niebieskim. Poszczególne klawisze, w zależności od wybranego trybu
pracy, spełniają kilka różnych funkcji. Poniżej zostaną opisane funkcje klawiszy
wykorzystywanego w ćwiczeniu menu akwizycji.

Menu sterujące akwizycją (pobieranie i wyświetlanie danych) wywoływane jest za

pomocą przycisku ACQ (35) Naciśnięcie tego przycisku powoduje pojawienie się na
ekranie następującego menu :

T:inf%

T:100%

T:75%

SGL

16k

T:50%

on=włączony

ROLL ETSoff 1k

T:25% E:on

G:on

F:on

off=wyłączony

REFR ETSon 8k

T:0%

E:off

G:off

F:off

40 39 38 37 36 35 34

DIGITAL/ HARDCOPY TV

UTILITY SAVE

ACQ

RUN/STOP

Opis klawiszy na płycie

ANALOG

czołowej oscyloskopu

↑

↑

↑

↑

↑

↑

↑

|

|

|

|

|

| Filtr wideo używany do łączenia

|

|

|

|

|

| punktów odpowiadającym próbkom.

|

|

|

|

| Tryb „glitch”, pozwalający na zarejestrowanie

|

|

|

|

| krótkotrwałych impulsów (szerokość

≥ 20ns).

|

|

|

|

Tryb „envelope” pozwalający rejestrować obwiednię

sygnału.

|

|

|

Pozycja momentu wyzwolenia w procentach długości rekordu.

|

|

Długość rekordu (pamięć akwizycji).

|

Tryb ETS (ang. Equivalent Time Sampling - próbkowanie w czasie ekwiwalentnym).

|

Jeżeli ETS=on to przy podstawie czasu od 1

µs do 10ns/cm oscyloskop próbkuje z

|

ekwiwalentną częstotliwością odpowiadającą 10Gpróbkom/s. Może być stosowany

|

tylko do przebiegów okresowych.

Tryby akwizycji:
SGL

tryb jednorazowy. Przygotowanie do przyjęcia nowego sygnału za pomocą przycisku
RUN/STOP (34). Status akwizycji wyświetlany jest w obszarze {14} ekranu:

STP - stop,
RDY - gotowy do nowej akwizycji,
RUN - akwizycja w toku.

ROLL tryb

biegnący, przypomina pracę rejestratora. Kolejne, nowe próbki pozyskane w czasie

akwizycji pojawiają się od prawej krawędzi ekranu przesuwając dotychczasowe próbki w
lewo.

REFR tryb powtarzalnej akwizycji. Przypomina wyświetlanie w zwykłym oscyloskopie

analogowym. Obraz przebiegu pozyskany w czasie poprzedniej akwizycji jest zastępowany
przez obraz przebiegu pozyskanego w czasie ostatniej akwizycji. Zatrzymanie akwizycji i
zamrożenie aktualnego stanu następuje przez wciśnięcie przycisku RUN/STOP (34).
Ponowne uruchomienie akwizycji następuje po powtórnym wciśnięciu przycisku
RUN/STOP.

8.2.4. Słownik terminologii angielskiej

AC

- alternating current - prąd zmienny,

71

DC

- direct current – prąd stały,

auto

- automatycznie wyzwalana podstawa czasu,

astig

- astigmatism - regulacja astygmatyzmu,

CHA

- channel A - kanał Y

A,

CHB

- channel B - kanał Y

B,

GND

- ground - masa (przełącznik odłączający sygnał w torze odchylania

pionowego i dołączający wejście wzmacniacza do masy, służy do
ustawiania linii zerowej),

EXT

- external - wyzwalanie podstawy czasu przebiegiem zewnętrznym,

fine

- przesuw precyzyjny toru odchylania poziomego,

focus

- regulacja ostrości,

gain

- wzmocnienie (pokrętło kalibracji wzmocnienia),

hold off

- czas podtrzymania (czas po którym może nastąpić powtórne wyzwolenie

podstawy czasu)

intensity

- jaskrawość,

level

- poziom wyzwalania,

magnifier -

wzmacniacz,

NORM

- normal - wyzwalana podstawa czasu,

position

- przesuw toru odchylania pionowego lub poziomego,

power on

- włączenie zasilania,

power off

- wyłączenie zasilania,

scale illum - scale illumination - oświetlenie skali,
slope

- wybór zbocza przebiegu, od którego ma nastąpić wyzwolenie podstawy

czasu ,

trig input

- triggering input - wejście zewnętrznego sygnału wyzwalającego podstawę

czasu,

trig mode

- triggering mode - sposób wyzwalania podstawy czasu,

trig source - triggering source - źródło sygnałów wyzwalających podstawę czasu,
var - variable - płynna regulacja wzmocnienia lub współczynnika podstawy czasu,

w

prawym skrajnym położeniu pokrętła ("CAL") wzmocnienie lub

współczynnik podstawy czasu jest zgodny z opisem na przełączniku.

8.3. Wykaz sprzętu pomiarowego

1. Oscyloskop OX 8040
2. Generator impulsowy HM 8035
3. Generator HM 8131-2
4. Multimetr cyfrowy M-4650CR
5. Zasilacz BS-525
6. Układy laboratoryjne:

- układ całkujący,
- układy cyfrowe,
- zestaw diod półprzewodnikowych

7. Przewody połączeniowe 1 x BNC-BNC, 3 x BNC-bananki
8. Trójnik BNC, 2 zaciski laboratoryjne

72

8.4. Zadania pomiarowe

8.4.1. Wzorcowanie kanału Y oscyloskopu napięciem stałym

Celem zadania jest wyznaczenie metodą najmniejszych kwadratów stałej napięciowej

kanału, za pomocą odchylania napięciem stałym plamki o określoną liczbę działek od
położenia zerowego.

Przeprowadzić wzorcowanie kanału Y1 (CH1) dla stałej napięciowej kanału Y

D

y

= 1V/cm w układzie pomiarowym podanym na rys. 8.12. Wyniki pomiarów zanotować

w tablicy 8.1. Warunkiem poprawnego wykonania ćwiczenia jest ustawienie możliwie jak
najmniejszej grubości linii, dokładne ustawienie położenia linii zerowej oraz prawidłowy
dobór zakresu multimetru M-4650CR. Pomiary przeprowadzać na zakresie 2 V multimetru
M-4650CR dla wskazywanych napięć < 2 V i na zakresie 20V dla napięć

≥ 2 V.

Zasilacz
BS 525

Oscyloskop
OX 8040

CH1

Multimetr cyfrowy

M-4650CR

V/

Ω

Com

+

-

trójnik BNC

przewód BNC-bananki

CH1 1V/cm

DCV

2 V lub 20 V

Rys.8.12. Wzorcowanie kanału Y oscyloskopu

Tablica .8.1

Y

cm 1 2 3 4 -4 -3 -2 -1

U

y

V

D

ypom

V/cm

δ

D

%

D

yobl

V/cm

D

ypom

= U

y

/ y

D

yobl

= m

y

- współczynnik kierunkowy prostej U

y

= m

y

y + n

y

wyznaczony metodą

najmniejszych kwadratów (patrz p. 8.5.1. opracowania)

δ

D

= (D

ypom

- D

yobl

) / D

yobl

73

Przed rozpoczęciem pomiarów należy

1° przełącznikiem rodzaju pracy odchylania pionowego VERTICAL wybrać kanał CH1,
2° włączyć automatyczne wyzwalanie podstawy czasu

–

przełącznik AUTO

podświetlony,

3° ustawić przy pomocy pokrętła VOLT/DIV stałą napięciową kanału CH1 na 1 V/cm -

aktualna wartość stałej napięciowej jest wyświetlana w lewym dolnym rogu ekranu,

4° sprawdzić, czy pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia VAR kanału CH1 znajduje się

w położeniu "kalibrowane" CAL (skrajne lewe położenie),

5° ustawić pokrętłem jasności INTENSITY jak najmniejszą grubość linii,
6° ustawić przełącznik rodzaju sygnału AC DC GND w położeniu GND, odłączając w

ten sposób napięcie wejściowe od oscyloskopu. Przy pomocy pokrętła POSITION Ú
ustawić linię kreśloną przez oscyloskop na środku ekranu,

7° przestawić przełącznik w położenie DC i zwiększając napięcie z zasilacza odchylać

plamkę o wartości podane w tablicy 1, notując jednocześnie napięcia z multimetru
M-4650CR. Pamiętać o właściwym ustawieniu zakresu pomiarowego multimetru! (dla
napięć < 2 V zakres 2 V, dla napięć

≥ 2 V zakres 20 V). Ujemne odchylenia uzyskać

przez zmianę polaryzacji napięcia z zasilacza (zamiana miejscami przewodów
łączących oscyloskop z zaciskami "+" i "-" zasilacza).

8.4.2. Pomiary współczynnika wypełnienia przebiegu prostokątnego

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika wypełnienia przebiegu

prostokątnego zdefiniowanego:

k = (t

w

/T)

⋅100%,

gdzie: t

w

- czas trwania impulsu,

T - okres impulsu.

CH1 1 V/cm

50

µs/cm

Oscyloskop

OX 8040

CH1

Generator impulsowy

HM 8035

− AMPL +

FREQUENCY 2 kHz
WIDTH 200

µs

OUTPUTS
50

Ω

Rys. 8.13. Pomiary współczynnika wypełnienia

Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rys. 8.13. Oscyloskop powinien być dołączony do

wyjścia generatora o polaryzacji dodatniej (prawe skrajne gniazdo generatora). Aby
przygotować do pracy generator impulsowy należy:

1° sprawdzić, czy jest wybrany zakres napięcia 2 V - klawisz 2V/5V jest w pozycji

wyciśniętej – zapewni to generację impulsów o amplitudzie 4 V,

2° sprawdzić, czy przełącznik odwracania impulsu jest w pozycji wyciśniętej,

74
3° pokrętło skokowej regulacji częstotliwości FREQUENCY ustawić w pozycji 2 k,

natomiast czerwone pokrętło płynnej regulacji częstotliwości delikatnie skręcić do
prawej skrajnej pozycji,

4° pokrętło skokowej regulacji szerokości impulsu WIDTH ustawić w pozycji 200

µs,

natomiast czerwone pokrętło płynnej regulacji szerokości impulsów przekręcić do
lewej skrajne pozycji,

5° niebieskie pokrętło płynnej regulacji amplitudy ustawić w prawej skrajnej pozycji.

Przed pomiarami przy pomocy pokrętła HORIZONTAL ustawić współczynnik

podstawy czasu na 50

µs/cm - aktualna wartości współczynnika podstawy czasu jest

wyświetlana u dołu ekranu.

Aby uzyskać stabilny obraz przy pomocy pokrętła LEVEL ustawić poziom wyzwalania

automatycznej podstawy czasu tak aby znacznik poziomu wyzwalania znajdował się w

obrębie wyświetlanego przebiegu prostokątnego.

Tablica 8.2

T

µs

t

w1

µs

t

w2

µs

k

1

%

k

2

%

Pomierzyć za pomocą oscyloskopu okres

przebiegu T oraz czas trwania impulsu t

w1

.

Otrzymane wyniki zanotować w tablicy 8.2. Pomiary
wykonywać mierząc długość odpowiedniego odcinka
czasu i mnożąc uzyskany wynik przez wartość
współczynnika postawy czasu.

Analogiczne pomiary wykonać dla prawej

skrajnej pozycji pokrętła płynnej regulacji szerokości
impulsu. Zanotować czas trwania impulsu t

w2

.

8.4.3. Pomiary napięcia i czasu oscyloskopem

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej czasowej układu całkującego na podstawie

pomiarów napięcia i czasu, przeprowadzonych za pomocą oscyloskopu. Badany układ
całkujący jest pobudzony przebiegiem prostokątnym o wypełnieniu 1/2. Stałą czasową RC
(rys. 8.14) można wyznaczyć na podstawie pomiaru czasu t oraz napięć U(t

1

) i U(t

2

)

U(t ) U(t )e

2

1

t

RC

=

−

t

t

1

t

2

U(t

1

)

U(t

2

)

t

U

C

(t)

poziom linii

zerowej

Rys. 8.14. Przebieg napięcia w układzie całkującym pobudzonym napięciem prostokątnym

Połączyć układ pomiarowy według rys. 8.15. Pokrętło skokowej regulacji

częstotliwości FREQUENCY ustawić w pozycji 2 k, analogicznie jak poprzednim
pomiarze. W celu uzyskania przebiegu o wypełnieniu ½ pokrętło WIDTH ustawić w
położeniu (lewe skrajne położenie).

Wejścia CH1 i CH2 oscyloskopu ustawić na pracę DC. Ustawić linie zerowe obu

kanałów na środku ekranu przy odłączonym sygnale (pozycja GND), od ich prawidłowego

75

ustawienia będzie zależeć dokładność pomiarów.

Wybierając odpowiedni kanał zaobserwować oddzielnie przebieg w kanale CH1 (U

C

) i

kanale CH2 (U) oraz dwóch kanałach jednocześnie (tryb pracy DUAL). W każdym z
przypadków wybrać odpowiednie źródło sygnału wyzwalającego i właściwy poziom
wyzwalania.

C

Układ całkujący

R

Oscyloskop

OX 8040

CH1 1 V/cm
CH2 1 V/cm

50

µs/cm

CH1






CH2

Generator impulsowy

HM 8035

− AMPL +

FREQUENCY 2 kHz
WIDTH 200

µs

OUTPUTS
50

Ω

Rys. 8.15. Pomiary napięcia i czasu w układzie całkującym

Wybierając odpowiedni kanał zaobserwować oddzielnie przebieg w kanale CH1 (U

C

) i

kanale CH2 (U) oraz dwóch kanałach jednocześnie (tryb pracy DUAL). W każdym z
przypadków wybrać odpowiednie źródło sygnału
wyzwalającego i właściwy poziom wyzwalania.

Przy pomocy kursorów wyznaczyć wartości

napięć U(t

1

) i U(t

2

) oraz wartość czasu t. Kursory

uaktywnia się przyciskiem CURSORS. Kolejne
naciśnięcie przycisku pozwala mierzyć napięcie,
czas, częstotliwość i przesunięcie fazowe w
wyświetlanych przebiegach.

W celu wyznaczenia wartości napięcia U(t

1

)

wybrać kursory poziome i jeden z nich przy
pomocy pokrętła WINDOW ustawić na linii
zerowej. Naciskając pokrętło WINDOW uaktywnić
drugi kursor i ustawić go w punkcie odpowiadającym U(t

1

). Odczytać wartość

∆

U(1)=U(t

1

). Analogicznie wyznaczyć wartość U(t

2

). Wartość t zmierzyć przy pomocy

kursorów pionowych

∆

t(1)=t. Wyniki zapisać w tablicy 8.3.

Tablica 8.3

U(t

1

)

V

U(t

2

)

V

t

µs

RC

teor

µs

RC

pom

µs

δ

RC

%

W celu późniejszego porównania wyznaczonej doświadczalnie stałej czasowej z jej

wartością teoretyczną zanotować rzeczywiste wartości elementów układu całkującego.

R

C

=
=

...............
...............

8.4.4. Różnicowe pomiary napięć między dwoma punktami nieuziemionymi

Używany w ćwiczeniu oscyloskop posiada wejścia niesymetryczne, w których jeden z

przewodów połączony jest z masą. Za pomocą oscyloskopu z wejściem niesymetrycznym
niemożliwe jest bezpośrednie obserwowanie przebiegów pomiędzy punktami, z których
żaden nie jest połączony z masą. Dołączenie do takich punktów przewodu masy powoduje
zmianę konfiguracji układu lub nawet jego uszkodzenie.

Chcąc obserwować napięcie między punktami nie połączonymi z masą za pomocą

oscyloskopu z wejściami niesymetrycznymi, należy użyć dwóch kanałów w trybie pracy
sumacyjnej jak na rys. 8.16. W celu obejrzenia napięcia U

12

pomiędzy punktami "1" i "2"

76
należy kanał CH1 dołączyć gorącym przewodem do p. "1", natomiast kanał CH2
przewodem gorącym do p. "2". Przewody zimne należy dołączyć do p. "0" - masy układu.

Napięcie U

12

otrzymamy dodając do napięcia U

10

napięcie U

20

z ujemnym znakiem.

U

12

= U

10

+(-U

20

)

Warunkiem prawidłowego kształtu przebiegów przy różnicowych pomiarach są

jednakowe wzmocnienia w kanale CH1 i CH2.

W układzie jak na rys.8.16 zaobserwować napięcie U

R

=U

10

−U

20

na rezystorze. Przy

pomocy kursorów wyznaczyć wartości chwilowe napięć U(t

1

) i U(t

2

) oraz wartość t.

Wyniki zanotować w tablicy 8.4.

"1" R

"2"

"0"

C

Oscyloskop

OX 8040

CH1 1 V/cm
CH2 1 V/cm

ADD

CH2 INV (-CH2)

50

µs/cm

CH1



CH2

Generator impulsowy

HM 8035

− AMPL +

FREQUENCY 2 kHz
WIDTH

OUTPUTS
50

Ω

U(t ) U(t )e

2

1

t

RC

=

−

t

t

1

t

2

U(t

1

)

U(t

2

)

t

U

R

(t)

poziom linii

zerowej

Rys. 8.16. Różnicowe pomiary napięć między dwoma punktami, z których żaden nie jest

połączony z masą

Przed rozpoczęciem pomiarów należy:

1° wybrać pracę sumacyjną oscyloskopu ADD,

Tablica 8.4

U(t

1

)

V

U(t

2

)

V

t

µs

RC

teor

µs

RC

pom

µs

δ

RC

%

2° ustawić kanał CH2 w tryb pracy

odwracającej (wciśnięty klawisz –CH2),

3° ustawić linię zerową dla pracy sumacyjnej

(kanał CH1 i CH2 GND). W trybie pracy
sumacyjnej położenie linii zerowej ustawia
się przy pomocy przesuwu pionowego
dowolnego z kanałów.

4° Po zakończeniu pomiarów ustawić kanał

CH2 w tryb pracy nieodwracającej (zgaszona
lampka -CH2).

77

8.4.5. Obserwacja przebiegów w układach cyfrowych

W ćwiczeniu zostaną zaprezentowane przebiegi na wyjściu licznika binarnego 7493

oraz na bramce AND typu 7408.

Przed rozpoczęciem pomiarów należy
1° ustawić na zasilaczu BS 525 napięcie 5 V przed dołączeniem płytki z układami

cyfrowymi,

2° pozostawić nastawy generatora analogiczne jak w poprzednim zadaniu, zwracając

szczególną uwagę na wyciśnięcie klawisza 2V/5V.

UWAGA!!! W pozycji wciśniętej klawisza 2V/5V generator wytwarza przebiegi o
amplitudzie do 10 V, natomiast dopuszczalne napięcie wejściowe układu scalonego 7408 i
7493 wynosi 5 V.

3° przełącznikiem rodzaju pracy odchylania pionowego VERTICAL wybrać pracę

dwukanałową DUAL,

4° ustawić wzmocnienia kanałów CH1 i CH2 na 2 V/cm,

5° ustawić linie zerowe kanałów CH1 i CH2 tak, aby optymalnie wykorzystać całą

powierzchnię ekranu oscyloskopu. Zalecane ustawienie linii zerowej kanału CH1 y=0
cm, CH2 y=

−3 cm, korzystać z trybu DC,

6° ustawić współczynnik podstawy czasu tak, by na ekranie zaobserwować jeden pełen

okres przebiegu z kolejnego wyjścia licznika,

7° w celu uzyskania stabilnego obrazu wyzwalać podstawę czasu przebiegiem z kanału

CH1 (SOURCE CH1) pamiętając o odpowiednim ustawieniu poziomu wyzwalania
pokrętłem LEVEL.

W układzie pomiarowym, pokazanym na rys. 8.17 zaobserwować przebiegi w liczniku

binarnym SN7493. Kanał CH2 dołączyć do wejścia IN2, do którego jest doprowadzony
sygnał z generatora, natomiast kanał CH1 kolejno do wyjść A, B, C, D. Zanotować, ile

okresów przebiegu wejściowego T

in

przypada na jeden okres przebiegu T

A

, T

B

, T

C

, T

D

na

wyjściach A, B, C, D.

T

A

= ...... xT

in

T

B

= ...... xT

in

T

C

= ...... xT

in

T

D

= ...... xT

in

7408

GEN

+5V

Oscyloskop

OX 8040

CH1 – 2 V/cm
CH2 – 2 V/cm

0.2 ms/cm
0.5 ms/cm

1 ms/cm

CH1

CH2

Generator impulsowy

HM 8035

−

AMPL +

FREQUENCY 2 kHz
WIDTH

OUTPUTS

50

Ω

IN

7493

OUT

A

B

C

D

IN2

IN1

A

B

C

D

Zasilacz
BS 525

+
_

Uwy=+5 V

Rys. 8.17. Obserwacja przebiegów w układach cyfrowych

78

Zmierzyć poziomy napięć odpowiadające stanom Hi i Lo w przebiegu prostokątnym na

wyjściu A. Do pomiaru stanu Hi ustawić stałą napięciową kanału CH1 1V/cm, a dla stanu
Lo ustawić na 0.1 V/cm.

U

HI

= ...... V

U

Lo

= ...... V

Zaobserwować przebiegi na bramce AND 7408. Wyjście bramki OUT dołączyć do

kanału CH1, natomiast wejścia bramki IN

1

, IN

2

łączyć kolejno z kanałem CH2. Przebieg

otwierający i zamykający bramkę podany jest z wyjścia D licznika binarnego 7493,
natomiast bramkowany przebieg pochodzi bezpośrednio z generatora.

8.4.6.

Automatyczne pomiary parametrów impulsów w przebiegu okresowym

Celem ćwiczenia jest pomiar następujących parametrów impulsów:

• napięcia międzyszczytowego V

pp

,

100 %

90 %

50 %

10 %

0

tr

T

tw

tf

• napięcia skutecznego V

rms

,

• napięcia średniego V

avg

,

• częstotliwości f,
• okresu T,
• czas trwania dodatnich impulsów t

w

,

• współczynnika wypełnienia k,
• czasu narastania t

r

,

• czasu opadania t

f

. - czasu narastania tr,

CH1

+5V

GEN

Q

Oscyloskop

OX 8040

CH1 1 V/cm

0.2 ms/cm

Zasilacz
BS 525

+
_

Uwy=+5V

Generator impulsowy

HM 8035

−

AMPL +

FREQUENCY 2 kHz
WIDTH

OUTPUTS

50

Ω

Rys. 8.18. Pomiary parametrów impulsów

W układzie pomiarowym jak na rys. 8.18

pomierzyć w trybie pracy automatycznej napięcie
międzyszczytowe V

pp

, napięcie skuteczne V

rms

,

napięcie średnie V

avg

, częstotliwość f (oznaczenie na

ekranie oscyloskopu F), okres T, czas trwania
dodatnich impulsów t

w

(oznaczenie na ekranie

oscyloskopu W+), współczynnik wypełnienia k

(oznaczenie na ekranie oscyloskopu DC+), czasu
narastania t

r

, oraz czas opadania t

f

. Wyniki

zanotować w tablicy 8.5.

Tablica 8.5

t

r

µs

t

f

µs

t

w

(W+)

µs

T

µs

79

Pomiary w trybie automatycznym uaktywnia się przyciskiem AUTO. Żądaną wielkość

wybiera się naciskając przycisk znajdujący się poniżej wyświetlanego symbolu wielkości.
Przejście do następnego zestawu mierzonych wielkości uzyskuje się naciskając przycisk
More.

Wyłączenie trybu automatycznych pomiarów odbywa się przez wybranie opcji off i

następnie naciśnięcie przycisku AUTO.

8.4.7. Pomiary parametrów pojedynczego impulsu z wykorzystaniem pracy cyfrowej

Celem zadania jest obserwacja i pomiar parametrów pojedynczego impulsu. Impuls taki

ze względu na krótki czas trwania jest niemożliwy do zaobserwowania przy pomocy
klasycznego oscyloskopu analogowego bez pamięci. Z tego względu do jego pomiarów
wykorzystano pracę oscyloskopu w trybie cyfrowym z pojedynczym wyzwalaniem (inne
określenie praca z czuwaniem, ang. baby-sitting).

W trybie tym podstawa czasu jest nieaktywna dopóki nie pojawi się impuls

wyzwalający, natomiast cały czas pracuje przetwornik A/C i próbki napięcia występujące
na wejściu oscyloskopu są zapisywane do pamięci. W momencie pojawienia się impulsu
wyzwalającego uruchamiany jest na jeden okres generator podstawy czasu. Obraz impulsu
na ekranie oscyloskopu możemy potem dowolnie długo wyświetlać i analizować.

Ponieważ przetwornik A/C pracuje również przed wyzwoleniem możliwe jest

wyświetlenie nie tylko przebiegu po wyzwoleniu jak w klasycznym oscyloskopie
analogowym, a także przed wyzwoleniem. Proporcje między przebiegiem przed
wyzwoleniem po wyzwoleniu możemy zmieniać przy pomocy parametru T: % w menu
ACQ.

W układzie pomiarowym jak na rys. 8.19 zaobserwować oraz wyznaczyć czas trwania

t

w

oraz poziom U

Hi

pojedynczego impulsu generowanego generator impulsowy HM 8035.

CH1 1 V/cm

50

µs/cm

DIGITAL

SGL ETSon 1k T:25% E:on G:on F:on

Oscyloskop

OX 8040

CH1

Generator impulsowy

HM 8035

− AMPL +

FREQUENCY MAN or EXT
WIDTH 200

µs

OUTPUTS
50

Ω

Rys. 8.19. Pomiary parametrów pojedynczego impulsu

Przed rozpoczęciem pomiaru należy:

1° przełącznik rodzaju pracy odchylania pionowego VERTICAL ustawić w położeniu

CH1,

2° ustawić wzmocnienie kanału CH1 równe 1 V/cm a linię zerową na poziomie y= -3 cm,
3° pokrętłem LEVEL ustawić znacznik poziomu wyzwalania na poziomie y = -1 cm,
4° wybrać cyfrowy tryb pracy oscyloskopu wciskając klawisz DIGITAL a następnie

nacisnąć klawisz ACQ i ustawić następujące parametry pracy:

SGL praca z pojedynczym wyzwalaniem,
ETS:on,
1k długość rekordu

80

T:25% wyświetlanie 25% przebiegu przed wyzwoleniem i 75% przebiegu po
wyzwoleniu,
E:on,
G:on,
F:on.

5° nacisnąć klawisz MENU OFF i wyjść z trybu ustawiania parametrów pracy ACQ.

Wciskając klawisz RUN/STOP uaktywnić podstawę czasu z czuwaniem - powinien
wyświetlić się napis RDY,

6° pokrętło FREQUENCY generatora HM 8035 ustawić w pozycji MAN or EXT (lewa

skrajna pozycja),

7° pokrętło skokowej regulacji szerokości impulsu WIDTH ustawić w pozycji 200

µs,

natomiast czerwone pokrętło płynnej regulacji szerokości impulsu przekręcić do lewej
skrajnej pozycji,

Wygenerować pojedynczy impuls naciskając przycisk MAN w generatorze HM 8035, na
ekranie powinien pojawić się zarejestrowany impuls oraz napis STP. Przemieszczanie się
w obrębie pamięci uzyskuje się przy pomocy pokrętła WINDOW. Powtórne uaktywnienie
podstawy czasu z czuwaniem następuje po naciśnięciu klawisza RUN/STOP.

t

w

=........

µs

U

Hi

=........ V

8.4.8. Obserwacja charakterystyk diod półprzewodnikowych I = f (U) w obszarze

przewodzenia

Celem zadania jest obserwacja charakterystyk I = f(U) w obszarze przewodzenia dla

trzech diod półprzewodnikowych: germanowej, krzemowej i z arsenku galu (LED).

Charakterystyki diod obserwujemy wykorzystując pracę XY oscyloskopu. Rezystor

Rw=1 Ω występujący w układzie pomiarowym połączony jest szeregowo z badaną diodą i

przekształca płynący przez diodę prąd na napięcie, które jest podawane na kanał Y CH2.
Na kanał X CH1 oscyloskopu podane jest napięcie występujące na diodzie. Rezystor Rw

powinien mieć jak najmniejszą wartość, ponieważ odkładające się na nim napięcie dodaje
się do napięcia na diodzie, zniekształcając charakterystykę I = f(U).

CH1 (X)

Oscyloskop

OX 8040

CH2 (Y)

Ge, SI CH1 0.1 V/cm
LED CH1 0.5 V/cm

CH2 10 mV/cm

Ge Si LED

50

Ω

OUTPUT

R

S

=120

Ω

R

W

=1

Ω

Generator

Hameg HM 8131-2

f=100 Hz

Rys. 8.20. Obserwacja charakterystyk I(U) diod półprzewodnikowych

W układzie pomiarowym jak na rys.8.20 zaobserwować i przerysować charakterystyki

I = f (U) diody germanowej, krzemowej i LED.

Przed rozpoczęciem badania charakterystyki diod należy:

1

° przełącznik rodzaju pracy odchylania pionowego VERTICAL ustawić w położeniu

XY,

81

2

° ustawić wzmocnienie kanału Y CH2 równe 10 mV/cm,

3

° ustawić wzmocnienie kanału X CH1 równe 0.1 V/cm dla diody Ge i Si, a dla diody

LED 0.5 V/cm (napięcie przewodzenia diody germanowej wynosi ok. 0.3V, krzemowej
ok. 0.7V LED ok. 2.5V),

4

° ustawić położenie zerowe plamki w punkcie x= -5 cm, y= -2 cm - będzie to środek

układu współrzędnych I-U,

5

° ustawić maksymalny prąd diody równy 50 mA (co odpowiada 50 mV na ekranie

oscyloskopu) regulując napięcie wyjściowe generatora HM 8131-2 (w celu regulacji
napięcia nacisnąć klawisz AMPL. a następnie ustawić żądane napięcie przy pomocy
obrotowego pokrętła),

6

° dla podanych warunków przerysować charakterystykę I = f(U) każdej z diod.

Na oscylogramie zaznaczyć środek układu współrzędnych oraz opisać osie OX w woltach
oraz OY w miliamperach.

8.5. Opracowanie

1. Uzupełnić tablicę 8.1. Jako D

yobl

przyjąć współczynniki kierunkowe takich prostych U

y

= m

y

y + n

y

i, dla których sumy S

y

kwadratów odchyłek poszczególnych punktów

/yi,Uyi/ od prostych osiągają minimum. Np. w celu wyznaczenia współczynnika

kierunkowego prostej U

y

= m

y

y + n

y

poszukuje się minimum sumy

[

]

2

1

∑

−

k

i=

y

i

y

yi

y

)

+n

y

(m

U

=

S

tj.

0

=

y

y

m

S

∂

∂

, skąd

M

U

y

y

U

k

k

i

yi

k

i

i

k

i

i

yi

y

∑

∑

∑

=

=

=

⋅

−

=

1

1

1

m

oraz

0

=

y

y

n

S

∂

∂

, skąd

M

y

y

U

y

U

n

k

i

i

k

i

i

yi

k

i

k

i

i

yi

y

∑

∑

∑ ∑

=

=

=

=

⋅

−

⋅

=

1

1

1

1

2

gdzie

M

, k - liczba pomiarów.

2

1

1

2















−

=

∑

∑

=

=

k

i

i

k

i

i

y

y

k

2

1

1

2















−

=

∑

∑

=

=

k

i

i

k

i

i

y

y

k

M

Wyznaczając m

y

, n

y

, zwrócić uwagę na symetryczny przedział y

i

i zerowanie się

członów

Σy

i

.

Przedstawić zależność

δ

D

(y) w postaci wykresów z uwzględnieniem znaków błędów.

2. Obliczyć i porównać stałą czasową RC otrzymaną na podstawie pomiarów w p. 8.4.3 i

w p. 8.4.4 oraz na podstawie zanotowanych wartości R i C.

3. Na podstawie obserwacji w p. 8.4.5 podać, dla jakiego stanu logicznego wejścia IN1

bramka jest otwarta, tzn. przenosi sygnał z wejścia IN2 na wyjście OUT.

4. Na podstawie oscylogramów otrzymanych w p. 8.4.8 wyznaczyć napięcie

przewodzenia badanych diod U

F

dla prądu I = 25 mA. Wyznaczyć graficznie

rezystancję dynamiczną r

d

= dU/dI dla I = 25mA, jako nachylenie stycznej do

charakterystyki I = f(U), oraz dla tego samego prądu rezystancję statyczną R = U/I.

82

Wyniki zanotować w tablicy 8.6. Sposób wyznaczania r

d

przedstawiony jest na rys.

8.21

Tablica 8.6

typ diody

U

F

[V]

R [

Ω]

∆U [V] ∆I [mA] r

d

[

Ω]

germanowa

krzemowa

LED

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 U [V]

60

50

40

30

20

10

0

I[mA]

U [V]

I [mA]

∆

∆

U

F

]

[

Ω

∆

∆

≈

=

I

U

di

dU

r

d

Rys. 8.21 Zasada wyznaczania rezystancji dynamicznej r

d

diody