Ćwiczenie nr 2

Temat: Badanie sygnałów elektrycznych za pomocą oscyloskopów

1. Obserwacja i pomiary parametrów sygnałów elektrycznych multimetrem oraz oscyloskopem
analogowym
A. Pomiar wartości skutecznej napięcia sinusoidalnego
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1;

Rys. 1. Schemat do pomiaru wartości skutecznej napięcia sinusoidalnego,

V

1

– woltomierz z przetwornikiem True RMS, V

2

– woltomierz bez True RMS

- zmieniając częstotliwość notować wskazania woltomierzy U

1

i U

2

oraz odczytywać amplitudę napięcia U

amp

z

oscyloskopu;

- pomiaru dokonywać w zakresie od 30 Hz do 15kHz, wyniki zanotować w tabeli 1.

15kHz, wyniki zanotować w tabeli 1.

Tabela 1

f [Hz]

U

1

[V]

U

2

[V]

U

amp

[V]

- w jednym układzie współrzędnych wykreślić zależności:

, U

1

=F(f) i U

2

=F(f) z zaznaczonymi

przedziałami niepewności pomiarowej;

- określić pasmo mierników, porównać z danymi instrukcyjnymi.

B. Pomiar wartości skutecznej napięcia trójkątnego i fali prostokątnej
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 2;

Rys. 2. Schemat do pomiaru wartości skutecznej napięcia trójkątnego i fali prostokątnej

V

1

– woltomierz z przetwornikiem True RMS, V

2

– woltomierz bez True RMS

- ustawić napięcie trójkątne o częstotliwości f=60Hz;

–

zmieniając amplitudę od 0,5 V do 3,5 V notować wskazania woltomierzy U

1

i U

2

oraz odczytywać amplitudę

napięcia U

amp

z oscyloskopu, wyniki zanotować w tabeli 2;

Tabela 2

U

1

[V]

k

1

[-]

U

2

[V]

k

2

[-]

U

amp

[V]

U

SK

[V]

U

ŚR

[V]

- na podstawie kształtu napięcia i wartości amplitudy - U

amp

obliczyć teoretyczną wartość skuteczną napięcia

U

SK

, oraz teoretyczną wartość średnią napięcia U

ŚR

, wynik zanotować w tabeli 2;

- obliczyć współczynnik kształtu k

1

dla pomiaru woltomierzem V

1

i k

2

dla pomiaru woltomierzem V

2

,

wyniki

wpisać do tabeli 2;

- zaproponować zależność do obliczania poprawnej wartości na podstawie wskazań woltomierza V

2

;

- ustawić fale prostokątną o częstotliwości f=60Hz;
- zmieniając amplitudę od 0,5 V do 3,5 V notować wskazania woltomierzy U

1

i U

2

oraz odczytywać amplitudę

napięcia U

amp

z oscyloskopu, wyniki zanotować w tabeli 3;

Tabela 3

U

1

[V]

k

1

[-]

U

2

[V]

k

2

[-]

U

amp

[V]

U

SK

[V]

U

ŚR

[V]

- na podstawie kształtu napięcia i wartości amplitudy - U

amp

obliczyć teoretyczną wartość skuteczną napięcia

U

SK

, oraz teoretyczną wartość średnią napięcia U

ŚR

, wynik zanotować w tabeli 3;

- obliczyć współczynnik kształtu k

1

dla pomiaru woltomierzem V

1

i k

2

dla pomiaru woltomierzem V

2

,

wyniki

wpisać do tabeli 3;

- zaproponować zależność do obliczania poprawnej wartości na podstawie wskazań woltomierza V

2

.

C. Pomiar okresu sygnału
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 3;

Rys. 3. Schemat do pomiaru okresu sygnału

- ustawić napięcie sinusoidalnie zmienne o amplitudzie U

amp

=1V;

- zmieniając częstotliwość sygnału od 100Hz do 20 kHz zmierzyć okres za pomocą oscyloskopu - T

0

, oraz za

pomocą częstościomierza - Hz z funkcją pomiaru okresu - T

C

, wyniki zapisać w tabeli 4;

Tabela 4

T

0

[ms]

u(T

0

) [ms]

T

C

[ms]

- obliczyć wartość niepewności całkowitej u(T

O

) uwzględniającej niepewność eksperymentatora i niepewność

wzorcowania, wynik zapisać w tabeli 4.

D. Pomiar składowej stałej za pomocą oscyloskopu
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1;
- ustawić napięcie sinusoidalnie zmienne o częstotliwości f=1kHz i amplitudzie U

amp

=1V;

- zmieniając składową stała od -4V do 4V dokonać jej pomiaru oscyloskopem i miernikiem V

1

;

- porównać otrzymane wyniki, wyciągnąć wnioski.

E. Obserwacja i pomiar przesunięcia fazowego między dwoma napięciami sinusoidalnie zmiennymi
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 4;

Rys. 4. Schemat do obserwacji i pomiaru przesunięcia fazowego

- ustawić napięcie sinusoidalnie zmienne o amplitudzie U

amp

=1V i częstotliwości f=1kHz;

- wymusić rodzaj pracy PRZEMIENNY (ALT.) przerysować przebiegi z oscyloskopu;
- wymusić rodzaj pracy SIEKANY (CHOP.) przerysować przebiegi z oscyloskopu;
- zmierzyć czas - t i obliczyć przesunięcie fazy -

między sygnałami;

- obliczyć niepewność obliczenia u(

) przesunięcia fazy;

- na podstawie schematu i wartości elementów R i C obliczyć wartość teoretyczna przesunięcia -

2. Obserwacja i pomiary parametrów sygnałów elektrycznych oscyloskopem cyfrowym
A. Obserwacja zobrazowania na oscyloskopie cyfrowym
- podłączyć generator napięcia sinusoidalnego do oscyloskopu;
- ustawić napięcie o częstotliwości f=400Hz i tak dobrać wartość podstawy czasu aby na ekranie były widoczne

dwa pełne okresy;

- zmieniając częstotliwość generatora wg danych f= 4kHz, 40kHz, 50kHz, 400kHz, 500kHz, 4MHz

zaobserwować i przerysować zobrazowania z oscyloskopu.

B. Pomiar wybranych parametrów oscyloskopem cyfrowym
- wykorzystując wewnętrzne funkcje pomiarowe zmierzyć wybrane parametry napięcia sinusoidalnego,

trójkątnego i fali prostokątnej;

- przerysować zobrazowania i zaznaczyć mierzone wielkości.

3. Sprawozdanie powinno zawierać:
- podpisany przez prowadzącego ćwiczenie protokół pomiarów;
- krótki opis ćwiczenia;
- wykaz przyrządów wraz z niezbędnymi danymi (klasa, zakres pomiarowy, itd.);

Lp.

Nazwa

Typ

przyrządu

Zakresy

pomiarowe

Klasa/rezystancja

wewnętrzna

Numer

fabryczny

1

Woltomierz V

1

2

Woltomierz V

2

3

Częstościomierz Hz

4

Dekada pojemności - C

5

Dekada rezystancyjna - R

6

Generator napięcia

7

Oscyloskop analogowy

HM-303

8

Oscyloskop cyfrowy

GDS-840

9

Indukcyjność - L

10

Zasilacz

- tabele pomiarowe;
- przykładowe obliczenia;
- wykresy i rysunki sporządzone na papierze milimetrowym;
- wnioski.

4. Przykładowe pytania
1. Omówić budowę cyfrowego woltomierza.
2. Wyjaśnij pojęcia: rozdzielczość, zakres pomiaru, błąd pomiaru, skala.
3. Omówić zasadę pomiaru wartości napięcia skutecznego miernikiem cyfrowym.

4. Jaki woltomierz określamy mianem True RMS.

5. Wyjaśnij pochodzenie błędu analogowego i cyfrowego przy pomiarach napięcia miernikami cyfrowymi.
6. Podać parametry opisujące przebiegi okresowe.
7. Napisać zależności na określanie wartości skutecznej i średniej napięcia o dowolnym przebiegu.
8. Omówić budowę oscyloskopu analogowego.
9. Wyjaśnić funkcję generatora podstawy czasu.
10. Podać przykłady występowania niepewności eksperymentatora.

11. Kiedy na ekranie oscyloskopu będzie „stabilny” obraz.

12. Wymieć różnice w budowie oscyloskopu analogowego i cyfrowego.
13. Wymień wady i zalety oscyloskopu cyfrowego i analogowego, dokonaj porównania.

5. Literatura
Obowiązuje literatura do przedmiotu.
Literatura uzupełniająca:
1. Baszun P. – Miernictwo elektryczne cz. I syg. S-43646
cz. II syg. S-43826