POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

___________________________________________________________

Laboratorium Miernictwa Elektrycznego

Oscyloskop elektroniczny

Instrukcja do ćwiczenia

Nr 22

___________________________________________________

Białystok 1998

1. Wstęp

Oscyloskop jest jednym z najważniejszych i najbardziej uniwersalnych przyrządów pomiarowych. Jego cenną zaletą jest zdolność wyświetlania na ekranie nieruchomych obrazów zmiennych w czasie sygnałów elektrycznych. Stanowi to dla inżyniera zajmującego się konstruowaniem układów elektronicznych, czy dla fizyka badającego właściwości materii trudną do przecenienia wartość.

Współczesne oscyloskopy, obrazując sygnały elektryczne, spełniają jednocześnie funkcje multimetrów cyfrowych, wyświetlających w postaci cyfrowej wyniki pomiarów interesujących użytkownika parametrów sygnału, takich na przykład jak amplituda, wartość chwilowa, okres itp. Uwalnia to mierzącego od konieczności dokonywania żmudnych i mało dokładnych odczytów wielkości geometrycznych oglądanego obrazu.

W niniejszym ćwiczeniu używany jest klasyczny oscyloskop analogowy, pozwalający zapoznać studentów z podstawami techniki oscyloskopowej. Jej opanowanie jest podstawą do studiowania zasad działania oscyloskopów cyfrowych.

Ćwiczenie zawiera zadania pomiarowe, związane z podstawowymi zastosowaniami oscyloskopu analogowego.

Materiałem pomocniczym do ćwiczenia jest, zamieszczony na końcu niniejszej instrukcji Dodatek, zawierający opis funkcji organów regulacyjnych oscyloskopu analogowego typy OS-351.

2. Zadania pomiarowe

Zadanie 1

Zmierzyć przy pomocy oscyloskopu amplitudę Um i okres T zadanego sygnału sinusoidalnego. Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na rysunku 1.

Rys.1. Schemat układu pomiarowego

Kolejność czynności

Przed włączeniem napięcia zasilającego oscyloskopu, należy dokonać wstępnych nastaw jego organów regulacyjnych.

W torze odchylania Y

• przełącznik rodzaju sprzężenia (DC,GND,AC) ustawić w pozycji AC

• regulator współczynnika wzmocnienia wzmacniacza VAR. CAL (pokrętło oznaczone kolorem czerwonym) ustawić w prawym skrajnym położeniu

• przełącznik NORM / INV w pozycji NORM

• W torze odchylania X

• przełącznik X MAGNIFIER w pozycji X1

• w zespole przełączników AUTO / NORM / TV-F / TV-L wcisnąć AUTO

• przełącznik SLOPE w pozycji +

• przełącznik TRIG SOURCE w pozycji CH A lub CH B, zależnie od tego do którego wejścia oscyloskopu doprowadzony jest sygnał mierzony

• regulatory LEVEL / HOLDOFF (środkowy i zewnętrzny) ustawić w pozycjach środkowych

• Następnie należy

Włączyć napięcie zasilające oscyloskopu i odczekać ok. pięciu minut

Włączyć napięcie zasilające generator

Nastawić częstotliwość generatora 500 Hz i napięcie wyjściowe o wartości ok. 6V

Doprowadzić sygnał z generatora przewodem ekranowanym do wejścia INPUT A albo INPUT B

W zespole przełączników VERT MODE wcisnąć wyłącznik CHA A lub CHA B zależnie od wybranego wejścia A lub B

W zespole przełączników X MAGNIFIER wcisnąć odpowiednio CHA A lub CHA B oraz AUTO

Przełącznikiem zmiany współczynnika odchylania pionowego (mV/cm, V/cm) uzyskać możliwie duży obraz sygnału sinusoidalnego; wyregulować precyzyjnie jego położenie w osi Y potencjometrem POSITION ↑↓

Przełącznikiem zmiany współczynnika czasu (s/cm, ms/cm, μs/cm) uzyskać obraz co najmniej jednego okresu sinusoidy; wyregulować precyzyjnie jego położenie w osi X potencjometrem POSITION ↔

W rezultacie opisanych wyżej zabiegów na ekranie oscyloskopu powinien pojawić się nieruchomy obraz sygnału sinusoidalnego. Należy teraz zmierzyć amplitudę tego sygnału oraz jego okres. Wyniki odczytów i obliczeń zanotować w Tablicy 1.

Tablica 1

Współczynnik odchylania w torze Y	ay =...........................mV/cm, V/cm niepotrzebne skreślić
Amplituda sygnału w centymetrach	hy = ...........................................cm
Amplituda w jednostkach napięcia	Um = ay∗hy..........................mV, V niepotrzebne skreślić
Współczynnik odchylania w torze X	ax = ................ μs/cm, ms/cm, s/cm niepotrzebne skreślić
Okres sygnału w centymetrach	hx = ...........................................cm
Okres sygnału w jednostkach czasu	T = ax∗hx..........................μs, ms, s niepotrzebne skreślić

Zadanie 2

Zmierzyć przy pomocy oscyloskopu amplitudę Um i okres T zadanego sygnału prostokątnego. Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na rysunku 1. Przebieg pomiarów będzie tu analogiczny do opisanego w Zadaniu 1.

Wyniki pomiarów należy zapisać w Tablicy 2.

W sprawozdaniu należy wyjaśnić sposób wyznaczenia wartości skutecznej mierzonego sygnału na podstawie oscyloskopowego pomiaru jego amplitudy.

Tablica 2

Współczynnik odchylania w torze Y	ay =...........................mV/cm, V/cm niepotrzebne skreślić
Amplituda sygnału w centymetrach	hy = ...........................................cm
Amplituda w jednostkach napięcia	Um = ay∗hy..........................mV, V niepotrzebne skreślić
Współczynnik odchylania w torze X	ax = ................ μs/cm, ms/cm, s/cm niepotrzebne skreślić
Okres sygnału w centymetrach	hx = ...........................................cm
Okres sygnału w jednostkach czasu	T = ax∗hx..........................μs, ms, s niepotrzebne skreślić

Zadanie 3

Obejrzeć na ekranie efekt różniczkowania napięcia prostokątnego i zinterpretować otrzymane na ekranie obrazy. Schemat układu połączeń przedstawiony jest na rysunku 2.

W sprawozdaniu należy:

Naszkicować oglądane przebiegi

Wyjaśnić dlaczego w sygnale wyjściowym pojawiają się impulsy szpilkowe dodatnie i ujemne

Zaproponować sposób usuwania z sygnału wyjściowego układu różnicz- kującego impulsów ujemnych

Rys.2. Schemat układu różniczkującego

Należy połączyć układ pomiarowy według schematu przedstawionego na rysunku 2. Rezystor i kondensator umieszczone są na wspólnej płytce, a zaciski utworzonego przez te elementy układu oznaczone są cyframi 2,3,5.

Aby możliwe było oglądanie jednocześnie obrazów dwóch sygnałów: prostokątnego napięcia wejściowego układu różniczkującego (zaciski 3,5) i napięcia wyjściowego tego układu (zaciski 2,5), należy włączyć przełącznik elektroniczny, wybierając jeden z dwóch możliwych trybów jego pracy: tryb przemienny (ALT) lub siekany (CHOP).

Zalecane nastawy:

W torach Y: kanał A a_y = 5V/cm, kanał B a_y= 5V/cm;

W torze X: a_x= 0,1 ms/cm

Zadanie 4

Obejrzeć na ekranie efekt całkowania napięcia prostokątnego i zinterpretować otrzymane na ekranie obrazy. Schemat układu połączeń przedstawiony jest na rysunku 3.

W sprawozdaniu należy:

Naszkicować oglądane przebiegi

Wyjaśnić dlaczego w rezultacie całkowania sygnału prostokątnego otrzymuje się sygnał będący liniową funkcją czasu. Podać interpretację matematyczną.

Rys.3. Schemat układu całkującego

Zalecane nastawy:

W torach Y: kanał A a_u= 5V/cm, kanał B
a_y= 50 mV/cm;

W torze X: a_x= 0,5 ms/cm

Zadanie 5

Zmierzyć przy pomocy oscyloskopu napięcie U_z diody Zenera. Schemat układu połączeń przedstawiony jest na rysunku 3.