Oscyloskop elektroniczny 3 id 3 Nieznany

background image

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

___________________________________________________________

Laboratorium Miernictwa Elektrycznego









Oscyloskop elektroniczny




Instrukcja do

ć

wiczenia

Nr 22














Opracował dr in

ż

. Ryszard Piotrowski

___________________________________________________

Białystok 2001

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

2

1. Wprowadzenie



Podstawowe wiadomo

ś

ci z zakresu budowy

i zasad działania oscyloskopu analogowego

scyloskop jest jednym z najwa

ż

niejszych i najbardziej uniwersalnych

przyrz

ą

dów pomiarowych. Jego cenn

ą

zalet

ą

jest zdolno

ś ć

wy

ś

wietlania

na ekranie nieruchomych obrazów zmiennych w czasie sygnałów

elektrycznych. Stanowi to dla in

ż

yniera zajmuj

ą

cego si

ę

konstruowaniem

układów elektronicznych, czy dla fizyka badaj

ą

cego wła

ś

ciwo

ś

ci materii trudn

ą

do przecenienia warto

ś ć

.

Lampa oscyloskopowa

Lampa ta jest najwa

ż

niejsz

ą

cz

ę ś

ci

ą

oscyloskopu. Na niej to strumie

ń

elektronów kre

ś

li lini

ę

ś

wietln

ą

, odwzorowuj

ą

c

ą

dokładnie przebieg badanego

sygnału w czasie. Lampa oscyloskopowa jest wi

ę

c przetwornikiem elektro-

luminescencyjnym przetwarzaj

ą

cym wielko

ś ć

elektryczn

ą

na wielko

ś ć

ś

wietln

ą

.

Uproszczony szkic prostej lampy oscyloskopowej przedstawiony jest na

rysunku 1.

P1

R2

R3

R1

G

P2

ew

e

L

E

S

Ż

K

A2

A1

+

Rys.1.Szkic lampy oscyloskopowej

O

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

3

W pró

ż

niowej ba

ń

ce szklanej umieszczonych jest szereg elektrod: katoda,

siatka steruj

ą

ca (cylinder Wehnelta), anoda pierwsza, anoda druga. Ich zadaniem

jest emitowanie swobodnych elektronów, skupianie ich w w

ą

sk

ą

wi

ą

zk

ę

,

przy

ś

pieszanie do du

ż

ych pr

ę

dko

ś

ci, by nada

ć

im odpowiedni

ą

energi

ę


kinetyczn

ą

, wreszcie skierowanie do odpowiedniego punktu ekranu stanowi

ą

-

cego płaszczyzn

ę

układu współrz

ę

dnych prostok

ą

tnych, w którym uzyskiwany

jest obraz przebiegu czasowego badanej wielko

ś

ci. Lampa mo

ż

e by

ć

sterowana

tylko sygnałem napi

ę

ciowym, dlatego dowolna wielko

ś ć

fizyczna, któr

ą

chcemy

bada

ć

musi by

ć

uprzednio przetworzona na napi

ę

cie elektryczne.

Patrz

ą

c od lewej strony na szkic z rysunku 1., napotykamy najpierw katod

ę

K b

ę

d

ą

c

ą

ź

ródłem swobodnych elektronów. Jest to najcz

ę ś

ciej tzw. katoda

tlenkowa opisana ni

ż

ej.

Katoda tlenkowa


Katoda składa si

ę

z rdzenia metalowego,

najcz

ę ś

ciej niklowego, w kształcie cylin-

dra (rys.2) pokrytego tlenkami metali ziem
alkalicznych

(zwykle

baru,

strontu,

wapnia) albo tlenkami toru. Warstwa
tlenków

ma

grubo

ś ć

10

µ

m

÷

100

µ

m

(1

µ

m=10

-6

m) i wykazuje du

żą

porowa-

to

ś ć

(obj

ę

to

ś ć

porów stanowi 65% - 85%

obj

ę

to

ś

ci warstwy). Katoda grzana jest

po

ś

rednio do temperatury ok. 800

0

C przez

spiral

ę

grzejn

ą

umieszczon

ą

wewn

ą

trz

cylindra katody.

warstwa

emisyjna

cylinder
niklowy

spirala grzejna

Rys.2. Szkic katody tlenkowej o

grzaniu po

ś

rednim

Dzi

ę

ki bifilarnemu wykonaniu drutu grzejnego (nie jest to uwidocznione na

szkicu), nie wyst

ę

puje wokół niej pole magnetyczne pr

ą

du grzejnego. Napi

ę

cie

zasilaj

ą

ce grzejnik

Ż

(rys.1) wynosi zwykle 6,3V.

Dzi

ę

ki znacznej bezwładno

ś

ci cieplnej, w katodzie grzanej po

ś

rednio nie

wyst

ę

puj

ą

wahania temperatury przy zasilaniu pr

ą

dem zmiennym. Katody grzane

po

ś

rednio wykazuj

ą

ponadto wi

ę

ksz

ą

ni

ż

katody o grzaniu bezpo

ś

rednim

sztywno

ś ć

i wytrzymało

ś ć

mechaniczn

ą

.

Cylinder Wehnelta

Katoda K otoczona jest kolejn

ą

z rz

ę

du elektrod

ą

lampy, tzw. cylindrem

Wehnelta b

ę

d

ą

cym siatk

ą

steruj

ą

c

ą

S lampy. W czołowej płaszczy

ź

nie tej

elektrody znajduje si

ę

niewielki otworek (rys.3), przez który wydostaje si

ę

cz

ę ś ć

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

4

elektronów emitowanych przez katod

ę

. Steruj

ą

ca rola siatki (nazwa nie

adekwatna do wygl

ą

du tego elementu, odpowiadaj

ą

ca jednak funkcji, jak

ą

on

wypełnia) polega na regulacji liczby elektronów w wi

ą

zce docieraj

ą

cej do ekranu

i tym samym sterowaniu jasno

ś

ci

ą

jego

ś

wiecenia w danym punkcie i

w

danej chwili. Ma to, jak si

ę

przekonamy, wa

ż

ne znaczenie praktyczne. Z rysunku

1 wynika,

ż

e siatka S ma potencjał ujemny wzgl

ę

dem katody i od warto

ś

ci tego

potencjału zale

ż

y stopie

ń

hamowania przez ni

ą

elektronów, co wymownie

pokazuje rysunek 3.
Cylinder Wehnelta chroni jednocze

ś

nie delikatn

ą

katod

ę

przed bombardo-

waniem przez jony dodatnie, których pewna liczba zawsze znajduje si

ę

wewn

ą

trz

lampy. Tworz

ą

je pozostałe, mimo starannego odpompowania powietrza,

zjonizowane cz

ą

steczki gazu, przyci

ą

gane z racji swego dodatniego ładunku

przez katod

ę

.

a) cylinder Wehnelta

elektrony
yy

katoda

b) cylinder Wehnelta

elektrony

katoda

Rys.3. Wpływ ujemnego potencjału siatki (cylindra Wehnelta) na tory elektronów emito-

wanych przez katod

ę

: a) siatka ma niewielki potencjał ujemny wzgl

ę

dem katody (słabe

hamowanie elektronów), b) du

ż

y potencjał ujemny siatki

(silne hamowanie elektro-

nów)

Elektrony, które przedostały si

ę

przez otworek w cylindrze Wehnelta s

ą

przyci

ą

gane i tym samym przy

ś

pieszane przez anod

ę

A1

o dodatnim potencjale

wzgl

ę

dem katody. Anoda ta ma kształt cylindra z przegrodami wewn

ę

trznymi

wychwytuj

ą

cymi elektrony, które z ró

ż

nych przyczyn wybiegły poza w

ą

sk

ą

wi

ą

zk

ę

, formowaniem której zajmuje si

ę

wła

ś

nie anoda A1. Odpowiedni dobór

kształtu tej elektrody słu

ż

y wytwarzaniu pola elektrycznego skupiaj

ą

cego

elektrony w w

ą

sk

ą

wi

ą

zk

ę

. Wspomaga j

ą

w tym działaniu nast

ę

pna elektroda -

anoda A2 , która ma jeszcze wy

ż

szy potencjał dodatni wzgl

ę

dem katody (od

1500V do 5000 V). Jej głównym zadaniem jest ostateczne przy

ś

pieszanie

elektronów i nadawanie im ko

ń

cowej pr

ę

dko

ś

ci, od której zale

ż

y skutek

ś

wietlny

uderzenia elektronów w luminofor L pokrywaj

ą

cy wewn

ę

trzn

ą

powierzchni

ę

ekranu E. Dla przykładu, pr

ę

dko

ś ć

elektronów uderzaj

ą

cych w luminofor osi

ą

ga

warto

ś ć

20 000 km/s, je

ż

eli napi

ę

cie mi

ę

dzy katod

ą

i anoda drug

ą

wynosi

1000V. Dodajmy jeszcze,

ż

e w wyniku „oczyszczaj

ą

cego” działania cylindra

Wehnelta, oraz anod A1 i A2, tylko od 5% do 20% elektronów emitowanych

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

5

przez katod

ę

dociera do ostatecznego celu swojej w

ę

drówki, jakim jest luminofor

pokrywaj

ą

cy wewn

ę

trzn

ą

powierzchni

ę

lampy.

Grupa elektrod: katoda, cylinder Wehnelta i obie anody nosi nazw

ę

wyrzutni elektronowej, zwanej czasem tak

ż

e działem elektronowym.

Luminofor i zjawisko emisji wtórnej

Luminofor L (rys.1) jest to substancja półprzewodnikowa pokrywaj

ą

ca od

strony wewn

ę

trznej ekran lampy oscyloskopowej. W warstwie tej dokonuje si

ę

ostatni etap przetwarzania mierzonego sygnału napi

ę

ciowego na sygnał

ś

wietlny.

Luminofory s

ą

to siarczki lub tlenki metali takich jak kadm, wap

ń

, beryl,

magnez, krzem z dodatkiem tzw. aktywatorów, to znaczy zwi

ę

kszaj

ą

cych

zdolno

ś ć

luminescencyjn

ą

niewielkich domieszek manganu, srebra, miedzi.

Luminofory

ś

wiec

ą

pod wpływem bombardowania przez rozp

ę

dzone do du

ż

ych

pr

ę

dko

ś

ci elektrony. Zjawisko to nosi nazw

ę

elektroluminescencji. W wyniku

zderzenia elektronów z warstw

ą

luminoforu, nast

ę

puje zamiana cz

ęś

ci energii

kinetycznej tych cz

ą

steczek na energi

ę

ś

wietln

ą

. Pozostała cz

ęś ć

energii zu

ż

yta

zostaje na wybicie z luminoforu tzw. elektronów wtórnych ew (rys.1), które
zmierzaj

ą

do warstwy grafitowej G, sk

ą

d zostaj

ą

odprowadzone do dodatniego

bieguna

ź

ródła zasilania. W ten sposób zostaje zamkni

ę

ty obwód pr

ą

du

wypływaj

ą

cego z bieguna ujemnego tego

ź

ródła. Mowa tu oczywi

ś

cie o kierunku

rzeczywistym przepływu pr

ą

du, to znaczy kierunku ruchu elektronów.

Interesuj

ą

cym zagadnieniem jest mechanizm samoczynnej regulacji liczby

elektronów wtórnych zapewniaj

ą

cej jednakowe nat

ęż

enie pr

ą

du w ka

ż

dym

punkcie nierozgał

ę

zionego obwodu elektrycznego. Liczba tych elektronów zale

ż

y

od rodzaju luminoforu i napi

ę

cia przy

ś

pieszaj

ą

cego (napi

ę

cia mi

ę

dzy katod

ą

i

drug

ą

anod

ą

). Istnieje pewna minimalna warto

ś ć

napi

ę

cia przy

ś

pieszaj

ą

cego U

0

,

przy której liczba elektronów wtórnych staje si

ę

równa liczbie elektronów

pierwotnych (padaj

ą

cych na luminofor). Je

ż

eli napi

ę

cie przy

ś

pieszaj

ą

ce ma

warto

ś ć

mniejsz

ą

od U

0

, liczba elektronów wybijanych z luminoforu jest

mniejsza od liczby elektronów pierwotnych, w wyniku czego ekran ładuje si

ę

ujemnie, działaj

ą

c coraz bardziej odpychaj

ą

co na elektrony przybywaj

ą

ce od

strony katody. W ko

ń

cu dopływ elektronów pierwotnych do ekranu ustaje

całkowicie, uniemo

ż

liwiaj

ą

c normalne funkcjonowanie lampy. Gdy napi

ę

cie

przy

ś

pieszaj

ą

ce ma warto

ś ć

wi

ę

ksz

ą

od U

0

, liczba elektronów wybijanych

z luminoforu staje si

ę

wi

ę

ksza od liczby elektronów padaj

ą

cych, w wyniku czego

ekran zaczyna ładowa

ć

si

ę

dodatnio i jego potencjał staje si

ę

wy

ż

szy od

potencjału warstwy grafitowej. Mi

ę

dzy ekranem a warstw

ą

grafitow

ą

powstaje

wtedy pole elektryczne hamuj

ą

ce ruch elektronów wtórnych i zawracaj

ą

ce ich

cz

ęś ć

do ekranu. Wzrost potencjału ekranu trwa dot

ą

d, dopóki nie zostanie

przywrócona równowaga mi

ę

dzy liczb

ą

elektronów pierwotnych i wtórnych.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

6

Jedn

ą

z cech luminoforu jest jego czas po

ś

wiaty. Jest to czas, jaki upływa

od chwili znikni

ę

cia pobudzenia (strumienia elektronów) do chwili gdy

luminancja (jaskrawo

ś ć

ekranu) zmaleje do 1% warto

ś

ci pocz

ą

tkowej.


Stosowane s

ą

luminofory o krótkim czasie po

ś

wiaty,5

÷

50 µs, o

ś

rednim czasie

po

ś

wiaty, 10

÷

50 ms (do fotografowania obrazu) oraz o długim czasie po

ś

wiaty,

rz

ę

du pojedynczych sekund (do obserwowania przebiegów jednokrotnych,

a tak

ż

e w radiolokacji).

W celu zmniejszenia strat

ś

wiatła stosuje si

ę

napylanie luminoforu od

wewn

ę

trznej strony lampy cienk

ą

warstw

ą

aluminium o grubo

ś

ci 50

10

-6

mm

÷

500

10

-6

mm. Tak cienka powłoka aluminiowa praktycznie bez strat

przepuszcza elektrony, natomiast skutecznie odbija

ś

wiatło. Spełnia przy tym

jeszcze jedn

ą

po

ż

yteczn

ą

funkcj

ę

, chroni mianowicie luminofor przed

bombardowaniem ujemnych jonów, co czyni zbyteczn

ą

tzw. pułapk

ę

jonow

ą

stosowan

ą

w starszych konstrukcjach lamp oscyloskopowych.

Odchylanie strumienia elektronów

Pozostałe do omówienia elektrody lampy oscyloskopowej, to znaczy płytki

odchylaj

ą

ce P1 i P2 (rys.1) maj

ą

za zadanie zmienia

ć

kierunek lotu elektronów.

Przykładane do tych płytek zmienne w czasie napi

ę

cie, odzwierciedla

odpowiednio: warto

ś ć

chwilow

ą

(y) obrazowanej na ekranie wielko

ś

ci (płytki P1)

oraz odpowiadaj

ą

c

ą

tej warto

ś

ci chwil

ę

czasu (x) (płytki P2). Pozwala to na

narysowanie

linii

ś

wietlnej

przedstawiaj

ą

cej

dan

ą

wielko

ś ć

w układzie współrz

ę

dnych prostok

ą

tnych y,x. Płytki P1 zwane s

ą

płytkami

odchylania pionowego, albo płytkami odchylania Y, za

ś

płytki P2 - płytkami

odchylania poziomego, albo płytkami odchylania X. Ich rzeczywisty kształt
jest bardziej wyrafinowany ni

ż

ten pokazany na rysunku 1.

Mechanizmy odchylania wi

ą

zki elektronów

Odchylanie wi

ą

zki elektronów mo

ż

e by

ć

elektryczne lub magnetyczne.

Odchylanie elektryczne

W przypadku odchylania elektrycznego, mi

ę

dzy płytkami odchylania

pionowego P1 lub płytkami odchylania poziomego P2 wytwarzane jest pole
elektryczne. Jedna z płytek ka

ż

dej pary mo

ż

e by

ć

poł

ą

czona na stałe z

uziemieniem (rys.1). Od wpływu obcych pól elektrycznych płytki chronione s

ą

przez warstw

ę

grafitu G, naniesion

ą

na wewn

ę

trzn

ą

powierzchni

ę

ba

ń

ki i

poł

ą

czon

ą

z anod

ą

A

2

, która jest uziemiona.

Zalet

ą

odchylania elektrycznego jest mo

ż

liwo

ś ć

stosowania go w zakre-

esie wielkich cz

ę

stotliwo

ś

ci sygnału mierzonego si

ę

gaj

ą

cych 1 GHz.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

7

Zalet

ą

odchylania elektrycznego jest tak

ż

e mała moc potrzebna do

uzyskania wymaganego odchylenia elektronów.

Dalsz

ą

zalet

ą

tego rodzaju odchylania jest to,

ż

e tor ruchu nie zale

ż

y od

stosunku ładunku elektrycznego do masy cz

ą

stek, w zwi

ą

zku z czym ujemnie


naładowane jony gazów lub cz

ą

stek emitowanych przez katod

ę

b

ę

d

ą

miały taki

sam tor jak elektrony i pada

ć

b

ę

d

ą

na ekran w tym samym miejscu. Zapobiega to

rozmyciu punktu

ś

wietlnego i chroni luminofor przed szybkim zu

ż

yciem, które

miałoby miejsce, gdyby ci

ę ż

kie jony (kilka tysi

ę

cy razy ci

ę ż

sze od elektronu), nie

podlegaj

ą

c dostatecznemu odchylaniu (jak ma to miejsce przy odchylaniu

magnetycznym), uderzały ci

ą

gle w ten sam

ś

rodkowy obszar ekranu.

Wad

ą

odchylania elektrycznego jest stosunkowo du

ż

a zale

ż

no

ś ć

czuło

ś

ci

od napi

ę

cia przy

ś

pieszaj

ą

cego drugiej anody. Du

ż

emu napi

ę

ciu tej anody

mianowicie odpowiada du

ż

a pr

ę

dko

ś ć

elektronów, dla których odchylania

potrzebne jest wi

ę

ksze napi

ę

cie przykładane do płytek odchylaj

ą

cych, co

oznacza oczywi

ś

cie mniejsz

ą

czuło

ś ć

systemu odchylania. Je

ż

eli zało

ż

ymy

okre

ś

lon

ą

warto

ś ć

czuło

ś

ci, to zwi

ę

kszenie napi

ę

cia drugiej anody zmusza do

wydłu

ż

enia lampy oscyloskopowej dla uzyskania odpowiedniej wielko

ś

ci obrazu

na ekranie.

Zauwa

ż

my,

ż

e maksymalny k

ą

t odchylania w lampach o odchylaniu

elektrycznym jest mniejszy ni

ż

w lampach o odchylaniu magnetycznym. K

ą

t

zawarty mi

ę

dzy skrajnymi poło

ż

eniami strumienia przy odchylaniu elektrycznym

wynosi 25

0

- 30

0

.

Odchylanie magnetyczne.

W celu realizacji odchylania magnetycznego umieszcza si

ę

na zewn

ą

trz

lampy wokół szyjki, przy ostatniej elektrodzie wyrzutni elektronowej dwie pary
cewek odchylaj

ą

cych, których osie magnetyczne ustawione s

ą

wzgl

ę

dem siebie

pod k

ą

tem prostym. Przez ka

ż

d

ą

par

ę

cewek przepływa pr

ą

d steruj

ą

cy, który

wytwarza pole magnetyczne skierowane prostopadle do osi podłu

ż

nej lampy.

Istotn

ą

wad

ą

odchylania magnetycznego jest to, i

ż

odchylenie cz

ą

steczki jest tu,

w przeciwie

ń

stwie do odchylania elektrycznego , zale

ż

ne od stosunku ładunku

elektrycznego cz

ą

steczki do jej masy. Ci

ę ż

sze jony odchylane s

ą

znacznie słabiej

ni

ż

lekkie elektrony i padaj

ą

na

ś

rodkowa cz

ę ś ć

ekranu, przy

ś

pieszaj

ą

c zu

ż

ycie

luminoforu w tym obszarze. Zmuszało to w przeszło

ś

ci konstruktora do

stosowania tzw. pułapek jonowych, wychwytuj

ą

cych jony i nie dopuszcza-

j

ą

cych ich do ekranu. Obecnie pułapki jonowe nie s

ą

stosowane, poniewa

ż

luminofor od strony wyrzutni elektronów pokrywany jest cienk

ą

warstw

ą

aluminium (ekran metalizowany). Warstwa ta nie stanowi istotnej przeszkody dla
niewielkich elektronów, zatrzymuje natomiast skutecznie o wiele wi

ę

ksze jony.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

8

Zalet

ą

odchylania magnetycznego w porównaniu z elektrycznym jest

mniejsza zale

ż

no

ś ć

czuło

ś

ci odchylania od napi

ę

cia przy

ś

pieszaj

ą

cego (czuło

ś ć

jest tu odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z napi

ę

cia

przy

ś

pieszaj

ą

cego, gdy tymczasem przy odchylaniu elektrycznym czuło

ś ć

jest

odwrotnie proporcjonalna do tego napi

ę

cia).

Kolejn

ą

zalet

ą

odchylania magnetycznego w porównaniu z elektrycznym

jest prostsza budowa wewn

ę

trzna lampy oscyloskopowej, poniewa

ż

układ

odchylaj

ą

cy znajduje si

ę

na zewn

ą

trz lampy. Odchylanie magnetyczne powoduje

mniejsze rozogniskowanie wi

ą

zki elektronów, dzi

ę

ki czemu mo

ż

liwe jest

uzyskanie du

ż

ych warto

ś

ci k

ą

ta odchylania, którego typowa warto

ś ć

dla

współczesnych konstrukcji wynosi 110

0

. W rezultacie otrzymuje si

ę

korzystny

kształt lampy, a wi

ę

c mały stosunek jej długo

ś

ci do

ś

rednicy lub przek

ą

tnej

ekranu. Dla lamp o odchylaniu elektrycznym stosunek ten zawiera si

ę

w

granicach 2,5 -3,5, natomiast dla lamp o odchylaniu magnetycznym wynosi on
0,7 - 0,8.

Wad

ą

odchylania magnetycznego jest stosunkowo du

ż

a moc pobierana ze

ź

ródła pr

ą

du odchylaj

ą

cego. Ponadto odchylanie magnetyczne nie mo

ż

e by

ć

stosowane przy zbyt du

ż

ych cz

ę

stotliwo

ś

ciach, z uwagi na wzrost reaktancji

cewek oraz wzrost strat przy powi

ę

kszaniu cz

ę

stotliwo

ś

ci. Maksymalna

cz

ę

stotliwo

ś ć

, przy której stosowane by

ć

mo

ż

e odchylanie magnetyczne jest

rz

ę

du 50 kHz. Wada ta, mówi

ą

c nawiasem, nie ma istotnego znaczenia

w kineskopach odbiorników telewizyjnych, w których cz

ę

stotliwo

ś ć

odchylania

pionowego wynosi 50 Hz, poziomego za

ś

ok. 15 kHz.

Układy elektroniczne oscyloskopu

Zajmiemy si

ę

teraz układami elektrycznymi, których rol

ą

jest

przetwarzanie sygnałów doprowadzanych do wej

ś

cia oscyloskopu w celu

przystosowania ich do wymogów lampy oscyloskopowej, a tak

ż

e układami

odpowiedzialnymi za generowanie okresowych sygnałów niezb

ę

dnych tak

ż

e do

sterowania prac

ą

lampy.

Omówione dalej układy, zwłaszcza za

ś

organy regulacyjne i ich

oznaczenia b

ę

d

ą

odnosiły si

ę

do oscyloskopu OS-351. Pozwoli to na skupienie

si

ę

na konkretnym urz

ą

dzeniu i unikni

ę

cie rozpraszaj

ą

cych uwag

ę

dygresji.

Wspomniany oscyloskop ma wiele typowych układów, które spotka

ć

mo

ż

na w

innych oscyloskopach, gdzie mog

ą

by

ć

inaczej oznaczone, za

ś

ich organy

regulacyjne mog

ą

wyst

ę

powa

ć

w nieco innym zestawieniu. Zrozumienie roli

opisywanych ni

ż

ej układów i regulatorów pozwoli łatwo rozszyfrowa

ć

znaczenie

podobnych układów w innych typach oscyloskopów.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

9

Oscyloskop jednostrumieniowy, dwukanałowy

Oscyloskop OS-351 jest przyrz

ą

dem jednostrumieniowym, co oznacza,

ż

e wewn

ą

trz lampy istnieje tylko jedna wyrzutnia elektronów i co za tym idzie

jeden strumie

ń

elektronów. Istniej

ą

jednak oscyloskopy o wi

ę

kszej liczbie

wyrzutni, s

ą

jednak raczej rzadko spotykane ze wzgl

ę

du na wysoki stopie

ń

komplikacji i zwi

ą

zane z tym koszty produkcji.


Oscyloskop OS-351 jest jednocze

ś

nie przyrz

ą

dem dwukanałowym, co

oznacza,

ż

e na jego ekranie mog

ą

by

ć

ogl

ą

dane jednocze

ś

nie przebiegi dwóch

ż

nych sygnałów. Taka mo

ż

liwo

ś ć

jest podstawowym wymogiem stawianym

nawet prostym konstrukcjom oscyloskopów. Dwukanałowo

ś ć

wymaga

wbudowania do przyrz

ą

du dwóch oddzielnych zestawów urz

ą

dze

ń

(gniazd

wej

ś

ciowych, przeł

ą

czników, regulatorów, tłumików, wzmacniaczy, itp.).

Oscyloskop dwukanałowy ma tak

ż

e pewne układy elektroniczne wspólne dla

obydwu kanałów, np. generator podstawy czasu, wzmacniacz ko

ń

cowy,

przeł

ą

cznik elektroniczny, itp. Ni

ż

ej omówione zostan

ą

układy wyst

ę

puj

ą

ce tylko

w jednym kanale, nast

ę

pnie za

ś

układy wspólne.

Układy wej

ś

ciowe oscyloskopu

Na rysunku 4. przedstawione zostały blokowo typowe układy wej

ś

ciowe

oscyloskopu, przy czym podane na nim oznaczenia dotycz

ą

oscyloskopu OS-351.

Pokazane bloki stanowi

ą

fragment tak zwanego toru odchylania pionowego,

albo toru Y. Badany sygnał jest w nim przetwarzany do takiej postaci, by mógł
wysterowa

ć

płytki odchylania pionowego i da

ć

mo

ż

liwie wierny obraz swojej

zmienno

ś

ci w czasie.

Wej

ś

ciem do jednego z kanałów oscyloskopu (tutaj kanału A) jest gniazdo

typu BNC oznaczone jako INPUT A. St

ą

d sygnał mierzony mo

ż

e by

ć

przy

pomocy trójpoło

ż

eniowego przeł

ą

cznika skierowany do TŁUMIKA jednym z

trzech torów:

tor ALT (sprz

ę ż

enie AC)

tor DC (sprz

ę ż

enie DC)

tor GND


background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

10

INPUT A

WZMAC

NIACZ

Y

47pF

47pF

GND

DC

1 M

ALT

POSITION

do przeł

ą

cz-

nika elektro-

nicznego

do generatora

podstawy

czasu

VAR. CAL

WTÓR

NIK

TŁU-

MIK

Rys.4.Układy wej

ś

ciowe oscyloskopu


W torze ALT znajduj

ą

cy si

ę

tam kondensator odcina z sygnału ewentualn

ą

składow

ą

stał

ą

. Składowa ta mo

ż

e mie

ć

niekiedy znaczn

ą

warto

ść

i


powodowa

ć

znikni

ę

cie z pola widzenia nało

ż

onej na ni

ą

niewielkiej składowej

zmiennej, która jest cz

ę

sto jedyna interesuj

ą

c

ą

nas cz

ę ś

ci

ą

sygnału badanego.

Tak wi

ę

c tor ALT (zwany cz

ę

sto sprz

ę ż

eniem AC) nale

ż

y wybra

ć

, gdy zale

ż

y

nam na obserwowaniu sygnału zmiennego zawieraj

ą

cego składow

ą

stał

ą

, która

nas nie interesuje.

W torze DC sygnał wej

ś

ciowy jest doprowadzany bezpo

ś

rednio do

TŁUMIKA. Z toru tego korzystamy w przypadku, gdy mierzymy (obserwujemy)
sygnały stałe, albo sygnały zmienne ze składowa stał

ą

, która nas interesuje.

Pozycja GND przeł

ą

cznika powoduje uziemienie wej

ś

cia oscyloskopu i

pozwala ustawi

ć

wy

ś

wietlan

ą

lini

ę

poziom

ą

na osi zerowej podziałki ekranu

oscyloskopu. Dzi

ę

ki temu mo

ż

liwe jest potem zmierzenie warto

ś

ci sygnału

badanego wzgl

ę

dem masy (ziemi). Gdy wspomniany przeł

ą

cznik torów) znajdzie

si

ę

w pozycji GND, sprz

ę

gni

ę

ty z nim mechanicznie inny przeł

ą

cznik,

spowoduje skierowanie sygnału mierzonego na obci

ą ż

enie zbli

ż

one do tego jakie

powoduje oscyloskop. Stanowi to udogodnienie dla mierz

ą

cego, który nie musi

podczas ustawiania linii zerowej odł

ą

cza

ć

od gniazda wej

ś

ciowego kabla

przył

ą

czeniowego.

Tłumik

Jest to rezystancyjny dzielnik napi

ę

cia (rys.5) o skokowo regulowanym

stopniu tłumienia

β

napi

ę

cia wej

ś

ciowego (U

we

).

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

11

U

we

U

wy

C

2

C

1

R

2

R

1

Rys.5. Schemat tłumika wej

ś

ciowego oscyloskopu


Zadaniem tłumika jest zmniejszanie warto

ś

ci sygnałów wej

ś

ciowych i

zapobieganie przesterowaniu stopni wej

ś

ciowych wzmacniacza Y (rys.1).

Wielko

ś

ci

ą

charakteryzuj

ą

c

ą

tłumik jest współczynnik tłumienia

β

:

β

=

=

+

U

U

R

R

R

wy

we

2

1

2

Współczynnik

β

nie zale

ż

y od cz

ę

stotliwo

ś

ci sygnału wej

ś

ciowego, je

ż

eli

do rezystora R

1

doł

ą

czona jest pojemno

ść

C

1

o warto

ś

ci spełniaj

ą

cej równanie:

R C

R C

1 1

2

2

=

gdzie C

2

jest pojemno

ś

ci

ą

zast

ę

pcz

ą

pojemno

ś

ci monta

ż

owych i pojemno

ś

ci

wej

ś

ciowej

WTÓRNIKA.

Je

ż

eli spełniona jest powy

ż

sza równo

ść

mówimy,

ż

e dzielnik jest

skompensowany, co oznacza,

ż

e impuls wyj

ś

ciowy zachowuje kształt impulsu

wej

ś

ciowego. Na rys.6 pokazano przypadki skompensowania, przekompenso-

wania i niedokompensowania dzielnika.

U

wy

U

wy

U

we

t

t

sygnał wej

ś

ciowy

dzielnik skompensowany

dzielnik niedokom-

pensowany

U

wy

t

t

dzielnik przekompensowany

R

1

C

1

<

R

2

C

2

R

1

C

1

>

R

2

C

2

R

1

C

1

= R

2

C

2

β

U

we

β

U

we

β

U

we

Rys.6. Odpowiedzi dzielnika (U

wy

) na wymuszenie impulsem prostok

ą

tnym dla:

dzielnika skompensowanego

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

12

dzielnika przekompensowanego

dzielnika niedokompensowanego

Złe skompensowanie dzielnika powoduje wzrost bł

ę

dów pomiaru. Tłumiki s

ą

tak

konstruowane aby pojemno

ś ć

wej

ś

ciowa C

we

:

C

C C

C

C

we

=

+

1 2

1

2

miała jednakow

ą

warto

ś ć

dla wszystkich pozycji przeł

ą

cznika współczynnika

tłumienia

β

.

W oscyloskopie OS-351 przeł

ą

cznik ten oznaczony jest „VAR.CAL

(rys.4). Jest to bardzo wa

ż

ny przeł

ą

cznik. Przy jego pomocy u

ż

ytkownik mo

ż

e

skokowo regulowa

ć

wysoko

ś ć

obrazu na ekranie lampy oraz, co najwa

ż

niejsze,

odczytywa

ć

warto

ś ć

amplitudy mierzonego sygnału. Poszczególne pozycje

przeł

ą

cznika opisane s

ą

bowiem warto

ś

ciami współczynnika odchylania

(pionowego) wyra

ż

onego w V/cm albo mV/cm. Pomiar amplitudy (albo

dowolnej warto

ś

ci chwilowej) sygnału polega na odczytaniu wysoko

ś

ci jego


obrazu w centymetrach i pomno

ż

eniu jej przez wspomniany współczynnik od-

chylania.

W oscyloskopach stosowane s

ą

dwa rodzaje tłumików:

tłumiki o du

ż

ej rezystancji wej

ś

ciowej ( 1 M

)

tłumiki o małej rezystancji wej

ś

ciowej ( 50

lub 75

)

W tłumiku o rezystancji wej

ś

ciowej 50

negatywny wpływ pojemno

ś

ci

monta

ż

owych jest znacznie mniejszy i dlatego tłumik taki jest czysto

rezystancyjny (bez kondensatorów). Tłumiki o rezystancji wej

ś

ciowej 50

s

ą

stosowane w oscyloskopach o pa

ś

mie powy

ż

ej 150 MHz.

Ze wzrostem cz

ę

stotliwo

ś

ci rezystory w tłumiku nale

ż

y traktowa

ć

jako

elementy o stałych rozło

ż

onych, w wyniku czego rezystancja wej

ś

ciowa w

funkcji cz

ę

stotliwo

ś

ci maleje. Tak wi

ę

c rezystancja wej

ś

ciowa oscyloskopu ma

warto

ś ć

1M

tylko dla pr

ą

du stałego i małych cz

ę

stotliwo

ś

ci.

Wtórnik

Jest to wzmacniacz o współczynniku wzmocnienia napi

ę

ciowego w

przybli

ż

eniu równym jedno

ś

ci, nie odwracaj

ą

cy w dodatku fazy napi

ę

cia

wyj

ś

ciowego wzgl

ę

dem napi

ę

cia wej

ś

ciowego, a wi

ę

c powtarzaj

ą

cy na wyj

ś

ciu

sygnał wej

ś

ciowy (st

ą

d jego nazwa). Podstawow

ą

jego cech

ą

, dla której

wykorzystuje si

ę

go, jest du

ż

a rezystancja wej

ś

ciowa i mał

ą

wyj

ś

ciowa.

Wzmacniacz ten stanowi wi

ę

c swoisty transformator rezystancji, wykorzys-

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

13

tywany do sprz

ę

gania

ź

ródła sygnału o du

ż

ej rezystancji wyj

ś

ciowej z odbior-

nikiem o małej rezystancji wej

ś

ciowej. W oscyloskopie wtórnik separuje

ź

ródło

sygnału mierzonego od wzmacniacza odchylania pionowego (Y), nie
dopuszczaj

ą

c w ten sposób do nadmiernego obci

ą ż

enia pr

ą

dowego tego

ź

ródła,

zniekształcenia sygnału mierzonego, a co za tym idzie, zapobiega powstawaniu
nadmiernego bł

ę

du pomiaru.

Wzmacniacz odchylania pionowego

Wzmacniacz ten (rys.4) wzmacnia wst

ę

pnie sygnał badany zmierzaj

ą

cy do

płytek odchylania pionowego. Jego współczynnik wzmocnienia jest regulowany
w sposób płynny przy pomocy

ś

rodkowego pokr

ę

tła oznaczonego w

oscyloskopie OS-531 „VAR CAL”. Regulacja wzmocnienia pozwala zmienia

ć

wysoko

ś ć

obrazu na ekranie, zwi

ę

kszaj

ą

c w ten sposób jego czytelno

ś ć

. Podczas

pomiarów jednak pokr

ę

tło wzmocnienia musi znajdowa

ć

si

ę

w

ś

ci

ś

le

okre

ś

lonym poło

ż

eniu, najcz

ęś

ciej prawym skrajnym. Tylko wtedy bowiem

prawdziwe s

ą

potrzebne przy pomiarach, warto

ś

ci współczynnika odchylania (w

mV/cm lub V/cm) naniesione wokół przeł

ą

cznika stopnia tłumienia tłumika.



W oscyloskopie OS-351 oba organy regulacyjne: współczynnika tłumienia

i płynnej regulacji wzmocnienia skupione s

ą

w jednym miejscu i opisane jako

VAR CAL” przy czym

ś

rodkowe pokr

ę

tło słu

ż

y do płynnej regulacji

wzmocnienia, za

ś

stosowna strzałka wymownie informuje o wymaga- nym

poło

ż

eniu tego pokr

ę

tła podczas pomiarów.

Je

ż

eli sygnał wej

ś

ciowy jest zbyt du

ż

y, to pomi

ę

dzy

ź

ródłem sygnału a

wej

ś

ciem wzmacniacza wł

ą

cza si

ę

omówiony wcze

ś

niej tłumik, odpowiednio

zmniejszaj

ą

cy amplitud

ę

tego sygnału.

Ze wzmacniaczem odchylania pionowego zwi

ą

zany jest jeszcze jeden

organ regulacyjny, oznaczony w oscyloskopie OS-351 „POSITION”. Przy jego
pomocy u

ż

ytkownik mo

ż

e przesuwa

ć

nieruchomy obraz w kierunku pionowym,

co jest konieczne w przypadku, gdy na ekranie wy

ś

wietlane s

ą

obrazy dwóch

sygnałów i korzystnie jest umie

ś

ci

ć

je jeden nad drugim, np. na górze sygnał

wej

ś

ciowy badanego układu, na dole za

ś

jego sygnał wyj

ś

ciowy.

Po wzmocnieniu sygnał w

ę

druje dalej do przeł

ą

cznika elektronicznego

(rys.4). Cz

ęś ć

sygnału odprowadza si

ę

do układu synchronizacyjnego

generatora podstawy czasu. Obydwa te układy b

ę

d

ą

omówione w dalszej cz

ęś

ci

wykładu.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

14

Parametry charakteryzuj

ą

ce tor Y oscyloskopu

Mówi

ą

c o torze odchylania pionowego, wypada okre

ś

li

ć

najwa

ż

niejsze

parametry oscyloskopu, zwi

ą

zanymi z tym torem. S

ą

nimi:

pasmo oscyloskopu

czas narastania

współczynnik odchylania

Pasmo oscyloskopu jest to zakres cz

ę

stotliwo

ś

ci sygnałów badanych

zawartych mi

ę

dzy dwiema warto

ś

ciami: doln

ą

f

1

oraz górn

ą

f

2

, przy których

wzmocnienie maleje o 3 dB w stosunku do wzmocnienia dla małych cz

ę

stotli-

wo

ś

ci, to znaczy maleje do warto

ś

ci równej 0,707 wzmocnienia tych cz

ę

stotli-

wo

ś

ci.

Od strony małych cz

ę

stotliwo

ś

ci pasmo ograniczone jest stałymi

czasowymi układów sprz

ę

gaj

ą

cych (AC), a przy sprz

ę ż

eniu stałopr

ą

dowym (DC)

zaczyna si

ę

od 0 Hz.

Od strony wysokich cz

ę

stotliwo

ś

ci pasmo ograniczaj

ą

pojemno

ś

ci i

indukcyjno

ś

ci monta

ż

owe wzmacniacza oraz parametrów tranzystorów.

W oscyloskopach o du

ż

ych czuło

ś

ciach pasmo si

ę

ga kilkuset kHz,

natomiast w oscyloskopach szerokopasmowych, mniej czułych, si

ę

ga 500 MHz i

wi

ę

cej.


Je

ś

li za

ś

chodzi o sygnał znacznie odbiegaj

ą

cy kształtem od sinusoidy,

istotna jest wierno

ś ć

, z jaka oscyloskop oddaje jego kształt. Miar

ą

wierno

ś

ci jest

odpowied

ź

wzmacniacza na impuls prostok

ą

tny o krótkim czasie narastania.

Wzmacniacz rzeczywisty odbiega od idealnego, a miar

ą

jego jako

ś

ci jest

m. in. czas narastania.

Czas narastania (opadania) impulsu (t

n

) jest to czas, w którym zbocze

przednie (tylne) impulsu prostok

ą

tnego zmienia si

ę

od 10% do 90% (od 90% do

10%) amplitudy impulsu. W przypadku wzmacniaczy czas narastania (opadania)
okre

ś

la nast

ę

puj

ą

ca zale

ż

no

ś ć

:

[ ]

[

]

t

ns

f

MHz

n

=

350

2

gdzie f

2

oznacza górn

ą

cz

ę

stotliwo

ś ć

pasma.

U

t

U

m

0,9U

m

0,1U

m

0

t

n

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

15

Rys.7. Ilustracja zasady wyznaczania czasu narastania impulsu prostok

ą

tnego

Zdecydowana wi

ę

kszo

ś ć

produkowanych obecnie oscyloskopów ma

wzmacniacze pr

ą

du stałego o sprz

ę ż

eniu bezpo

ś

rednim (DC) od wej

ś

cia a

ż

do

płytek odchylaj

ą

cych, co umo

ż

liwia pomiar sygnałów o bardzo małych

cz

ę

stotliwo

ś

ciach oraz składowe stałe.

Współczynnik odchylania (pionowego) oscyloskopu jest okre

ś

lony przez

warto

ś ć

mi

ę

dzyszczytowego napi

ę

cia U

pp

jakie nale

ż

y doprowadzi

ć

do jego

wej

ś

cia, aby uzyska

ć

na ekranie obraz o wysoko

ś

ci 1 cm lub 1 działki, je

ż

eli

podziałka skali nie jest wyra

ż

ona w centymetrach.

Przeł

ą

cznik elektroniczny

Przeł

ą

cznik

elektroniczny

umo

ż

liwia

wykorzystanie

pojedynczego

strumienia elektronów do kre

ś

lenia obrazów dwóch sygnałów pochodz

ą

cych z

ż

nych kanałów oscyloskopu.

Na rys.8. przedstawiony jest fragment układu elektrycznego oscyloskopu,

który ilustruje zasad

ę

działania przeł

ą

cznika elektronicznego PE.

Przeł

ą

cznik ten udost

ę

pnia wej

ś

cie wzmacniacza ko

ń

cowego toru odchylania

pionowego sygnałom z dwóch ró

ż

nych kanałów oscyloskopu, co umo

ż

liwia

jednoczesne ogl

ą

danie dwóch przebiegów elektrycznych (np. sinusoidalnego i

prostok

ą

tnego).

Przeł

ą

czanie kanałów odbywa si

ę

jednym z dwóch sposobów wybranych

przez u

ż

ytkownika, mianowicie w trybie przeł

ą

czania przemiennego

oznaczonego jako ALT albo w trybie przeł

ą

czania siekanego oznaczonego jako

CHOP.


KANAŁ A

PE

WZMACNIACZ

KO

Ń

COWY

KANAŁ B

y

1

(t)

y

2

(t)

CHOP

ALT

UKŁAD

STERUJ

Ą

CY

Rys.8. Fragment układu elektrycznego oscyloskopu z przeł

ą

cznikiem

elektronicznym PE


Podczas pracy w trybie ALT strumie

ń

elektronów podczas swego biegu od

lewej do prawej strony ekranu kre

ś

li obraz tylko jednego sygnału, za

ś

podczas

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

16

powtórnego biegu - obraz drugiego. Je

ż

eli to naprzemienne rysowanie powtarza

si

ę

z dostatecznie du

żą

cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

, obserwator widzi obrazy obydwu

sygnałów, m. in. dzi

ę

ki wła

ś

ciwo

ś

ci ludzkiego wzroku, zachowuj

ą

cego wra

ż

enie

przez jaki

ś

czas po znikni

ę

ciu bod

ź

ca

ś

wietlnego.

Gdy przeł

ą

cznik elektroniczny pracuje w trybie CHOP, podczas biegu

strumienia elektronów od strony lewej ku prawej, rysuje on jednocze

ś

nie obrazy

obydwu przebiegów, ale obrazy te składaj

ą

si

ę

teraz z wielu odcinków (rys.9).

Przerwy w obrazie jednego przebiegu wykorzystywane s

ą

do kre

ś

lenia odcinków

drugiego z nich. W rezultacie obydwa przebiegi sprawiaj

ą

wra

ż

enie posiekanych

na drobne cz

ę ś

ci. Poniewa

ż

jednak obrazy kre

ś

lone s

ą

wielokrotnie, obserwator

najcz

ę ś

ciej nie widzi efektu siekania, gdy

ż

za ka

ż

dym razem przerwy wyst

ę

puj

ą

w innym, przypadkowym miejscu.

Tryb ALT stosowany jest w przypadku, gdy cz

ę

stotliwo

ś

ci badanych

przebiegów s

ą

odpowiednio du

ż

e, wtedy bowiem czas kre

ś

lenia jednego

przebiegu jest krótki (cz

ę

stotliwo

ś ć

napi

ę

cia generatora podstawy czasu jest

wi

ę

ksza), a co za tym idzie, tak

ż

e przerwy w kre

ś

leniu s

ą

krótsze, co wywołuje

wra

ż

enie ci

ą

gło

ś

ci

ś

wiecenia obrazu.

Tryb CHOP stosuje si

ę

przy niewielkiej cz

ę

stotliwo

ś

ci badanych

sygnałów, kiedy to ruch plamki

ś

wietlnej od strony lewej do prawej odbywa si

ę

stosunkowo wolno (cz

ę

stotliwo

ś ć

napi

ę

cie generatora podstawy czasu jest

niewielka) i przemienne kre

ś

lenie ka

ż

dego przebiegu z osobna wywoływałoby


nieprzyjemne migotanie obrazu. Tryb ten jest stosowany tak

ż

e w przypadku

rejestracji fotograficznej przebiegów jednokrotnych.

Rys.9. Tryb siekany pracy przeł

ą

cznika elektronicznego

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

17

W oscyloskopie OS-351 przeł

ą

cznik elektroniczny PE jest przeł

ą

czany

przez układ steruj

ą

cy z cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

20 Hz przy pracy w trybie ALT oraz z

cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

150 kHz gdy u

ż

ytkownik wybierze tryb CHOP.

Generator podstawy czasu

Generator podstawy czasu generuje tzw. napi

ę

cie piłokształtne (rys.10).

które doprowadzone do płytek odchylania poziomego (rys.11), steruje ruchem
plamki

ś

wietlnej na ekranie, odwzorowuj

ą

cym upływ czasu (droga przebyta

przez plamk

ę

jest proporcjonalna do czasu rzeczywistego). Z generatorem tym

zwi

ą

zany jest kolejny wa

ż

ny parametr oscyloskopu, mianowicie współczynnik

czasu.

Współczynnik czasu jest to czas potrzebny do przesuni

ę

cia plamki

ś

wietlnej w kierunku poziomym na odległo

ś ć

1 cm lub 1 działki. Wyra

ż

any jest w

s/cm, ms/cm,

µ

s/cm lub ps/cm (pikosekundy na centymetr)

Generator podstawy czasu pełni rol

ę

wewn

ę

trznego zegara oscyloskopu,

odmierzaj

ą

cego wzorcowe odcinki czasu potrzebne do pomiaru okresu, a tym

samym cz

ę

stotliwo

ś

ci sygnałów okresowych. Jego działanie uzewn

ę

trznia si

ę

poprzez jednostajny ruch plamki

ś

wietlnej wzdłu

ż

poziomej linii ekranu, za który

to ruch generator jest odpowiedzialny. Ruch ten powodowany jest przez napi

ę

cie

wyj

ś

ciowe generatora, zmieniaj

ą

ce si

ę

liniowo od warto

ś

ci -U

o

do U

o


(rys.10). Gdy napi

ę

cie to ma warto

ś ć

-U

o

plamka

ś

wietlna znajduje si

ę

na lewym

skraju ekranu (w punkcie startowym), kiedy osi

ą

ga ono warto

ś ć

równ

ą

zeru

plamka dociera na

ś

rodek ekranu, przy napi

ę

ciu równym U

o

znajdzie si

ę

natomiast na jego prawym skraju. Omówiona zmiana napi

ę

cia odbywa si

ę

w

czasie T

s

(rys.10). Szybko

ś ć

ruchu mo

ż

e by

ć

regulowana skokowo i płynnie

poprzez zmian

ę

cz

ę

stotliwo

ś

ci napi

ę

cia generatora.


t

T

o

T

h

-U

o

U

o

T

r

T

s

T

T

s

- czas roboczy, T

r

- czas powrotu, T

h

- czas podtrzymania, T

o

- czas

oczekiwania na impuls wyzwalaj

ą

cy, T - minimalny czas powtarzania

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

18

Rys.10. Napi

ę

cie wyj

ś

ciowe generatora podstawy czasu

Pouczaj

ą

ce

jest

nastawienie na pocz

ą

tku małej cz

ę

stotliwo

ś

ci,

zapewniaj

ą

cej powolny ruch plamki

ś

wietlnej od strony lewej ekranu do prawej.

Obserwator widzi wtedy plamk

ę

w jednostajnym ruchu, powtarzaj

ą

cym si

ę

w

regularnych cyklach. Plamka docieraj

ą

c do prawego skraju ekranu, znika nagle,

by pojawi

ć

si

ę

po chwili po jego prawej stronie i rozpocz

ą ć

ponownie swój ruch

ze stał

ą

pr

ę

dko

ś

ci

ą

. Powrót plamki na lew

ą

stron

ę

ekranu odbywa si

ę

za spraw

ą

malej

ą

cego liniowo napi

ę

cia wyj

ś

ciowego generatora (rys.10) i trwa o wiele

krócej ni

ż

poprzedni ruch. Ta faza ruchu jest niewidoczna dla obserwatora,

poniewa

ż

działaj

ą

cy automatycznie układ elektroniczny, dostarcza na ten czas

do siatki steruj

ą

cej lampy oscyloskopowej (cylindra Wehnelta) impuls ujemny,

powoduj

ą

c tym całkowite wyhamowanie emitowanych przez katod

ę

elektronów.

Gdyby zabrakło tego mechanizmu, strumie

ń

elektronów kre

ś

liłby lini

ę

swego

ruchu powrotnego nie zwi

ą

zan

ą

z obserwowanym przebiegiem i fałszuj

ą

c

ą

jego

obraz, co komplikowałoby obserwacj

ę

.

Kiedy stopniowo zwi

ę

ksza

ć

b

ę

dziemy cz

ę

stotliwo

ś ć

napi

ę

cia generatora,

ruch plamki stanie si

ę

coraz szybszy i zacznie ona zostawia

ć

za sob

ą

charakterystyczne smu

ż

enie

ś

wietlne, by po osi

ą

gni

ę

ciu pewnej pr

ę

dko

ś

ci

znaczy

ć

swój ruch jednolit

ą

, je

ś

li chodzi o nat

ęż

enie lini

ą

ś

wietln

ą

. Lini

ę

t

ę

nazywa si

ę

cz

ę

sto podstaw

ą

czasu.


Opisane obserwacje poleci

ć

nale

ż

y wszystkim pocz

ą

tkuj

ą

cym u

ż

ytko-

wnikom oscyloskopu, poniewa

ż

daj

ą

one dobre wyobra

ż

enie zasady działania

generatora podstawy czasu.

Zanim opisany przed chwil

ą

cykl powtórzy si

ę

, musz

ą

zanikn

ą ć

stany

nieustalone wewn

ą

trz generatora. Zwi

ą

zany jest z tym tak zwany czas martwy

albo czas podtrzymania T

h

(rys.10). Czas martwy jest to odst

ę

p czasu, w którym

przychodz

ą

cy z układy synchronizacyjnego (rys.12) impuls wyzwalaj

ą

cy (gdyby

si

ę

pojawił) nie mo

ż

e wyzwoli

ć

podstawy czasu, to znaczy zainicjowa

ć

cyklu

generacyjnego napi

ę

cia piłokształtnego. Czas martwy jest dłu

ż

szy od czasu

powrotu i wynosi tyle ile jest konieczne w danym układzie do całkowitego
zako

ń

czenia si

ę

stanów nieustalonych zwi

ą

zanych z powrotem układów

oscyloskopu do stanu wyj

ś

ciowego. Nast

ę

pny impuls wyzwalaj

ą

cy jest zdolny

wyzwoli

ć

podstaw

ę

czasu dopiero po ustaniu wszystkich procesów

przej

ś

ciowych, co zapewnia dokładn

ą

powtarzalno

ś ć

kolejnych odcinków

podstawy czasu.

Płynna regulacja czasu martwego mo

ż

e by

ć

dokonywana przez u

ż

ytkownika przy

pomocy pokr

ę

tła oznaczonego „HOLDOFF” (rys.12).

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

19

Ilustracja działania funkcji HOLDOFF oscyloskopu


Funkcja pozwala regulowa

ć

czas spoczynku (czas oczekiwania) w

cyklicznej pracy generatora podstawy czasu, co warunkuje otrzymanie stabilnego
obrazu obserwowanego sygnału. Jest to szczególnie cenne przy obserwacji
zło

ż

onych przebiegów okresowych (patrz rysunek 11.).

Na rysunku 1. obraz zaczyna by

ć

rysowany (linia pogrubiona) od

najni

ż

szego poziomu sygnału badanego (poziom ten wybiera u

ż

ytkownik przy

pomocy pokr

ę

tła LEVEL). Niewła

ś

ciwie dobrany czas oczekiwania (T

o1

)

generatora podstawy czasu sprawia,

ż

e podczas kolejnych okresów napi

ę

cia

piłokształtnego na ekranie rysowany jest inny fragment zło

ż

onego sygnału

okresowego przy (rys. 11A), co sprawia,

ż

e obserwator widzi na ekranie kilka

nało

ż

onych na siebie i niestabilnych obrazów, czyli tzw. obraz uwikłany. Po

wydłu

ż

eniu czasu oczekiwania pomocy pokr

ę

tła oznaczanego zwykle jako

HOLDOFF, (czas T

o2

na rys. 11B), przy ka

ż

dym okresie napi

ę

cia piłokształtnego

kre

ś

lony jest ten sam (zaznaczony lini

ą

pogrubion

ą

) fragment badanego

sygnału. Obserwator widzi teraz na ekranie stabilny obraz tego
sygnału.

T

P

T

R

1 Okres sygnału

A

B

2 Okres sygnału

T

o1

T

o2


Rys. 11. Ilustracja zasady działania funkcji HOLDOFF oscyloskopu

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

20

Na rysunku 12. przedstawiono blokowy schemat tej cz

ęś

ci układu

elektrycznego oscyloskopu, który zwi

ą

zany jest z generatorem podstawy czasu.

Pominiemy budow

ę

wewn

ę

trzn

ą

generatora, skupiaj

ą

c si

ę

na układach

steruj

ą

cych jego prac

ą

. Wyst

ę

puj

ą

ce na rys.12 oznaczenia zwi

ą

zane s

ą

z

przykładowym oscyloskopem typu OS-351.

Generator

podstawy

czasu

pracuje

pod

nadzorem

układu

synchronizacyjnego, który decyduje ka

ż

dorazowo o chwili zapocz

ą

tkowania

kolejnego cyklu jego pracy. Chodzi o to by przy wielokrotnym rysowaniu
badanego przebiegu, kolejny jego obraz był rysowany dokładnie na obrazie
poprzednim, co jest warunkiem wy

ś

wietlania na ekranie nieruchomego i

stabilnego obrazu mierzonego sygnału. Innymi słowy sygnał ten musi by

ć

rysowany zawsze od tego samego punktu. Wybór tego punktu zale

ż

y od

u

ż

ytkownika, który ma do dyspozycji kilka ró

ż

nych organów regulacyjnych.


GENERATOR

PODSTAWY

CZASU

X

WZMAC-

NIACZ

X

KANAŁ B

KANAŁ A

WZMAC.

KO

Ń

-

COWY

PE

CH A

CH B

TRIG INPUT

MAGNIEFIER

POSITION

INPUT X

UKŁAD

SYNCHRO-

NIZACJI

TV F

TV L

NORM

AUTO

SLOPE

TRIG LEVEL

HOLD OFF

s/cm

ms/cm

µ

s/cm

X

Rys.12. Generator podstawy czasu i jego otoczenie

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

21

Podstawowym organem jest tu „TRIG LEVEL” czyli poziom

wyzwalania. Pokr

ę

tłem poziomu wyzwalania mo

ż

na wybra

ć

warto

ś ć

napi

ę

cia, od

której zacznie si

ę

kre

ś

lenie krzywej sygnału (rys.13).

Rys.13. Efekt regulacji poziomu wyzwalania

Kolejnym organem b

ę

d

ą

cym do dyspozycji u

ż

ytkownika jest przeł

ą

cznik

oznaczony „SLOPE”. Słu

ż

y on do wyboru zbocza (narastaj

ą

cego lub

malej

ą

cego) od którego zacznie by

ć

rysowany przebieg (rys. 14).

Rys.14. Działanie przeł

ą

cznika „SLOPE”

Przeł

ą

cznik „AUTO”, gdy jest wł

ą

czony, powoduje samoczynn

ą

prac

ę

generatora podstawy czasu z okre

ś

lon

ą

przez konstruktora cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

.

Oznacza to,

ż

e generator pracuje pod nieobecno

ś ć

jakiegokolwiek sygnału

badanego. Na ekranie rysowana jest linia podstawy czasu sygnalizuj

ą

c

u

ż

ytkownikowi sprawno

ś ć

tego generatora i pozwalaj

ą

c ustawi

ć

t

ę

lini

ę

na

odpowiedniej linii siatki naniesionej na ekranie. Brak jakiegokolwiek obrazu na
ekranie, co powoduje pewn

ą

konsternacj

ę

u pocz

ą

tkuj

ą

cego u

ż

ytkownika,

wywołana jest cz

ę

sto uprzednim wci

ś

ni

ę

ciem przeł

ą

cznika „NORM”, który

wprowadza odmienny tryb pracy generatora podstawy czasu. Tryb ten wymaga
obecno

ś

ci na wej

ś

ciu układu synchronizacji sygnału badanego dostarczonego z

kanału A lub B. Sygnał ten jest wówczas porównywany przez układ synchro-

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

22

nizacji z napi

ę

cie stałym nastawionym przy pomocy regulatora „TRIG LEVEL

i wyzwala generator podstawy czasu w odpowiednim punkcie badanego
przebiegu. Wynika st

ą

d,

ż

e nastawianie poziomu wyzwalania (regulator „TRIG

LEVEL”), a tak

ż

e wybór zbocza (przeł

ą

cznik „SLOPE”) jest mo

ż

liwe tylko

przy wł

ą

czonym przeł

ą

czniku „NORM” Wybór kanału, z którego dostarczany

jest sygnał do układu synchronizacji dokonuje si

ę

przy pomocy przeł

ą

cznika ,

który ma jeszcze trzeci

ą

pozycj

ę

oznaczon

ą

TRIG INPUT”, umo

ż

liwiaj

ą

c

ą

synchronizowanie pracy generatora podstawy czasu sygnałem zewn

ę

trznym.

Tak wi

ę

c, gdy mierzymy tylko jeden sygnał i korzystamy z jednego

kanału, musimy ustawi

ć

przeł

ą

cznik w stosownej pozycji: „CH A” albo „CH

B”. Jest to warunkiem uzyskania stabilnego obrazu badanego sygnału zarówno
przy wł

ą

czonym „AUTO” jaki „NORM”.

Kiedy ogl

ą

damy jednocze

ś

nie dwa obrazy (pracuje przeł

ą

cznik

elektroniczny PE), musimy zdecydowa

ć

si

ę

na wybór jednego z dwóch badanych

sygnałów, ustawiaj

ą

c przeł

ą

cznik w jednej z dwóch pozycji:

CH A” albo „CH B”. Wybiera si

ę

zwykle t

ę

pozycj

ę

przeł

ą

cznika, która

zapewnia lepsz

ą

synchronizacj

ę

(bardziej stabilny obraz).

Z procesem synchronizacji zwi

ą

zane s

ą

dwa charakterystyczne

przeł

ą

czniki: „TV L” oraz „TV F” u

ż

ywane do prac serwisowych przy napra-

wie odbiorników telewizyjnych. Przy wł

ą

czonym „TV L” generator podstawy

czasu jest sterowany impulsami synchronizacyjnymi linii, znacz

ą

cymi koniec

ka

ż

dej linii obrazu telewizyjnego. Przy wł

ą

czonym „TV F” korzysta si

ę

z

impulsów synchronizacyjnych znacz

ą

cych koniec ramki obrazu. Oscyloskop musi

w takich przypadkach zawiera

ć

układy separuj

ą

ce z zespolonego sygnału

telewizyjnego wymienione impulsy synchronizacyjne.

Na rysunku 12. widnieje tak

ż

e organ regulacyjny oznaczony „HOLD

OFF”. Jego rola opisana została wy

ż

ej (patrz rysunek 11).

Przeł

ą

cznik „MAGNIEFIER” (co tłumaczy si

ę

jako „lupa”) zmienia

współczynnik wzmocnienia wzmacniacza X sygnału dostarczonego do toru
odchylania poziomego przez gniazdo wej

ś

ciowe „INPUT X”. Zwi

ę

kszaj

ą

c ten

współczynnik mo

ż

na rozci

ą

gn

ą ć

obraz sygnału w osi X (osi czasu) i dokładniej

obejrze

ć

te jego fragmenty, które s

ą

„zag

ę

szczone” w czasie. Rozci

ą

gni

ę

cie

obrazu sprawia,

ż

e jego cz

ęś ć

przestaje by

ć

widoczna na ekranie ale mo

ż

na j

ą

obejrze

ć

przesuwaj

ą

c obraz w osi X przy pomocy regulatora „POSITION”.

Pozycja przeł

ą

cznika „MAGNIEFIER” zmienia oczywi

ś

cie tak

ż

e

skokowo współczynnik czasu (patrz rys.12). Na przykład w oscyloskopie OS-
351 wspominany przeł

ą

cznik ma dwie pozycje oznaczone: „

××××

1” i „

××××

5”. Pozyc-

jom tym odpowiada współczynnik wzmocnienia w torze X odpowiednio: 0,5
V/cm
i 0,1 V/cm (pi

ę

ciokrotny wzrost czuło

ś

ci). Pi

ę

ciokrotnie zmieniaj

ą

si

ę

tak

ż

e współczynniki czasu. Dla pozycji przeł

ą

cznika „x1” wynosz

ą

one od 0,1

µµµµ

s/cm do 0,5 s/cm, za

ś

dla pozycji „

××××

5” od 0,02

µµµµ

s do 0,1 s/cm.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

23

Powró

ć

my do gniazda wej

ś

ciowego „INPUT X”. Wykorzystuje si

ę

je

wówczas, gdy pomiar wymaga sterowania płytkami odchylania poziomego przez
sygnał zewn

ę

trzny, np. sygnał proporcjonalny do napi

ę

cia przy zdejmowaniu

charakterystyki pr

ą

dowo - napi

ę

ciowej diody. Wył

ą

czony musi by

ć

wtedy

oczywi

ś

cie generator podstawy czasy. W oscyloskopie OS-531 słu

ż

y do tego

wył

ą

cznik „X” (rys.12).

Jednorazowa podstawa czasu

Zgodnie z nazw

ą

, sygnał odchylania poziomego jest doprowadzony do

płytek odchylania poziomego jednorazowo, daj

ą

c jednorazowy ruch plamki w

prawo i z powrotem. Sygnał odchylania pionowego powinien z chwil

ą

pojawienia

si

ę

wyzwoli

ć

jednorazowo generator podstawy czasu.

Jednorazowa podstawa czasu jest stosowana przy pomiarach zjawisk

nieperiodycznych, takich jak przebicia i wyładowania, zjawiska przy wybuchu,
zjawiska przy przeł

ą

czeniach napi

ę ć

oraz pr

ą

dów, itp.

Oscyloskop OS-351 nie ma mechanizmu wyzwalania jednorazowego, nie

jest bowiem przystosowany do rejestracji tak krótkotrwałych zjawisk fizycznych.

W niniejszym

ć

wiczeniu u

ż

ywany jest klasyczny oscyloskop analogowy,

pozwalaj

ą

cy zapozna

ć

studentów z podstawami techniki oscyloskopowej. Jej

opanowanie jest podstaw

ą

do studiowania zasad działania oscyloskopów

cyfrowych.

Ć

wiczenie zawiera zadania pomiarowe, zwi

ą

zane z podstawowymi zasto-

sowaniami oscyloskopu analogowego.

2. Zadania pomiarowe

Zadanie 1


Zmierzy

ć

przy pomocy oscyloskopu amplitud

ę

U

m

i okres T zadanego

sygnału sinusoidalnego. Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na
rysunku 1.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

24

PW-11

Input B

lub

Input A

Przewód ekranowany

Generator

Oscyloskop

Rys.1. Schemat układu pomiarowego



T

U

m

t

U(t)

Obraz oscylograficzny sygnału sinusoidalnego


Kolejno

ść

czynno

ś

ci


Przed wł

ą

czeniem napi

ę

cia zasilaj

ą

cego oscyloskopu, nale

ż

y dokona

ć

wst

ę

pnych nastaw jego organów regulacyjnych.

W torze odchylania Y

przeł

ą

cznik rodzaju sprz

ęż

enia (DC,GND,AC) ustawi

ć

w pozycji AC

regulator współczynnika wzmocnienia wzmacniacza VAR. CAL (pokr

ę

tło

oznaczone kolorem czerwonym) ustawi

ć

w prawym skrajnym poło

ż

eniu

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

25

przeł

ą

cznik NORM / INV w pozycji NORM

W torze odchylania X

przeł

ą

cznik X MAGNIFIER w pozycji X1

w zespole przeł

ą

czników AUTO / NORM / TV-F / TV-L wcisn

ąć

AUTO

przeł

ą

cznik SLOPE w pozycji +

przeł

ą

cznik TRIG SOURCE w pozycji CH A lub CH B, zale

ż

nie od tego do

którego wej

ś

cia oscyloskopu doprowadzony jest sygnał mierzony

regulatory LEVEL / HOLDOFF (

ś

rodkowy i zewn

ę

trzny) ustawi

ć

w

pozycjach

ś

rodkowych

Nast

ę

pnie nale

ż

y

1. Wł

ą

czy

ć

napi

ę

cie zasilaj

ą

ce oscyloskopu i odczeka

ć

ok. pi

ę

ciu minut

2. Wł

ą

czy

ć

napi

ę

cie zasilaj

ą

ce generator

3. Nastawi

ć

cz

ę

stotliwo

ś ć

generatora 500 Hz i napi

ę

cie wyj

ś

ciowe o warto

ś

ci ok.

6V

4. Doprowadzi

ć

sygnał z generatora przewodem ekranowanym do wej

ś

cia

INPUT A albo INPUT B

5. W zespole przeł

ą

czników VERT MODE wcisn

ąć

wył

ą

cznik CHA A lub

CHA B zale

ż

nie od wybranego wej

ś

cia A lub B

6. W zespole przeł

ą

czników X MAGNIFIER wcisn

ąć

odpowiednio CHA A

lub CHA B oraz AUTO

7. Przeł

ą

cznikiem zmiany współczynnika odchylania pionowego (mV/cm, V/cm)

uzyska

ć

mo

ż

liwie du

ż

y obraz sygnału sinusoidalnego; wyregulowa

ć

precyzyjnie jego poło

ż

enie w osi Y potencjometrem POSITION

↑↓

8. Przeł

ą

cznikiem zmiany współczynnika czasu (s/cm, ms/cm,

µ

s/cm) uzyska

ć

obraz co najmniej jednego okresu sinusoidy; wyregulowa

ć

precyzyjnie jego

poło

ż

enie w osi X potencjometrem POSITION

W rezultacie opisanych wy

ż

ej zabiegów na ekranie oscyloskopu powinien

pojawi

ć

si

ę

nieruchomy obraz sygnału sinusoidalnego. Nale

ż

y teraz zmierzy

ć

amplitud

ę

tego sygnału oraz jego okres. Wyniki odczytów i oblicze

ń

zanotowa

ć

w Tablicy 1.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

26

Tablica 1

Współczynnik odchylania w torze Y

a

y

=...........................mV/cm, V/cm

niepotrzebne skre

ś

li

ć

Amplituda sygnału w centymetrach

h

y

= ...........................................cm

Amplituda w jednostkach napi

ę

cia

U

m

= a

y

h

y

..........................mV, V

niepotrzebne skre

ś

li

ć

Współczynnik odchylania w torze X

a

x

= ................

µ

s/cm, ms/cm, s/cm

niepotrzebne skre

ś

li

ć

Okres sygnału w centymetrach

h

x

= ...........................................cm

Okres sygnału w jednostkach czasu

T = a

x

h

x

..........................

µ

s, ms, s

niepotrzebne skre

ś

li

ć





Zadanie 2


Zmierzy

ć

przy pomocy oscyloskopu amplitud

ę

U

m

i okres T zadanego

sygnału prostok

ą

tnego. Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na

rysunku 1. Przebieg pomiarów b

ę

dzie tu analogiczny do opisanego w Zadaniu 1

Wyniki pomiarów nale

ż

y zapisa

ć

w Tablicy 2.



U

m

T

t

Obraz oscyloskopowy napi

ę

cia okresowego, prostok

ą

tnego

W sprawozdaniu nale

ż

y wyja

ś

ni

ć

sposób wyznaczenia warto

ś

ci skutecznej

mierzonego sygnału na podstawie oscyloskopowego pomiaru jego amplitudy.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

27

Tablica 2

Współczynnik odchylania w torze Y

a

y

=...........................mV/cm, V/cm

niepotrzebne skre

ś

li

ć

Amplituda sygnału w centymetrach

h

y

= ...........................................cm

Amplituda w jednostkach napi

ę

cia

U

m

= a

y

h

y

..........................mV, V

niepotrzebne skre

ś

li

ć

Współczynnik odchylania w torze X

a

x

= ................

µ

s/cm, ms/cm, s/cm

niepotrzebne skre

ś

li

ć

Okres sygnału w centymetrach

h

x

= ...........................................cm

Okres sygnału w jednostkach czasu

T = a

x

h

x

..........................

µ

s, ms, s

niepotrzebne skre

ś

li

ć




Zadanie 3


Obejrze

ć

na ekranie efekt ró

ż

niczkowania napi

ę

cia prostok

ą

tnego i

zinterpretowa

ć

otrzymane na ekranie obrazy. Schemat układu poł

ą

cze

ń

przedstawiony jest na rysunku 2.



































































































































































































































































































































































































































































G

PW-11

























































































































































































































































































































































U

wy

= 4V

f= 2kHz























































INPUT A

INPUT B

C

R

















































5

















































2























































3


Rys.2. Schemat układu ró

ż

niczkuj

ą

cego



background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

28

U

m

T

t

t

Obraz oscyloskopowy zró

ż

niczkowanego sygnału prostok

ą

tnego



W sprawozdaniu nale

ż

y:


Nale

ż

y poł

ą

czy

ć

układ pomiarowy według schematu przedstawionego na

rysunku 2. Rezystor i kondensator umieszczone s

ą

na wspólnej płytce, a zaciski

utworzonego przez te elementy układu oznaczone s

ą

cyframi 2,3,5.


Aby mo

ż

liwe było ogl

ą

danie jednocze

ś

nie obrazów dwóch sygnałów:

prostok

ą

tnego napi

ę

cia wej

ś

ciowego układu ró

ż

niczkuj

ą

cego (zaciski 3,5) i

napi

ę

cia wyj

ś

ciowego tego układu (zaciski 2,5), nale

ż

y wł

ą

czy

ć

przeł

ą

cznik

elektroniczny, wybieraj

ą

c jeden z dwóch mo

ż

liwych 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

1. Naszkicowa

ć

ogl

ą

dane przebiegi

2. Wyja

ś

ni

ć

dlaczego w sygnale wyj

ś

ciowym pojawiaj

ą

si

ę

impulsy szpilkowe

dodatnie i ujemne

3. Zaproponowa

ć

sposób usuwania z sygnału wyj

ś

ciowego układu ró

ż

nicz-

kuj

ą

cego impulsów ujemnych

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

29

Zadanie 4


Obejrze

ć

na ekranie efekt całkowania napi

ę

cia prostok

ą

tnego i

zinterpretowa

ć

otrzymane na ekranie obrazy. Schemat układu poł

ą

cze

ń

przedstawiony jest na rysunku 3.

W sprawozdaniu nale

ż

y:









































































































































































































































G

PW-11

















































































































































































































































































































U

wy

= 4V

f= 200Hz























































































































































































INPUT A

INPUT B

C

R

6

































5





































2














































































































Rys.3. Schemat układu całkuj

ą

cego


Zalecane nastawy:

W torach Y: kanał A: a

y

= 5V/cm,

kanał B: a

y

= 50 mV/cm;

W torze X: a

x

= 0,5 ms/cm



1. Naszkicowa

ć

ogl

ą

dane przebiegi

2. Wyja

ś

ni

ć

dlaczego w rezultacie całkowania sygnału prostok

ą

tnego otrzymuje

si

ę

sygnał b

ę

d

ą

cy liniow

ą

funkcj

ą

czasu. Poda

ć

interpretacj

ę

matematyczn

ą

.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

30

t

U

m

T

t

Obraz oscyloskopowy scałkowanego napi

ę

cia prostok

ą

tnego


Zadanie 5

Zmierzy

ć

przy pomocy oscyloskopu napi

ę

cie U

z

diody Zenera. Schemat

układu poł

ą

cze

ń

przedstawiony jest na rysunku 3.































































































































































































G

PO-21

















































































































































































































































































































U

wy

= 25V

f= 50Hz







































































































































































































INPUT A

































































































































































































X or TRIG

INPUT













































































10k













































R

1



































































U

Z

DZ

R

2























































































































































90k

















































R

3



































































































Rys.3. Schemat układu do pomiaru napi

ę

cia Zenera

DZ – badana dioda Zenera

R

1

– rezystor przetwarzaj

ą

cy pr

ą

d diody Zenera na proporcjonalne do

niego napi

ę

cie

R

2

, R

3

– dzielnik napi

ę

cia obni

ż

aj

ą

cy napi

ę

cie Zenera w stosunku 1/10

przed podaniem go do wej

ś

cia oscyloskopu

Zalecane nastawy:

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

31

W torze Y: a

y

= 5V/cm

W torze X: a

x

= 0,5V/cm (MAGNIFIER X1)

Wcisn

ąć

NORM/INV

.

U

Z

(L

Z

)

i

u

Obraz oscyloskopowy charakterystyki pr

ą

dowo – napi

ę

ciowej diody Zenera

Przebieg pomiaru

Zwi

ę

ksza

ć

stopniowo napi

ę

cie wyj

ś

ciowe generatora a

ż

do chwili pojawienia

si

ę

na ekranie pełnej charakterystyki pr

ą

dowo - napi

ę

ciowej diody Zenera.

Obliczy

ć

warto

ś ć

napi

ę

cia Zenera badanej diody według nast

ę

puj

ą

cej

formuły:

U

Z

[V] = L

Z

[cm]

×

0,5 [V/cm]

×

10

Zanotowa

ć

w Tablicy 3 wynik pomiaru napi

ę

cia U

Z

badanej diody.

Tablica 3

U

Z

= ..................V


W sprawozdaniu wyja

ś

ni

ć

dlaczego dla otrzymania prawidłowego obrazu

charakterystyki pr

ą

dowo - napi

ę

ciowej diody Zenera nale

ż

ało zmieni

ć

polaryzacj

ę

napi

ę

cia w torze Y oscyloskopu przez wci

ś

ni

ę

cie przeł

ą

cznika

NORM/INV.

Wskazówka: Przeanalizowa

ć

polaryzacj

ę

napi

ę ć

mi

ę

dzy punktami 3 - 4

oraz 4 - 5.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

32

3. Pytania kontrolne


1. Jaka elektroda lampy oscyloskopowej emituje strumie

ń

elektronów?

2. Jak

ą

rol

ę

w lampie pełni cylinder Wehnelta?

3. Jakie elektrody odpowiedzialne s

ą

za skupianie i przy

ś

pieszanie strumienia

elektronów?

4. Jak

ą

rol

ę

pełni powłoka grafitowa wewn

ą

trz lampy?

5. Czemu słu

ż

y metalizowanie ekranu?

6. Co to jest emisja wtórna i jakie jest jej znaczenie w pracy lampy?
9. Dlaczego mo

ż

liwe jest ogl

ą

danie jednocze

ś

nie dwóch przebiegów na ekranie

oscyloskopu jednostrumieniowego?

10. Wyja

ś

nij rol

ę

przeł

ą

cznika elektronicznego

11. Obja

ś

nij zasad

ę

działania przeł

ą

cznika elektronicznego oraz tryby jego pracy:

siekany i przemienny.

12. Jaki rodzaj odchylania stosowany jest w oscyloskopach: magnetyczny czy

elektryczny?

13. Wyja

ś

nij rol

ę

generatora podstawy czasu

14. Narysuj przebieg czasowy napi

ę

cia generatora podstawy czasu.


15. Jaka jest zasada pracy tzw. „samobie

ż

nej podstawy czasu”?

16. Jaka jest zasada pracy tzw. „wyzwalanej podstawy czasu”

4. Literatura


1. Rydzewski J. Oscyloskop elektroniczny WKŁ, Warszawa 1976
2. Rydzewski J. Pomiary oscyloskopowe WNT, Warszawa 1994
3. Chwaleba A. i inni Metrologia elektryczna WNT, Warszawa 1994
4. Łapi

ń

ski M. Miernictwo elektryczne WNT, Warszawa 1967


background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

33

D O D A T E K

Skrócony opis funkcji organów regulacyjnych

oscyloskopu typu OS-351

Zespół przeł

ą

czników dotycz

ą

cych odchylania pionowego


Oscyloskop ma dwa tory odchylania pionowego oznaczone jako „CH A

oraz „CH B”. W ka

ż

dym z tych torów wyst

ę

puj

ą

tak samo oznaczone

przeł

ą

czniki i organy regulacyjne.

Przykładowy opis dla kanału A


INPUT A -
gniazdo wej

ś

ciowe kanału A

NORM/INV - przeł

ą

cznik polaryzacji sygnału mierzonego (odwraca faz

ę

obserwowanego przebiegu o 180

0

)

DC, GND, AC - przeł

ą

cznik o trzech poło

ż

eniach umo

ż

liwiaj

ą

cy wybór rodzaju

sprz

ę ż

enia:

DC - sprz

ę ż

enie bezpo

ś

rednie (stałopr

ą

dowe) umo

ż

liwiaj

ą

ce pomiar napi

ę

cia

stałego oraz napi

ę

cia zmiennego zawieraj

ą

cego składow

ą

stał

ą

; zakres

mierzonych cz

ę

stotliwo

ś

ci: 0 Hz - 15 MHz

AC - sprz

ę ż

enie zmiennopr

ą

dowe, wej

ś

cie zawiera kondensator odcinaj

ą

cy

składow

ą

stał

ą

napi

ę

cia mierzonego; zakres mierzonych cz

ę

stotliwo

ś

ci:

10 Hz - 15 MHz

GND - wej

ś

cie wzmacniacza doł

ą

czone do masy, sygnał mierzony podawany jest

na obci

ą ż

enie 1M

, 47 nF. Ta pozycja przeł

ą

cznika pozwala na

ustawienie linii odniesienia na zerowej linii siatki ekranu bez
konieczno

ś

ci odł

ą

czania oscyloskopu od

ź

ródła sygnału mierzonego.


VAR. CAL -

ś

rodkowe pokr

ę

tło (koloru czerwonego) słu

ż

y do regulacji

współczynnika wzmocnienia wzmacniacza odchylania pionowego.
Podczas pomiarów powinno znajdowa

ć

si

ę

w prawym skrajnym

poło

ż

eniu.

Przeł

ą

cznik zewn

ę

trzny słu

ż

y do skokowej regulacji współczynnika

tłumienia tłumika wej

ś

ciowego a tym samym do wyboru współczynnika

odchylania pionowego i jest opisany w jednostkach: V/cm , mV/cm

VERT MODE - zespół przeł

ą

czników o nast

ę

puj

ą

cych funkcjach:

CH A - kieruje do wzmacniacza sygnał doprowadzony do wej

ś

cia INPUT A

CH B - kieruje do wzmacniacza sygnał doprowadzony do wej

ś

cia INPUT B

ALT - wł

ą

cza tryb przemienny pracy przeł

ą

cznika elektronicznego (przeł

ą

czanie

z cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

ok. 20 Hz)

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

34

CHOP - wł

ą

cza tryb siekany pracy przeł

ą

cznika elektronicznego (przeł

ą

czanie z

cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

150 kHz)

ADD - umo

ż

liwia ogl

ą

danie sumy (algebraicznej) sygnałów z kanałów A i B

POSITION

↑↓

- pokr

ę

tło przesuwu obrazu w osi Y

Zespół przeł

ą

czników dotycz

ą

cych odchylania poziomego


MAGNIFIER
- przeł

ą

cznik

zmiany

współczynnika

czasu

lub

zmiany

współczynnika odchylania poziomego.

pozycja X1 - współczynnik czasu od 0,1

µ

s/cm do 0,5 s/cm

pozycja X5 - współczynnik czasu od 0,02

µ

s/cm do 0,1 s/cm

Gdy napi

ę

cie odchylaj

ą

ce jest doprowadzane z zewn

ą

trz (do wej

ś

cia X or TRIG

INPUT):

pozycja X1 - współczynnik odchylania poziomego 0,5 V/cm
pozycja X5 - współczynnik odchylania poziomego 0,1 V/cm

VAR. CAL - przeł

ą

cznik współczynnika czasu i pokr

ę

tło (

ś

rodkowe koloru

czerwonego) płynnej regulacji współczynnika czasu

TRIG MODE - przeł

ą

czniki sposobu wyzwalania podstawy czasu:

AUTO - generator

podstawy

czasu

jest

wyzwalany

automatycznie

z

cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

ok. 20 Hz, bez wzgl

ę

du na istnienie czy brak sygnału

mierzonego. Zaleca si

ę

korzystanie z tego rodzaju wyzwalania,

poniewa

ż

umo

ż

liwia on ogl

ą

danie linii odniesienia jeszcze przed

przył

ą

czeniem sygnału mierzonego.

NORM - generator podstawy czasu jest wyzwalany sygnałem mierzonym, przy

braku tego sygnału na ekranie nie pojawia si

ę

linia odniesienia, co

sugerowa

ć

mo

ż

e uszkodzenie oscyloskopu !



TV-F

- generator podstawy czasu jest wyzwalany impulsem synchronizuj

ą

cym

ramk

ę

obrazu telewizyjnego

TV-L - generator podstawy czasu jest wyzwalany impulsem synchronizuj

ą

cym

lini

ę

obrazu telewizyjnego

SLOPE - przeł

ą

cznik wyboru zbocza (narastaj

ą

cego „+” lub opadaj

ą

cego „-”),

które wyzwala

ć

b

ę

dzie generator podstawy czasu

LEVEL HOLDOFF - regulacja poziomu napi

ę

cia od którego wyzwalany b

ę

dzie

generator podstawy czasu ( tryb pracy aktywny tylko przy wł

ą

czonym

przeł

ą

czniku NORM)

LEVEL HOLDOFF - (

ś

rodkowe pokr

ę

tło) - regulacja czasu powstrzymania

wyzwolenia generatora podstawy czasu. Wykorzystywane przy
ogl

ą

daniu zło

ż

onych sygnałów z układów elektronicznych.

background image

Ć

wicz. Nr 22 Oscyloskop elektroniczny

35

TRIG SOURCE - zespół przeł

ą

czników słu

ż ą

cych do wyboru

ź

ródła sygnału

wyzwalania generatora podstawy czasu:

CH A - wyzwalanie

generatora

podstawy

czasu

sygnałem

mierzonym

doprowadzonym do gniazda INPUT A

CH B - wyzwalanie

generatora

podstawy

czasu

sygnałem

mierzonym

doprowadzonym do gniazda INPUT B

X - wyzwalanie

generatora

podstawy

czasu

sygnałem

mierzonym

doprowadzonym do gniazda X or TRIG INPUT

POSITION FINE

- pokr

ę

tło przesuwu zgrubnego i dokładnego (

ś

rodkowy

potencjometr) obrazu w osi X. Podczas pomiaru czasu (np. okresu
sygnału), pokr

ę

tło to powinno by

ć

ustawione w prawym skrajnym

poło

ż

eniu.

X or TRIG INPUT - gniazdo wej

ś

ciowe sygnału steruj

ą

cego płytkami

odchylania poziomego, słu

ż ą

ce tak

ż

e do wyzwalania generatora

podstawy czasu sygnałem zewn

ę

trznym. Gniazdo u

ż

ywane do

zdejmowania charakterystyk, np. pr

ą

dowo - napi

ę

ciowych.

ASTG - regulacja astygmatyzmu elektrycznego układu optycznego oscyloskopu
INTENSITY - regulacja jasno

ś

ci obrazu

FOCUS - regulacja ostro

ś

ci obrazu

SCALE ILUM - regulacja o

ś

wietlenia siatki naniesionej na ekran

POWER ON/OFF - wył

ą

cznik napi

ę

cia sieciowego



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
9) Powinowactwo elektronowe id Nieznany (2)
Indukcja elektromagnetyczna id Nieznany
2 pomiary oscyloskopowe cw2 id Nieznany
Opracowanie egamin elektro id 3 Nieznany
Dysocjacja elektrolityczna id 1 Nieznany
elektrod3 Elektrodynamika1 id 6 Nieznany
GOSPODARKA ELEKTRONICZNA(1) id Nieznany
9) Powinowactwo elektronowe id Nieznany (2)
Echo elektroniczne id 149974 Nieznany
Fizyka Prad elektryczny test id Nieznany
33 Schemat elektryczny FM445 id Nieznany (2)
Mikroskopia elektronowa id 3018 Nieznany
elektro 3 id 157863 Nieznany
HPS5 oscyloskop osobisty id 20 Nieznany
elektra 4 id 157704 Nieznany
5 Pole elektrostatyczne id 397 Nieznany
ELEKTRON przykladowe pytania id Nieznany

więcej podobnych podstron