Klasa	Imię i nazwisko	Nr W dzienniku	Zespół Szkół Łączności w Krakowie
			Pracownia elektroniczna
Nr ćw.	Temat ćwiczenia	Data	Ocena	Podpis
08	Badanie własności, parametrów i zastosowań oscyloskopu

Badanie własności, parametrów i zastosowań oscyloskopu.

1. Zapoznać się ze schematem blokowym oscyloskopu dwukanałowego.

2. Przyporządkować elementy regulacyjne oscyloskopu poszczególnym blokom, podać jaki wpływ mają one na działanie przyrządu.

3. Zapoznać się z podstawowymi parametrami badanego oscyloskopu, takimi jak: pasmo przenoszenia, czas narastania, rezystancja i pojemność wejściowa.

4. Zestawić układ pomiarowy składający się z dwóch generatorów przebiegów sinusoidalnych, prostokątnych i piłokształtnych oraz oscyloskopu dwukanałowego.

5. Wykonać zespół czynności (opisać ich kolejność) związanych z kalibracją oscyloskopu.

6. Wykonać następujące pomiary napięć:

- dla przebiegów sinusoidalnych, prostokątnych i piłokształtnych z uwzględnieniem składowej stałej sygnału oraz bez składowej stałej.

- wykonać pomiary sumy i różnicy amplitud dwóch sygnałów

- z oddzieleniem składowej stałej

7. Na podstawie w/w pomiarów wykazać zależności pomiędzy napięciem szczytowym U_m, wartością międzyszczytową U_p-p oraz wartością skuteczną U.

U_m = 0,5U_p-p U = 1/(1,4*U_p-p)

8. Wykonać pomiary częstotliwości dla przebiegów sinusoidalnych, prostokątnych i piłokształtnych oraz podać metody pomiaru różnicy częstotliwości dla dwóch różnych przebiegów, jeśli:

9. Wykonać pomiary czasu trwania impulsów, czasy narastania i opadania zboczy.

10. Zbadać zależność pomiędzy czasem narastania tno a pasmem przenoszenia f_go wg. zaleśności:

t_no = 0,35/f_go

przyjmując założenie, że sygnał prostokątny z generatora jest zbliżony do idealnego.

11. Wykonać pomiary napięć wyższych częstotliwości (powyżej 10MHz) z użyciem sondy pomiarowej RC z dzielnikiem napięcia 1:10. Podać zasadność stosowania sond pomiarowych oraz sposób ich kompensacji i dopasowania wg. zależności:

C1R1=CzR2

C1R1 - pojemność i rezystancja sondy

CzR2 - pojemność zastępcza wejścia oscyloskopu i kabla, rezystancja wejściowa oscyloskopu

12. Do wszystkich pomiarów narysować wykresy, uwzględniając nastawy dzielników napięć wejściowych wzmacniaczy i podstawy czasu. Wyniki pomiarów zestawić w tabelach.

13. Podać własne wnioski wynikające z ww. pomiarów.

14. Podać wykaz użytych przyrządów.

1. Schemat blokowy oscyloskopu

Napięcie wejściowe, odchylające w kierunku osi X może być doprowadzone do płytek lampy oscyloskopowej bezpośrednio lub przez wzmacniacz Ax. Jeżeli przełącznik P₃ znajduje się w położeniu 2, to od płytek odchylania poziomego dołącza się generator napięcia trójkątnego GNT. Z wyjścia tego generatora kierowane są impulsy na układ formujący U.F., którego zadaniem jest wytwarzanie ujemnych impulsów działających na cylinder Wehnelta w celu wygaszenia świetlika na czas powrotu świetlika w przypadku rozciągu linearnego.

Jeżeli przełącznik P­₃ znajduje się w położeniu 1, zaś przełącznik P₂ w położeniu 2, to napięcie badane przechodzi z wejścia WeX przez wzmacniacz na płytki odchylające w kierunku poziomym, wówczas przeprowadza się badania wykorzystując rozciąg sinusoidalny. Wejście WeY jest połączone za pomocą dzielnika napięcia D na wejście wzmacniacza Ay wzmacniającego napięcie badane, doprowadzone do płytek odchylania pionowego. Z wyjścia wzmacniacza Ay doprowadzone jest napięcie do generatora napięcia trójkątnego w celu uzyskania synchronizacji.

Całość jest zasilana z dwóch zasilaczy Z₁, Z₂, przy czym zasilacz Z₂ służy do zasilania (przez dzielnik D) elektrod lampy oscyloskopowej.

2. Dane techniczne.

1. Czułość napięciowa przy doprowadzeniu napięcia bezpośrednio do płytek lampy oscyloskopowej

1,2 ÷ 1,3 mm/V

2. Pasmo częstotliwości przepuszczanych przez wzmacniacz przy równości charakterystyki z dokładnością ±10%

2Hz ÷ 150 kHz

3. Impedancja wejściowa wzmacniaczy

2MΩ, 30pF

4. Zakres częstotliwości generatora rozciągu linearnego

2Hz ÷ 50kHz

5. Synchronizacja wewnętrzna występuje przy napięciu większym niż

0,1V

3. Kalibracja oscyloskopu.

Aby móc dokonywać pomiarów za pomocą oscyloskopu, należy odpowiednio przygotować go do pracy. Dokonuje się tego przez jego skalibrowanie, czyli wykonanie zespołu określonych czynności regulujących i ustalających parametry pomiarowe oscyloskopu. Kalibracja powinna przebiegać następująco:

• Włączyć oscyloskop, poczekać na ukazanie się punktu świetlnego lub linii poziomej na ekranie (rozgrzanie luminoforu).

• Przełączyć wejścia obu kanałów w tryb GND

• Ustalić jasność świecenia linii (jaskrawość).

• Ustalić kontrast linii.

• Za pomocą pokrętła przesuwu poziomego ustawić linię tak, aby jej początek pokrywał się z początkiem układu linii na ekranie oscyloskopu.

• Za pomocą pokrętła przesuwu pionowego ustawić linię tak, aby pokrywała się z pogrubioną, środkową linią ekranu oscyloskopu.

• Za pomocą pokrętła skokowej regulacji amplitudy ustalić daną „wygodną” amplitudę, np. 1V/dz.

• Wyłączyć płynną regulację amplitudy (pokrętło płynnej regulacji amplitudy ustawić w położeniu minimalnym).

• Za pomocą pokrętła skokowej regulacji podstawy czasu ustalić daną, „wygodną” podstawę czasu, np. 1ms/dz.

• Wyłączyć płynną regulację podstawy czasu (pokrętło płynnej regulacji podstawy czasu ustawić w położeniu minimalnym).

• Sprawdzić, czy nie są włączone takie funkcje, jak np. rozciąg wykresu itp.

4. Pomiary za pomocą oscyloskopu.

1. Prosty przebieg sinusoidalny.

Amplituda: 1V/dz.

Podst. czasu: 0,1ms/dz.

T=9,6[dz.]*0,1[ms/dz.]=0,96ms

f=1/T=1041,66Hz

U_m=2,2[dz.]*1[V/dz.]=2,2V

U_m=U_m1

U_m2=-U_m1=-2,2V

U_p-p=U_m1-U_m2=4,4V

Aby dokonać pomiaru okresu przebiegu, należy pomnożyć ilość działek na ekranie przypadających na jeden okres przebiegu i współczynnik podstawy czasu.

Aby uzyskać wartość napięcia szczytowego, należy pomnożyć ilość działek na ekranie przypadających na maksymalne rozciągnięcie wykresu w jedną stronę od linii środkowej (w górę) i współczynnik amplitudy.

2. przebieg złożony.

• suma składowej stałej i zmiennej

Amplituda: 2V/dz.

Podst. czasu: 0,1ms/dz.

U_m=1,1[dz.]*2[V/dz.]=2,2V

U_m=U_m1

U_m2=-U_m1=-2,2V

U_p-p=U_m1-U_m2=4,4V

Gdyby potraktować ten wykres jak prosty wykres sinusoidalny, wyniki byłyby identyczne z poprzednimi (dwa razy mniejsze rozciągnięcie wykresu, lecz dwa razy większy współczynnik amplitudy, zaś podstawa czasu bez zmian).

• składowa zmienna

Amplituda: 2V/dz.

Podst. czasu: 0,1ms/dz.

U_m=-1,3[dz.]*2[V/dz.]=-2,6V

U_m1=U_m

U_m2=-3,5[dz.]*2[V/dz.]=-7V

U_p-p=U_m1-U_m2=4,4V

Różnica napięć szczytowych pierwszego i drugiego przebiegu jest równa wartości składowej stałej.

• składowa stała U=(1,1[V]-(-1,3)[V])*2[V/dz.]=4,8V

Amplituda: 2V/dz.

Podst. czasu: 0,1ms/dz.

Jak więc widać z powyższych oscylogramów, badany przebieg, mimo iż na pierwszy rzut oka posiada cechy prostego przebiegu sinusoidalnego, jest jednak sumą (złożeniem) składowej stałej o napięciu U=4,8V i składowej zmiennej sinusoidalnej, o napięciu szczytowym U_m=-2,6V, międzyszczytowym U_p-p=4,4V.

3. Pomiar czasu trwania impulsu.

Amplituda: nie ważne

Podst. czasu: 50μs/dz.

Rozciągnięcie wykresu: x10

W przypadku impulsów o bardzo małym czasie trwania zaleca się zastosowanie funkcji rozciągnięcia obrazu na ekranie. Rozciągnięcie jest dziesięciokrotne, dlatego też czas trwania impulsu jest równy jednej dziesiątej iloczynu działek na ekranie przypadających na jeden impuls i współczynnika podstawy czasu.

t=(5,3[dz.]*50[μs/dz.])/10=0,000286s

4. Pomiar czasu narastania i opadania impulsu.

Amplituda: nie ważne

Podst. czasu: 1μs/dz.

Rozciągnięcie wykresu: x10

Powyższy oscylogram został przedstawiony już po przesunięciu go w górę celem dokładniejszego ustalenia wartości czasu za pomocą osi zerowej. Nie ma to wpływu na obliczenia, gdyż w tym zadaniu celem jest ustalenie wartości czasu, nie zaś napięcia.

Ponieważ wykres na ekranie został rozciągnięty dziesięć razy (jak w przypadku poprzedniego, przy bardzo dużej częstotliwości), wynik należy podzielić przez dziesięć:

Czas narastania: t_n = (1,2[dz.]*1[μs/dz.])/10 = 0,12μs

Czas opadania: t_o = (1,4[dz.]*1[μs/dz.])/10 = 0,14μs

5. Sondy pomiarowe

Na admitancję wejściową oscyloskopu składa się reaktancja równolegle połączonych pojemności i rezystancji. Jeśli badany układ jest oddalony od oscyloskopu, do pojemności wejściowej dodaje się pojemność układu połączeń.

Pomiary słabych sygnałów wymagają - niezależnie od ich częstotliwości - zastosowania kabla ekranowanego, który zabezpieczy układ przed wnikaniem do niego zakłóceń, jak np. tętnień sieci. Dołączenie kabla współosiowego zwiększa pojemność wejściową oscyloskopu, co wpływa na wzrost obciążenia źródła badanego sygnału.

W wielu pomiarach dla wiernego odtworzenia mierzonego sygnału badany punkt należy łączyć z oscyloskopem przez specjalną sondę o odpowiednio dużej impedancji wejściowej i parametrach odpowiednich dla danego zastosowania.

Znacznie większą, niż w innych przypadkach, rezystancję wejściową uzyskuje się w sondzie rezystorowej o nie zakończonym rezystancją charakterystyczną kablu. Kabel taki przedstawia na swym wejściu dużą pojemność (C₃)dla małych i średnich częstotliwości, do której dodaje się równolegle pojemność wejściowa oscyloskopu (C₄). Duża wartość rezystancji szeregowej sondy (R₁) oraz pojemność kabla i oscyloskopu stanowią dzielnik o bardzo wąskim paśmie. Przez równoległe dołączenie kondensatora do rezystora szeregowego otrzymuje się skompensowany dzielnik RC o znacznie lepszej charakterystyce częstotliwościowej.

R₁ - rezystancja szeregowa sondy

R₂ - rezystancja wejściowa oscyloskopu (zwykle R₂ = 1MΩ)

C₁ - pojemność równoległa sondy (strojony kondensator)

C_Z - pojemność zastępcza składająca się z:

C₃ - pojemności kabla

C₄ - pojemności wejściowej oscyloskopu

Wierne przeniesienie impulsu wymaga równomiernej charakterystyki częstotliwościowej dzielnika, co występuje gdy:

R₁C₁ = R₂C_Z

Ponieważ pojemność zastępcza C_Z nie jest ściśle określona, skompensowanie dzielnika uzyskuje się przez strojenie pojemności C₁. Sondę stroi się, doprowadzając do jej wejścia sygnał prostokątny z generatora impulsów lub własnego kalibratora oscyloskopu.

5. Przyrządy:

• Oscyloskop

• Generator przebiegów

6. Wnioski.

• Oscyloskop jest urządzeniem służącym do wyświetlania obrazu, będącego graficznym odwzorowaniem przebiegów napięć w źródle badanego sygnału.

• Oscyloskop dwukanałowy pozwala na wizualne i arytmetyczne porównanie przebiegów dwóch różnych przebiegów.

• Przed rozpoczęciem pracy należy odpowiednio skalibrować oscyloskop, celem uniknięcia przekłamań w wynikach późniejszych pomiarów.

• Za pomocą oscyloskopu można z dużą dokładnością zmierzyć napięcie szczytowe, międzyszczytowe, okres, częstotliwość, przesunięcie fazowe i czas trwania impulsu przebiegów.

• Za pomocą prostego oscyloskopu można także zmierzyć prąd, jednakże tylko metodą pośrednią, znając wszystkie składowe rezystancje oscyloskopu, na których występują spadki napięć, stosując prawo Ohma.

---