Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
1 z 4
Instrukcja do ćwiczenia 8
Dział – Pomiary wielkości elektrycznych.
Temat: Pomiar napięć oscyloskopem.
Cel ćwiczenia: poznanie sposobu pomiaru oscyloskopem.
I.
Wprowadzenie
Oscyloskop zapewnia m.in. możliwość obserwacji sygnałów elektrycznych; może
służyć także do pomiarów ich parametrów, np. pomiaru amplitudy obserwowanego napięcia.
Typowym oscyloskopem można dokonywać pomiarów napięć okresowych zmiennych
o częstotliwościach do kilkudziesięciu MHz, tzn. częstotliwości wykraczających poza pasmo
przenoszenia większości posiadanych woltomierzy i amplitudach do kilkuset woltów. W celu
uzyskania maksymalnej dokładności pomiarowej, należy przestrzegać określonych zasad
pomiarów:
obraz mierzonego przebiegu powinien zająć prawie maksymalną wysokość ekranu;
obraz na ekranie należy dobrze zogniskować;
z pomiaru należy wyeliminować grubość linii, odczytując wartość odchylenia w kierunku
pionowym przy tej samej krawędzi linii obrazu (zawsze górnej lub zawsze dolnej);
pamiętać o wpływie nierównomierności charakterystyki częstotliwościowej wzmacniaczy
kanału odchylania pionowego na dokładność pomiaru przebiegów o różnych
częstotliwościach i czasie trwania.
Bezpośrednio z ekranu można pomierzyć wartość międzyszczytową U
p-p
obserwowanego
napięcia. W tym celu za pomocą pomocniczej skali oscyloskopu określa się w centymetrach
(lub w działkach) długość pionowego odcinka pomiędzy punktami maksymalnego dodatniego
i ujemnego odchylenia przebiegu i mnoży przez współczynnik czułości kanału odchylania
pionowego (z ewentualnym uwzględnieniem tłumienia sondy - jeśli w pomiarze była
wykorzystywana):
U
p-p
= l
y
[cm] S
y
[V/cm] (8.1)
gdzie : l
y
- odległość pionowa pomiędzy maksymalnymi wychyleniami (dodatnim
i ujemnym) obserwowanego przebiegu;
S
y
- czułość kanału odchylania pionowego ( np. w V/cm ), odczytana z płyty czołowej
oscyloskopu dla określonej pozycji przełącznika.
Amplitudę (inaczej wartość szczytową lub maksymalną) U
m
tego przebiegu określamy
korzystając z zależności :
2
2
y
y
p
p
S
l
U
m
U
(8.2)
Wartość skuteczną napięcia można obliczyć z znanej zależności:
2
Um
U
(8.3)
Na dokładność pomiaru napięcia metodą oscyloskopową mają wpływ:
Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
2 z 4
- nieliniowość odchylania w torze pionowym. W oscyloskopach wysokiej klasy jest ona
zwykle do pominięcia;
- dokładność odczytu wysokości obrazu – zazwyczaj nie lepsza niż 0,5 mm;
- nierównomierność charakterystyki częstotliwościowej kanału odchylania pionowego;
- dokładność podziału tłumika wejściowego;
- dryft przy pomiarach składowej stałej.
Całkowity uchyb pomiaru napięcia składa się z sumy poszczególnych uchybów i może mieć
wartość kilkuprocentową. Dokładniejsze pomiary napięcia uzyskuje się w oscyloskopach
cyfrowych wyposażonych w kursory z cyfrowym odczytem wartości mierzonej. Pomiar
sprowadza się wówczas do ustawienia kursorów w określonych punktach przebiegu i odczytu
wyświetlonego wyniku pomiaru z ekranu.
Dla uzyskania kalibrowanych wartości napięć należy postępować zgodnie z następującą
procedurą:
ustawić
potencjometr
płynnej
regulacji
czułości
kanału
pionowego
wykorzystywanego wejścia, w pozycję CAL (w prawo do zaskoku), a następnie
przełącznikiem skokowej regulacji czułości dobrać odpowiednią wysokość obrazu na ekranie.
Przy pomiarze sygnałów zmiennych potencjometrem położenia POSITION przesunąć
przebieg w pionie do wybranej poziomej linii odniesienia. Wartość mierzonego napięcia
określamy
mnożąc
długość
pionowego
odcinka
l
y
odpowiadającego
wartości
międzyszczytowej
i wartość nastawionej czułości S
y
kanału odchylania pionowego.
W celu pomiaru wartości napięcia stałego, należy w pierwszej kolejności przełączyć
przełącznik rodzaju sprzężenia w pozycję GND i ustawić linię podstawy czasu na wybranej
linii odniesienia, a następnie wspomniany przełącznik ustawić na pozycję DC – podstawa
czasu ulegnie przesunięciu w pionie o odcinek l
y
(w górę dla polaryzacji dodatniej lub w dół
dla polaryzacji ujemnej) proporcjonalnie do wartości mierzonego napięcia. Wielkość
przesunięcia określa wartość mierzonego napięcia stałego wg zależności :
U = l
y
· S
y
(8.4)
Pomiar amplitudy sygnałów, zwłaszcza o małych częstotliwościach może odbywać się
przy znacznie spowolnionej lub wyłączonej podstawie czasu. Wówczas oscyloskop, w którym
nie działa odchylanie poziome, będzie rysował na ekranie pionowy odcinek. Jego długość jest
miarą wartości międzyszczytowej mierzonego sygnału. Jeżeli pomiar dokonywany jest za
pomocą sondy np. 10 : 1, to przebieg na ekranie jest dziesięciokrotnie mniejszy od
rzeczywistego, zatem zmierzona wartość musi w zostać dziesięciokrotnie zwielokrotniona.
II.
Treść zadania
a) Pomiar napięć zmiennych:
- z generatora do dowolnego gniazda wejściowego oscyloskopu podłączyć sygnał
sinusoidalny o częstotliwości np.1 kHz i dla kilku położeń regulatora amplitudy
zmierzyć wartość międzyszczytową U
p-p
obserwowanego sygnału, a następnie obliczyć
amplitudę U
m
(inaczej wartość szczytową) oraz wartość skuteczną U. Wartość
skuteczną porównać z wskazaniami miernika cyfrowego.
Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
3 z 4
- w trakcie pomiaru pokrętło płynnej regulacji czułości kanału odchylania pionowego
powinno znajdować się w pozycji w prawej do zaskoku, a przełącznik rodzaju
sprzężenia kanału ustawiony w pozycji AC (tylko składowe zmienne). Rezultaty
pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli. Zapisać prawidłowo końcowy wynik pomiaru:
b) Pomiar napięć stałych:
- podłączyć do wybranego wejścia oscyloskopu źródło napięcia stałego;
- w celu pomiaru napięcia stałego należy w pierwszej kolejności ustawić przełącznik
sprzężenia wykorzystywanego kanału w pozycję GND (oznacza to, że wejście
wzmacniacza odchylania pionowego znajduje się na potencjale zerowym) i ustawić
podstawę czasu na wybranej linii odniesienia skali pomocniczej ekranu;
- podłączyć do wejścia jednego z kanałów źródło napięcia stałego i ustawić przełącznik
sprzężenia w pozycję DC (wszystkie składowe) – podstawa czasu ulegnie przesunięciu
w pionie o wielkość proporcjonalną do wartości mierzonego napięcia. Iloczyn wielkości
przesunięcia i wartości czułości kanału odchylania pionowego określa wartość
mierzonego napięcia stałego;
- wykonać kilka pomiarów dla różnych wartości napięcia stałego;
- rezultaty pomiarów oscyloskopowych i obliczeń umieścić w tabeli, zapisując
prawidłowo końcowy wynik pomiaru.
c) Pomiar sygnału złożonego
- podłączyć z generatora do wejścia oscyloskopu sygnał złożony (składowa stała +
składowa zmienna sinusoidalna) i w pozycji DC (wszystkie składowe) przełącznika
rodzaju sprzężenia sygnału wejściowego, przesunąć obserwowany przebieg w kierunku
pionowym, tak by wierzchołkami dolnymi lub górnymi „oparł się” o wybraną linię
odniesienia skali pomocniczej ekranu, zapamiętać ustawienie obrazu;
- następnie dokonać przełączenia wspomnianego przełącznika do pozycji AC (tylko
składowa zmienna), obraz ulegnie przesunięciu w pionie o wartość składowej stałej,
którą określamy wielkością przesunięcia l
Y
odpowiednich wierzchołków przebiegu na
ekranie lampy;
- pomiary powtórzyć dla kilku wartości składowej stałej, regulowanej pokrętłem OFFSET
generatora;
- rezultaty pomiarów i obliczeń wpisać do tabeli.
III. Sprawozdanie
1. Tabela pomiarowa
a) Pomiar napięć zmiennych
Pomiary
Obliczenia
Wynik
końcowy
Pomiar
woltomierzem
l
y
S
y
U
p-p
U
m
U
U
U
U U
U
cyfr.
cm
V/cm
V
V
V
%
V
V
V
Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
4 z 4
b) Pomiar napięć stałych.
Pomiary
Obliczenia
Wynik
końcowy
Pomiar
woltomierzem
l
y
S
y
U
p-p
U
m
U
U
U
U U
U
cyfr.
cm
V/cm
V
V
V
%
V
V
V
c) Pomiar napięć zmiennych ze składową stałą
Pomiary
Obliczenia
Wynik
końcowy
Pomiar
woltomierzem
l
y
S
y
U
p-p
U
m
U
U
U
U U
U
cyfr.
cm
V/cm
V
V
V
%
V
V
V
2. Obliczenia
U
pp
- międzyszczytowa wartość mierzonego napięcia;
U
pp
= l
y
*
S
y
U
m
- amplituda (inaczej wartość szczytowa, maksymalna) napięcia;
U- wartość skuteczna mierzonego napięcia;
U - niedokładność względna pomiaru wynikająca z błędu odczytu długości odcinka l
y
%
100
l
l
U
y
y
l
y
- niedokładność bezwzględna odczytu długości odcinka l
y
, przyjąć 0,05 cm;
U - niedokładność bezwzględna pomiaru oscyloskopem:
%
100
/
U)
U
(
U
U
cyfr
- wartość skuteczna badanego napięcia odczytana z woltomierza cyfrowego.
3. Uwagi i wnioski