Uniwersytet Medyczny
Wydział wojskowo  lekarski
Zakład fizjologii człowieka i biofizyki
Laboratorium z biofizyki
Ćwiczenie E4 Pomiary oscyloskopowe.
Grupa II
Zespół Z7
Michał Głowacki
1 Przygotowano: http://wojsk-lek.org
Część teoretyczna:
1. Lampa oscylograficzna  budowa i zasada działania:
Oscyloskop to urządzenie elektroniczne przeznaczone do obserwacji napięcia stałego i
przemiennego, znajduje również zastosowanie przy pomiarze wartości prądu, częstotliwości,
kąta fazowego i innych wielkości elektrycznych oraz nieelektrycznych dających się
przetworzyć na napięcie. Głównym podzespołem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa.
1. grzejnik
2. katoda
3. cylinder Wehnelta
4. anoda pierwsza
5. anoda druga
6. płytki odchylania pionowego
7. płytki odchylania poziomego
8. ekran
Lampa oscyloskopowa jest to element, w którym strumień elektronów może odchylać się w
polu magnetycznym lub elektrycznym, z jednej strony znajduje się działo elektronowe, czyli
zespół elektrod emitujących elektrony, z drugiej strony znajduje się ekran pokryty od
wewnątrz warstwą substancji fluoryzującej, czyli wysyłającej światło pod wpływem
podającej na nią wiązki elektronów. Elektrony są wysyłane przez podgrzaną katodę w
kierunku ekranu, anody przyspieszajÄ… ich ruch. Elektrony wyrzucone z katody przechodzÄ…
przez mały otwór w walcu metalowym zwanym cylindrem Wehelta, osłaniającym katodę.
Przez zmianę ujemnego napięcia potencjometrem R1 można zmieniać natężenie wiązki
elektronów, a przez to jasność wiązki na ekranie. Zadaniem pierwszej anody jest skupienie
wiązki elektronów, zmiana dodatniego potencjału tej anody nastawiana potencjometrem R2
powoduje zmianę wartości plamki świetlnej. Strumień wysyłających elektronów można
odchylać od osiowego obiegu układem elektrod złożonym z pary płytek odchylania
pionowego Y i poziomego X.
Jeżeli do jednej pary płytek przyłożymy stałą różnicę potencjałów to pole elektrostatyczne
odchyli wiązkę elektronów w kierunku elektrody o wyższym potencjale. Jeżeli przyłożymy
zmienną w czasie różnice potencjałów to elektrony będą wykonywały drgania pomiędzy tymi
elektrodami. Przy dostatecznie dużej częstotliwości zmian napięcia będziemy obserwować na
ekranie oscyloskopu jasną kreskę jako ślad drogi, po której wędruje strumień elektronów. W
2 Przygotowano: http://wojsk-lek.org
celu obserwacji przebiegu napięć do płytek odchylania poziomego należy przyłożyć napięcie
o piłokształtnym przebiegu.
Napięcie takie jest generowane przez generator podstawy czasu. W czasie t1 d t2 napięcie
wzrasta linowo proporcjonalnie do czasu, a plamka świetlna przesuwa się równomierne od
lewej strony ekranu do prawej, po osiągnięciu wartości maksymalnej napięcia bardzo szybko
powraca do swojej wartości początkowej, w czasie od t2 do t3, jeżeli teraz do płytek
odchylania pionowego Y przyłoży się napięcie o nieznanym przebiegu to zostanie ono
odwzorowane na ekranie przez ruchomą wiązkę elektronów.
Uproszczony schemat blokowy oscyloskopu.
Zadaniem bloku synchronizacji jest dostrojenie częstotliwości napięcia podstawy do czasu
tak, aby była ona równa całkowitej wielokrotności częstotliwości przebiegu badanego. W
przypadku synchronizacji obraz na ekranie lampy jest nieruchomy, generator podstawy czasu
może być wyzwolony przebiegiem badanym (synchronizacja wewnętrzna pozycja
1 przełącznika P2) lub inny napięciem okresowym doprowadzonym z zewnątrz
(synchronizacja zewnętrzna pozycja 2 przełącznika P2) generator podstawy czasu normalnej
pracy oscyloskopu zasila płytki odchylania poziomego X (pozycja 2 przełącznika P1). Może
on być jednak odłączony (pozycja 1 przełącznika P1) i do płytek można doprowadzić
napięcie z generatora zewnętrznego.
2. Termoemisja:
Zjawisko emitowania przez metal elektronów tworzących w nim gaz elektronowy. Zachodzi
na skutek przekazywania owym elektronom energii drgań cieplnych sieci krystalicznej.
3 Przygotowano: http://wojsk-lek.org
Intensywność termoemisji zależy od temperatury. Zjawisko wykorzystywane jest
w elektronice.
3. Ruchy elektronów w polu elektrostatycznym i magnetycznym:
W polu elektrostatycznym tor ruchu elektronu będzie zakrzywiony (elektron przyciągany do
Å‚adunku dodatniego i odpychany od ujemnego); w polu magnetycznym kierunek ruchu
elektronów zostanie odchylony zgodnie z regułą lewej dłoni (należy pamiętać ze umowny
kierunek prądu jest przeciwny do kierunku ruchu elektronów)
4. Pomiar okresu, częstotliwości i kąta przesunięcia fazowego dla sygnałów okresowych:
Okres: można zmierzyć mierząc ile działek zajmuje pelny przebieg napięcia i mnożąc go
przez wartość podstawy czasu. Częstotliwość tego przebiegu będzie wynosiła 1/T , gdzie T
to okres.
5. Rejestracja przebiegów Y(t) oraz X(t):
Dokonuje się przez podłączenie do odpowiedniego wejścia i ustawienia dla przeciwnej osi
podstawy czasu (gdy do Y podłączamy to podstawa czasu musi być na osi X)
6. Figury Lissajo.
Jeżeli do płytek odchylania poziomego przyłożymy również, napięcie zmienne sinusoidalnie
to, w zależności od stosunku częstotliwości i stosunku amplitud obu drgań oraz przesunięcia
fazowego otrzymamy tzw figury Lissajous.
Część Praktyczna:
Na tak znaczne wartości błędu względnego miało wpływ wiele czynników:
żð BÅ‚Ä…d obserwatora (paralaksa) przy odczytywaniu wyników z ekranu oscyloskopu;
żð NiedokÅ‚adna skala na ekranie oscyloskopu (co 2,5mm)
żð Wielkość plamki na ekranie, jej nieostrość
żð Rozkalibrowanie oscyloskopu
żð Niedostateczne ekranowanie kabli miedzy oscyloskopem, a generatorem  wpÅ‚yw
zewnętrznych pól elektromagnetycznych
Oscyloskop z założenia nie jest przyrządem przeznaczonym do precyzyjnych pomiarów. Jego
podstawową funkcją jest przedstawiane graficzne napięć zmiennych i ich swego rodzaju
wizualizacja.
4 Przygotowano: http://wojsk-lek.org
Pomiar częstotliwości i amplitudy przy pomocy oscyloskopu. Rachunek błędów
Wartości ustawione
Okres i częstotliwość wyznaczone
na generatorze Amplituda przebiegu Błąd względny
przy pomocy oscyloskopu
PO23
okres
częstotliwość wzmocnienie działki Amplituda Podstawa okres częstotliwość
T=1/f czasu działki
[kHz] [mV/dz] [mV] [ms] [kHz]
´ Å„ [%] ´ [%]
[ms] [ms/dz]
f
0,1 10 2000 5 10000 5 3,6 18 0,056 80,00% 44,44%
1 1 2000 5 10000 1 2 2 0,500 100,00% 50,00%
10 0,1 2000 4,4 8800 0,1 1,3 0,13 7,692 30,00% 23,08%
100 0,01 2000 4,3 8600 0,01 1,4 0,014 71,429 40,00% 28,57%
Działka  1cm na ekranie oscyloskopu
5