LABORATORIUM METROLOGII Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Ćwiczenie

Temat ćwiczenia:

M_5

Oscyloskop i jego zastosowania

Nr zespołu:

Wydział, rok, grupa:

Data

Nazwisko i imię

Ocena

Teoria

Wykonanie ćwiczenia

Końcowa z ćwiczenia

1.

2.

3.

Elementy użyte w ćwiczeniu:

1) zestaw laboratoryjny;

2) oscyloskop

Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z budową oscyloskopu i jego podstawowymi funkcjami.

Wprowadzenie

Oscyloskop jest przyrządem używanym najczęściej do obserwacji przebiegu napięcia lub napięć w funkcji czasu a często do zapisywania tych przebiegów. Poza tym można go stosować do pomiaru napięcia, prądu, czasu, częstotliwości, kąta przesunięcia fazowego, mocy , do badania charakterystyk diod i tranzystorów, a także do badania bardziej skomplikowanych układów złożonych z wielu elementów liniowych lub nieliniowych.

Budowa oscyloskopu

Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa wywodząca się z tzw. „rury Brauna” wynalezionej w roku 1897 (Ferdinand Braun fizyk niemiecki - nagroda Nobla w 1909 roku).

(Rysunek z portalu: http:/www.oporek.republika.pl)

Rys. 1. 1 - katoda, 2 - grzejnik katody, 3 - siatka, 4, 5, 6 - anody, 7 - płytki odchylania poziomego, 8 - płytki odchylania pionowego, 9 –

elektroda ekranująca, 10- ekran, 11- powłoka grafitowa, 12 - osłona szklana .

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

1

LABORATORIUM METROLOGII Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Obwód żarzenia 2 podgrzewa do wysokiej temperatury katodę 1, która emituje elektrony. Między katodą i anodą powstaje pole elektryczne, w którym elektrony emitowane z katody są przyciągane do anody (4,5,6 i ekran 10). Czym większe jest napięcie anody, tym silniej przyspie- szane są elektrony.

Na drodze między katodą, a anodą elektrony nabierają prędkości, są skupiane w cienką wiązkę, po czym uderzają w ekran pokryty specjalną substancją zwaną luminoforem. Tam energia elektronów zamienia się na światło, w kolorze zależnym od użytego lumiforu. Między katodą, a główną anodą umieszczone są dodatkowe elektrody, między innymi siatka, które powodują regulację ilości elektronów biegnących do anody. Ewentualne dodatkowe anody tworzą tak zwane soczewki elektronowe, umożliwiające ich zogniskowanie, aby trafiały one w jedno miejsce ekranu, tworząc świecący punkt (plamkę) o średnicy poniżej 1 milimetra.

Po wyjściu wiązki z obszaru działa elektronowego, można nią dowolnie sterować. Robi się to najczęściej za pomocą pól elektrycznych. Pola te wytwarzane są w lampie przez dwa konden- satory płaskie. Te elementy nazywa się płytkami odchylającymi.

Możliwe jest również sterowanie za pomocą pól magnetycznych. Taka sytuacja ma miejsce w lampach kineskopowych.

Oscyloskop opisywany jest przez: - częstotliwość pracy, - tzw. czułość napięciową i - podstawę czasu.

Częstotliwość pracy określa nam o jakiej częstotliwości przebiegi elektryczne można zobrazować na danym oscyloskopie. Np. przebiegi zbyt wolne nie można przedstawić gdyż czas świecenia lumiforu jest za krótki i obraz na ekranie zanika. Zbyt szybkie przebiegi ogranicza elektronika (pasmo przenoszenia wzmacniaczy jest ograniczone od góry).

Odchylenie plamki na ekranie zależy od czułości napięciowej oscyloskopu a ta zależy od wzmocnienia w torach X i Y. Zwykle czułość oscyloskopu podaje się w cm/V co oznacza, że przy przyłączeniu na płytki Y napięcia 1V plamka na ekranie odchyli się o X cm. Jeśli napięcie sygnału jest za małe musimy go odpowiednio wzmocnić. Na ogół każdy oscyloskop wyposażony jest w odpowiednie wzmacniacze napięcia, gdzie przełącznikami możemy regulować wzmocnienie w granicach od około 10-2 do 103.

Podstawa czasu informuje jaki czas jest potrzebny by plamka przesunęła się na ekranie o 1 cm a to jest istotne gdy badamy szybkie przebiegi. Np. mając sygnał napięciowy o częstotliwości 1 kHz by na ekranie zobaczyć dwa okresy musi upłynąć czas =2 ms. Jeśli ekran oscyloskopu ma 10 cm szerokości to w czasie równym 1ms musi przebiec 5 cm. Czyli podstawa czasu musi spełniać warunek <=0.2 ms.

Zwykle w oscyloskopach podstawa czasu mieści się w granicach od 1 s do 100 ms.

Budowa współczesnych oscyloskopów może znacznie odbiegać od wyżej przedstawionego opisu. W

szczególności lampa oscyloskopowa może być zastąpiona ekranem ciekłokrystalicznym, na którym realizować można przebiegi w różnych kolorach. Oscykoskop może zawierać pomięć, w której można zapisywać przebiegi by je później obrabiać komputerowo.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest obserwacja na ekranie oscyloskopu zmiennych przebiegów elektrycznych a to: 1.Napięcia zmiennego 12V o częstotliwości 50 Hz.

2.Napięcia po wyprostowaniu jednopołówkowym.

3.Obserwacji krzywych Lissajouis.

4. W przygotowywaniu.

Ćwiczenie realizowane jest na stanowisku, którego schemat ideowy przedstawia na Rys. 2 oraz na oscyloskopie. Na płytce zmontowany jest układ elektroniczny zasilany z transformatora T, Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

2

LABORATORIUM METROLOGII Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

który w uzwojeniu wtórnym daje na wyjściu napięcie przemienne 2x18 V. Jedno z tych napięć wyko-rzystane jest do zasilania układów pokazanych na Rys. 3-5. Wybór poszczególnego zadania dokonywany jest przełącznikiem P. Pozycja przełącznika P jest zgodna z numerem zadania.

Przed rozpoczęciem ćwiczenia należy płytkę połączyć z oscyloskopem. Po sprawdzeniu przez prowadzącego laboratorium, ustawiamy przełącznik P w pozycji 1 podłączamy układ i oscyloskop do sieci i obserweujemy przebiegi na oscyloskopie.

Rys. 2. Schemat blokowy układu do ćwiczenia.

Do realizacji zadania 1 zestawiony jest układ przedstawiony na Rys. 3 pozycja przełącznika P na 1.

Rys. 3. Schemat blokowy układu do badania przebiegów zmiennych w czasie.

Układ zasilany jest napięciem zmiennym 18 V poprzez transformator z sieci 230 V. Dzielnik złożony z dwu rezystorów 50-omowych dzieli napięcie 18 V na dwie równe części i napięcie bliższe masie podaje się na wejście Y-Y oscyloskopu, który ustawiamy na zakres 20V na napięcie zmienne.

Podstawę czasu ustawiamy tak by na ekranie obserwować kilka okresów sinusoidy.

Zadanie 2 realizuje układ przedstawiony na schemacie blokowym na Rys. 4, pozycja przełącznika P

na 2.

Rys. 4. Schemat blokowy układu do badania przebiegów jednopołówkowego prostowania.

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

3

LABORATORIUM METROLOGII Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Zadanie 3 realizuje układ przedstawiony na schemacie blokowym na Rys. 5 pozycja przełącznika P

na 3.

Rys. 5. Schemat do obserwacji krzywych Lisajouis.

Tu obserwuje się krzywe Lissajouis powstające gdy w torach Y-Y i X-X napięcie jest zależne od czasu. Podaje się równocześnie na oba tory przebiegi sinusoidalne o tej samej częstotliwości lecz o różnej amplitudzie i fazie. Różnicę faz powoduje kondensator C i rezystor R. Opóźnienie toru Y-Y

względem toru X-X jest równe arctg(2 f

gdzie f jest częstotliwością sygnału a jest stałą czasową

równą 2 f

Zadaniem studentów realizujących to zadanie jest obserwacja zaistniałych przebiegów, ich naszkicowaniu do sprawozdania i dodaniu swojego komentarza.

Do sprawozdania dołączyć komentarze wg poniższego wzoru.

Zadanie nr 1.

Szkic przebiegów.

Komentarz:

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

4

LABORATORIUM METROLOGII Ćwiczenie M_5. Oscyloskop

Zadanie nr 2.

Szkic przebiegów.

Komentarz:

Zadanie nr 3.

Szkic przebiegów.

Komentarz:

Literatura:

Rydzewski Jerzy (1982), Oscyloskop elektroniczny. PWŁ. Warszawa , s. 702. Dużo informacji na stronach internetowych związanych z hasłem oscyloskop czy lampa oscyloskopowa.

Fabryczna instrukcja obsługi oscyloskopu.

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

5