background image

Podstawy elektroniki i metrologii na kierunku Informatyka 

POMIARY CZASU, CZĘSTOTLIWOŚCI I PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO 
Ćwiczenie nr 3 

1. Cel ćwiczenia  

Podstawowym celem ćwiczenia jest poznanie analogowych i cyfrowych metod pomiaru przedziałów czasu, 

częstotliwości i kąta przesunięcia fazowego. Celem uzupełniającym jest utrwalenie umiejętności posługiwania się 
oscyloskopem oraz zbadanie właściwości metrologicznych cyfrowego miernika czasu i częstotliwości.  

2. Wprowadzenie 

2.1. Analogowe metody pomiarowe 

Analogowe metody pomiaru, częstotliwości i kąta przesunięcia fazowego są realizowane za pomocą 

oscyloskopu.  

2.1.1. Metody graficzne 

Najprostsza metoda pomiaru częstotliwości polega na graficznym zobrazowaniu na ekranie oscyloskopu 

fragmentu przebiegu badanego, zmierzeniu jego okresu i obliczeniu częstotliwości jako odwrotności okresu ze 
wzoru: 

 

,

1

tx

T

x

D

x

f

=

  

 

(1) 

gdzie: 

x

− odstęp między odpowiednimi przejściami przez zero, 

 

D

tx

 

− współczynnik podstawy czasu.  

Jest to metoda w której wielkość poszukiwana, częstotliwość  f

x

 nie jest mierzona bezpośrednio, lecz 

wyznaczana na podstawie pomiaru innej wielkości  x

T

 określającej okres przebiegu badanego. Jest to przykład 

pomiaru pośredniego, który wymaga przy ocenie dokładności pomiaru uwzględnienia funkcji (1). Sposób 
postępowania przy wyznaczeniu błędu systematycznego zostanie przedstawiony dla ogólnego przypadku. 

W wielu sytuacjach wielkość poszukiwana y nie jest mierzona bezpośrednio, lecz wyznaczana na podstawie 

pomiarów innych wielkości x

i

 związanych z nią określoną zależnością funkcyjną: 

 

(

)

n

x

x

x

f

y

,...,

,

2

1

=

  

 

(2) 

nazywaną równaniem pomiaru

Aby wyznaczyć zmianę  ∆y funkcji (2) (tzn. błąd bezwzględny  ε

y

 wielkości poszukiwanej y) spowodowany 

zmianami jej argumentów o ∆x

1

,  ∆x

2

, ... ∆x

n

 (określających błędy bezwzględne 

, ... 

 mierzonych 

wielkości) należy wykorzystać następującą zależność: 

1

x

ε

2

x

ε

n

x

ε

 

n

n

x

x

f

x

x

f

x

x

f

y

+

+

+

=

...

2

2

1

1

  

 

(3) 

która odwzorowuje równanie pomiaru w dziedzinie błędów. 

Pochodne cząstkowe: 

 

i

x

f

 ,  gdzie: i = 1, 2, ... n  

 

(4) 

nazywane są współczynnikami wrażliwości, zaś całe wyrażenie nazywa się różniczką zupełną

W przypadku metody graficznej pomiaru f

x

 opisanej równaniem (1), błąd bezwzględny metody na podstawie 

zależności (3), przyjmuje postać: 

 

tx

x

D

tx

x

T

T

x

f

D

f

x

f

ε

ε

ε

+

=

  

 

 

 

(5) 

Najczęściej wyznaczany jest błąd maksymalny, dlatego w zależności (5) sumowane są wartości bezwzględne 

poszczególnych składników. Natomiast błąd względny 

obliczamy z zależności: 

x

f

δ

 

%

100

x

f

f

f

x

x

ε

δ

=

  

 

(6) 

 

1

1.a)

background image

gdzie wartość f

x

 wyznaczamy z (1) dla zmierzonych wielkości x

T

 i D

tx

W podobny sposób można pomierzyć kąt przesunięcia fazowego pomiędzy dwoma przebiegami okresowymi o 

tej samej częstotliwości. W tym przypadku potrzebny jest oscyloskop dwukanałowy. Podając przebiegi badane na 
wejścia obu kanałów oscyloskopu, na jego ekranie otrzymuje się obraz pokazany na rys. 1a. 

 

 

  

 

 

 

x

τ

 

x

T

t

U

y

 

a) 

 

           

 

b)

2x

m

 

2x

0

 

 

 

Rys. 1. Obrazy na ekranie oscyloskopu wykorzystywane do graficznego pomiaru kąta 

przesunięcia fazowego: a) metodą bezpośrednią, b) metodą figur Lissajous 

 
Mierząc długość okresu x

T

 oraz długość odcinka między przejściami przez zero w tych samych fazach obu 

przebiegów x

τ

 

, wartość przesunięcia fazowego oblicza się ze wzoru: 

 

°

=

360

T

x

x

τ

ϕ

 (7) 

Alternatywną metodą pomiaru przesunięcia fazowego oscyloskopem jednokanałowym jest metoda figur 

Lissajous. Podając przebiegi badane odpowiednio na kanał X i kanał Y oscyloskopu, otrzymuje się na ekranie obraz 
elipsy, pokazany na rys. 1b. 

Z kształtu elipsy można obliczyć kąt przesunięcia fazowego, posługując się wzorem: 

 





±

=

m

x

x

2

2

arcsin

0

ϕ

 (8) 

Błąd bezwzględny pomiaru kąta przesunięcia fazowego metodą figur Lissajous (wyrażony w radianach), 

wyznaczony za pomocą różniczki zupełnej, wynosi: 

 

(

)

[

rad

2

2

1

2

2

2

2

1

2

1

2

0

2

0

2

0

max









+





±

=

m

o

x

m

m

x

m

m

x

x

x

x

x

x

x

ε

ε

ε

ϕ

]

 (9) 

gdzie:

 

, 

o

x

ε

m

x

ε

 

− błąd odczytu odcinków x

o

 i x

m 

 (przyjąć 

=

= 1 mm). 

o

x

ε

m

x

ε

Dokładność graficznych metod pomiaru częstotliwości i fazy nie jest duża i często są one wykorzystywane do 

wstępnych pomiarów o charakterze szacunkowym. Bardzo dużą dokładność pomiaru częstotliwości zapewniają 
metody porównania z wzorcem, których błąd zależy głównie od dokładności generatora wzorcowego. Oscyloskop 
w takich metodach pełni rolę wskaźnika porównania. 

2.1.2. Metody porównawcze 

Najłatwiejszą w realizacji, a tym samym najczęściej stosowaną, jest metoda figur Lissajous. 
Do wejść Y i X oscyloskopu pracującego w trybie XY (z wyłączoną podstawą czasu) dołącza się odpowiednio 

przebieg badany i przebieg z generatora wzorcowego. Jeżeli stosunek obu częstotliwości jest równy liczbie 
całkowitej lub stosunkowi dwu liczb całkowitych, to na ekranie otrzymuje się nieruchomy obraz figury Lissajous. 
Drobna różnica częstotliwości powoduje obrót obrazu z szybkością proporcjonalną do odchyłki aktualnych 
częstotliwości od częstotliwości, dla których spełniony jest powyższy warunek.  

Na rysunku 2 pokazane są przykłady figur Lissajous. Stosunek obu częstotliwości oblicza się metodą 

siecznych lub stycznych. W metodzie siecznych stosunek ten wyznacza się dzieląc liczbę przecięć prostej poziomej 
(siecznej poziomej) z obrazem figury do liczby takich przecięć prostej (siecznej) pionowej. Obie proste powinny 
być tak poprowadzone, aby nie przechodziły przez punkty węzłowe figury (rys. 2a). 

W metodzie stycznych stosunek częstotliwości oblicza się dzieląc liczbę punktów styczności z figurą Lissajous 

odpowiednio prostej poziomej i prostej pionowej, poprowadzonych stycznie do figury. 

 

2

2)

background image

Podstawy elektroniki i metrologii na kierunku Informatyka 

 a) 

N

X

=8

N

Y

=2 

f
f

4

1

y

x

=

      

 b) 

 

     

 c) 

 

 

Rys. 2. Przykłady figur Lissajous: a) sposób obliczania stosunku częstotliwości metodą siecznych, b) f

y

/f

x

 = 2 : 5, c) jak na 

rysunku b, lecz inna wartość faz początkowych obu sygnałów 

 

Do obliczania stosunku częstotliwości służy wzór : 

 

,

y

x

y

x

x

y

m

m

n

n

f

f

=

=

 

(10) 

gdzie: 

n

− liczba przecięć figury Lissajous z prostą poziomą, 

 

n

− liczba przecięć z prostą pionową, 

 

m

−  liczba punktów styczności z prostą poziomą,  

 

m

−  liczba punktów styczności z prostą pionową. 

Obraz figury Lissajous zależy nie tylko od stosunku częstotliwości przebiegów mierzonego i wzorcowego, lecz 

również od różnicy faz początkowych między obu przebiegami. Ilustruje to przykładowo rys. 2b i c, na którym 
pokazano figury Lissajous dla stosunków częstotliwości 

f

y

/f

x

 

 = 2 : 5 dla dwóch różnych wartości faz początkowych. 

Przy dużych stosunkach porównywanych częstotliwości trudno jest uzyskać na ekranie obraz nieruchomy. 

Niewielka zmiana częstotliwości jednego ze źródeł powoduje, że obraz na ekranie zmienia kształt i jednocześnie się 
obraca, co jest wadą tej metody.  

 

2.2. Cyfrowe metody pomiarowe 

Istotę cyfrowych metod pomiarowych najłatwiej jest interpretować i analizować na przykładzie cyfrowego 

pomiaru odstępów czasu. 

2.2.1. Pomiary odstępów czasu 

Jeżeli początkowi mierzonego przedziału czasu przyporządkuje się impuls start, a końcowi przedziału impuls 

stop, to zasadę pomiaru można zilustrować rys. 3. 

 

 

start

stop

t

1

 

t

2

T

x

 

τ

 

  0    1    2 

n

t 

 

Rys. 3. Zasada cyfrowego pomiaru przedziałów czasu 

Impuls start, zaznaczający początek przedziału czasu T

x

, otwiera bramkę elektroniczną, przez którą impulsy z 

generatora wzorcowego (nazywane często impulsami zegarowymi) są podawane na licznik. Impuls stop
zaznaczający koniec przedziału, zamyka bramkę i przerywa proces zliczania impulsów zegarowych przez licznik. 
Jeżeli liczbę zliczonych impulsów oznaczymy n, a okres impulsów zegarowych 

τ, to wynik pomiaru można zapisać 

 

.

τ

n

T

x

=

 (11) 

Zależność (11) jest przybliżona, obarczona między innymi błędem dyskretyzacji. Względny błąd pomiaru jest sumą 
trzech składowych: błędu dyskretyzacji 

δ

d

, błędu wzorca 

δ

w

 i błędu układu formowania 

δ

uf

 

{

}

uf

w

d

T

x

δ

δ

δ

δ

+

+

±

=

. (12) 

Najbardziej charakterystyczną i istotną dla metod cyfrowych składową jest błąd dyskretyzacji. Wartość 
bezwzględna błędu dyskretyzacji jest sumą dwóch składowych 

t

1

 i 

t

2

, zaznaczonych na rys. 3. 

 
 

2

1

t

t

T

xd

+

=

. (13) 

Składowe 

t

1

 i 

t

2

  są zmiennymi losowymi i z pomiaru na pomiar zmieniają się zgodnie z rozkładem 

równomiernym, jedna w przedziale [0, 

τ], a druga w przedziale [−τ, 0]. 

 

3

3)

background image

Suma 2 zmiennych losowych o rozkładach równomiernych, usytuowanych względem siebie tak jak pokazuje 

rys. 4, daje rozkład trójkątny, nazywany rozkładem Simpsona. Zatem błąd 
dyskretyzacji, który wyczerpująco jest opisywany rozkładem Simpsona, 
można oszacować za pomocą jednej liczby: 
 odchylenia standardowego 

 

,

6

τ

σ

=

d

 (14) 

 lub błędu maksymalnego 

 

 (15) 

.

max

τ

ε

±

=

d

W praktyce pomiarowej najczęściej operuje się maksymalnym 

względnym błędem dyskretyzacji, którego wartość jest równa 

 

n

n

d

1

±

=

±

=

τ

τ

δ

. (16) 

Błąd dyskretyzacji można zmniejszać zachowując warunek 

→ N, gdzie 

N jest maksymalną liczbą impulsów, które może zliczyć licznik, zależną 
od liczby jego dekad. Wówczas 

 

N

N

n

d

1

δ

. (17) 

Wynika stąd wniosek, iż w pomiarach cyfrowych należy tak dobierać 
warunki pomiaru, aby wypełnienie licznika było możliwie największe. 
Przy małym wypełnieniu licznika błędy dyskretyzacji mogą być bardzo 
duże, sięgając 100

% przy n = 1. Stąd też mierniki cyfrowe są zaopatrzone 

w dzielniki impulsów zegarowych pozwalające zwiększać lub zmniejszać 
ich okres 

τ w zależności od długości mierzonego przedziału czasu. Jest to 

główna przyczyna tego, iż mierniki cyfrowe są z reguły przyrządami 
wielozakresowymi, przy czym zmiana zakresu może być dokonywana automatycznie. Schemat typowego 
cyfrowego miernika czasu jest pokazany na rys. 5. 

(

t

1

)

t

τ

τ

(

t

2

)

t

τ

τ

(

t

d

)

t

τ

τ

0

0

0

Rys.4. Rozkłady zmiennych losowych: 

t

1

t

2

 i 

t

d

 

 

 

Układ 

formujący

Układ 

formujący

Układ 

sterowania

bramką 

Dzielnik 

częstotliwości

Generator

wzorcowy

Układ 

kasujący

 

Licznik

 

Układ 

ekspozycji 

+

+

P1

P2

we 
 t

xp

 

we 
 t

xk

 

P4 

otw.

zam.

P3

 

 

Rys. 5. Schemat blokowy cyfrowego miernika czasu 

 

Wielozakresowość miernika jest realizowana za pomocą przełączanego dzielnika częstotliwości. Wejściowe 

układy formujące pozwalają przypisywać impulsy startowe i stopowe narastającemu lub opadającemu zboczu 
impulsu wejściowego. Pozwala to mierzyć zarówno odstęp impulsów, jak też szerokość impulsu (P

4

.zwarty). 

Wszystkie możliwe sytuacje pomiarowe, w zależności od ustawienia P

1

 i P

2

 , są pokazane na rys. 6. 

Drugim składnikiem błędu cyfrowej metody pomiaru czasu jest błąd wzorca. 

 

=

=

w

fw

w

f

ε

τ

ε

δ

τ

 (18) 

Jest on zdeterminowany stabilnością częstotliwości generatora wzorcowego. Współczesne generatory są 
stabilizowane za pomocą rezonatorów kwarcowych, w których łatwo jest osiągnąć 

 

,

10

10

9

7

÷

=

w

fw

f

ε

 (19) 

 

4

w zależności od rodzaju stabilizacji temperaturowej rezonatora. 

9)

6.a)

background image

Podstawy elektroniki i metrologii na kierunku Informatyka 

Błąd układu formowania zależy od dokładności ustalenia momentu czasu przejścia przebiegów wejściowych 

przez zero lub przez wybrany poziom napięcia, który można ustalić w układach formujących. Dla odstępów czasu 
nie mniejszych od 1ms błąd ten jest pomijalny wobec pozostałych. 

 

 

t

P

−           P

P

−                  P

P

+                             P

P

+                          P

− 

t 

P

+                   P

−  (P

4

 zwarty) 

 

 

Rys. 6. Sytuacje pomiarowe w zależności od ustawienia P

1

 i P

2

 

 

2.2.2. Cyfrowe pomiary częstotliwości 

Są stosowane dwie metody cyfrowego pomiaru częstotliwości: 

I.  Metoda zliczania liczby okresów we wzorcowym odstępie czasu, stosowana do pomiaru częstotliwości dużych. 
II.  Metoda pomiaru okresu (jednego lub wielu) odpowiednia dla częstotliwości małych. 

Schemat blokowy układu pomiarowego do pomiaru częstotliwości dużych jest pokazany na rys. 7.  

 

Układ 

formujący

Układ

sterowania

bramką 

Dzielnik 

częstotliwości

Generator

wzorcowy

Układ 

kasujący

 

Licznik

 

Układ 

ekspozycji 

we 

f

x

 

10

P

1

10

f

wz

T

w

 

 

 

Rys. 7. Schemat blokowy cyfrowego miernika częstotliwości 

 
Pomiar częstotliwości odbywa się przez zliczanie okresów sygnału mierzonego T

x 

we wzorcowym czasie T

w

zgodnie z zależnością 

 

 (20) 

,

w

x

T

nT

=

z której otrzymuje się 

 

.

w

x

T

n

f

=

 (21)

 

Błąd pomiaru jest sumą błędu dyskretyzacji i błędu wzorca: 

 

{

}

.

1





+

±

=

+

±

=

w

fw

w

d

f

f

n

x

ε

δ

δ

δ

 (22) 

Aby zminimalizować błąd dyskretyzacji, jak już wykazaliśmy, należy dążyć do spełnienia warunku 

 

N

T

f

n

w

x

=

 (23) 

Spełnienie tego warunku, np. w przypadku licznika 7 dekadowego (

N = 10

7

 

− 1), wymaga następujących czasów 

pomiaru: 

 

5

6.b)

7/8)

background image

przy 

 

   

h.

8

.

2

s

10000

     

,

kHz

1

s,

1000

   

,

kHz

10

s,

10

    

,

MHz

1

=

=

=

=

=

=

w

x

w

x

w

x

T

f

T

f

T

f

 

Jak widać, już przy 

f

x

 = 10 kHz czas pomiaru jest niedopuszczalnie duży. Zatem, dla małych częstotliwości, w 

zakresie pasma akustycznego, należy stosować metodę pomiaru okresu przedstawioną na rys. 8, dla której 
obowiązuje zależność: 

 

,

w

x

nT

kT

=

 (24) 

gdzie 

k jest liczbą mierzonych okresów. 

Z równania (24) otrzymuje się następujący wzór opisujący zależność wskazań licznika i mierzonego okresu: 

 

k

nT

T

w

x

=

. (25) 

 

 

Układ 

formujący

Układ

sterowania

bramką 

Dzielnik 

częstotliwości

Generator

wzorcowy

Układ 

kasujący

 

Licznik

 

Układ 

ekspozycji 

we 
T

x

 

Dzielnik 

częstotliwości

10

P

1

10

10

P

1

10

f

wz

kT

x

τ

w

 

 

 

Rys. 8. Schemat blokowy cyfrowego miernika okresu 

 
Błąd metody zawiera 3 składowe: 

 

.

1





+

+

±

=

uf

w

fw

T

f

n

x

δ

ε

δ

 (26) 

Dwie pierwsze składowe to błąd dyskretyzacji i błąd wzorca (analogicznie jak w poprzedniej metodzie), 

natomiast 

δ

uf

 jest błędem układu formowania, wynikającym z niedokładności określania momentów początku i 

końca mierzonego okresu lub kilku okresów. 

Dla ułatwienia racjonalnego doboru metody w cyfrowych pomiarach częstotliwości na rys. 9 przedstawiono 

wykresy błędów w funkcji częstotliwości obu metod dla przypadku typowego miernika częstotliwości o 
parametrach: f

w

 = 10

Hz, liczba dekad 8 (

N

≈10

8

) błąd wzorca 

ε

fw

/

f

w

 = 10

−7

, przy 

T

w

 = 1 s i 0.1 s oraz 

k = 1 i 10, 

δ

uf

 

= 10

−6

 

 

10

-1

10

-2

10

-3

10

-4

10

-5

10

-6

10

-7

10

-8

1  

 

 10  10

2  

10

3  

10

4  

10

  

10

6

  

10

7  

10

8

     f

x

  

II metoda

I metoda

k=1

k=10

T

w

=0.1s

T

w

=1s

δ

w

=10

-7

δ

b

=10

-6

δ

=f

/kf

w

 

δ

δ

 

 

 

Rys. 9. Krzywe ilustrujące dokładność obu cyfrowych metod pomiaru częstotliwości dla różnych zakresów częstotliwości 

mierzonych 

 

Jak widać z wykresu, dla 

f

x

 

≥ 10 kHz zdecydowanie korzystniejsza jest metoda pomiaru częstotliwości dużych, 

dla 

x

≤ 1 kHz korzystniejsza jest metoda pomiaru okresu (dla częstotliwości małych). W zakresie 1÷10 kHz 

występują największe błędy porównywalne dla obu metod.  

 

6

7/8)

7/8)

background image

Podstawy elektroniki i metrologii na kierunku Informatyka 

Warto podkreślić, iż układ cyfrowego miernika częstotliwości składa się z tych samych bloków 

funkcjonalnych co cyfrowy miernik czasu. W konfiguracji do pomiaru małych częstotliwości (przez pomiar 
okresu), jest on niemal identyczny z miernikiem czasu. 

Dlatego też większość współczesnych mierników cyfrowych umożliwia pomiar częstotliwości, czasu i 

przesunięcia fazowego. Typowym przykładem mierników tego typu jest badany w ćwiczeniu 
częstościomierz/czasomierz cyfrowy typ HP-53131A firmy Hewlett- Packard. 

2.3. Obsługa przyrządu HP 53131A 

 

1. Klawisze wyboru funkcji pomiaru 

  9. Klawisze odtworzenia, zapisu 

2. Klawisze wyboru funkcji kontroli 

      konfiguracji, drukowania 

3. Klawisze wyboru funkcji matematycznych  10. Konfiguracja sterowania bramką 
4. Klawisz zmiany znaku (+/-) 

11. Klawisze sterowania pomiarami 

5. Klawisze wprowadzania danych 

12. Klawisze ustawiania parametrów 

6. Klawisz zatwierdzenia danych 

      układu wejściowego kanału 1 

7. Kanał 3 (3 GHz) 

− opcja, nie występuje 

13. Klawisze ustawiania parametrów 

8. Wybór dodatkowych narzędzi 

      układu wejściowego kanału 3 

 

Rys. 10. Płyta czołowa przyrządu HP-53131A 

 

Przyrząd HP-53131A firmy Hewlett-Packard służy do pomiaru czasu, okresu  oraz częstotliwości sygnałów w 

dwóch kanałach pomiarowych. Dzięki wbudowanemu mikroprocesorowi mierzone i obliczane są również 
dodatkowe parametry związane z doprowadzonymi do przyrządu sygnałami. Sterowanie wyborem mierzonej 
wielkości zostało ułatwione przez zastosowanie wyświetlacza alfanumerycznego oraz systemu menu związanego z 
klawiszami funkcyjnymi. Rozwiązanie to charakteryzuje się stosunkowo niewielką liczbą klawiszy na płycie 
czołowej (rys. 9.14), pogrupowanych funkcjonalnie. 

2.3.1. Grupa wyboru wartości mierzonej 

Pierwsza grupa wyboru mierzonej funkcji (pole MEASURE) liczy cztery klawisze: 

•  menu pomiarów częstotliwości i ich stosunku  − klawisz Freq&Ratio 
•  menu pomiarów czasu i okresu 

− klawisz Time&Period 

•  menu pozostałych  pomiarów 

− klawisz Other Meas 

•  menu sterowania czasem otwarcia bramki 

− klawisz Gate&ExtArm 

Wyboru jednej z funkcji pomiaru częstotliwości dokonuje się naciskając klawisz Freq&Ratio. Na 

wyświetlaczu pojawiać się będą kolejno napisy określające funkcje: 
•  pomiar częstotliwości w kanale 1  

 

FREQUENCY 1 

•  pomiar częstotliwości w kanale 2  

 

FREQUENCY 2 

•  stosunek częstotliwości 1 do 2   

 

RATIO 1 TO 2 

•  stosunek częstotliwości 2 do 1   

 

RATIO 2 TO 1 

Po wybraniu żądanej funkcji przyrząd automatycznie przystąpi do pomiarów. Następne dwie grupy menu są 
obsługiwane na takich samych zasadach. 

Druga grupa funkcji związanych z klawiszem Time&Period obejmuje: 

•  pomiar odcinka czasu 1 → 2 

 

 

TI   1  TO  2 

•  pomiar okresu w kanale 1 

 

 

PERIOD 1 

•  pomiar czasu narastania impulsu 

 

 

RISETIME 1 

•  pomiar czasu opadania impulsu   

 

FALLTIME 1 

 

7

background image

•  pomiar czasu trwania impulsu   

 

POS WIDTH 1 

•  pomiar czasu pomiędzy impulsami 

 

NEG WIDTH 1 

Pomiary te (oprócz pierwszej pozycji) są wykonywane dla sygnału doprowadzonego do kanału pierwszego 
przyrządu. 

Trzecia grupa funkcji 

− wybór klawiszem Other Meas

•  pomiar ilości impulsów  

 

 

TOTALIZE 1 

•  pomiar przesunięcia fazowego   

 

PHASE 1 TO 2 

•  pomiar wypełnienia przebiegu w kanale 1 

DUTYCYCLE 1 

•  pomiar napięcia szczytowego w kanale 1  

VOLT PEAKS 1 

•  pomiar napięcia szczytowego w kanale 2  

VOLT PEAKS 2 

Czwarty klawisz grupy funkcji pomiarowych służy do wyboru trybu sterowania czasem otwarcia bramki. 

Sposób postępowania różni się jednak od opisanego poprzednio. Po naciśnięciu klawisza pojawi się jeden z 
napisów: 
•  ręcznie dobierany czas otwarcia bramki   

GATE: TIME 

•  automatyczny dobór czasu otwarcia bramki  

GATE: AUTO 

•  sterowanie bramki sygnałem zewnętrznym 

GATE: EXTERNAL 

•  czas otwarcia proporcjonalny do ilości cyfr 

GATE: DIGITS 

Zmiany pomiędzy pozycjami menu dokonuje się przez naciskanie klawiszy kursorów umieszczonych z prawej 

strony wyświetlacza. Po wybraniu automatycznie dobieranego czasu otwarcia bramki wystarczy nacisnąć klawisz 
Run i przyrząd będzie wykonywał pomiary według tej nastawy. Natomiast dla pozostałych pozycji menu należy 
nacisnąć ponownie klawisz Gate&ExtArm, by pojawiła się możliwość ustawienia parametrów wybranego trybu 
pracy.  

W ćwiczeniu wykorzystywany jest tryb ręcznego doboru czasu otwarcia bramki i tylko on będzie omówiony. 

Po ponownym naciśnięciu klawisza Gate&ExtArm wyświetlany jest czas otwarcia bramki w postaci napisu TIME 
i jego aktualnej wartości. Prezentowaną liczbę można edytować za pomocą klawiszy kursorów. Klawisze 

← i → 

służą do zmiany pozycji kursora, a klawisze 

↑ i ↓ do zmiany wartości edytowanej cyfry. Po ustaleniu nowej 

wartości czasu otwarcia bramki należy ją zatwierdzić naciskając klawisz Enter. Następnie pomiary uruchamia się 
przez naciśnięcie klawisza Run

2.3.2. Grupa funkcji kontroli wartości mierzonej 

Przyrząd ma wbudowany mechanizm kontroli wartości mierzonej, polegający na wykrywaniu sytuacji 

przekroczenia wartości mierzonej poza wyznaczone granice. W grupie tej znalazły się tylko dwa klawisze 
umieszczone w polu LIMITS. Pierwszy z nich 

− Uppr & Lower służy do wprowadzania wartości granic: górnej i 

dolnej. Po naciśnięciu tego klawisza pojawia się napis UPPR: 0.000000. Korzystając z klawiszy 

←,  →,    i  ↓, 

można ustawić górną granicę. Wprowadzoną wartość zatwierdza się klawiszem Enter. Po ponownym naciśnięciu 
klawisza Upper&Lower pojawia się napis: LOWR: 0.000000 i można ustawić granicę dolną. Po wprowadzeniu 
wartości granic należy nacisnąć klawisz Run

Drugi klawisz umieszczony w polu Limits  służy do ustawienia trybu pracy funkcji kontroli wartości. Po 

naciśnięciu tego klawisza pojawia się jeden z napisów związanych z trybem pracy i aktualnym ustawieniem. Z 
każdym trybem pracy są związane dwa stany ustawienia: 
•  włączenie / wyłączenie funkcji kontroli   

LIM: TEST: OFF 

 

 

 

 

 

 

LIM: TEST: ON 

•  zatrzymanie pomiarów po przekroczeniu wartości mierzonej jednej z granic 

 

 

 

 

 

 

ON FAIL: GO ON 

 

 

 

 

 

 

ON FAIL: STOP 

•  prezentacja wyników kontroli   

 

SHOW: NUMBER 

 

 

 

 

 

 

SHOW: GRAPH 

Przełączanie pomiędzy stanami trybu pracy uzyskiwane jest przez naciskanie klawiszy oznaczonych 

strzałkami. Po wybraniu trybu należy nacisnąć klawisz Run, by wznowić wykonywanie pomiarów. W trybie 
zatrzymania pomiarów po przekroczeniu granicy przez wartość zmierzoną, by wznowić pomiary, również należy 
nacisnąć klawisz Run

2.3.3. Grupa funkcji matematycznych 

Grupa funkcji matematycznych obejmuje operacje wykonywania czynności przeskalowania każdego wyniku 

pomiaru oraz obliczenia statystyczne. Klawisze obsługujące funkcje matematyczne znajdują się na polu MATH.  

Klawisz  Scale&Offset obejmuje ustawienia wartości związanych ze skalowaniem wyniku. Automatyczne 

obliczenia są wykonywane wg zależności: 

wynik = (pomiar mnożnik) + przesunięcie. Nominalnie po włączeniu 

zasilania mnożnik jest równy jedności, a przesunięcie wynosi zero. Naciskając klawisz Scale&Offset uzyskuje się 
pozycje menu: 

 

8

background image

Podstawy elektroniki i metrologii na kierunku Informatyka 

•  ustawianie wartości mnożnika  

 

SCAL: 1.000000 

•  ustawianie wartości przesunięcia   OFFS: 0.000000 
•  pobranie ostatnio pomierzonej wartości  

SET OFFSET?   

i jej wyświetlenie oraz użycie jako nowej 
wartości przesunięcia 

•  włączenie / wyłączenie obliczeń  

 

MATH: OFF 

 

 

 

 

 

 

MATH: ON 

•  wzór na obliczanie wyniku 

 

 

MATH HELP? 

Pierwsze dwie pozycje obejmują ustawianie wartości w podobny sposób jak przy ustawianiu granic kontroli. 

Ustawienie wartości przesunięcia bieżącym pomiarem następuje po naciśnięciu klawisza Enter. Włączanie i 
wyłączanie funkcji obliczeń wykonuje się klawiszami kursorów.  Wybranie funkcji pomocy i naciśnięcie klawisza 
Enter spowoduje wyświetlenie napisu: (MEAS x SCALE)+OFFS = RESULT opisującego przeprowadzane 
obliczenia. 

Klawisz Stats dotyczy menu funkcji obliczeń statystycznych. Menu to obejmuje: 

•  rodzaj wyświetlanej wartości na wyświetlaczu: 
 

− wartość odchyłki standardowej 

 

SHOW: STD DEV 

 

− wartość średnią 

  

 

 

SHOW: MEAN 

 

− wartość maksymalną  

 

 

SHOW: MAX 

 

− wartość minimalną   

 

 

SHOW: MIN 

 

− wartość aktualną  

 

 

 

SHOW MEAS 

•  ilość pomiarów wchodząca do obliczeń   

N: 

•  włączanie, wyłączanie obliczeń   

 

STATS: ON 

 

 

 

 

 

 

STATS: OFF 

•  obliczenia z wartości mieszczących się w zadanych granicach  

USE: IN LIMIT 

  lub z wszystkich pomiarów  

 

 

 

 

USE: ALL MEAS 

•  konfigurację klawisza „Stop/Single”  
  do wykonania pojedynczego pomiaru    

ON SINGLE: 1 

 lub 

całej serii N pomiarów 

 

 

ON SINGLE: N 

Zasady ustawiania są podobne jak dla poprzednich menu. W trakcie wykonywania pomiarów i prezentacji obliczeń 
statystycznych klawisze  

↑ i ↓ służą do szybkiej zmiany wyświetlanej wielkości. 

2.3.4. Konfiguracja wejścia 

W polach oznaczonych CHANNEL 1 i CHANNEL 2 znajdują się klawisze służące do ustawiania parametrów 

układów wejściowych. Cztery z nich są prostymi przełącznikami, natomiast z klawiszem Trigger/Sensitivity 
związane jest menu ustalające szereg parametrów układu formującego sygnał wejściowy: 
•  wybór 

automatycznie 

   AUTO TRG: ON 

 lub 

ręcznie ustalanego progu wyzwalania 

 

AUTO TRG: OF 

•  dla ustalanego ręcznie progu wyzwalania  

LEVEL: 0.0000V 

 

− ustalenie wartości napięcia progowego  

•  dla automatycznie ustalanego progu 

 

LEVEL: 50 PCT 

 wyzwalania 

− ustalenie procentowej  

 wartości progu wyzwalania 
•  rodzaj zbocza wyzwalającego: narastające 

SLOPE: POS 

  

opadające 

SLOPE: NEG 

•  czułość wejścia: wysoka 

SENSITIVITY: HI 

  

niska 

SENSITIVITY: LO 

   

średnia 

SENSITIVITY: MED 

•  dla pomiaru czasu TI 1 TO 2 przełącznik 

COMMON 1: OFF 

 wejścia kanału pierwszego jako wspólnego 

COMMON 1: ON 

  dla generacji sygnału startu i stopu 

Zasady wyboru i przełączania są podobne jak w poprzednich punktach. Wyjaśnienia wymaga jedynie 

określenie czułości wejścia. Jest to parametr określający najmniejszą wartość amplitudy sygnału wejściowego, dla 
której w obwodzie wejściowym jest kształtowany przebieg cyfrowy pozwalający na prawidłową pracę przyrządu, 
sygnalizowaną migającą diodą LED umieszczoną obok klawisza Trigger/Sensitivity. Zmniejszenie czułości 
pozwala na eliminację zakłóceń występujących w sygnale wejściowym, np. dodatkowego zafalowania o mniejszej 
amplitudzie w stosunku do amplitudy sygnału wejściowego. 

Pozostałe cztery przełączniki to: 

1) przełącznik wejście wysokoomowe (1 M

Ω) / niskoomowe (50 Ω), 

2) przełącznik  DC/AC

 

9

background image

3) włącznik tłumika wejściowego 10x
4) włącznik filtru dolnoprzepustowego 100 kHz

2.4. Słownik terminologii angielskiej 

attenuation 

−  tłumienie 

duty cycle 

− wypełnienie 

falltime 

− czas opadania 

frequency 

− częstotliwość 

limit 

− granica 

period 

− okres 

phase 

− faza 

ratio 

− stosunek 

risetime 

− czas narastania 

sensitivity 

− czułość 

slope 

− zbocze 

3. Wykaz sprzętu pomiarowego 

1.  Oscyloskop HM 303-6 
2.  Licznik uniwersalny HP 53131A 
3.  Generator z cyfrową syntezą częstotliwości HM 8131-2 
4. Generator sygnału sinusoidalnego HM 8032 
5.  Generator impulsowy HM 8035 
6. Laboratoryjny układ przesuwnika fazowego 
7. Laboratoryjny układ przerzutników monostabilnych 
8.  Trójnik BNC, przewody połączeniowe: BNC-BNC 3 szt., BNC-bananki 2 szt. 

4. Zadania pomiarowe 

4.1. Oscyloskopowe pomiary częstotliwości i fazy 

Oscyloskop może służyć do pomiaru częstotliwości i fazy. Należy jednak zdawać sobie sprawę z dużych 

błędów popełnianych podczas tych pomiarów. W zadaniach pomiarowych przedstawione zostaną dwie najczęściej 
wykorzystywane metody pomiaru częstotliwości oraz dwie metody pomiaru kąta przesunięcia fazowego. 

4.1.1. Pomiar częstotliwości metodą pomiaru okresu 

 

  Generator HM 8131-2 
 
  f = 2 kHz 
  U=7 Vpp 

  Oscyloskop  HM 303-6 
                      
      CH1

 

      1V/cm

 

przewód 

BNC-BNC 

 

 

Rys. 11. Pomiar częstotliwości oscyloskopem 

 
Połączyć układ pomiarowy przedstawiony na rys. 11. Przed rozpoczęciem pomiarów należy przygotować 

oscyloskop do pracy: 
1

° wybrać kanał CH1 − przełączniki CHI/II, DUAL i ADD wyciśnięte, 

2

° wybrać automatyczną podstawę czasu − przełącznik AT/NM wyciśnięty, 

3

° sprawdzić czy płynna regulacja podstawy czasu znajduje się w pozycji 

kalibrowana – skrajna prawa pozycja, 

4

° sprawdzić, czy jest wyłączone dodatkowe wzmocnienie w kanale X i Y – przełączniki 

X-MAG. x 10 i Y-MAG. x 5 wyciśnięte, 

5

° sprawdzić, czy jest wyłączony tryb testowania elementów – przycisk COMP. TESTER ON/OFF wyciśnięty. 

Ustawić częstotliwość generatora HM 8131-2 równą 2 kHz, napięcie wyjściowe 7 Vpp, rodzaj przebiegu – 

sinusoidalny. 

W celu ustawienia częstotliwości nacisnąć klawisz FREQ. wprowadzić z 

klawiatury liczbę 2000 a następnie nacisnąć klawisz Hz/mV

Aby ustawić napięcie wyjściowe nacisnąć klawisz AMPL. wprowadzić z 

klawiatury liczbę 7 i nacisnąć klawisz kHz/V

Ustawić optymalną wartość współczynnika podstawy czasu oscyloskopu tak, 

by na ekranie zmieścił się jeden okres sinusoidy uzyskanej z generatora. 

 

10

Tablica 1 

X

T

 

cm 

 

D

tx

 

µs/cm 

 

f

x

 

Hz 

 

δ

fx

 

 

 

background image

Podstawy elektroniki i metrologii na kierunku Informatyka 

Zmierzyć okres obserwowanego przebiegu, zapisując w tablicy 1 wynik pomiaru 

X

T

   

w centymetrach oraz 

wartość wybranego współczynnika podstawy czasu 

D

tx

4.1.2. Pomiar częstotliwości metodą figur Lissajous 

Zmontować układ pomiarowy pokazany na rys. 12. Ustawić tryb pracy XY oscyloskopu (wciśnięty klawisz 

XY). 

Ustawić na generatorze HM 8032 częstotliwość 200 

Hz wybierając odpowiedni zakres pokrętłem 

FREQUENCY i korzystając z pokrętła płynnej regulacji częstotliwości VARIABLE. Pokrętłem AMPL. ustawić 
maksymalne napięcie wyjściowe. Ustawić na generatorze HM 8131-2 częstotliwość 400 Hz i napięcie wyjściowe 
7 Vpp.  

 

  Generator HM 8131-2 
 
  

f = 400 Hz 

  U = 7 Vpp 

 

  Oscyloskop HM 303-6 

 CH1 (X)  CH2 (Y)

 

 1 V/cm    1 V/cm

 

Generator HM 8032 
 

f = 200 Hz 

 

50 

 

OUTPUT

 

 

 

Rys. 12. Pomiar częstotliwości metodą krzywych Lissajous 

 

Zaobserwować krzywe Lissajous dla częstotliwości generatora HM 8032: 200 Hz,  300 Hz,  400 Hz,  600 Hz, 

800 Hz. W celu uzyskania nieruchomego obrazu zmieniać w małych granicach częstotliwość generatora HM 8131-
2. 

Niewielkie zmiany częstotliwości generatora uzyskujemy po naciśnięciu klawisza FREQ.

  a następnie 

ustawieniu kursora na wyświetlaczu generatora za pomocą klawiszy 

3cur4 na pozycji  0.01  lub 0.001 Hz i 

regulację częstotliwości pokrętłem. 

Odrysować 2 figury dla częstotliwości 200 Hz i 800 Hz. 

4.1.3. Pomiar przesunięcia fazowego oscyloskopem dwukanałowym 

 

  Generator HM 8131-2 
 
  

 

  

f = 1000 Hz

 

  Oscyloskop HM 303-6 

      

CH2  1 V/cm 

      

CH1  1 V/cm

 

50 

 

OUTPUT

 

 

Rys. 13. Pomiar kąta przesunięcia fazowego oscyloskopem dwukanałowym 

 
Pomiaru dokonać w układzie pomiarowym pokazanym na rys. 13. Przed rozpoczęciem pomiarów należy: 

1

° ustawić częstotliwość generatora HM 8131-2 na 1 kHz, 

2

° wyłączyć pracę XY i ustawić pracę dwukanałową oscyloskopu w trybie siekanym CHOP. Tryb ten włącza się 

wciskając jednocześnie klawisze DUAL i ADD

3

° ustawić linie zerowe w kanałach CH1 i CH2 w pozycji y = 0 cm, 

4

° ustawić optymalną wartość współczynnika podstawy czasu oscyloskopu tak, by na 

ekranie zmieścił się jeden okres sinusoidy uzyskanej z generatora, 

5

° regulując współczynnik wzmocnienia kanału  CH1 regulacją  płynną i skokową 

doprowadzić do jednakowej amplitudy przebiegów z obu kanałów, 

6

° zwiększyć napięcie z generatora tak, by uzyskać wysokość obrazu na ekranie ok. 

8 cm. 

W tablicy 2 zanotować: 

x

T

 

− okres sinusoidy kreślonej na ekranie i x

τ

 

− odcinek 

proporcjonalny do kąta przesunięcia fazowego. 

Tablica 2

x

T

 

cm 

 

x

τ

 

cm 

 

ϕ

 

° 

 

δϕ

 

 

 

4.1.4. Pomiar 

przesunięcia fazowego metodą figur Lissajous 

W układzie jak na rys. 13 ustawić tryb pracy XY oscyloskopu. Regulując napięcie 

wyjściowe generatora HM 8131-2 ustalić wysokość figury na około 8 cm. Zmieniając w 
sposób płynny wzmocnienie kanału CH1, który w trybie pracy XY połączony jest w z 
torem X, ustalić szerokość figury na około 8 cm. 

Zmierzyć  kąt przesunięcia fazowego notując wartości 2

x

m

 i 2

x

0

 w tablicy 3. Po 

zakończeniu pomiaru ustawić pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia w pozycji CAL

Tablica 3

2x

m

 cm 

 

2x

0

 cm 

 

ϕ

 

° 

 

δ

ϕ

 

 

 

11

4/5)

background image

4.1.5. Obliczenie teoretycznego przesunięcia fazowego 

Zanotować wartości 

R  = ........... i C  = ........... zastosowanego układu całkującego w poprzednich punktach 

pomiarowych. Dla częstotliwości generatora 

f = 1 kHz obliczyć wartość teoretyczną kąta przesunięcia fazowego 

ϕ, 

wiedząc że: 

RC

ω

ϕ

=

)

(

tg

,   

f

π

ω

2

=

.........

=

teor

ϕ

 

4.2. Cyfrowe metody pomiaru czasu, częstotliwości i fazy 

Zadania pomiarowe mają na celu poznanie właściwości nowoczesnego uniwersalnego przyrządu HP-53131A 

oraz zaprezentowanie wybranych metod cyfrowego pomiaru czasu, częstotliwości i fazy. Przyrząd ten ma wewnątrz 
mikroprocesor, stąd szereg wyników pomiarów jest uzyskiwanych na podstawie obliczeń z prostych pomiarów sygnału 
wejściowego. 

4.2.1. Pomiary czasu trwania i okresu powtarzania impulsów 

Przyrząd HP-53131A ma kilka funkcji służących do pomiaru typowych parametrów przebiegu złożonego z 

prostokątnych impulsów. Połączyć układ jak na rysunku 14. 

 

 

  Oscyloskop HM 303-6 
 
 

CH1 

 

  Generator HM 8035 

 

 

FREQUENCY 200 Hz 

WIDTH 20 ms 

  HP 53131A 
 

                            

CH1 

- AMPL + 

OUTPUTS 

50 

 

 

 

Rys. 14. Układ pomiaru parametrów czasowych impulsów prostokątnych  

 
W generatorze impulsów HM 8035 należy ustawić parametry: 

•  zakres napięcia  2 V - klawisz 2V/5V  w pozycji wyciśniętej , 
•  przełącznik odwracania polaryzacji impulsu          w pozycji wyciśniętej,  

 

•  pokrętło skokowej regulacji częstotliwości  FREQUENCY w pozycji 200, pokrętło płynnej regulacji 

częstotliwości w prawej skrajnej pozycji,  

•  pokrętło szerokości impulsu WIDTH w pozycji 20 ms, pokrętło płynnej regulacji szerokości impulsu w prawej 

skrajnej pozycji, 

•  pokrętło płynnej regulacji amplitudy w prawej skrajnej pozycji. 

Oscyloskop w układzie pełni rolę kontrolną do obserwacji generowanego przebiegu. Należy dobrać parametry 

wzmocnienia w kanale Y oraz szybkość podstawy czasu, tak by na ekranie mieścił się jeden okres przebiegu. 
Naciskając klawisz Time&Period wybrać pomiar okresu PERIOD 1. Zanotować zmierzoną wartość okresu 
powtarzania impulsów w tablicy 4. 

Tablica 4 

Okres powtarzania impulsów 

µ

 

Czas trwania impulsu 

µ

 

Czas trwania odstępu między impulsami 

µ

 

Współczynnik wypełnienia zmierzony 

 

 

Współczynnik wypełnienia obliczony  

 

 

 
Ustawić pomiar czasu trwania impulsu POS WIDTH 1 i zanotować zmierzoną wartość. Przy pomocy funkcji 

NEG WIDTH 1 zmierzyć i zanotować czas pomiędzy impulsami.  

Przyrząd HP-53131A posiada funkcję pomiaru współczynnika wypełnienia wybieraną z menu Other Meas

Wybrać należy DUTYCYCLE 1. Pomierzoną wartość współczynnika wypełnienia wpisać do tablicy 4. 

4.2.2. Badanie metody cyfrowego pomiaru częstotliwości 

Do wejścia przyrządu HP-53131A doprowadzić sygnał z generatora HM 8131-2 jak na rys. 15. Na generatorze 

ustawić częstotliwość 5000 Hz oraz napięcie wyjściowe 3 V pp.  

W przyrządzie HP 53131A naciskając klawisz Other Meas przełączyć rodzaj pracy na TOTALIZE 1.  

 

12

background image

Podstawy elektroniki i metrologii na kierunku Informatyka 

 

  Generator HM 8131-2 

 

 

50 

 

 f=5000 Hz                OUTPUT
 U=3 Vpp 

  HP 53131A 
 

     

CH1 

 

Rys. 15. Układ pomiaru częstotliwości 

 

W tym trybie pracy przyrząd HP-53131A pokazuje ilość impulsów zliczonych przez licznik częstościomierza 

n 

przy zadanym czasie otwarcia bramki 

T

p

. Ponieważ czas otwarcia bramki w tym przyrządzie można zmieniać, zatem 

daje się doświadczalnie sprawdzić zależność (21).  

Czas otwarcia bramki ustawia się w następujący sposób: Nacisnąć klawisz Gate&ExtArm. Klawiszami 

kursorów zmienić menu aż do pojawienia się napisu GATE: TIME. Nacisnąć ponownie klawisz Gate&ExtArm
Pojawi się napis: TIME: 0.100 s

Za pomocą klawiszy kursorowych zmienić wartość prezentowanej wartości czasu otwarcia bramki. Po 

ustaleniu nowej wartości nacisnąć klawisze Enter i Run. Pomiary należy wykonać dla czasów otwarcia bramki 
podanych w tablicy 5. 

Tablica 5 

T

p

 

s 0,001 

0,01 0,1  1  10 

 

 

 

 

 

 

f

x

 

Hz 

     

δ

dyskr

.

 

%      

Po zakończeniu pomiarów ustawić czas otwarcia bramki na 0,1 s. 

4.2.3. Cyfrowy pomiar stabilności częstotliwości drgań generatorów 

Przyrząd HP-53131A posiada umiejętność wykonywania serii pomiarów i 

dokonywania obliczeń 

statystycznych. Ta właściwość zostanie wykorzystana do porównania stabilności generatora RC HM 8032 i 
generatora z cyfrową syntezą częstotliwości HM 8131-2.  

Do kanału CH1 przyrządu HP-53131A dołączyć generator HM 8131-2, a do kanału CH2 generator HM 8032. 

Ustawić częstotliwości pracy 5000Hz na obu generatorach. 

Obsługa obliczeń matematycznych realizowana jest przez klawisze Stats w polu MATH na płycie czołowej 

przyrządu. Nacisnąć przycisk Stats. Pojawi się napis SHOW: MEAS. Klawiszami kursorów zmienić na napis 
SHOW: STD DEV, wybór pomiaru odchyłki standardowej. Ponownie nacisnąć przycisk Stats. Pojawi się liczba 
próbek 

N  N:100. Używając kursorów zmienić wartość  N na 30. Liczbę zatwierdzić naciskając klawisz Enter i 

wystartować pomiar klawiszem Run.  

Tablica 6 

 

 

HM 8131-2

HM 8032 

std dev 

Hz 

 

 

f

śr

 Hz   

 

f

max

 Hz   

 

f

min

 Hz   

 

 
Po pojawieniu się liczbowego wyniku pomiaru nacisnąć klawisz Stop/Single. Wyświetlany wynik pomiaru 

odchyłki standardowej wpisać do tablicy 6. Dla tej samej serii pomiarowej (nie naciskając ponownie klawisza 
Run) odczytać pozostałe wyniki pomiaru: 

f

śr

 (

ang. MEAN),  f

max

,  

f

min

.  

W tym celu korzystając z klawiszy kursorów:  i  wybrać kolejno wyświetlaną wartość (na chwilę wyświetli 

się odpowiednio napis 

MEAN,  MAX,  MIN). Wyniki zapisać do tablicy 6 pamiętając o wpisaniu wszystkich cyfr 

z wyświetlacza. 

Po zmierzeniu parametrów sygnału generatora HM 8131-2 za pomocą klawisza Freq&Ratio zmienić 

wykonywanie pomiarów na tryb FREQUENCY 2 i wykonać analogiczne pomiary sygnału z generatora HM 8032.  

Na koniec należy wyłączyć tryb pomiaru parametrów statystycznych. Naciskając klawisz Stats wyświetlić 

napis STATS: ON, kursorami zmienić na STATS: OFF i nacisnąć klawisz Run

4.2.4. Cyfrowy pomiar kąta przesunięcia fazowego 

Połączyć układ pomiarowy jak na rys. 16. Na generatorze HM 8131-2 ustawić częstotliwość 1000 Hz, napięcie 

wyjściowe 3 Vpp. W celu eliminacji zakłóceń spowodowanych składowymi przebiegu o wysokich 

 

13

background image

częstotliwościach w obu kanałach przyrządu HP 53131A włączyć filtr dolnoprzepustowy 100 kHz. W obu kanałach 
powinno być ustawione jako aktywne narastające zbocze. 

 

  Generator HM 8131-2 
 

   f=1000 Hz 
   U=2 Vpp 

  HP 53131A 

 

100 kHz 

 Filter

          

CH1       CH2 

       

 

 

Rys. 16. Cyfrowy pomiar przesunięcia fazowego 

 
Zmierzyć częstotliwość generowanego przebiegu oraz jego okres. Wartości wpisać do tablicy 7. 

Tablica 7 

Hz 

 

T ms 

 

t

0

 ms 

 

ϕ

pom.

 

° 

 

ϕ

obl.

 

° 

 

 
Zmierzyć również czas opóźnienia 

t

o

 wprowadzany przez badany układ całkujący. Do tego celu użyć funkcji 

TI 1 TO 2. Obliczyć kąt przesunięcia fazowego z uzyskanych wyników. 

360

0

 

 

T

t

 

 

obl.

=

ϕ

° 

i obliczoną wartość wpisać do tablicy.  

Wykonać pomiar kąta przesunięcia fazowego korzystając z funkcji PHASE 1 TO 2 z menu Other Meas

4.2.5. Pomiar czasu (zadanie dodatkowe) 

Przyrząd HP 53131A posiada funkcję pomiaru czasu pomiędzy wystąpieniem sygnału  START w kanale 1 a 

sygnałem  STOP w kanale 2. W ćwiczeniu będą mierzone w układzie laboratoryjnym pokazane na rys. 17 czasy 
trwania impulsów. 

 

T

1

 

t       CH1 

T

2

 

generator 

t        CH2 

T

1+2

 

przerzutnik 1 

przerzutnik 2 

 

Rys. 17. Przebiegi czasowe w układzie laboratoryjnym 

Układ laboratoryjny zbudowany jest na bazie układu scalonego 74123, zawierającego dwa monostabilne 

przerzutniki o ustalonych czasach trwania impulsów T

1

 i T

2

Pierwszy przerzutnik jest wyzwalany narastającym zboczem przebiegu prostokątnego z generatora, podanego 

na wejście układu laboratoryjnego, a drugi opadającym zboczem impulsu generowanego przez pierwszy 
przerzutnik. Drugi przerzutnik generuje krótki impuls na wyjściu układu. 

Połączyć układ pomiarowy jak na rys. 18. Przed dołączeniem do układu laboratoryjnego ustawić napięcie 

wyjściowe zasilacza na 5 V. Nastawy generatora impulsów HM 8035 pozostawić analogiczne jak w p. 4.2.1, 
zwracając szczególną uwagę na wyciśnięcie klawisza 2V/5V

UWAGA!!!

  W pozycji wciśniętej klawisza 2V/5V generator wytwarza przebiegi o amplitudzie do 10V, 

natomiast dopuszczalne napięcie wejściowe układu scalonego 74123 wynosi 5 V. 

 

 

14

background image

Podstawy elektroniki i metrologii na kierunku Informatyka 

 
 

  Generator HM 8035 

 

 

 FREQUENCY 200Hz 
 WIDTH  20 ms

 

  HP 53131A 
 

                     

CH1 CH2 

WE                          WY 

- AMPL +

OUTPUTS

50 

 

+5 V

Zasilacz 
 BS 525

 

+
_

 

 

Rys. 18. Układ pomiaru czasu 

 
Klawiszem  Time&Period wybrać funkcję pomiaru czasu "TI 1 TO 2". W celu eliminacji zakłóceń w obu 

kanałach przyrządu HP 53131A włączyć filtr dolnoprzepustowy 100 kHz. Zapisać czas trwania impulsu pierwszego 
przerzutnika 74123: 

T

1

 = .......... . 

Zmienić w przyrządzie rodzaj zbocza początkującego pomiar czasu z narastającego na opadające. W tym celu 

należy nacisnąć klawisz Trigger/Sensitivity w polu ustawień dla kanału CH1, aż pojawi się napis SLOPE: POS
Klawiszem kursora zmienić napis na SLOPE: NEG, co oznacza aktywne opadające zbocze sygnału wejściowego. 
Nacisnąć klawisze Enter akceptujący wprowadzoną zmianę zbocza. Analogicznie zmienić rodzaj zbocza 
zatrzymującego pomiar czasu. Nacisnąć klawisz Trigger/Sensitivity w polu ustawień dla kanału CH2, aż pojawi 
się napis SLOPE: POS, a następnie klawiszem kursora zmienić napis na SLOPE: NEG. Nacisnąć kolejno 
klawisze Enter i Run. Przy takim ustawieniu pomierzony zostaje czas trwania impulsu drugiego przerzutnika: 

T

2

 = .......... . 

W celu pomiaru łącznego czasu trwania impulsów obu przerzutników, należy powrócić do zbocza 

narastającego początkującego pomiar czasu. W tym celu należy nacisnąć klawisz Trigger/Sensitivity w polu 
ustawień dla kanału CH1, aż pojawi się napis SLOPE: NEG i klawiszem kursora zmienić napis na SLOPE: POS  
Nacisnąć klawisze Enter i Run. Przy takim ustawieniu pomierzony zostaje łączny czas trwania impulsów obu 
przerzutników: 

T

1+2

 = .......... .  

Ponownie ustawić wyzwalanie narastającym zboczem sygnału w kanale CH2

5. Opracowanie 

1.   Uzupełnić tablicę 1. Obliczyć  błąd systematyczny pomiaru częstotliwości korzystając z metody różniczki 

zupełnej wiedząc,  że błąd generatora podstawy czasu oscyloskopu 

%

100

tx

D

D

tx

ε

 wynosi 3%, i przyjmując błąd 

odczytu z ekranu oscyloskopu 

 =1 mm. 

T

x

ε

2.   Załączyć rysunki figur Lissajous wykonane w p. 4.1.2. uzupełnione graficznym opisem sposobu wyznaczenia 

częstotliwości generatora HM 8032 (dla obu figur). 

3.   Uzupełnić tablice 2 i 3. Obliczyć maksymalne błędy systematyczne 

ε

ϕ

 

pomiarów kąta fazowego stosowanymi w 

ćwiczeniu metodami. Skorzystać z metody różniczki zupełnej. Błąd względny 

δ

ϕ

 pomiaru przesunięcia 

fazowego wyznaczyć jako stosunek obliczonej wartości 

ε

ϕ

 do teoretycznej wartości 

ϕ

teor

.  

Sprawdzić, czy zmierzona wartość  kąta przesunięcia fazowego mieści się w granicach wyznaczonego błędu 
względem obliczonej teoretycznej wartości 

ϕ

teor

4.   Obliczyć błąd dyskretyzacji w tablicy 5. 

5.   Porównać niestabilność obu generatorów. Policzyć niestabilność względną 

ε

f

/f dla generatorów ze wzoru:  

nom

min

max

f

f

f

f

f

=

ε

gdzie: f

max

f

min

 

− 

odpowiednio maksymalna i minimalna wartość częstotliwości w serii pomiarów, 

f

nom

   

− 

nominalna wartość częstotliwości generatora

 

 

15