rozne8, Politechnika WGGiG, Fizyka

POLITECHNIKA WROCAWSKA

INSTYTUT FIZYKI

SPRAWOZDANIE Z WICZENIA NR 51

Temat : Pomiary oscyloskopowe.

Morajko Oleg

WYDZ. : IZ ROK : II

DATA :

OCENA :

Cel wiczenia

Celem wiczenia byo zapoznanie si z :

budow,
zasad dziaania,
zastosowaniami pomiarowymi oscyloskopu elektronicznego;
metodami pomiaru r�nicy faz, pomiaru czstotliwoci przy pomocy oscyloskopu,
zapoznanie z podstawowymi ukadami elektronicznymi takimi jak prostownik jedno- i dwupo�wkowy,
ukad cakujcy oraz r�niczkujcy.

Wstp teoretyczny - zjawisko fizyczne
Oscyloskop elektroniczny jest uniwersalnym przyrzdem laboratoryjnym sucym do obserwacji, rejestracji i pomiar�w napi elektrycznych zmieniajcych si w czasie. Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa. Ponadto w skad budowy oscyloskopu wchodz : wzmacniacz odchylenia poziomego X i pionowego Y, generator podstawy czasu i urzdzenie zasilajce (Rys.1).
W_Y
Y Z ~220V
S
W_X O
O - lampa oscyloskopowa
Y - wzmacniacz odchylenia pionowego
X - wzmacniacz odchylenia poziomego
W_X ,W_Y - gniazdka wejciowe wzmacniaczy
G - generator podstawy czasu
Z - zasilacz (przewody zasilania oznaczono
lini przerywan)
S - obw�d synchronizacji
X G
Wzmacniacze X oraz Y su do wzmacniania amplitudy badanych sygna�w w celu umoliwienia obserwacji i pomiar�w nawet bardzo sabych sygna�w. Napicia wyjciowe s przyoone do odpowiednich par pytek odchylajcych lampy oscyloskopowej.
Generator podstawy czasu G suy do wytwarzania napicia okresowo zmiennego o przebiegu pioksztatnym. Napicie to podczas jednego okresu wzrasta proporcjonalnie do czasu, a nastpnie moliwie szybko opada.
Urzdzenia zasilajce oscyloskopu przetwarzaj napicie sieci na napicie stae, potrzebne do zasilania wzmacniaczy, generatora podstawy czasu i lampy oscyloskopowej.
Podstawowe zastosowania pomiarowe oscyloskopu elektronowego :

obserwacja przebieg�w napiciowych o r�nym ksztacie i pomiar napi,
pomiar czasu i czstotliwoci,
pomiar r�nicy faz dwu przebieg�w,
badanie ukad�w przeksztacajcych przebiegi ( np. ukad�w r�niczkujcych i cakujcych ),
badanie charakterystyk prdowo - napiciowych element�w elektronicznych ( diod, tranzystor�w).

Przyrzdy pomiarowe
W wiczeniu wykorzystano nastpujce przyrzdy pomiarowe :

oscyloskop dwukanaowy OS 9020G
generator funkcyjny G 432
przesuwnik fazowy RPF 02
prostownik jedno- i dwupo�wkowy
ukad r�niczkujcy
ukad cakujcy

Przebieg wiczenia
Obserwacja i pomiar napicia przemiennego.
W tym celu doczylimy generator funkcyjny, kt�ry wytwarza odpowiednio napicia sinusoidalne, prostoktne i pioksztatne ( tr�jktne ).

sinusoidalny

warto amplitudy A = 1dz = 1 cm
- zakres generatora podstawy czasu
T_odczyt = t₂ - t₁= 1.6 [cm] - odczytany z wykresu okres przebiegu
std T = T_odczyt * T_x= 1.6 * 2 = 3.2 [ms]

prostoktny

warto amplitudy A = 1dz = 1 cm
czstotliwo przebiegu : T = 3.2 [ms] oraz f = 312.5 [Hz]

pioksztatny

warto amplitudy A= 0.2 [cm]
czstotliwo przebiegu T = 1.2 cm * 2 [ms/cm] = 2.4 [ms] skd f = 416.7 [Hz ]
Podstaw dziaania wielu ukad�w elektronicznych s procesy adowania i rozadowania kondensatora przez rezystancj. Obserwacj takich proces�w na ekranie oscyloskopu mona przeprowadzi korzystajc z ukadu jak na poniszym rysunku .
Schemat ukadu r�niczkujcego, zoony z kondensatora C i rezystora R :
A I A'
C
U R U₁
B B'
Do zacisk�w AA^' doprowadza si impulsy sinusoidalne o amplitudzie U₀ , a zaciski BB^' czy si z wejciem wzmacniacza Y. W wyniku powstaj impulsy zdeformowane, w kt�rych cz narastajca odpowiada procesowi adowania, a cz opadajca - procesowi rozadowania kondensatora C przez rezystor R. Szybko narastania lub opadania napicia na kondensatorze zaley od wartoci iloczynu RC, tzw. staej czasowej obwodu . Dla dostatecznie maych wartoci R i C napicie wyjciowe U₁(t) jest proporcjonalne do pochodnej dU/dt napicia wejciowego :
gdzie Q - adunek zgromadzony na kondensatorze C,
U_c - napicie midzy okadkami kondensatora.
Dla maych wartoci R i C, U₁<< U, U_c" U :
W wiczeniu na wejcie ukadu podano napicia sinusoidalne, prostoktne i pioksztatne. Otrzymane przebiegi przedstawiono na wykresach
Obserwacja i pomiar napicia przemiennego na wyjciu ukadu prostowania jedno- i dwupo�wkowego.
Schemat ukadu prostowniczego z filtrem RC wygadzajcym ttnienia przedstawia poniszy rysunek :
D₁
| | WY
~220 C₁ C₂ R₁ R₂
| |
D₂
gdzie :
D₁, D₂ - diody krzemowe,
C₁, C₂ - kondensatory filtrujce,
R₁, R₂ - rezystory obcienia
Wpyw element�w R i C na warto napicia ttnie oraz odpowiednie wykresy podano w
Pomiar czstotliwoci napicia przemiennego przy pomocy figur Lissajous
Pomiar czstotliwoci polega na podaniu na pytki X sygnau z generatora o znanej czstotliwoci, a na pytki Y sygnau o czestotliwosci szukanej. Czstotliwo na kalibrowanym generatorze ustawiamy tak, aby uzyska sta figur na ekranie. Czstotliwo wyznaczamy ze wzoru:
gdzie :
m_y-liczba przeci wykresu z osi Y,
m_x- liczba przeci wykresu z osi X,
f_v- znana czstotliwo,
f_x - szukana czstotliwo.
Odczyty z przyrzd�w pomiarowych :
f_v = 100 Hz * 2.7 = 270 Hz - czstotliwo generatora funkcji G 432
f_x = 0.9 * 100 Hz = 90 Hz - czstotliwo generatora podstawy czasu
Z wykresu
m_y = 1, n_x = 3
Dla drugiego wykresu
f_v = 200 Hz
m = 2; n = 4
std : f_x= 100 Hz
Pomiar przesunicia fazowego
Aby zmierzy r�nice faz dwu przebieg�w sinusoidalnych naley poda dwa przebiegi o jednakowych amplitudach i czstotliwociach. Na ekranie otrzymujemy prosta elips albo koo. Przesunicie fazowe obliczamy ze wzoru:
, a- amplituda na osi Y, b - maksymalna amplituda wartoci funkcji
- r�nica faz
W wyniku zoenia przebieg�w sinusoidalnych o jednakowej czstotliwoci na ekranie pojawia si obraz :

elipsy - dla przebieg�w r�nicych si w fazie (wykres )

a = 1.6 * 2 = 3.2 cm
b = 2 * 2 = 4 cm
sin = 0.8

koa - r�nica faz = /2 (wykres)

Wnioski

Oscyloskop suy do obserwacji przebieg�w napi w zalenoci od czasu U(t). Nie naley go jednak stosowa do dokadnego pomiaru napi, a jedynie do orientacyjnego. Ukady wejciowe, a zwaszcza wzmacniacze X i Y oraz generator podstawy czasu s elementami odbiegajcymi od idealnie liniowych, co wprowadza do znaczne bdy pomiarowe.

Oscyloskop jest urzdzeniem bardzo przydatnym w pracowni zajmujcej si elektronik analogow, poniewa umoliwia obserwacj okresowych sygna�w pojawiajcych si w obwodach analogowych. Przy pomiarze zwykym oscyloskopem bd przekracza kilka procent, nie ma sensu za rozpatrywanie wielkoci plamki.