EAiE |
Imię i nazwisko :
1. Łukasz Bugaj 2. Andrzej Boruch |
|
Rok :
I |
Grupa :
I |
Zespół :
11 |
|||||
Pracownia fizyczna |
Temat : Oscyloskop
|
Nr ćwiczenia : 34 |
||||||||
Data wykonania :
30.III.1998 |
Data oddania :
6.IV.1998 |
Zwrot do poprawy : |
Data oddania :
|
Data zaliczenia : |
OCENA : |
|||||
Cel ćwiczenia :
Zapoznanie się z działaniem i obsługą oscyloskopu oraz zastosowanie go do najprostszych pomiarów.
Wprowadzenie :
Oscyloskop jest przyrządem, w którym strumień elektronów wykorzystuje się do obserwacji i pomiarów przebiegów zmiennych w czasie oraz funkcyjnych zależności par wielkości fizycznych. Główną część przyrządu stanowi lampa oscyloskopowa. W szklanym naczyniu odpompowanym z powietrza znajdują się trzy zasadnicze części lampy: działo elektronowe, płytki odchylające oraz ekran. Zadaniem działa elektronowego jest wytworzenie skolimowanej wiązki elektronów. Ich źródło stanowi rozżarzona katoda. Otaczający katodę metalowy cylinder z otworkiem, tzw. cylinder Wenhelta, spełnia rolę siatki. Zmieniając jego potencjał reguluje się natężenie wiązki, a więc jasność obrazu na ekranie. Zestaw anod służy do przyspieszania elektronów i ogniskowania wiązki na ekranie. Między katodą, cylindrem i anodami przykładane jest wysokie napięcie rzędu kilkunastu kV. Zwróćmy uwagę, że ostatnia anoda (podobnie jak i ekran) znajduje się na potencjale ziemi, czyli przyspieszanie wiązki ma miejsce tylko w przestrzeni między katodą a anodą. Cały zespół elektrod nosi obrazową nazwę działa elektronowego. Po opuszczeniu działa wiązka elektronów bez przyłożenia pól odchylających poruszałaby się ruchem prostoliniowym
Do sterowania ruchem wiązki w większości lamp oscyloskopowych używa się pól elektrycznych, wytwarzanych przez dwa kondensatory płaskie zwane płytkami odchylającymi (odchylenie za pomocą pól magnetycznych, wytwarzanych przez odpowiednie cewki stosuje się w oscyloskopach wolnych przebiegów i w prawie wszystkich lampach kineskopowych). Część lampy za płytkami odchylającymi ma kształt stożka, którego podstawę stanowi ekran pokryty substancją fluoryzującą lub fosforyzującą pod wpływem padającej wiązki elektronów.
Przy badaniu przebiegów periodycznych do płytek X podłącza się generator podstawy czasu dający drgające napięcie piłokształtne. Cechuje je liniowy wzrost w pierwszej części okresu, a następnie raptowny spadek, po czym proces się powtarza. Badane napięcie przykłada się do płytek Y. Warunkiem uzyskania na ekranie stojącego obrazu jest by częstotliwość obserwowanego przebiegu była całkowitą wielokrotnością częstotliwości podstawy czasu.
Gdy chcemy badać zależność wzajemną dwóch różnych wielkości, przykładamy je do odpowiednich płytek odchylających. Na przykład, aby otrzymać pętlę histerezy magnetycznej do płytek X przykładamy napięcie proporcjonalne do prądu magnesującego, do płytek Y - napięcie proporcjonalne do natężenia.
Aparatura :
Oscyloskop.
Aparatura do badania własności i zastosowań oscyloskopu.
Pomiary :
Cechowanie płytek Y oscyloskopu :
(skalowanie 1V/dz)
L. p. |
Umier [V] |
ilość działek górnych |
ilość działek dolnych |
1 |
0,5 |
0,5 |
0,45 |
2 |
1,0 |
0,9 |
0,9 |
3 |
1,5 |
1,3 |
1,4 |
4 |
2,0 |
1,7 |
1,9 |
5 |
2,5 |
2,1 |
2,3 |
6 |
3,0 |
2,6 |
2,75 |
7 |
3,5 |
3,0 |
3,2 |
8 |
4,0 |
3,5 |
3,7 |
Z wykresu wynika, że na jedną działkę siatki na ekranie przypada 1,12V, a więc maksymalne napięcie, które można zmierzyć dla tych ustawień wynosi Umax= ±3,92V.
Z wykresu możemy odczytać wartość międzyszczytową napięcia (czyli jego wartość maksymalną), która wynosi Umax=6,72V. Korzystając ze wzoru na zależność między wartością maksymalną i skuteczną : możemy obliczyć wartość skuteczną mierzonego napięcia, która wynosi Usko=4,75V. Natomiast wartość napięcia skutecznego wskazywana przez miernik wynosiła Uskm=5,28V.
Badanie przebiegów wyprostowanych jedno- i dwupołówkowych z zastosowaniem kondensatora filtrującego i bez niego.
Badanie zależności prądowo-napięciowej dla diody prostowniczej i Zenera:
Do badania diod musieliśmy wykonać dodatkowe skalowanie dla innych ustawień parametrów oscyloskopu, aby uzyskane wykresy były czytelne.
Cechowanie dla płytekY:
L. p. |
Umier [V] |
ilość działek górnych |
ilość działek dolnych |
1 |
1,4 |
0,50 |
0,50 |
2 |
3,0 |
1,15 |
1,10 |
3 |
4,5 |
1,70 |
1,70 |
4 |
6,0 |
2,25 |
2,25 |
5 |
7,0 |
2,55 |
2,65 |
6 |
8,0 |
3,00 |
2,95 |
7 |
9,0 |
3,30 |
3,40 |
8 |
10,0 |
3,80 |
3,70 |
Z wykresu możemy odczytać, że wartość napięcia przypadająca na jedną działkę wynosi U=2,67 V/dz.
Dla płytek X wartość skalowania prądu ( z prawa Ohma ) wynosi Imax=1,35mA/dz.
Wnioski :
Z pomiarów napięcia zmiennego wyniknęła duża rozbieżność pomiędzy wartością napięcia skutecznego wskazywanego przez miernik, a napięciem obliczonym na podstawie wykresu na oscyloskopie. Wynika stąd, że badany oscyloskop jako przyrząd pomiarowy ma bardzo małą dokładność i praktycznie nadaje się tylko do zgrubnej oceny wartości badanego napięcia lub prądu. Również ze skalowania płytek Y wynika, że istnieją rozbieżności pomiędzy wartością rzeczywistą wzmocnienia wzmacniacza, z wartością nominalną ustawioną na przełączniku ( wartość nominalna - 1V/dz, wartość rzeczywista - 1,12V/dz, różnica wynosi 12%, co eliminuje oscyloskop jako przyrząd pomiarowy). Małe wymiary ekranu lampy oscyloskopowej ograniczają możliwość dokładnego ustawienia położenia plamki przy braku napięcia na wejściu, co objawiało się różnymi wartościami odchylenia plamki dla cechowania przy napięciach dodatnich (wartości „górne”) i ujemnych (wartości „dolne”). Oczywiście istnieją nowoczesne oscyloskopy cyfrowe, które mogą z powodzeniem zastąpić miernik napięcia, ale są one bardzo drogie i dlatego nie są one tak popularne jak oscyloskopy analogowe (takie, jak w ćwiczeniu).
Podczas pomiarów nie mogliśmy określić stałej cechowania Cx osi X. Można ją obliczyć znając wartość rezystancji R (R=1kW) oraz przy założeniu wartości spadku napięcia na obu diodach równej 0,7V w stanie przewodzenia. Wtedy
a zatem wartość prądu przypadająca na jedną działkę wynosi 1,35mA.