Metrologia II – ćwiczenia laboratoryjne

Sprawozdanie z laboratorium

„Zastosowanie oscyloskopu katodowego”

Mędala Jan, Mleczko Agnieszka, Mróz Łukasz, Myśliwiec Łukasz gr.13

I.

Część teoretyczna

Budowa oscyloskopu katodowego

Zasadniczym elementem oscyloskopu jest próżniowa lampa oscyloskopowa, zawierająca

zespół elektrod służących do wytwarzania i sterowania wiązki elektronów.

Schemat lampy elektronowej (źródło: skrypt „Podstawy Metrologii Technicznej”):

1.Grzejnik – podgrzewa katodę
2.Katoda – emitująca elektrony
3.Siatka sterująca o potencjale ujemnym względem katody – wstępnie skupia elektrony
4.Anoda o potencjale dodatnim względem katody – przyspiesza ruch elektronów
5.Elektroda ogniskowa – formuje w wiązkę strumieo elektronów
6.Elektrody – odchylające wiązkę w poziomie
7.Elektrody – odchylające wiązkę w pionie
8.Elektroda przyspieszająca ruch elektronów – polepsza jasnośd świecenia ekranu
9.Ekran oscyloskopu – pokryty luminoforem, świeci pod wpływem wiązki elektronów
10.Baoka szklana – obudowa lampy

Wychylenie wiązki w kierunku poziomym proporcjonalne do czasu uzyskujemy przykładając

do płytek (6) napięcie piłokształtne:

Wzrost napięcia odpowiada ruchowi plamki ze stałą prędkością. Spadek powoduje powrót

plamki do położenia początkowego. Długośd drogi odbytej przez plamkę na ekranie oscyloskopu
zależy od amplitudy napięcia.

II.

Część doświadczalna

Cel dwiczenia:

Celem dwiczenia jest poznanie podstawowych własności oscyloskopu katodowego jako

rejestratora szybkozmiennych sygnałów napięciowych, nabycie umiejętności doboru i
posługiwania się nim oraz ocena możliwości zastosowania oscyloskopu w miernictwie do
konkretnych pomiarów.

Doświadczenie 1:

Określenie amplitudy i okresu dla sygnału sinusoidalnego przy pomocy oscyloskopu.

Oś napięcia

Oś czasu

Stała podziałki

[V/dz]

Liczba działek

Amplituda [v]

Stała podziałki

[MS/dz]

Liczba działek

Okres [MS]

2

1 ± 0,1

2 ± 0,2

5

5 ± 0,1

25 ± 0,002

Doświadczenie 2:

Określenie amplitudy i stałej składowej dla zadanego sygnału.

Oś napięcia

Oś czasu

Stała podziałki *V/dz+ Liczba działek Amplituda [v] Stała podziałki *mS/dz] Liczba działek Okres [mS]

0.5

2.5 ± 0,1

1.25 ± 0,2

0.2

7 ± 0,1

1.4 ± 0,2

Obliczenie stałej:
U

max

= 2.2·2 = 4.4*v+

U

min

= 1·2 = 2*V+

Stała: U

śr

= 3.2[V]

Wnioski: Błąd odczytu jest większy dla większych wartości mierzonych.

Doświadczenie 3:

Wykorzystując filtr dolnoprzepustowy RC należało wyznaczyd jego wzmocnienie K oraz

różnicę faz między sygnałem podanym bezpośrednio z generatora do oscyloskopu, a sygnałem
zmodyfikowanym przez filtr. W doświadczeniu wykorzystano oba kanały oscyloskopu, do jednego
podając sygnał wejściowy, a do drugiego wyjściowy. Dzięki temu można je było zobaczyd
jednocześnie. Metoda ta polega na bezpośrednim odczytaniu z ekranu oscyloskopu kąta
przesunięcia fazowego, poprzez odczytanie długości odcinka odpowiadającego 1 okresowi, oraz
długości odcinka odpowiadającemu przesunięciu jednego wykresu względem drugiego, następnie
obliczeniu kąta przesunięcia fazowego z proporcji.

Podczas pomiarów przy użyciu tej metody obserwujemy na ekranie następujący obraz:

Wzmocnienie K obliczono jako iloraz amplitudy sygnału wyjściowego i amplitudy sygnału

wyjściowego.

Wyznaczenie różnicy faz:

Doświadczenie 4:

Wykorzystując tryb X-Y oscyloskopu wyznaczono przesunięcie fazowe i wzmocnienie tego

samego przetwornika RC. Metoda ta polega na wykorzystaniu krzywych Lissajous, które
otrzymujemy poprzez odłączenie podstawy czasu podczas obserwacji przebiegów na oscyloskopie.
W wyniku otrzymaliśmy następującą krzywą:

Obliczenie przesunięcia fazowego:

x = 1.88[V] , y = 0.8[V]

Wnioski: Wyniki uzyskane podczas doświadczeo obciążone są pewnym błędem, gdyż należy

uwzględnid wiele czynników występujących w układzie pomiarowym jak i wpływu czynników
zewnętrznych. Niestety z powodu braku danych znamionowych nie obliczono tutaj przesunięcia
fazowego metodą analityczną (która poniekąd również jest obarczona pewnym błędem, gdyż nie
uwzględnia wielu czynników występujących w układzie pomiarowym jak i wpływu czynników
zewnętrznych), ale na podstawie wiadomości z literatury zauważono, że metodą dającą wyniki
bardziej zbliżone do wartości teoretycznej jest metoda korzystająca z krzywych Lissajous. Wynik
otrzymany w doświadczeniu 3 obrazuje większe rozbieżności z wynikiem z metody krzywych
Lissajous – jest to spowodowane znacznym błędem odczytu.

III.

Wnioski ogólne:

Oscyloskop jest przyrządem służącym do wizualnej obserwacji odwzorowao

przedstawiających zależności funkcyjne między dwoma lub kilkoma zmiennymi wielkościami
fizycznymi. Najczęstszym zastosowaniem oscyloskopu jest odwzorowanie obrazowe zmian
wielkości fizycznej przetworzonej na zmiany sygnału napięciowego jako funkcji czasu.