Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

1 z 4

Instrukcja do ćwiczenia 8

Dział – Pomiary wielkości elektrycznych.

Temat: Pomiar napięć oscyloskopem.

Cel ćwiczenia: poznanie sposobu pomiaru oscyloskopem.

I.

Wprowadzenie

Oscyloskop zapewnia m.in. możliwość obserwacji sygnałów elektrycznych; może

służyć także do pomiarów ich parametrów, np. pomiaru amplitudy obserwowanego napięcia.
Typowym oscyloskopem można dokonywać pomiarów napięć okresowych zmiennych
o częstotliwościach do kilkudziesięciu MHz, tzn. częstotliwości wykraczających poza pasmo
przenoszenia większości posiadanych woltomierzy i amplitudach do kilkuset woltów. W celu
uzyskania maksymalnej dokładności pomiarowej, należy przestrzegać określonych zasad
pomiarów:

 obraz mierzonego przebiegu powinien zająć prawie maksymalną wysokość ekranu;
 obraz na ekranie należy dobrze zogniskować;
 z pomiaru należy wyeliminować grubość linii, odczytując wartość odchylenia w kierunku

pionowym przy tej samej krawędzi linii obrazu (zawsze górnej lub zawsze dolnej);

 pamiętać o wpływie nierównomierności charakterystyki częstotliwościowej wzmacniaczy

kanału odchylania pionowego na dokładność pomiaru przebiegów o różnych
częstotliwościach i czasie trwania.
Bezpośrednio z ekranu można pomierzyć wartość międzyszczytową U

p-p

obserwowanego

napięcia. W tym celu za pomocą pomocniczej skali oscyloskopu określa się w centymetrach
(lub w działkach) długość pionowego odcinka pomiędzy punktami maksymalnego dodatniego
i ujemnego odchylenia przebiegu i mnoży przez współczynnik czułości kanału odchylania
pionowego (z ewentualnym uwzględnieniem tłumienia sondy - jeśli w pomiarze była
wykorzystywana):

U

p-p

= l

y

[cm] S

y

[V/cm] (8.1)

gdzie : l

y

- odległość pionowa pomiędzy maksymalnymi wychyleniami (dodatnim

i ujemnym) obserwowanego przebiegu;

S

y

- czułość kanału odchylania pionowego ( np. w V/cm ), odczytana z płyty czołowej

oscyloskopu dla określonej pozycji przełącznika.

Amplitudę (inaczej wartość szczytową lub maksymalną) U

m

tego przebiegu określamy

korzystając z zależności :

2

2

y

y

p

p

S

l

U

m

U







(8.2)

Wartość skuteczną napięcia można obliczyć z znanej zależności:

2

Um

U 

(8.3)

Na dokładność pomiaru napięcia metodą oscyloskopową mają wpływ:

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

2 z 4

- nieliniowość odchylania w torze pionowym. W oscyloskopach wysokiej klasy jest ona
zwykle do pominięcia;

- dokładność odczytu wysokości obrazu – zazwyczaj nie lepsza niż  0,5 mm;

- nierównomierność charakterystyki częstotliwościowej kanału odchylania pionowego;
- dokładność podziału tłumika wejściowego;
- dryft przy pomiarach składowej stałej.

Całkowity uchyb pomiaru napięcia składa się z sumy poszczególnych uchybów i może mieć
wartość kilkuprocentową. Dokładniejsze pomiary napięcia uzyskuje się w oscyloskopach
cyfrowych wyposażonych w kursory z cyfrowym odczytem wartości mierzonej. Pomiar
sprowadza się wówczas do ustawienia kursorów w określonych punktach przebiegu i odczytu
wyświetlonego wyniku pomiaru z ekranu.

Dla uzyskania kalibrowanych wartości napięć należy postępować zgodnie z następującą
procedurą:

ustawić

potencjometr

płynnej

regulacji

czułości

kanału

pionowego

wykorzystywanego wejścia, w pozycję CAL (w prawo do zaskoku), a następnie
przełącznikiem skokowej regulacji czułości dobrać odpowiednią wysokość obrazu na ekranie.
Przy pomiarze sygnałów zmiennych potencjometrem położenia POSITION przesunąć
przebieg w pionie do wybranej poziomej linii odniesienia. Wartość mierzonego napięcia
określamy

mnożąc

długość

pionowego

odcinka

l

y

odpowiadającego

wartości

międzyszczytowej

i wartość nastawionej czułości S

y

kanału odchylania pionowego.

W celu pomiaru wartości napięcia stałego, należy w pierwszej kolejności przełączyć
przełącznik rodzaju sprzężenia w pozycję GND i ustawić linię podstawy czasu na wybranej
linii odniesienia, a następnie wspomniany przełącznik ustawić na pozycję DC – podstawa
czasu ulegnie przesunięciu w pionie o odcinek l

y

(w górę dla polaryzacji dodatniej lub w dół

dla polaryzacji ujemnej) proporcjonalnie do wartości mierzonego napięcia. Wielkość
przesunięcia określa wartość mierzonego napięcia stałego wg zależności :

U = l

y

· S

y

(8.4)

Pomiar amplitudy sygnałów, zwłaszcza o małych częstotliwościach może odbywać się

przy znacznie spowolnionej lub wyłączonej podstawie czasu. Wówczas oscyloskop, w którym
nie działa odchylanie poziome, będzie rysował na ekranie pionowy odcinek. Jego długość jest
miarą wartości międzyszczytowej mierzonego sygnału. Jeżeli pomiar dokonywany jest za
pomocą sondy np. 10 : 1, to przebieg na ekranie jest dziesięciokrotnie mniejszy od
rzeczywistego, zatem zmierzona wartość musi w zostać dziesięciokrotnie zwielokrotniona.

II.

Treść zadania

a) Pomiar napięć zmiennych:

- z generatora do dowolnego gniazda wejściowego oscyloskopu podłączyć sygnał

sinusoidalny o częstotliwości np.1 kHz i dla kilku położeń regulatora amplitudy
zmierzyć wartość międzyszczytową U

p-p

obserwowanego sygnału, a następnie obliczyć

amplitudę U

m

(inaczej wartość szczytową) oraz wartość skuteczną U. Wartość

skuteczną porównać z wskazaniami miernika cyfrowego.

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

3 z 4

- w trakcie pomiaru pokrętło płynnej regulacji czułości kanału odchylania pionowego

powinno znajdować się w pozycji w prawej do zaskoku, a przełącznik rodzaju
sprzężenia kanału ustawiony w pozycji AC (tylko składowe zmienne). Rezultaty
pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli. Zapisać prawidłowo końcowy wynik pomiaru:

b) Pomiar napięć stałych:

- podłączyć do wybranego wejścia oscyloskopu źródło napięcia stałego;
- w celu pomiaru napięcia stałego należy w pierwszej kolejności ustawić przełącznik

sprzężenia wykorzystywanego kanału w pozycję GND (oznacza to, że wejście
wzmacniacza odchylania pionowego znajduje się na potencjale zerowym) i ustawić
podstawę czasu na wybranej linii odniesienia skali pomocniczej ekranu;

- podłączyć do wejścia jednego z kanałów źródło napięcia stałego i ustawić przełącznik

sprzężenia w pozycję DC (wszystkie składowe) – podstawa czasu ulegnie przesunięciu
w pionie o wielkość proporcjonalną do wartości mierzonego napięcia. Iloczyn wielkości
przesunięcia i wartości czułości kanału odchylania pionowego określa wartość
mierzonego napięcia stałego;

- wykonać kilka pomiarów dla różnych wartości napięcia stałego;
- rezultaty pomiarów oscyloskopowych i obliczeń umieścić w tabeli, zapisując

prawidłowo końcowy wynik pomiaru.

c) Pomiar sygnału złożonego

- podłączyć z generatora do wejścia oscyloskopu sygnał złożony (składowa stała +

składowa zmienna sinusoidalna) i w pozycji DC (wszystkie składowe) przełącznika
rodzaju sprzężenia sygnału wejściowego, przesunąć obserwowany przebieg w kierunku
pionowym, tak by wierzchołkami dolnymi lub górnymi „oparł się” o wybraną linię
odniesienia skali pomocniczej ekranu, zapamiętać ustawienie obrazu;

- następnie dokonać przełączenia wspomnianego przełącznika do pozycji AC (tylko

składowa zmienna), obraz ulegnie przesunięciu w pionie o wartość składowej stałej,
którą określamy wielkością przesunięcia l

Y

odpowiednich wierzchołków przebiegu na

ekranie lampy;

- pomiary powtórzyć dla kilku wartości składowej stałej, regulowanej pokrętłem OFFSET

generatora;

- rezultaty pomiarów i obliczeń wpisać do tabeli.
III. Sprawozdanie

1. Tabela pomiarowa

a) Pomiar napięć zmiennych

Pomiary

Obliczenia

Wynik

końcowy

Pomiar

woltomierzem

l

y

S

y

U

p-p

U

m

U

U

U

U  U

U

cyfr.

cm

V/cm

V

V

V

%

V

V

V

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

4 z 4

b) Pomiar napięć stałych.

Pomiary

Obliczenia

Wynik
końcowy

Pomiar

woltomierzem

l

y

S

y

U

p-p

U

m

U

U

U

U  U

U

cyfr.

cm

V/cm

V

V

V

%

V

V

V

c) Pomiar napięć zmiennych ze składową stałą

Pomiary

Obliczenia

Wynik
końcowy

Pomiar

woltomierzem

l

y

S

y

U

p-p

U

m

U

U

U

U  U

U

cyfr.

cm

V/cm

V

V

V

%

V

V

V

2. Obliczenia

U

pp

- międzyszczytowa wartość mierzonego napięcia;

U

pp

= l

y

*

S

y

U

m

- amplituda (inaczej wartość szczytowa, maksymalna) napięcia;

U- wartość skuteczna mierzonego napięcia;
U - niedokładność względna pomiaru wynikająca z błędu odczytu długości odcinka l

y



%

100

l

l

U

y

y







l

y

- niedokładność bezwzględna odczytu długości odcinka l

y

, przyjąć  0,05 cm;

U - niedokładność bezwzględna pomiaru oscyloskopem:

%

100

/

U)

U

(

U









U

cyfr

- wartość skuteczna badanego napięcia odczytana z woltomierza cyfrowego.

3. Uwagi i wnioski