WYDZIAŁ MECHANICZNY	IMIĘ I NAZWISKO Kołek Dominik	ZESPÓŁ 6	OCENA OSTATECZNA
GRUPA 211c	TYTUŁ ĆWICZENIA Oscyloskop katodowy	NUMER ĆWICZENIA 20	DATA WYKONANIA 05.12.2005

1. Wprowadzenie

1. Budowa oscyloskopu katodowego

Oscyloskop katodowy służy do obserwacji i pomiarów czasowych zmian napięcia i natężenia prądu elektrycznego,

Zasadniczym elementem oscyloskopu katodowego jest lampa oscyloskopowa z układem zasilania, której budowę przedstawiono na rys.1. Jest to opróżniona z powietrza rura szklana o odpowiednim kształcie. W jej wąskiej części znajduje się pośrednio żarzona katoda K emitująca elektrony. Katodę otacza metalowy cylinder Wehnelta CW znajdującym się na ujemnym względem niej potencjale. Elektrony po przejściu przez otwór w cylindrze Wehnelta są przyspieszane dodatnim potencjałem anod A₁ i A₂. Elektrody te mają kształt cylindrów i dodatkowo odgrywają rolę soczewek elektrostatycznych. Jasność tej plamki reguluje się potencjałem cylindra Wehnelta, a ostrość przez zmianę potencjału anod. Układ dwóch par elektrod odchylających X i Y pozwala odchylać strumień elektronów w kierunku poziomym X i pionowym Y. Wewnętrzne ściany lampy pokryte są warstwą grafitu lub są metalizowane i uziemione.

Badanie przebiegu czasowego sygnału umożliwia nam wbudowany w oscyloskop generator podstawy czasu (GPCz). Generator ten wytwarza sygnał piłokształtny (rys.2), Którego napięcie przykładane jest do płytek odchylania poziomego X. W czasie narastania napięcia plamka wychyla się proporcjonalnie do jego chwilowej wartości. Dzięki temu uzyskujemy przesuwanie się na ekranie świecącej plamki ze stałą szybkością w kierunku poziomym.

Następnym podstawowym elementem oscyloskopu jest wzmacniacz szerokopasmowy sygnału wejściowego. Umożliwia on regulację wzmocnienia i badanie napięć zmiennych o bardzo małych amplitudach.

2. Prostowanie prądu zmiennego

Prostowniki są to urządzenia elektroniczne pozwalające z prądu zmiennego uzyskać prąd stały. Elementami prostującymi mogą być diody półprzewodnikowe lub lampowe diody próżniowe, które mają tę własność, że opór ich bardzo silnie zależy od kierunku spadku potencjału na elemencie.

Dioda półprzewodni­kowa włączona w obwód zasilany sieciowym napięciem sinusoidal­nym przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku, kiedy jest spolaryzowana w kierunku jak na rys.3. Wahania napięcia można zmniejszyć przez włączenie równolegle z oporem R kondensatora C o dużej pojemności. Rys.4a przedstawia schemat prostownika dwukierunkowego (dwupołówkowego). Sygnał sinusoidalny po wyprostowaniu wygląda jak na rys.4b (lina ciągła). Dodatkowo można go wygładzić stosując kondensatory (linia przerywana na
rys.4b)

2. Wykonanie ćwiczenia

Zadanie 1

Zapoznanie się z elementami regulacji oscyloskopu .

Główne elementy regulacji oscyloskopu to ; wyłącznik zasilania ,pokrętło jasności plamki ,pokrętło ostrości ,pokrętło położenia plamki na osiach x i y ,wyłącznik generatora podstawy czasu ,pokrętło synchronizacji częstotliwości generatora podstawy czasu z częstotliwością badanego sygnału ,gniazdka .

Zadanie 2

Obserwacja napięcia dostarczonego przez sieć prądu zmiennego i obliczanie czułości oscyloskopu .

1. Łączymy obwód elektryczny według schematu .

2. Następnie należy zrównać częstotliwość generatora podstawy czasu z częstotliwością badanego sygnału .Obraz z ekranu przerysować na papier milimetrowy.

3. 
   Przy wybranym wzmocnieniu mierzyć amplitudę A obserwowanego sygnału. Napięcie U_s zmieniamy za pomocą opornika suwakowego . Obliczamy napięcie U ze wzoru :

Lp.	Us [V]	A [V]	U [V]
1	0	0	0
2	2	1	2,83
3	3	1,7	4,24
4	4	2,2	5,66
5	5	2,7	7,07
6	6	3,3	8,49
7	7	3,9	9,9
8	8	4,6	11,31
9	9	5	12,73
10	10	5,5	14,14
11	11	6,1	15,56
12	12	6,6	16,97

4. Rysujemy wykres zależności amplitudy A od napięcia U, A=f(U), dopasowując prostą do punktów pomiarowych metoda regresji liniowej.

Znajdujemy czułość oscyloskopu C :

Oraz metoda regresji liniowej obliczamy niepewność pomiaru C .

Odchylenia standardowe S_a i S_b dane są wzorami :

Zadanie 3

Obserwacja jedno- i dwupołówkowego efektu prostowania prądu zmiennego w obwodzie z diodą półprzewodnikową.

1. układ do badania prostowania jednopołówkowego.

2. układ do obserwacji prostowania dwupołówkowego.

Zaobserwowany na ekranie oscyloskopu przebieg sygnału rysujemy na papierze milimetrowym.

Zadanie 4

Obserwacja krzywych Lissajous.

Łączymy układ według schematu. Na płytki odchylania pionowego oscyloskopu podajemy napięcie U_y z generatora sygnału G₁, zaś na płytki odchylania poziomego-napiecie U_x z drugiego generatora G₂ lub napięcie z sieci. PF Przesuwnik fazowy.

Zmieniając stosunek częstości sygnałów U_x i U_y :

I fazę

Ustalamy częstość ω_x i zmieniamy częstość ω_y tak aby na ekranie oscyloskopu uzyskać krzywą Lissajous. Z kształtu krzywej można określić stosunki częstości drgań harmonicznych ,które wykonuje punkt drgający.

W tym celu przecinamy krzywą Lissajous prostą równoległą do osi x i liczymy liczbę N_x punktów przecięcia prostej z krzywą .Stosunek częstości

Wyraża się przez :

Ze wzoru wynika metoda znajdowania nieznanej częstości sygnału ,jeśli znamy druga częstość ,np.:ω_x oraz krzywą Lissajous. Zapisujemy ω_x oraz N_x i N_y następnie wyliczamy :

Wnioski:

Prostowanie prądu zmiennego odbywa się za pomocą diody półprzewodnikowej. Dioda zbudowana jest z przewodnika typu P i typu N a pomiędzy tymi obszarami znajduje się warstwa zubożona. Dioda ma własności które pozwalają jej przewodzić prąd tylko w jednym kierunku. Włączając równolegle z oporem na wyjściu kondensator (możemy wygładzić przebieg otrzymanego prądu z prostownika jednopołówkowego) Kondensator rozładowuję się w przerwie między impulsami powodując wygładzenie prądu. Im większa pojemność kondensatora tym bardziej wygładzony prąd otrzymamy.

Za pomocą figur Lissajouss możemy obliczyć wartość częstotliwości jednego z sygnałów doprowadzonych do wejścia oscyloskopu. Na ekranie plamka kreśli tor punktu drgającego harmonicznie w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach.

Za pomocą tych krzywych możemy obserwować przesunięcie fazowe ϕx, ϕy stosunek częstotliwości ωx/ωy

- 1 -

---