WYDZIAŁ ELEKTRONIKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI KATEDRA OPTOELEKTRONIKI I SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH
LABORATORIUM METROLOGII
Ćwiczenie nr 2
Imię i nazwisko:
Jakub Zapadka
Grupa:
ET2A
Pomiary oscyloskopowe.
Data wykonania ćwiczenia:
20.10.2010
1. W
zorcowanie kanału Y oscyloskopu napięciem stałym.
Celem zadania było wyznaczenie metodą najmniejszych kwadratów stałej napięciowej kanału za pomocą odchylania napięciem stałym plamki o określoną liczbę działek od położenia zerowego. Przeprowadzono wzorcowanie kanału Y1 (CH1) oscyloskopu HM303-6 multimetrem cyfrowym Agilent 34405A dla stałej napięciowej kanału Y Dy = 1V/cm. Wyniki pomiarów i obliczeń przedstawia tabela 1.
Tabela 1.
y [cm]
-4
-3
-2
-1
1
2
3
4
Uy [V]
-4,049
-3,043
-2,043
-1,027
0,976
1,981
2,947
3,924
Dypom [V/cm]
1,012
1,014
1,022
1,027
0,976
0,990
0,982
0,981
δD [%]
1,370
1,578
2,296
2,847
-2,311
-0,824
-1,616
-1,750
Dyobl [V/cm]
0,999
Wartości stałych napięciowych D
(wynikającej z pomiarów) i D
(wynikającej z
ypom
yobl
obliczeń) zostały policzone według poniższych wzorów: D
= U /y
ypom
y
D
= m - współczynnik kierunkowy prostej U = m y + n wyznaczony metodą yobl
y
y
y
y
najmniejszych kwadratów
δ = ( D
- D
) / D
y
ypom
yobl
yobl
W dokonanych pomiarach można zaobserwować bardzo mały odchył od wartości teoretycznej (1 V/cm) i jest to odchył rzędu drugiego miejsca po przecinku co wyraźnie ukazuje wyliczony błąd względny δ , którego najmniejsza wartość bezwzględna wynosi 0,824%, D
największa odpowiednio 2,847%. Przedstawia to zamieszczony niżej wykres δ (y): D
5,000
4,000
3,000
2,847
2,000
2,296
1,000
1,3701,578
δD(y) 0,000
-1,000
-0,824
-2,000
-1,616
-1,750
-2,311
-3,000-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Y
Błędy pomiarowe w tym ćwiczeniu mogły wynikać z ustawienia zbyt duzej grubości linii na oscyloskopie bądź niedokładnego ustawienia linii zerowej. Od tych warunków bowiem zależała dokładność wyników.
2. P
omiary napięcia i czasu oscyloskopem.
Celem ćwiczenia było wyznaczenie stałej czasowej układu całkującego na podstawie pomiarów napięcia i czasu, przeprowadzonych za pomocą oscyloskopu HM303-6. Badany układ całkujący (R=993 Ω, C=102,8 nF) był pobudzony przebiegiem prostokątnym o wypełnieniu ½ z generatora Agilent 33210A.
Stałą czasową zależną od pomiarów możemy wyznaczyć ze wzoru: t
RC =
U 1
ln U 2
Wyniki pomiarów i obliczeń, przedstawia tabela 2.
Tabela 2.
U(t1) [V]
3,75
U(t2) [V]
0,3
t [μs]
250
Rcteor [μs]
102,08
Rcpom [μs]
98,98
δRC [%]
-3,04
gdzie δRC = (RCpom - RCteor )/ RCteor
óżnicowe pomiary napięć między dwoma punktami nieuziemionymi.
Używany w ćwiczeniu oscyloskop HM303-6 posiada wejścia niesymetryczne, w których jeden z przewodów połączony jest z masą. Za pomocą oscyloskopu z wejściem niesymetrycznym niemożliwe jest bezpośrednie obserwowanie przebiegów pomiędzy punktami, z których żaden nie jest połączony z masą. Dołączenie do takich punktów przewodu masy powoduje zmianę konfiguracji układu lub nawet jego uszkodzenie. Chcąc obserwować napięcie między punktami nie połączonymi z masą za pomocą oscyloskopu z wejściami niesymetrycznymi użyto dwóch kanałów w trybie pracy sumacyjnej. Wyniki pomiarów i obliczeń przedstawia tabela 3.
Tabela 3.
U(t1) [V]
3,5
U(t2) [V]
0,4
t [μs]
250
Rcteor [μs]
102,08
Rcpom [μs]
115,26
δRC [%]
12,91
Pomiary powtórzono między dwoma punktami nieuziemionymi za pomocą kursorów wykorzystując oscyloskop cyfrowy TDO2026B. Wyniki podano w tabeli 4.
Tabela 4.
U(t1) [V]
3,48
U(t2) [V]
0,36
t [μs]
250
Rcteor [μs]
102,08
Rcpom [μs]
110,2
δRC [%]
7,95
Stała czasowa RC zmierzona różni się nieznacznie (rząd μs) od tej obliczonej.
4. O
bserwacja przebiegów w układach cyfrowych
Na oscyloskopie wyświetlono przebiegi na wyjściu licznika binarnego 7493 oraz na bramce logicznej AND typu 7408. Układ pomiarowy podłączano kolejno od najstarszego do najmłodszego wyjścia licznika i badano ile okresów przebiegu wejściowego T przypada na jeden okres in
przebiegu każdego z wyjść:
T = 2 x T ,
A
in
T = 4 x T ,
B
in
T = 8 x T ,
C
in
T = 16 x T .
D
in
Następnie zmierzono napięcia odpowiadające stanom wysokiemu i niskiemu na wyjściu A pod wpływem przebiegu prostokątnego:
U
= 3,88 [V]
Hi
U = 0,164 [V]
Lo
Z obserwacji przebiegów oraz tabeli prawdy bramki AND wynika, że bramka jest otwarta dla stanu wysokiego wejścia IN1. Przenosi ona wtedy sygnał z wejścia IN2 na wyjście OUT.
Tabela 5. (Prawdy bramki AND):
IN1 IN2 OUT
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
5. A
utomatyczne pomiary parametrów impulsów w przebiegu okresowym Celem ćwiczenia był automatyczny pomiar następujących parametrów sygnału impulsowego za pomocą oscyloskopu TDO2062B:
• napięcia międzyszczytowego Vpp (Peak-Peak),
• napięcia skutecznego Vrms (RMS),
• napięcia średniego Vavg (Average),
• częstotliwości f (Frequency),
• okresu T (Period),
• czasu trwania dodatnich impulsów tw (+Width),
• współczynnika wypełnienia k= tw/T [%] (+Duty).
Wyniki pomiarów zanotowano w tabeli 6.
Tabela 6.
Vpp [V]
4,24
Vrms [V]
2,28
Vavg [V]
1,36
f(F) [Hz]
1000
T [μs]
1000
tw(W+) [μs]
249
k(DC+) [%]
24,9
kobl [%]
24,9
Widzimy, że obliczony współczynnik wypełnienia jest taki sam jak zmierzony.
bserwacja charakterystyk diod półprzewodnikowych I =
f(U) w
obszarze przewodzenia.
Celem zadania była obserwacja charakterystyk I = f(U) w obszarze przewodzenia dla trzech diod półprzewodnikowych: germanowej, krzemowej i z arsenku galu (LED). Charakterystyki diod obserwujemy wykorzystując pracę XY oscyloskopu HM303-6 i impulsy generatora HM8131-2.
Na podstawie oscylogramów należało wyznaczyć napięcie przewodzenia badanych diod U dla F
prądu 25 mA oraz wyznaczyć metodą graficzną rezystancję dynamiczną oraz rezystancję statyczną.
Wyliczone i zmierzone wartości przedstawia tabela 7: Tabela 7.
typ diody Uf[V]
R[ohm]
dU[V]
dI[A]
rd[ohm]
Ge
0,336
13,440
0,170
0,045
3,778
Si
0,752
30,080
0,130
0,046
2,826
LED
2,160
86,400
0,800
0,050
16,000