Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II. 2004/05.

ćw. 1 / str. 1

Politechnika Rzeszowska

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II

Ocena

Nr. Ćwicz.

1

POMIARY OSCYLOSKOPOWE cz.II

Grupa:
1…………….....................
kierownik
2........................................

3.........................................

4........................................

Data

opracował: dr inż. Jakub Wojturski

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie dodatkowych zastosowań pomiarowych oscyloskopu

analogowego oraz poznanie zasady działania, obsługi i podstawowych zastosowań pomiarowych
oscyloskopu cyfrowego.

II. Zagadnienia

1. Budowa i zasada działania oscyloskopu analogowego.
2. Budowa i zasada działania oscyloskopu cyfrowego.
3. Zasada pomiaru amplitudy napięcia, okresu i przesunięcia fazowego przebiegów okresowych.
4. Inne zastosowania pomiarowe oscyloskopu analogowego (pomiary różnicowe, zastosowanie

wyzwalania zewnętrznego oraz sieciowego, wykorzystanie ekspansji podstawy czasu).

5. Podstawowe zastosowania pomiarowe oscyloskopu cyfrowego (DSO – ang. Digital Storage

Oscilloscope).

III. Program ćwiczenia

W celu ustabilizowania się termicznych warunków pracy przyrządów, przed rozpoczęciem

ćwiczenia włączyć oscyloskop, generator oraz częstościomierz.

Oscyloskop analogowy

Oscyloskop cyfrowy

Producent

Model

Liczba kanałów

Czułość pionowa, C

y

Dokładność,

δC

y

Podstawa czasu, C

t

1) equivalent mode:

2) normal mode:

3) roll mode:

Dokładność

1) equivalent mode:

2) normal mode:

3) roll mode:

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II. 2004/05.

ćw. 1 / str. 2

Pasmo przenoszenia

Rozdzielczość przetwornika A/C

Impedancja wejściowa

Tryby pracy kursorów

Pamięć wewnętrzna

Współpraca z komputerem

Współpraca z drukarką

IV. Przebieg ćwiczenia

Oscyloskop analogowy

UWAGA - przed rozpoczęciem pomiarów oscyloskopowych należy zawsze sprawdzić czy:

linia jest dobrze zogniskowana (FOCUS) a jej jaskrawość jest minimalna (INTEN),

pokrętła płynnej regulacji czułości C

y

kanałów A oraz B (VAR) są w pozycji „kalibrowany”

(CAL),

pokrętło płynnej regulacji podstawy czasu C

t

(VAR) jest w pozycji „kalibrowana” (CAL) a

przycisk ekspansji podstawy czasu (MAG) jest wyłączony.

1) Zastosowanie ekspansji podstawy czasu

Do kanału CH1 oscyloskopu dołączyć przewód ekranowany zakończony przejściówką

banan/BNC. Przejściówkę umieścić w pobliżu (nie podłączać do sieci zasilającej) przewodów
zasilających oscyloskop lub generator. Zmierzyć amplitudę U

m

oraz okres T zewnętrznych zakłóceń

sieciowych (tryb pracy MODE CH1, przełącznik źródła wyzwalania SOURCE w pozycji LINE –
wyzwalanie od częstotliwości sieci 50 Hz). Powiększyć (rozciągnąć w osi czasu) wybrany
interesujący fragment przebiegu napięcia zakłócającego (

W

W

W

W

POSITION

X

X

X

X

ustawić fragment na

środku ekranu, MAG – rozciągnięcie podstawy czasu). Zanotować wnioski.

=

⋅

=

y

y

m

C

l

2

1

U

=

δ

=

∆

m

y

m

U

100

C

U

±

=

m

U

=

⋅

=

t

x

C

l

T

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II. 2004/05.

ćw. 1 / str. 3

S

T

2) Obserwacja powstawania zwisu impulsu

Do kanału CH1 oscyloskopu podłączyć generator funkcyjny G. Nastawić przebieg prostokątny o

częstotliwości rzędu 30 ÷ 70 Hz. Zmieniając rodzaj sprzężenia kanału (AC/GND/DC) zaobserwować
zmiany kształtu wyświetlanego przebiegu prostokątnego. Zapisać wnioski.

Zmienić kształt przebiegu na sinusoidalny, zmniejszyć częstotliwość do ok. 1 ÷ 5 Hz. Czy

możliwa jest wygodna obserwacja i pomiar np. okresu sygnału?

3) Praca

dwukanałowa i praca różnicowa oscyloskopu

Połączyć wyjście generatora funkcyjnego G z wejściem WE czwórnika RC oraz wejściem

TRIG IN oscyloskopu. Ustawić sygnał sinusoidalny o częstotliwości ok. 10 ÷ 20 kHz.

a) w trybie pracy dwukanałowej (MODE DUAL, ALT/CHOP) i przy wyzwalaniu od kanału

CH1 zaobserwować kształt, amplitudę i przesunięcie fazowe napięcia wyjściowego czwórnika
(U

WY

= U3) oraz napięcia na rezystorze R2 (U

R2

= U2) w stosunku do napięcia wejściowego

(U

WE

= U1) podłączonego do kanału CH1 oscyloskopu.

b) w trybie pracy różnicowej (MODE ADD, CH2 INV) i przy wyzwalaniu EXT zaobserwować

kształt, amplitudę i przesunięcie fazowe napięcia na kondensatorze C1 (U

C1

= U1 – U2),

kondensatorze C2 (U

C2

= U2 – U3) oraz napięcia na rezystorze R1 (U

R1

= U1 – U3) w

stosunku do napięcia wejściowego (U

WE

) podłączonego do kanału CH1 oscyloskopu.

Zanotować wnioski.

UWAGA - w celu uzyskania poprawnej pracy różnicowej:

źródło wyzwalania oscyloskopu SOURCE ustawić na EXT – wyzwalanie od tego samego

punktu napięcia wejściowego U

WE

czwórnika,

wzmocnienia VOLTS/DIV obu kanałów muszą być jednakowe,

położenie obu przebiegów (GND, POSITION ) musi być jednakowe,

odpowiedni poziom wyzwalania nastawić potencjometrem LEVEL.

Oscyloskop cyfrowy

1) Obsługa oscyloskopu cyfrowego

Połączyć generator funkcyjny G z gniazdem wejściowym układu RC. Nastawić sygnał

sinusoidalny o częstotliwości rzędu 10 ÷ 20 kHz z niewielką składową stałą. Do gniazda
wejściowego CH1 oscyloskopu cyfrowego dołączyć napięcie U

WE

, do CH2 napięcie U

WY

(z

układem RC należy połączyć co najmniej jeden przewód masy gdyż wejścia oscyloskopu są
odseparowane od sieci zasilającej poprzez zasilacz AC/DC).

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II. 2004/05.

ćw. 1 / str. 4

UWAGA:

nastawiane aktualnie wartości wyświetlane są z lewej strony ekranu oscyloskopu (VERTICAL,

TIME, TRIGGER),

znaczek „T” wyświetlany na ekranie nad przebiegiem wskazuje punkt wyzwolenia przebiegu –

zwrócić uwagę na fragment przebiegu przed wyzwoleniem (tzw. pretrigger),

skrót

ENCDR

oznacza użycie uniwersalnego pokrętła funkcyjnego (ENCODER),

F1

,...,

F6

– jednokrotne lub kilkukrotne naciśnięcie danego klawisza.

przycisk

AUTO

SETUP

: wstępne, automatyczne ustawienie badanego przebiegu na ekranie

przycisk

PAUSE/RUN

: „zamrożenie” obrazu na ekranie oscyloskopu

przycisk

SYSTEM

:

wyświetlanie siatki na ekranie (

F1

), regulacja kontrastu (

F1

+

ENCDR

)

pomiar częstotliwości sygnału (

F2

)

powrót do trybu oscyloskopowego (przycisk

SYSTEM

,

F2

)

przycisk

CH1

lub

CH2

:

regulacja czułości kanału (

F1

+

ENCDR

)

rodzaj sprzężenia kanału (

F2

)

ustalenie poziomu zerowego (

F3

,

F6

+

ENCDR

,

F3

)

tryb wyświetlania sygnałów na ekranie (

F5

)

przesunięcie przebiegu w osi Y (

F6

)

przycisk

TIME

:

regulacja podstawy czasu (

F1

+

ENCDR

)

ekspansja podstawy czasu (

F4

)

przesunięcie przebiegu w osi X (

F6

+

ENCDR

)

przycisk

TRIG

:

tryb wyzwalania (

F1

)

źródło sygnału wyzwalającego (

F2

)

wybór zbocza wyzwalającego (

F4

)

ustawienie poziomu wyzwalania (

F6

+

ENCDR

)

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II. 2004/05.

ćw. 1 / str. 5

2) Przykładowe zastosowanie linii kursorów (przycisk

CURSOR

)

a) wyznaczenie wartości międzyszczytowych U

p–p

obu przebiegów:

wybór trybu pracy kursorów Vp–p (

F1

)

wybór kanału CH1 lub CH2 (

F5

)

CH1:

=

−p

p

1

U

CH2:

=

−p

p

2

U

Wzmocnienie A czwórnika RC:

[ ]

=

=

=

−

−

p

p

1

p

p

2

WE

WY

dB

U

U

log

20

U

U

log

20

A

b) pomiar częstotliwości f sygnału:

włączenie / wyłączenie wyświetlania wyniku pomiaru częstotliwości (

CURSOR

,

F6

)

CH1:

=

f

c) wyznaczenie okresu T i przesunięcia fazowego

ϕ pomiędzy przebiegami:

UWAGA: w celu zwiększenia dokładności pomiarów, obraz na ekranie oscyloskopu można

„zamrozić” (

PAUSE/RUN

)

wybór trybu pracy kursorów

∆T (

F1

)

wyznaczenie okresu T sygnału (kursor „O”:

F2

+

ENCDR

, kursor „M”:

F3

+

ENCDR

)

wyznaczenie odstępu czasu t pomiędzy sygnałami (

F3

+

ENCDR

)

=

T

=

t

=

°

=

ϕ

360

T

t

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II. 2004/05.

ćw. 1 / str. 6

d) wyznaczenie wartości składowej stałej U

DC

sygnału z generatora:

UWAGA: w celu zwiększenia dokładności pomiarów można wyłączyć wyświetlanie siatki na

ekranie oscyloskopu (

SYSTEM

,

F1

)

wybór trybu pracy kursorów

∆V (

F1

)

wyświetlenie na ekranie napięcia wejściowego U

WE

(

CH1

,

F5

)

ustawienie dolnego kursora „O” (

CURSOR

,

F2

+

ENCDR

)

wybór stałoprądowego sprzężenia kanału CH1 (

CH1

,

F2

)

ustawienie kursora górnego „M” (

CURSOR

,

F3

+

ENCDR

)

=

DC

U

3) Obserwacja i rejestracja sygnałów wolnozmiennych

Zmniejszyć częstotliwość sygnału do wartości ok. 0,05 ÷ 0,5 Hz. Nastawić podstawę czasu w tryb

tzw. płynącej podstawy czasu (ROLL TIME BASE – oscyloskop działa jak rejestrator:

TIME

,

F1

+

ENCDR

lub

AUTO SETUP

) tak, aby widoczny był co najmniej jeden okres przebiegu wolnozmiennego.

a) wyznaczenie częstotliwości f przebiegu:

„zamrożenie” przebiegu na ekranie (

PAUSE/RUN

)

wybór trybu pracy kursorów 1/

∆T (

CURSOR

,

F1

)

wyznaczenie częstotliwości f sygnału (kursor „O”:

F2

+

ENCDR

, kursor „M”:

F3

+

ENCDR

)

ponowne uruchomienie rejestracji (

PAUSE/RUN

)

=

f

b) zapis przebiegu do pamięci:

„zamrożenie” przebiegu na ekranie (

PAUSE/RUN

)

praca z pamięcią oscyloskopu (

SYSTEM

,

F3

)

wybór numeru pamięci do zapisania (

ENCDR

)

zapis przebiegu do pamięci (

F1

)

wyjście do trybu wyświetlania (

F6

)

Po zapisaniu przebiegu do pamięci zmienić parametry sygnału z generatora (np. symetrię

przebiegu, jego amplitudę lub częstotliwość).

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II. 2004/05.

ćw. 1 / str. 7

c) odtworzenie przebiegu z pamięci na ekranie:

praca z pamięcią oscyloskopu (

SYSTEM

,

F3

)

wybór numeru pamięci do wczytania (

ENCDR

)

wczytanie przebiegu z pamięci (

F2

)

wyjście do trybu wyświetlania (

F6

)

ponowne uruchomienie rejestracji (

PAUSE/RUN

)

Porównać zmiany kształtu obydwu sygnałów (

PAUSE/RUN

,

TIME

,

F6

+

ENCDR

). Zapisać wnioski.

d) usunięcie przebiegu z pamięci:

wymazanie wyświetlanego przebiegu z ekranu oscyloskopu (

SYSTEM

,

F3

,

ENCDR

,

F4

,

F6

)

całkowite usunięcie zapisanego przebiegu (

SYSTEM

,

F3

,

ENCDR

,

F5

,

F6

)

4) Obserwacja sygnałów szybkozmiennych

Zwiększyć częstotliwość sygnału do wartości ok. 2 ÷ 5 MHz. Nastawić podstawę czasu w tryb

tzw. ekwiwalentnej podstawy czasu (EQUIVALENT TIME BASE:

TIME

,

F1

+

ENCDR

lub

AUTO

SETUP

) tak, aby widoczny był co najmniej jeden okres przebiegu szybkozmiennego. Zmienić

skokowo amplitudę lub częstotliwość sygnału, zaobserwować odtwarzanie „nowego” przebiegu na
ekranie. To samo powtórzyć dla sygnału o częstotliwości rzędu kilku kHz i dla normalnej podstawy
czasu (

AUTO SETUP

). Zapisać wnioski.

5) Ćwiczenie dodatkowe (w przypadku wolnego czasu):

Wyznaczenie interesujących fragmentów w czasie i amplitudzie dla sygnału zakłócającego 50 Hz

– przejściówka BNC/banaki w pobliżu przewodu zasilającego:

(

AUTOSETUP

,

CH1

:

F1

+

ENCDR

,

TIME

:

F1

+

ENCDR

,

PAUSE/RUN

,

CURSOR

:

F1

,

F2

+

ENCDR

,

F3

+

ENCDR

)





V. Wnioski

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Laboratorium Metrologii II. 2004/05.

ćw. 1 / str. 8

VI. Pytania kontrolne

1. Jakie korzyści daje zastosowanie rozciągu podstawy czasu?

2. Co jest przyczyną i jak należy postępować, aby uniknąć powstawania tzw. zwisu impulsu

prostokątnego?

3. Co to jest i jak można wykorzystać pracę oscyloskopu w trybie różnicowym?

4. Jakie są główne zalety oscyloskopu cyfrowego w stosunku do oscyloskopu analogowego?

5. Jakie typowe wielkości można wyznaczyć za pomocą kursorów w oscyloskopie cyfrowym?

6. Co to jest płynąca, normalna i ekwiwalentna praca podstawy czasu?

1. Jakie korzyści daje możliwość zapisania mierzonych przebiegów do pamięci oscyloskopu oraz

ich późniejsze odtworzenie?

Literatura

1. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna, Warszawa: WNT, 1998.

2. Marcyniuk A., Pasecki E., Pluciński M., Szadkowski B.: Podstawy metrologii elektrycznej,

Warszawa: WNT, 1984.

3. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne, Warszawa: WSiP, 1997.

4. Webster J. G.: The measurement, instrumentation and sensors handbook. CRC Press, 2000.

5. Rydzewski J.: Pomiary oscyloskopowe, Warszawa: WNT, 1995.