PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA
W TARNOWIE
INSTYTUT POLITECHNICZNY
LABORATORIUM METROLOGII
Instrukcja do wykonania ćwiczenia laboratoryjnego:
 Zastosowanie pomiarowe oscyloskopu
Tarnów 2009
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
Celem tego ćwiczenia jest zapoznanie się z możliwościami zastosowania oscyloskopu
w technice pomiarowej. Główną uwagę zwrócono na zaznajomienie z metodyką badania
i aparaturą używaną do tego celu. W ćwiczeniu tym wyznaczane będą za pomocą
oscyloskopu i mierników cyfrowych parametry charakteryzujące sygnały elektryczne takie
jak: czas, częstotliwość i faza. W czasie tego ćwiczenia zdejmowane będą również
charakterystyki statyczne diody prostowniczej i diody Zenera.
Program ćwiczenia:
1. Pomiar okresu i częstotliwości przebiegów okresowych za pomocą oscyloskopu:
a) pomiar metodą bezpośrednią
b) pomiar metodą porównawczą  krzywych Lissajous
2. Pomiar częstotliwości przebiegów okresowych za pomocą częstościomierza cyfrowego:
a) sprawdzenie poprawności działania przelicznika  test
b) pomiar częstotliwości z automatycznym i ręcznym wyborem zakresu
3. Pomiar przesunięcia fazowego czwórników za pomocą oscyloskopu:
a) pomiar metodą bezpośrednią
b) pomiar metodÄ… elipsy
4. Wyznaczanie charakterystyk statycznych elementów elektronicznych za pomocą
oscyloskopu:
a) dioda prostownicza
b) dioda Zenera
Zakres wymaganych wiadomości:
1. Zasada działania i budowa oscyloskopu elektronicznego.
2. Zastosowanie oscyloskopu do pomiaru: czasu częstotliwości, fazy różnymi metodami
(wzory, schematy).
3. Wyznaczanie charakterystyk elementów elektronicznych.
4. Zasada działania cyfrowych przyrządów służących do pomiaru: częstotliwości, czasu
i fazy.
Literatura:
1. Zatorski A., Rozkrut A.:  Miernictwo elektryczne , Skrypt AGH Kraków nr 1585/1999
2. Rydzewski J.:  Pomiary oscyloskopowe , WkiA
, Warszawa 1994
3. Tumański S. : Technika Pomiarowa; Wydawnictwa Naukowo-Techniczne / 2007
4. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.:  Metrologia elektryczna , WNT,
Warszawa 1979
5. Marcyniuk A., Pasecki E., Pluciński M., Szadkowski B.:  Podstawy metrologii
elektrycznej , WNT Warszawa 1984
2
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
Przygotowanie oscyloskopu do pomiarów
Oscyloskop należy ustawić tak, aby światło nie padało bezpośrednio na ekran
oscyloskopu, gdyż zmusza to do niekorzystnego zwiększania jasności plamki świetlnej.
Przy odłączonych wejściach kanałów, CHI i CHII włączyć zasilanie oscyloskopu
wyłącznikiem POWER. Po upływie około jednej minuty na ekranie oscyloskopu powinna
ukazać się plamka lub linia pozioma, ( gdy na płytki odchylania poziomego podane jest
napięcie z generatora liniowej podstawy czasu). Jeżeli plamka na ekranie jest nie widoczna
należy nastawić jej jasność na maksimum potencjometrem INTENS, a następnie przy
odłączonej podstawie czasu ( dłuższe naciśniecie przycisku DUAL), manipulować pokrętłami
przesunięcia pionowego Y - POS i poziomego X  POS, aż do jej ukazania się. Następnie po
włączeniu generatora podstawy czasu przez dłuższe naciśniecie przycisku DUAL reguluje się
jego częstotliwość oraz synchronizacje za pomocą potencjometru TIME / DIV aż do
uzyskania ciągłej linii poziomej, którą ustawiamy na środku ekranu. Na końcu przeprowadzić
korekcję ostrości potencjometrem FOCUS, oraz jasności w celu otrzymania jak najcieńszej
dobrze widoczne linii, aby uzyskać duża dokładność odczytu. Przed przystąpieniem do
pomiaru należy nastawić czułość napięciową na wartość minimalną ( maksymalna wartość
stałej napięciowej) za pomocą potencjometru VAR.
Dane techniczne dwukanałowego oscyloskopu typu HM 404.
Dwukanałowy, szerokopasmowy oscyloskop HM 404 jest przyrządem ogólnego
zastosowania, przeznaczonym do pomiarów i obserwacji przebiegów elektrycznych
okresowych i jednorazowych w paśmie od 0 do 40 MHz
Wejścia Y - ( odchylanie pionowe) są wyposażone w dwukanałowy, szerokopasmowy
wzmacniacz napięcia stałego - wzmacnia składową stałą i zmienną napięcia (DC) i tylko
zmiennÄ… (AC)
BÅ‚Ä…d kalibracji: 3%
Impedancja wejściowa: 1M&! // 18pF
Maksymalne napięcie wejściowe: 400V
RozciÄ…g linearny (podstawa czasu) - 22 kalibrowane pozycje od 0,5s/dz do 50ns/dz
Wzmacniacz zewnętrznego odchylania w osi X  szerokopasmowy napięcia stałego
Opis elementów regulacyjnych oscyloskopu typu HM 404.
POWER (przycisk) - Włącznik zasilania. Wciśnięty - zasilanie załączone (ON), zwolniony -
zasilanie wyłączone (OFF).
FOCUS (pokrętło) - Potencjometr regulacji ostrości obrazu. Ustawianie tylko ręczne.
INTENS. (pokrętło) - Potencjometr regulacji jaskrawości.
AUTO SET (przycisk) - Przycisk funkcji samonastawności. Przyrząd automatycznie ustawia
parametry obserwacji optymalne dla sygnału wejściowego. Naciśnięcie przycisku podczas
pracy w trybie testera podzespołów lub XY powoduje przejście do trybu Yt. odchylania
pionowego (jedno- lub dwukanałowego). Parametry ustawiane na drodze elektronicznej mogą
być inne, niż wynika to z fizycznej pozycji regulatorów. Ręczna obsługa każdego z tych
pokręteł powoduje powrót do ustawienia odpowiadającego pozycji regulatora.
X-MAG.x10 (przycisk + dioda LED) - Przycisk włączania (dioda świeci) 10 - krotnego
rozciągu przebiegu w osi X. Maksymalna rozdzielczość 10ns/dz.
3
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
DUAL (przycisk) - Dłuższe naciśnięcie tego przycisku umożliwia włączanie i wyłączanie
trybu XY odchylania (podstawa czasu nie pracuje). Odchylanie plamki w osi X odbywa siÄ™
sygnałem kanału 2 (CHII). Uwaga! Przy braku odchylania poziomego możliwość wypalenia
luminoforu.
Krótkie naciśnięcie przycisku umożliwia jednoczesną obserwację przebiegów z obydwu
kanałów.
TIME/DIV. (potencjometr nastawny) - Skokowy wybór kalibrowanej wartości
współczynnika podstawy czasu w zakresie 0,5 s/dz do 0,05 s/dz.
VOLTS/DIV. (potencjometr nastawny) - Pole tłumika kanału 1. Skokowy wybór czułości
wejściowej wzmacniacza odchylania pionowego w mV/dz lub V/dz z krokiem, co 1-2-5
wartości.
X-POS. (pokrętło) - Potencjometr regulacji położenia przebiegu w osi poziomej.
Y-POS.I (pokrętło) - Potencjometr regulacji w pionie położenia na ekranie przebiegu kanału
pierwszego
Y-POS.II (pokrętło) - Potencjometr regulacji w pionie położenia na ekranie przebiegu kanału
drugiego.
INPUT CHI (złącze BNC) - Wejście sygnału kanału 1. (X). Impedancja 1M&! / 18pF.
INPUT CHII (złącze BNC) - Wejście sygnału kanału 2. (Y). Impedancja 1M&! / 18pF.
AC-DC - Przełącznik rodzaju sprzężenia sygnału wejściowego kanału
DC - sprzężenie bezpośrednie (wszystkie składowe sygnału wejściowego są przenoszone
przez obwody wejściowe i wyświetlane na ekranie) AC - sprzężenie pojemnościowe
(składowe stałe sygnału są blokowane).
GD (przycisk) - Wciśnięcie przycisku odłącza sygnał wejściowy  wejście wzmacniacza
odchylania pionowego kanału 1lub kanału 2. na potencjale masy. .
INV (przycisk) - Dłuższe naciśnięcie tego przycisku umożliwia odwrócenie fazy przebiegu o
180º kanaÅ‚u drugiego (CHII).
LEVEL (potencjometr) - Potencjometr regulacji poziomu wyzwalania.
TRIG. MODE (przyciski + wskaz
niki diodowe) - Kolejne naciśnięcia przycisku przełączają
rodzaj sprzężenia sygnału wyzwalania według poniższej sekwencji:
AC sprzężenie zmiennoprądowe  składowa stała odcinana
DC wyłączona detekcja międzyszczytowa
HF sprzężenie po przez filtr górnoprzepustowy  tłumione częstotliwości poniżej 50 kHz
NR włączony układ redukcji szumów wysokiej częstotliwości
LF sprzężenie po przez filtr dolnoprzepustowy  tłumione częstotliwości powyżej 1,5 kHz
TVL sprzężenie sygnału TV  generator wyzwalania synchronizowany impulsami linii,
znacznik punktu wyzwalania wyłączony
TVF sprzężenie sygnału TV  generator wyzwalania synchronizowany impulsami ramki,
znacznik punktu wyzwalania wyłączony
Uwaga: Nazwy sprzętu na rysunkach w niniejszej instrukcji są przykładowe. Spis sprzętu
używanego aktualnie w ćwiczeniu jest zamieszczony na końcu istrukcji.
4
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
1. Pomiar okresu i częstotliwości przebiegów okresowych za pomocą
oscyloskopu.
a) Pomiar metodą bezpośrednią
Należy wyznaczyć okres i częstotliwość dla trzech różnych przebiegów sinusoidalnych
oznaczonych ( f1, f2, f3) ręcznie i za pomocą funkcji kursorów.
Zestawić poniższy układ pomiarowy:
ZASILACZ SIECIOWY
-12
+12
GENERATOR BADANY OSCYLOSKOP
HM 404
f1
OUT
f2 CHII (Y)
f3
Przed dokonaniem połączenia generatora z oscyloskopem należy wyłączyć wejście
oscyloskopu kanału 2 (CH II) przyciskiem  GD , co jest sygnalizowane na ekranie
pojawieniem się symbolu masy Ą" . Po dokonaniu połączenia uaktywnić wejście kanału 1
przyciskiem  GD .
Regulować podstawą czasu  TIME / DIV , oraz wzmocnieniem  VOLTS DIV tak ,aby
otrzymać na ekranie oscyloskopu jeden okres przebiegu o jak największej amplitudzie.
Załączenie funkcji kursorów odbywa się przez dłuższe naciśnięcie przycisku  CH I/II .
Ustawić pracę kursorów w funkcji pomiaru czasu ( kursory w postaci linii pionowych ), przez
naciśnięcie przycisku  "V/ "t . Teraz poprzez przycisk  CH I/II można wybierać funkcje
pomiaru czasu lub częstotliwości. Wynik pomiaru podawany jest na ekranie w postaci "t : ...
( pomiar czasu), lub f : ... (pomiar częstotliwości). Przesuwanie kursorów dokonujemy
przyciskiem  CURSOR .
Wyznaczyć kolejno:
- okres przebiegu przez odczyt długości odcinka odpowiadającego jednemu okresowi lx i
pomnożeniu przez stałą podstawy czasu Ctx:
T = lx Å" Ctx
5
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
- częstotliwość z zależności:
1
f = .
T
- błąd niedokładności odczytu odległości lx
"TN = "lxN Å" Ctx
- błąd względny pomiaru metodą różniczki zupełnej
"f 1
N
"f = Å" "TN = Å" "TN
N
"T
TN 2
Tabela pomiarowa:
Odczyt okresu Wyznaczona Odczyt okresu Wyznaczona
za pomocą z okresu bezpośredni z okresu
kursorów częstotliwość (stała osc*l.dz.) częstotliwość "TN "fN
Tk [µ µs] fb=1/T [kHz] [µ [Hz]
µs] fk=1/T [kHz] Tb [µ µs]
µ µ µ
µ µ µ
Częstotliwość f1
Częstotliwość f2
Częstotliwość f3
b) Pomiar metodą porównawczą  krzywych Lissajous
Wyznaczyć częstotliwość dla różnych przebiegów sinusoidalnych ( f1, f2, f3 ).
Zestawić poniższy układ pomiarowy:
ZASILACZ SIECIOWY
-12
+12
GENERATOR BADANY OSCYLOSKOP
GENERATOR FUNKCYJNY
HM 404
9205C
f1
OUT
f2 CHI (X) CHII (Y)
OUT PUT
f3
6
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
Przed zestawieniem układu pomiarowego należy przejść na pracę oscyloskopu w trybie
odchylania XY i ustawić plamkę świetlną na środku ekranu potencjometrem  X  POS , oraz
 Y  POS . Przejście oscyloskopu z pracy w trybie odchylania Yt na pracę w trybie
odchylania XY (z wyłączoną podstawą czasu) i z powrotem dokonujemy przez dłuższe
naciśnięcie przycisku  DUAL , co jest sygnalizowane pojawieniem się na ekranie
oscyloskopu symbolu XY.
Uwaga! przy dłuższym braku odchylania poziomego istnieje możliwość wypalenia
luminoforu.
Generator funkcyjny użyty jako wzorcowy  typu 9205C ustawić na pracę generatora przez
wyciśnięcie przycisku  OSC/COUNT , oraz wybrać przebieg sinusoidalny przycisk
 function ~ .
DekadÄ™  RANGE ustawić na zakres × 10 kHz. CzÄ™stotliwość generatora wzorcowego
(generator funkcyjny) regulować tak, aby stosunek obu częstotliwości ( mierzonej
i wzorcowej ) był stały i równy liczbie całkowitej lub stosunkowi dwóch liczb całkowitych to
uzyskany obraz jest nieruchomy.
Otrzymaną figurę przeciąć liniami: poziomą równoległą do osi X i pionową równoległą do
osi Y poprowadzonymi tak, aby nie przechodziły przez punkty węzłowe figury.
Wyznaczyć kolejno:
- badaną częstotliwość fk na podstawie liczby przecięć figury z obu liniami z zależności:
N
y
fk = fw Å"
N
x
fw  częstotliwość generatora wzorcowego
Nx  liczba przecięć figury z linią poziomą
Ny  liczba przecięć figury z linią pionową
- błąd średniokwadratowy:
f = fśr ą Sf
1
Sf = - fśr )2
"(fmi
n -1
i
Tabela pomiarowa:
N N
Badana y y
fk = fw Å" [Hz]
fw [Hz]
fśr [Hz] Sf [Hz]
częstotliwość N N
x x
1
Częstotliwość f1
2
3
1
Częstotliwość f2
2
3
1
Częstotliwość f3
2
3
7
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
2. Pomiar częstotliwości przebiegów okresowych za pomocą
częstościomierza cyfrowego.
a) Sprawdzenie poprawności działania przelicznika  test
W tym celu należy:
- włączyć funkcję autokontroli  SELF CHECK  załączona dioda w panelu funkcyjnym
- uruchomić pomiar przez wyłączenie trybu  HOLD ( dioda zgaszona )
- wybrać okres bramki z zakresu: 0.01, 0.1, 1, 10 [s]
- sprawdzić czy wskazania wyświetlacza dla poszczególnych okresów bramki są zgodne
z wartościami podanymi w poniższej tabeli:
Okres bramki Odczyt
0.01s 10000.0 Ä…0.1 kHz
0.1s 10000.00 Ä…0.01 kHZ
1s 10000.000 Ä…0.001 kHZ
10s OVER 00000.0000 Ä…0.0001 kHz
b) Pomiar częstotliwości z automatycznym i ręcznym wyborem zakresu
Wyznaczyć częstotliwość trzech różnych przebiegów sinusoidalnych oznaczonych ( f1, f2, f3 )
badanego generatora. Otrzymane wyniki, można je uznać za wzorcowe, porównać z
wartościami częstotliwości uzyskanymi przy pomiarze metodą bezpośrednią i krzywych
Lissajous.
Pomiar częstotliwości z automatycznym wyborem zakresu
W tym celu należy:
- włączyć w panelu funkcyjnym funkcję  FREQ. A LOW
- uruchomić pomiar przez wyłączenie trybu  HOLD (dioda zgaszona )
- na wejście  CH A podać sygnał badany
- potencjometrem  DC LEVEL wyregulować poziom wyzwalania gdy jest to konieczne
- pomiar można unieruchomić przez włączenie trybu  HOLD ( dioda załączona )
Pomiar częstotliwości z ręcznym wyborem zakresu
odbywa się tak samo jak wyżej tylko z tą różnicą, że wybiera się okres otwarcia bramki.
8
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
3. Pomiar przesunięcia fazowego czwórnika za pomocą oscyloskopu.
a) Metoda porównawcza
Wyznaczyć przesunięcie fazowe czwórnika liniowego ( układu RC), przez porównanie dwóch
przebiegów sinusoidalnych  wejściowego i wyjściowego.
Zestawić poniższy układ pomiarowy:
GENERATOR FUNKCYJNY OSCYLOSKOP
9205C HM 404
CZWÓRNIK
CHI (Y ) CHII (Y )
2
RC 1
OUT PUT
Na generatorze funkcyjnym typu 9205C ustawić przebieg sinusoidalny o częstotliwości
ok. 850Hz.
Przed zestawieniem układu pomiarowego należy pokryć ze sobą poziome osie zerowe obu
kanałów oscyloskopu regulując odpowiednio potencjometrem  Y  POS I lub  Y  POS II ,
oraz sprawdzić przesunięcie fazowe miedzy torem YI ( CH I ) i YII ( CH II ) przez połączenie
obu wejść razem za pomocą trójnika i doprowadzenie do nich jednego z badanych sygnałów.
Poprzez regulacjÄ™ wzmocnienia w obu torach potencjometrami  VOLTS DIV obrazy obu
przebiegów powinny się pokryć. Częstotliwość generatora podstawy czasu powinna być tak
dobrana, aby otrzymany obraz był nieruchomy.
Oglądanie obu przebiegów jednocześnie odbywa się przez krótkie naciśniecie przycisku
 DUAL
Wyznaczyć kolejno:
- przesunięcie fazowe Ć poprzez pomiar: odległości między punktami przecięcia obu
przebiegów z osią zerową (a ), długości odcinka odpowiadającego okresowi przebiegu (b )
a
Õ = 2Ä„ Å"
b
- błąd względny pomiaru metodą różniczki zupełnej
"Õ "Õ "a a Å" "b
"Õ = Å" "a + Å" "b = 2Ä„ + - 2Ä„
"a "b b Å" b2 Å"
9
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
b) Metoda elipsy
Wyznaczyć przesunięcie fazowe czwórnika liniowego za pomocą elipsy.
Zestawić poniższy układ pomiarowy:
GENERATOR FUNKCYJNY OSCYLOSKOP
9205C HM 404
CZWÓRNIK
CHII (Y) CHI (X)
RC
OUT PUT
Na generatorze ustawić tą samą częstotliwość ok. 850Hz
Generator funkcyjny ustawić tak samo jak w ćwiczeniu 1b).
Oscyloskop ustawić na pracę w trybie odchylania XY  patrz ćwiczenie 1b).
Sposób wyznaczania parametrów Ym, y0 przedstawiono poniżej:
Wymiar i położenie elipsy zależy od wzmocnienia w torach XY.
Wyznaczyć kolejno:
- przesunięcie fazowe ze wzoru:
y0 x0
Õ = arcsin = arcsin
Ym Xm
- błąd względny pomiaru metodą różniczki zupełnej:
"Õ "Õ "y0 y0 Å" "Ym
"Õ = Å" "y0 + Å" "Ym = +
2 2
"y0 "Ym
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
y0 y0
2
Ym Å" 1- ìÅ‚ ÷Å‚ Ym Å" 1 - ìÅ‚ ÷Å‚
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
Ym Ym
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
10
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
4. Wyznaczanie charakterystyk statycznych elementów elektronicznych za
pomocÄ… oscyloskopu:
a) dioda prostownicza
Zestawić poniższy układ pomiarowy:
GENERATOR
WY
Ustawić na generatorze funkcyjnym typu 9205C przebieg sinusoidalny o parametrach:
f = 100 Hz, U = Umax
Obrócić wejście Y oscyloskopu o 180 0 przez dłuższe naciśnięcie przycisku  INV
W trakcie pomiaru należy korzystać ze stałoprądowego rodzaju wejścia  DC
(przycisk AC / DC).
Wykreślić z ekranu oscyloskopu charakterystykę statyczną diody I = f ( U )
Odczytać z charakterystyki:
- napięcie progowe diody Up
- wzmocnienia w torach X i Y
b) dioda Zenera
Zestawić poniższy układ pomiarowy:
GENERATOR
WY
Ustawić na generatorze funkcyjnym typu 9205C przebieg sinusoidalny o parametrach:
f = 100 Hz, U = Umax
Obrócić wejście Y oscyloskopu o 180 0 przez dłuższe naciśnięcie przycisku  INV
W trakcie pomiaru należy korzystać ze stałoprądowego rodzaju wejścia  DC
(przycisk AC / DC).
Wykreślić z ekranu oscyloskopu charakterystykę statyczną diody I = f ( U )
Odczytać z charakterystyki:
- napięcie progowe diody Up
- napięcie Zenera Uz
- wzmocnienia w torach X i Y
11
X
OSCYLOSKOP
Y
X
OSCYLOSKOP
Y
PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
___________________________________________________________________________
Spis przyrządów i elementów potrzebnych do wykonania ćwiczenia.
1. Oscyloskop analogowy Hammeg Instrument HM 404.
2. Generator funkcyjny typu MXG - 8810.
3. Częstościomierz cyfrowy model U2000A.
4. Zasilacz sieciowy (+12V,-12V).
5. Obiekt - generator badany.
6. Obiekt - czwórnik RC i CR.
7. Obiekt - dioda prostownicza i dioda Zenera.
Niniejsza instrukcja została opracowana przez dr inż. Jacka Nalepę na podstawie pracy
dyplomowej  Opracowanie i wykonanie stanowiska laboratoryjnego na
temat:  Pomiarowe zastosowanie oscyloskopu wykonanej przez Artura Ciepińskiego i
Tomasza Cierpicha.
12