1

UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KTTOWICTCH

I PRACOWNIA FIZYCZNA

Ć W I C Z E N I E NR 56

OSCYLOSKOP KATODOWY

ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO

-ruch ładunku w polu elektrycznym i magnetycznym, siła Lorenza

-budowa lampy oscyloskopowej

-zasada działania oscyloskopu katodowego: regulacja jasności, generator podstawy czasu,

synchronizacja, rola wzmacniacza

x

i

y

.

-zasada działania: generatora

RC

, prostownika jednopołówkowego, prostownika dwupołówkowego

(układ Grätza)

-składanie drgań harmonicznych, figury Lissajous.

- parametry elektrycznej sieci zasilającej ( U=230V).

APARATURA

-oscyloskop, dwa generatory funkcji

-zestaw do badania przebiegów napięć zawierający :

A

- transformator 230V / 5V (źródło napięcia o przebiegu sinusoidalnym),

B

- układ prostownika jednopołówkowego bez kondensatora,

B’

-

układ prostownika jednopołówkowego z kondensatorem,

C

- układ prostownika dwupołówkowego bez kondensatora

C’

- układ prostownika dwupołówkowego bez kondensatora

-

dwa przewody BNC

- przewód BNC/banan

2

WZORY SCHEMATY

Rys. 56.1. Schemat układu do obserwacji oraz obrazy uzyskanych przebiegów
napięć z generatora funkcji.

Rys. 56.2. Schemat układu

A

do obserwacji napięcia

przemiennego z transformatora oraz
obraz uzyskanego przebiegu napięcia

3

Rys. 56.3. Schemat układu

B

do badania prostownika jednopołówkowego bez

kondensatora oraz obraz uzyskanego przebiegu napięcia

Rys. 56.4. Schemat układu

B’

do badania prostownika jednopołówkowego

z kondensatorem oraz obraz uzyskanego przebiegu napięcia

B

C

B

C

4

Rys. 56.5. Schemat układu

C

do badania prostownika dwupołówkowego bez

kondensatora oraz obraz uzyskanego przebiegu napięcia

Rys. 56.6. Schemat układu

C’

do badania prostownika dwupołówkowego

z kondensatorem oraz obraz uzyskanego przebiegu napięcia

C

B

C

B

5

Rys. 56.7. Schemat układu do obserwacji figur Lissajous oraz obraz pierwszej figury

WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Pomiar częstotliwości i amplitudy drgań

1.1

.

Włączyć do sieci oscyloskop i generator funkcji. Zapoznać się z działaniem wszystkich

elementów regulacyjnych oscyloskopu i generatora. Wyregulować jasność i ostrość

obrazu.

1.2. Podłączyć wyjście generatora do wejścia

Y

oscyloskopu (rys.56.1.). Włączyć podstawę

czasu w oscyloskopie . Zmieniając częstotliwość podstawy czasu i synchronizację uzyskać

na ekranie stabilny obraz. Zaobserwować przebiegi napięć przemiennych: sinusoidalnych,

prostokątnych i trójkątnych.

1.3. Zmierzyć amplitudę w/w przebiegów korzystając z cechowania wzmacniacza

Y

oscyloskopu.

1.4. Ustalić częstotliwość na skali generatora

f

g

. Uzyskać na oscyloskopie stabilny obraz.

Korzystając z cechowania generatora podstawy czasu, zmierzyć czas trwania jednego

impulsu

T

– okresu.

1.5. Pomiary z pkt. (1.4.) powtórzyć dla następnych częstotliwości.

1.6. Odłączyć generator. Podłączyć do sieci zestaw do badania przebiegów napięciowych.

Wyjście transformatora 230/5V układu

A

podłączyć do wejścia

Y

oscyloskopu

(rys. 56.2.).

Zaobserwować przebieg napięcia, zmierzyć jego amplitudę i okres.

6

1.7. Wejście oscyloskopu

Y

przełączyć na wyjście układu

B

prostownika jednopołówkowego

bez kondensatora (rys.56.3.).

Zaobserwować przebieg napięcia, zmierzyć jego amplitudę i okres.

Poprzez włożenie zworki, podłączamy równolegle kondensator

100µF

(rys.56.4)

i otrzymujemy układ

B’

.

Zaobserwować przebieg napięcia, zmierzyć jego amplitudę i okres.

.

1.8. Przełączyć wejście

Y

oscyloskopu na wyjście prostownika dwupołówkowego

(układ Grätza) układu

C

(rys.56.5).

Zaobserwować przebieg napięcia, zmierzyć amplitudę i okres.

Poprzez włożenie zworki, podłączamy równolegle kondensator

100µF

(rys.56.6.),

i otrzymujemy układ

C’

.

Zaobserwować kształt napięcia, zmierzyć jego amplitudę i okres.

2. Pomiar częstotliwości metodą figur Lissajous

2.1. Podłączyć do wejść

X

i

Y

oscyloskopu dwa generatory funkcji zgodnie ze schematem

układu do obserwacji figur Lissajous (rys.56.7.). W oscyloskopie wyłączyć podstawę

czasu. Po sprawdzeniu obwodu przez prowadzącego włączyć do sieci oscyloskop oraz dwa

generatory.

2.2. Ustawić na jednym z generatorów częstotliwość

f

g

= 50Hz

.

2.3. Zmieniając częstotliwość drugiego generatora

f

gx

uzyskać na ekranie elipsę lub okrąg

(nieruchomy obraz).

Ustalić amplitudę sygnałów generatorów i wzmocnienie oscyloskopu,

aby otrzymać okrąg wypełniający prawie cały ekran. Odczytać na skali generatorów

wartości

f

g

i

f

gx

i zapisać je.

2.4. Zmieniając powoli

f

gx

uzyskać stabilny obraz następnej figury Lissajous, narysować jej

obraz w notatkach i zapisać wartość

f

gx

.

2.5. Powtórzyć pomiary z pkt. (2.3.) dla innych wartości

f

gx

.

UWAGA !!!

– przyrządy można włączać do sieci wyłącznie pod nadzorem prowadzącego

ćwiczenie

– stabilne obrazy drgań i figury Lissajous należy zademonstrować prowadzącemu

– ilość pomiarów w pkt. (1.3., 1.4., 2.4.) ustalić z prowadzącym ćwiczenie

7

OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Pomiar częstotliwości i amplitudy drgań

1.1. Narysować kształt przebiegów sinusoidalnych, prostokątnych i trójkątnych. Zaznaczyć na

rysunku amplitudy

U

0

i okresy

T

. Oszacować niepewności pomiarowe

∆U

i

∆T

.

Zaznaczyć je na rysunkach.

1.2. Dla wszystkich zbadanych wartości

f

g

(wg skali generatora) obliczyć częstotliwość

f = 1/T

(T - okres zmierzony oscyloskopem). Określić niepewności pomiarowe

∆f

i

∆f

g

.

1.3. Wykreślić krzywą cechowania generatora (zależność

f

w funkcji

f

g

). Zaznaczyć wartości

∆f

i

∆f

g

1.4. Narysować przebiegi napięć:

a) na wyjściu transformatora 230/5V

A

b) po prostowaniu jednopołówkowym

B

c) po prostowaniu jednopołówkowym z dołączonym kondensatorem 100µF

B’

d) po prostowaniu dwupołówkowym

C

e) po prostowaniu dwupołówkowym z dołączonym kondensatorem 100µF

C’

Zaznaczyć na rysunkach amplitudy

U

0

i niepewności pomiarowe

∆U

0

, okres

T

, oraz

∆T

.

Przeanalizować zaobserwowane kształty napięć.

1.5. Obliczyć częstotliwość

f

, określić

∆f

. Porównać otrzymany wynik z częstotliwością sieci

f

0

= (50, ± 0,2)Hz.

2. Pomiar częstotliwości metodą figur Lissajous

1. Narysuj figury Lissajous otrzymane na ekranie oscyloskopu

2. Dla każdej otrzymanej figury Lissajous wyznacz graficznie stosunki częstotliwości

składanych sygnałów. Znając częstotliwość

f

g

oblicz częstotliwość

f

gxL

.

3. Porównaj otrzymaną wartość

f

gxL

z wartością

f

gx

odczytaną poprzednio z generatora (p. 2.4).

LITERATURA

1. H. Szydłowski, „PRACOWNIA FIZYCZNA”, PWN Warszawa 1975 - 2003r.

2. T. Dryński, „ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI”, PWN Warszawa 1980r.

3. A. Piekara , „MECHANIKA OGÓLNA”, PWN Warszawa 1973r.

4. INSTRUKCJA OBSŁUGI OSCYLOSKOPU