LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

1

Ćwiczenie

M_5

Temat ćwiczenia:

Oscyloskop i jego zastosowania

Nr zespołu:

Wydział, rok, grupa:

Data

Nazwisko i imię

Ocena

Teoria

Wykonanie ćwiczenia

Końcowa z ćwiczenia

1.

2.

3.

Elementy użyte w ćwiczeniu:

1) zestaw laboratoryjny;

2) oscyloskop

Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z budową oscyloskopu i jego podstawowymi funkcjami.

Wprowadzenie

Oscyloskop jest przyrządem używanym najczęściej do obserwacji przebiegu napięcia lub napięć w

funkcji czasu a często do zapisywania tych przebiegów. Poza tym można go stosować do pomiaru

napięcia, prądu, czasu, częstotliwości, kąta przesunięcia fazowego, mocy , do badania charakterystyk

diod i tranzystorów, a także do badania bardziej skomplikowanych układów złożonych z wielu

elementów liniowych lub nieliniowych.

Budowa oscyloskopu

Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa wywodząca się z tzw. „rury
Brauna” wynalezionej w roku 1897 (Ferdinand Braun fizyk niemiecki - nagroda Nobla w 1909 roku).

(

Rysunek z portalu: http:/www.oporek.republika.pl)

Rys. 1. 1 - katoda, 2 - grzejnik katody, 3 - siatka, 4, 5, 6 - anody, 7 - płytki odchylania poziomego, 8 - płytki odchylania pionowego, 9 –

elektroda ekranująca, 10- ekran, 11- powłoka grafitowa, 12 - osłona szklana .

LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

2

Obwód żarzenia 2 podgrzewa do wysokiej temperatury katodę 1, która emituje elektrony. Między
katodą i anodą powstaje pole elektryczne, w którym elektrony emitowane z katody są przyciągane do
anody (4,5,6 i ekran 10). Czym większe jest napięcie anody, tym silniej przyspie- szane są elektrony.
Na drodze między katodą, a anodą elektrony nabierają prędkości, są skupiane w cienką wiązkę, po
czym uderzają w ekran pokryty specjalną substancją zwaną luminoforem. Tam energia elektronów
zamienia się na światło, w kolorze zależnym od użytego lumiforu. Między katodą, a główną anodą
umieszczone są dodatkowe elektrody, między innymi siatka, które powodują regulację ilości
elektronów biegnących do anody. Ewentualne dodatkowe anody tworzą tak zwane soczewki
elektronowe, umożliwiające ich zogniskowanie, aby trafiały one w jedno miejsce ekranu, tworząc
świecący punkt (plamkę) o średnicy poniżej 1 milimetra.

Po wyjściu wiązki z obszaru działa elektronowego, można nią dowolnie sterować. Robi się to
najczęściej za pomocą pól elektrycznych. Pola te wytwarzane są w lampie przez dwa konden- satory
płaskie. Te elementy nazywa się płytkami odchylającymi.

Możliwe jest również sterowanie za pomocą pól magnetycznych. Taka sytuacja ma miejsce w lampach
kineskopowych.

Oscyloskop opisywany jest przez: - częstotliwość pracy, - tzw. czułość napięciową i - podstawę czasu.
Częstotliwość pracy określa nam o jakiej częstotliwości przebiegi elektryczne można zobrazować na
danym oscyloskopie. Np. przebiegi zbyt wolne nie można przedstawić gdyż czas świecenia lumiforu
jest za krótki i obraz na ekranie zanika. Zbyt szybkie przebiegi ogranicza elektronika (pasmo
przenoszenia wzmacniaczy jest ograniczone od góry).

Odchylenie plamki na ekranie zależy od czułości napięciowej oscyloskopu a ta zależy od wzmocnienia
w torach X i Y. Zwykle czułość oscyloskopu podaje się w cm/V co oznacza, że przy przyłączeniu na
płytki Y napięcia 1V plamka na ekranie odchyli się o X cm. Jeśli napięcie sygnału jest za małe
musimy go odpowiednio wzmocnić. Na ogół każdy oscyloskop wyposażony jest w odpowiednie
wzmacniacze napięcia, gdzie przełącznikami możemy regulować wzmocnienie w granicach od około
10

-2

do 10

3

.

Podstawa czasu informuje jaki czas jest potrzebny by plamka przesunęła się na ekranie o 1 cm a to jest
istotne gdy badamy szybkie przebiegi. Np. mając sygnał napięciowy o częstotliwości 1 kHz by na
ekranie zobaczyć dwa okresy musi upłynąć czas =2 ms. Jeśli ekran oscyloskopu ma 10 cm szerokości
to w czasie równym 1ms musi przebiec 5 cm. Czyli podstawa czasu musi spełniać warunek <=0.2 ms.
Zwykle w oscyloskopach podstawa czasu mieści się w granicach od 1 s do 100 ms.

Budowa współczesnych oscyloskopów może znacznie odbiegać od wyżej przedstawionego opisu. W
szczególności lampa oscyloskopowa może być zastąpiona ekranem ciekłokrystalicznym, na którym
realizować można przebiegi w różnych kolorach. Oscykoskop może zawierać pomięć, w której można
zapisywać przebiegi by je później obrabiać komputerowo.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest obserwacja na ekranie oscyloskopu zmiennych przebiegów elektrycznych a to:

1.Napięcia zmiennego 12V o częstotliwości 50 Hz.
2.Napięcia po wyprostowaniu jednopołówkowym.
3.Obserwacji krzywych Lissajouis.
4. W przygotowywaniu.

Ćwiczenie realizowane jest na stanowisku, którego schemat ideowy przedstawia na Rys. 2 oraz na
oscyloskopie. Na płytce zmontowany jest układ elektroniczny zasilany z transformatora T,

LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

3

który w uzwojeniu wtórnym daje na wyjściu napięcie przemienne 2x18 V. Jedno z tych napięć wyko-
rzystane jest do zasilania układów pokazanych na Rys. 3-5. Wybór poszczególnego zadania
dokonywany jest przełącznikiem P. Pozycja przełącznika P jest zgodna z numerem zadania.

Przed rozpoczęciem ćwiczenia należy płytkę połączyć z oscyloskopem. Po sprawdzeniu przez
prowadzącego laboratorium, ustawiamy przełącznik P w pozycji 1 podłączamy układ i oscyloskop do
sieci i obserweujemy przebiegi na oscyloskopie.

Rys. 2. Schemat blokowy układu do ćwiczenia.

Do realizacji zadania 1 zestawiony jest układ przedstawiony na Rys. 3 pozycja przełącznika P na 1.

Rys. 3. Schemat blokowy układu do badania przebiegów zmiennych w czasie.

Układ zasilany jest napięciem zmiennym 18 V poprzez transformator z sieci 230 V. Dzielnik złożony
z dwu rezystorów 50-omowych dzieli napięcie 18 V na dwie równe części i napięcie bliższe masie
podaje się na wejście Y-Y oscyloskopu, który ustawiamy na zakres 20V na napięcie zmienne.
Podstawę czasu ustawiamy tak by na ekranie obserwować kilka okresów sinusoidy.

Zadanie 2 realizuje układ przedstawiony na schemacie blokowym na Rys. 4, pozycja przełącznika P
na 2.

Rys. 4. Schemat blokowy układu do badania przebiegów jednopołówkowego prostowania.

LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

4

Zadanie 3 realizuje układ przedstawiony na schemacie blokowym na Rys. 5 pozycja przełącznika P
na 3.

Rys. 5. Schemat do obserwacji krzywych Lisajouis.

Tu obserwuje się krzywe Lissajouis powstające gdy w torach Y-Y i X-X napięcie jest zależne od
czasu. Podaje się równocześnie na oba tory przebiegi sinusoidalne o tej samej częstotliwości lecz o
różnej amplitudzie i fazie. Różnicę faz powoduje kondensator C i rezystor R. Opóźnienie toru Y-Y
względem toru X-X jest równe arctg(2 f

gdzie f jest częstotliwością sygnału a jest stałą czasową

równą 2 f

Zadaniem studentów realizujących to zadanie jest obserwacja zaistniałych przebiegów, ich

naszkicowaniu do sprawozdania i dodaniu swojego komentarza.

Do sprawozdania dołączyć komentarze wg poniższego wzoru.

Zadanie nr 1.

Szkic przebiegów.

Komentarz:

LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

5

Zadanie nr 2.

Szkic przebiegów.

Komentarz:

Zadanie nr 3.

Szkic przebiegów.

Komentarz:

Literatura:

Rydzewski Jerzy (1982), Oscyloskop elektroniczny. PWŁ. Warszawa , s. 702. Dużo informacji na

stronach internetowych związanych z hasłem oscyloskop czy lampa oscyloskopowa.

Fabryczna instrukcja obsługi oscyloskopu.