8. POMIARY OSCYLOSKOPOWE - Ćwiczenie nr 2
8.1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z oscyloskopem cyfrowym oraz jego praktycznymi
zastosowaniami. W trakcie ćwiczenia wykonywane jest wzorcowanie kanału Y,
dokonywane są pomiary napięcia i czasu metodami analogowymi i cyfrowymi, pomiary
napięć różnicowych, pomiary parametrów impulsów, obserwacja i rejestracja
pojedynczych impulsów w pracy cyfrowej, obserwacja przebiegów w układach cyfrowych
oraz obserwacja charakterystyk I = f(U) diod półprzewodnikowych.
8.2. Wprowadzenie
8.2.1. Budowa i właściwości oscyloskopu
8.2.1.1. Zasada działania
Oscyloskop jest przyrządem pomiarowym służącym do mierzenia lub obserwacji
przebiegów elektrycznych. Do wytworzenia obrazu przedstawiającego chwilowe napięcie
w funkcji czasu wykorzystano lampę oscyloskopową. Lampa zapewnia przetwarzanie
napięcia chwilowego na przemieszczenie wiązki elektronów. Przemieszczenie jest
obserwowane na fluorescencyjnym ekranie jako przemieszczenie plamki świecącej. Na rys.
8.1 przedstawiono schemat blokowy oscyloskopu dwukanałowego.
Mierzony sygnał przez dzielnik wejściowy o skokowo regulowanej wartości tłumienia
steruje wzmacniaczem o skokowej i płynnej regulacji wzmocnienia. Regulacja skokowa
tłumienia i wzmocnienia jest realizowana wspólnym przełącznikiem. Zadaniem dzielnika
jest zmniejszenie sygnału wejściowego do wartości zależnej od czułości wzmacniacza i
wymaganej wysokości obrazu na ekranie. Pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia
umożliwia uzyskanie obrazu przebiegu o dogodnej do obserwacji wysokości.
Realizuje się oscyloskopy wielokanałowe do równoczesnego obserwowania większej
liczby niezależnych sygnałów. Typowe są oscyloskopy dwukanałowe. Wielokanałowość
realizuje się za pomocą komutacji sygnałów wejściowych. Przełącznik elektroniczny
przełącza sygnał z kilku (na rys. 8.1 z dwóch) wzmacniaczy wejściowych na jeden
wspólny tor sterujący lampą oscyloskopową.
Opis pracy przełącznika elektronicznego przedstawiony będzie w dalszej części
wprowadzenia. W torze wspólnym kanału Y znajduje się linia opóz
niająca i wzmacniacz
sterujący symetrycznie płytki odchylania pionowego lampy oscyloskopowej. Pokrętło
przesuwu ustala położenie obrazu na ekranie w kierunku pionowym oddzielnie dla każdego
kanału w dogodnym miejscu ekranu.
Z każdego kanału Y może być pobrany mierzony sygnał, którego zadaniem jest
uzyskanie synchronizacji podstawy czasu z mierzonym przebiegiem. Sygnał
synchronizujący steruje układy wyzwalania i generacji podstawy czasu. Układ podstawy
czasu generuje piłokształtne napięcie liniowo narastające. Napięcie to po wzmocnieniu we
wzmacniaczu odchylania poziomego X steruje symetrycznie płytki odchylania X lampy
oscyloskopowej.
58
przesuw Y1
DC
WE Y1
AC
Dzielnik Wzmacniacz
GND przełącznik elektroniczny
1
Wzmacniacz
Linia
odchylania Uy
opóz
niająca
poziomego X
2
DC
WE Y2
AC
Dzielnik Wzmacniacz
Sterowanie
GND
komutacją
Y
kanałów
lampa
X X
przesuw Y2
oscyloskopowa
Y
wyzwalanie
wewnętrzne
Formowanie Generator
Wzmacniacz
wyzwalanie
Ux
impulsów liniowej odchylania
zewnętrzne
poziomego X
wyzwalających podstawy czasu
sieć 50Hz wybór zbocza
Przesuw X
WE X
Rys. 8.1. Schemat blokowy oscyloskopu dwukanałowego
Obecnie coraz powszechniejsze zastosowanie znajdują oscyloskopy cyfrowe i
analogowo-cyfrowe. Uproszczony schemat oscyloskopu analogowo-cyfrowego
przedstawiony jest na rys. 8.2. W zależności od położenia przełącznika oscyloskop ten
może pracować jako klasyczny oscyloskop analogowy lub jako oscyloskop cyfrowy.
Wzmacniacz
z linią
opóz
niającą
Wzmacniacz
wejściowy
Układ Układ Wzmacniacz
Pamięć
Przetwornik
próbk. pam. rekonstrukcji odchylania
cyfrowa
a/c
S&H przebiegu pionowego Y
WE Y
Y
X X
Mikrokomputer
sterujący
Y
Wzmacniacz
Generator cyfrowej Wzmacniacz
sygnału i analogowej
odchylania
synchronizującego podstawy czasu poziomego X
Interfejs
GPIB,
RS 232
wyjście cyfrowe
Rys. 8.2. Schemat blokowy oscyloskopu analogowo-cyfrowego
Badany przebieg jest doprowadzony do analogowego wzmacniacza wejściowego,
zawierającego tłumiki, układy zmiany sprzężenia (wejście zmienno lub stałoprądowe) i
przesuwu pionowego.
59
W trybie pracy analogowej sygnał ze wzmacniacza wejściowego po wzmocnieniu we
wzmacniaczu z linią opóz
niającą podawany jest na wzmacniacz odchylania pionowego a
następnie na płytki Y.
Przy pracy cyfrowej sygnał ze wzmacniacza wejściowego podawany jest na układ
próbkująco-pamiętający S&H (ang. sample and hold). W układzie S&H zostaje pobrana i
zapamiętana analogowa wartość chwilowa przebiegu w chwili jego próbkowania. O chwili
próbkowania i częstotliwości próbkowania decyduje układ sterowania zrealizowany
najczęściej w postaci mikrokomputera.
Zapamiętana w postaci analogowej w układzie S&H wartość chwilowa przebiegu
zostaje następnie przetworzona na słowo cyfrowe w przetworniku analogowo-cyfrowym.
Liczba bitów w słowie decyduje o rozdzielczości w pionie oscyloskopu cyfrowego.
Najczęściej stosowane jest słowo 8 bitowe.
Słowo cyfrowe, odpowiadające jednej pobranej próbce przebiegu, zostaje zapamiętane
w postaci cyfrowej. W celu zapamiętania całego przebiegu należy pobrać wiele próbek w
odstępach czasu wynikających z częstotliwości próbkowania. Liczba próbek na jaką został
podzielony przebieg nosi nazwę rekordu.
Zapamiętany przebieg, po pobraniu go z pamięci cyfrowej, steruje układem
rekonstrukcji przebiegu. Podstawowym elementem tego układu jest przetwornik cyfrowo-
analogowy. Na ekranie lampy oscyloskopowej uzyskujemy obraz przebiegu w postaci
kropek, o których położeniu w kierunku pionowym decyduje przetwornik cyfrowo-
analogowy, a w kierunku osi poziomej generator cyfrowej podstawy czasu.
Mierzony przebieg może być zamrożony na stałe w pamięci i pomimo odjęcia sygnału
od wejścia oscyloskopu może być odtwarzany dowolnie długo na ekranie. Możliwe jest
również uzyskanie obrazu aktywnego (tzw. praca z odświeżaniem) przez okresowe
kasowanie zawartości pamięci i ponowne jej wypełnianie sygnałem o aktualnym kształcie.
Wzmacniacz sygnału synchronizującego pobiera sygnał mierzony w postaci analogowej
i przesyła do mikrokomputera sterującego i generatora podstawy czasu w celu
zsynchronizowania ich pracy z badanym przebiegiem.
Oprócz możliwości bezpośredniego oglądania przebiegów na ekranie oscyloskop
cyfrowy pozwala na przesłanie ich w postaci cyfrowej poprzez interfejs do dalszej obróbki
i analizy. Interfejs taki pozwala również na zdalne sterowanie nastawami oscyloskopu i
organizację pobierania próbek (ilość próbek w rekordzie, moment rozpoczęcia
próbkowania, ilość zarejestrowanych rekordów). Najczęściej wykorzystywany w tym celu
jest interfejs RS 232 i GPIB.
Obserwacja napięcia zmiennego na ekranie lampy wymaga jednoczesnego
oddziaływania na strumień elektronów dwu sił. Odchylenie plamki w kierunku pionowym
jest proporcjonalne do napięcia mierzonego (dołączonego do wejścia Y), a odchylenie
plamki w kierunku poziomym musi być wprost proporcjonalne do czasu, co uzyskuje się
przez doprowadzenie do płytek X napięcia narastającego liniowo w funkcji czasu.
Ponieważ ekran ma skończone wymiary, dlatego plamka po dojściu do prawego skraju
pola ekranu musi powrócić z powrotem, a napięcie odchylające powinno zmaleć do swej
wartości początkowej. Wytworzony w ten sposób sygnał jest piłokształtny. Zasadę
powstawania obrazu na ekranie pokazano na rys. 8.3.
Liniowo narastające napięcie przesuwa plamkę w prawo wzdłuż osi X. Ruch powrotny
plamki odbywa się ze skończoną prędkością, co mogłoby spowodować rysowanie na
ekranie rozciągniętego w czasie fragmentu przebiegu. Aby temu zapobiec, w czasie trwania
ruchu powrotnego plamki, do siatki lampy oscyloskopowej doprowadza się ujemny impuls
wygaszający strumień elektronów.
60
Obraz na ekranie
Uy
3
3
4
2
4
2
1
5
5
1
6
0 6
0 12
11
7
11
7 8
10
8
10
9
9
t
0
Ux
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
11
t
Rys. 8.3. Powstawanie obrazu na ekranie przy sterowaniu płytek X napięciem
piłokształtnym, płytek Y napięciem sinusoidalnym
8.2.1.2. Synchronizacja obrazu
Aby obraz na ekranie mógł być obserwowany, powinien pojawiać się wielokrotnie
w tym samym miejscu, a więc napięcie piłokształtne musi powtarzać się zgodnie
z mierzonym sygnałem. Zgodność wzajemnego położenia napięcia podstawy czasu
i sygnału jest warunkiem koniecznym do nałożenia na siebie kolejnych obrazów, a co za
tym idzie powstania nieruchomego (dla oka) obrazu na ekranie. Tę zgodność zapewniają w
oscyloskopie układy synchronizacji.
Synchronizowanie polega na oddziaływaniu sygnału synchronizującego na
częstotliwość powtarzania generowanego napięcia podstawy czasu. W wyniku takiego
oddziaływania zapewnia się zrównanie lub stałą krotność częstotliwości powtarzania
generowanego napięcia podstawy czasu z częstotliwością przebiegu synchronizującego. Są
dwa rodzaje wyzwalania układu generatora podstawy czasu: automatyczne i normalne.
W pierwszym przypadku generator podstawy czasu pracuje w sposób ciągły. Generuje
napięcie piłokształtne również wtedy, gdy do jego wejścia nie dochodzą impulsy z układu
formowania impulsów synchronizacji. Rys. 8.4 ilustruje działanie automatycznie
wyzwalanej podstawy czasu.
W przypadku braku sygnału Uy plamka rysuje linię poziomą na osi X z prędkością
zadaną przez nastawę współczynnika czasu [s/cm]. Po dołączeniu sygnału Uy pojawiają się
na wejściu generatora impulsy wyzwalające, które przestrajają częstotliwość generatora do
wartości, dla której zachodzi synchronizacja przez wymuszenie krótszego czasu
oczekiwania to' między cyklami roboczymi generatora podstawy czasu. Nieprawidłowe
ustawienie poziomu wyzwalania powoduje brak efektu synchronizacji.
Synchronizację tego rodzaju stosuje się przede wszystkim podczas przygotowania
oscyloskopu do pomiarów w celu wytworzenia obrazu na ekranie i ustalenia jego
wymiarów. Ten tryb synchronizacji jest możliwy do wykorzystania tylko dla obserwacji
przebiegów okresowych.
61
poziom wyzwalania za wysoki
Uy
poziom wyzwalania
zbocze "+"
t
impulsy
wyzwalające
t
Ux
'
t
to to' to to
obraz
na ekranie
Rys. 8.4. Ilustracja działania oscyloskopu przy automatycznie wyzwalanej podstawie czasu
Ważną właściwością generatora podstawy czasu jest to, że jest on nieczuły na impulsy
wyzwalające podczas trwania cyklu roboczego oraz że nie mają one wpływu na czas
narastania napięcia piłokształtnego. Te właściwości generatora obowiązują również
podczas wyzwalania normalnego.
W trybie pracy normalnie wyzwalanej generator podstawy czasu generuje jeden cykl
roboczy tylko po otrzymaniu impulsu wyzwalającego. W czasie nieobecności sygnału Uy
podstawa czasu nie pracuje i plamka świetlna znajduje się z lewej strony ekranu w stanie
oczekiwania (wygaszenia). Zasadę działania normalnie wyzwalanej podstawy czasu
ilustruje rys. 8.5.
Przychodzący sygnał wytwarza impuls, który wyzwala jednorazowo podstawę czasu.
Wybór dogodnego punktu na mierzonym przebiegu, od którego chcemy, by nastąpiło
wyzwalanie podstawy czasu, jest uzależniony od poziomu wyzwalania i stanu przełącznika
wyboru zbocza. W położeniu "+" przełącznika wyboru zbocza podstawa czasu będzie
wyzwalana narastającym zboczem przebiegu, a w położeniu "-" zboczem opadającym
przebiegu. Normalnie wyzwalana podstawa czasu umożliwia obserwację dowolnego
przebiegu: okresowego, nieokresowego, pojedynczego impulsu itp.
Start podstawy czasu na skutek skończonej bezwładności układów elektronicznych
następuje z pewnym opóz
nieniem w stosunku do sygnału synchronizującego. Jeżeli
przebiegiem badanym jest impuls o krótkim czasie narastania, to plamka na ekranie
startująca z opóz
nieniem nie narysuje przedniego zbocza impulsu.
Aby uzyskać pełny obraz, należy badany przebieg doprowadzić do płytek Y
z opóz
nieniem większym niż opóz
nienie startu podstawy czasu i opóz
nienie wprowadzane
przez wzmacniacz X. Uzyskuje się to przez dodanie przed wzmacniaczem odchylania
pionowego linii opóz
niającej, o czasie opóz
nienia ok. 0,1�0,2 �s.
Wadą omówionego trybu wywalania jest brak obrazu przy braku sygnału Uy, ale
również przy nieodpowiednim, zbyt wysokim (niskim) poziomie wyzwalania.
62
poziom wyzwalania za wysoki
Uy
poziom wyzwalania
zbocze "+"
t
impulsy
wyzwalajace
t
Ux
t
obraz
na ekranie
wygaszony wygaszony
Rys. 8.5. Zasada działania oscyloskopu przy normalnie wyzwalanej podstawie czasu
Sygnał synchronizujący w układzie formowania przyjmuje postać impulsów
synchronizujących. Zależnie od z
ródła sygnału synchronizującego rozróżnia się
synchronizację wewnętrzną, zewnętrzną, 50 Hz (z sieci energetycznej). Wewnętrzna
oznacza doprowadzenie sygnału synchronizującego z toru Y1 lub Y2 (odgałęzienie
wewnątrz oscyloskopu). Zewnętrzna synchronizacja musi korzystać z sygnału związanego
ze z
ródłem badanym, lecz doprowadzona jest osobnym przewodem.
8.2.1.3. Jednoczesna obserwacja wielu przebiegów na ekranie
Przy pomiarach skomplikowanych urządzeń elektronicznych często zachodzi
konieczność jednoczesnej obserwacji dwu lub więcej przebiegów. Możliwe jest to, jak już
wcześniej wspomniano, przy zastosowaniu oscyloskopu z przełącznikiem elektronicznym.
Przełącznik elektroniczny przełącza sygnały z kilku wzmacniaczy wejściowych (na rys. 8.1
z dwóch) na jeden wspólny tor sterujący płytkami Y lampy oscyloskopowej. Najbardziej
popularny jest układ przełącznika dwukanałowego i taki zostanie niżej omówiony.
Przełącznik może mieć dwa tryby pracy:
" praca przemienna (alternating)
" praca siekana (chopped)
W sposobie pierwszym przełączanie kanałów zachodzi w czasie ruchu powrotnego
plamki na ekranie i odbywa się z każdym ruchem powrotnym plamki. Podstawa czasu
rysuje zatem na ekranie cały przebieg z toru Y1, a następnie z toru Y2. Obraz obu
przebiegów powstaje na przemian. Dzięki bezwładności oka ludzkiego obrazy "nakładają
się" i są odbierane jako równoczesne. Rys. 8.6 ilustruje tryb pracy przemiennej. Ten rodzaj
pracy jest możliwy tylko przy przebiegach periodycznych. Częstotliwość powtarzania
każdego obrazu na ekranie jest dwukrotnie mniejsza niż w przypadku pracy
jednokanałowej. Dlatego przy badanych przebiegach małej częstotliwości powstaje
migotanie obrazu.
63
Uy1
t
Uy2
t
Ux
t
Uy
obraz
na ekranie t
Rys. 8.6. Ilustracja pracy przełącznika elektronicznego w oscyloskopie dwukanałowym
w trybie przemiennym
Uy1
t
Uy2
t
Ux
t
Uy
obraz
na ekranie
t
Rys. 8.7. Ilustracja pracy przełącznika elektronicznego w oscyloskopie dwukanałowym
w trybie siekanym
Wady tej pozbawiona jest praca siekana, polegająca na tym, ze przełącznik
elektroniczny przełącza się wielokrotnie w trakcie trwania przebiegu liniowej podstawy
64
czasu. Rys. 8.7 ilustruje tryb pracy siekanej. Ponieważ przełączanie nie jest synchroniczne
z podstawą czasu, dlatego nałożone na siebie posiekane obrazy zakrywają przerwy.
Tryb pracy siekanej stosuje się w dwóch przypadkach: przy pomiarze sygnałów o małej
częstotliwości, w celu zmniejszenia migotania obrazu , oraz przy obserwacji dwu
przebiegów jednorazowych (nieokresowych). Typowa wartość częstotliwości przełączania
przy pracy siekanej wynosi od setek kHz do kilku MHz.
Oscyloskopy z dwoma kanałami Y (wzmacniaczami) mają możliwość sumowania lub
odejmowania algebraicznego obu przebiegów.
Typowe są następujące rodzaje pracy:
" pracuje tylko kanał Y1. Przełącznik elektroniczny ustawiony jest w pozycji 1 (rys. 8.1);
" pracuje tylko kanał Y2. Przełącznik elektroniczny ustawiony jest w pozycji 2;
" na ekranie ogląda się jeden obraz, który jest sumą lub różnicą przebiegów wejściowych
z toru Y1 i Y2 (ąY1ąY2).
Przed dołączeniem sygnału należy ustalić poziomą linię odniesienia, stosując
automatyczną synchronizację generatora podstawy czasu.
8.2.2. Podstawowe zasady obserwacji przebiegów za pomocą oscyloskopu
W celu eliminacji zakłóceń pochodzących od zewnętrznych pól elektrycznych,
szczególnie przy pomiarach małych sygnałów, do łączenia przyrządów pomiarowych
wykorzystuje się przewody koncentryczne. Przewód taki składa się z przewodu
sygnałowego, nazywanego przewodem "gorącym", i otaczającego go ekranu, nazywanego
przewodem "zimnym". Przewód gorący łączy się ze z
ródłem sygnału, natomiast przewód
zimny łączy się z masą układu.
wtyk BNC
przewód gorący (czerwony)
przewód zimny (czarny)
Rys. 8.8. Konstrukcja przewodów połączeniowych BNC  bananki
Przewody koncentryczne zakończone są wtykami BNC lub banankami. Wtyki BNC
łączy się z odpowiadającymi im gniazdami BNC przez lekkie wciśnięcie wtyku i obrót w
prawo (zgodnie z ruchem wskazówek zegara). Rozłączenia dokonuje się przez wciśnięcie
wtyku i obrót w lewo. W przypadku potrzeby dołączenia do jednego gniazda BNC dwóch
przewodów należy skorzystać z trójnika BNC.
Konstrukcja wtyków i gniazd BNC eliminuje możliwość omyłkowej zamiany przewodu
gorącego z zimnym. W przewodach koncentrycznych zakończonych banankami (rys. 8.8)
konieczne jest rozróżnienie przewodu gorącego i zimnego. Najczęściej przewód gorący
oznacza się kolorem czerwonym, natomiast przewód zimny kolorem czarnym lub
niebieskim.
Przewody zimne łączymy zawsze z masą układu, natomiast przewody gorące ze
z
ródłami sygnału. Ewentualna pomyłka i dołączenie przewodu zimnego do z
ródła sygnału
może spowodować uszkodzenie badanego układu.
65
I [mA]
60
50
40
30
20
10
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 U [V]
Rys. 8.9. Przykład oscylogramu przebiegów dołączonych do kanału X i Y
W trakcie pomiarów z wykorzystaniem oscyloskopu należy do sprawozdania dołączyć
oscylogramy. Oscylogramy należy wykonywać na papierze milimetrowym. Każdy
oscylogram powinien mieć zaznaczone położenie linii zerowej, a oscylogramy z
wykorzystaniem kanału X położenie początku układu współrzędnych, tj. położenie
spoczynkowe plamki przed dołączeniem napięcia do układu. Oscylogramy powinny mieć
również opisane osie. Przykładowy oscylogram zamieszczony jest na rys. 8.9.
8.2.3. Obsługa oscyloskopu Metrix OX 8040
Oscyloskop OX 8040 firmy Metrix jest dwukanałowym oscyloskopem mogącym
pracować w dwóch trybach pracy  analogowym i cyfrowym.
W trybie analogowym przyrząd umożliwia obserwację przebiegów w zakresie
częstotliwości do 40 MHz, pozwala na wykonywanie pomiarów napięcia i czasu z
wykorzystaniem kursorów oraz na wykonywanie automatycznych pomiarów parametrów
przebiegów okresowych takich jak wartość skuteczna, wartość średnia, częstotliwość,
okres, współczynnik wypełnienia, szerokość impulsów, czas narastania, czas opadania.
Wyniki pomiarów w postaci cyfrowej są wyświetlane na ekranie oscyloskopu.
W trybie cyfrowym oscyloskop umożliwia zapamiętywanie i analizę zjawisk
jednorazowych, obserwację przebiegów wolnozmiennych do 200 s/cm, obserwację
przebiegów przed wyzwoleniem. Maksymalna częstotliwość próbkowania oscyloskopu
wynosi 50 Mpróbek/sekundę. Oscyloskop pozwala na wydruk obserwowanego przebiegu,
a także zapamiętanie go w postaci zbioru przez komputer. Przyrząd posiada wbudowany
interfejs RS 232 programowany zgodnie z protokołem SCPI.
Wygląd płyty czołowej przedstawiono na rys. 8.10. Poszczególne pokrętła i przyciski
oscyloskopu zgrupowano w blokach tematycznych. Włączone funkcje są sygnalizowane
przez podświetlenie odpowiednich napisów lub symboli.
66
Rys.8.10. Płyta czołowa oscyloskopu
Poniżej przedstawiono opis elementów wyszczególnionych na płycie czołowej:
1  uaktywnienie pomiarów z wykorzystaniem kursorów,
2  przesuw kursora, zmiana aktywnego kursora, przesuw w poziomie w trybie pracy cyfrowej,
3  korekta nachylenia linii zerowej,
4  włączenie regulacji jaskrawości tekstu wyświetlanego na ekranie,
5  regulacja jaskrawości,
6  skokowa zmiana stałej napięciowej w kanale CH1,
7  włącznik funkcji AUTOSET,
8  przesuw w pionie w kanale CH1,
9,11  wybór trybu pracy: CH1, CH2, DUAL, ADD, MULT, XY,
10  przesuw w poziomie,
12  skokowa zmiana stałej napięciowej w kanale CH2,
13  przesuw w pionie w kanale CH2,
14  tryb pracy odwracającej kanału CH2 ,
15  mnożnik podstawy czasu x 10,
16  pokrętło regulacji poziomu wyzwalania,
17  wybór zbocza sygnału wyzwalającego,
18  przełącznik wyzwalania normalne/automatyczne,
19  wybór współczynnika podstawy czasu,
20,21  wybór z
ródła sygnałów wyzwalających: CH1, CH2, ALT, LINE, EXT,
22,24  wybór rodzaju sprzężenia sygnałów wyzwalających DC, AC, LFR, TV,
23  wejście zewnętrznego wyzwalania podstawy czasu,
25  wybór rodzaju sprzężenia w kanale CH1: AC, DC, GND,
26  gniazdo sygnału wejściowego kanału CH2,
27  pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia kanału CH2,
28  gniazdo sygnału do korekcji sondy,
29  wybór rodzaju sprzężenia w kanale CH2: AC, DC, GND,
30  gniazdo sygnału wejściowego kanału CH1,
31  pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia kanału CH1,
32  włączenie pomiarów automatycznych,
33  wybór kanału do pomiarów z wykorzystaniem kursorów,
34-39  wybór trybów pracy cyfrowej,
40  przełącznik praca analogowa/praca cyfrowa
41  wyłącznik zasilania
67
Ustawione parametry (stała napięciowa, współczynnik podstawy czasy itp.) są
wyświetlane na ekranie wraz z dużą liczbą pomocniczych komunikatów. Rozkład
komunikatów na ekranie pokazany jest na rys.8.11, a ich opis poniżej:
Rys. 8.11. Rozkład komunikatów na ekranie oscyloskopu
{1}  stała napięciowa kanału Y1 (CH1),
{2}  stała napięciowa Y2 (CH2),
{3}  współczynnik podstawy czasu,
{4}  wynik automatycznego lub ręcznego pomiaru w wybranym kanale,
{5}  wyświetlane kanały,
{6}  ustawiona długość rekordu,
{7}  pozycja momentu wyzwolenia w skali ekranu i rekordu,
{8}  część rekordu wyświetlana na ekranie,
{9}  wskaz
nik wybranego sposobu wyświetlania,
{10}  wskaz
nik poziomu i zbocza wyzwalania,
{11}  wskaz
nik poziomu odniesienia w osi pionowej każdego z kanałów,
{12}  przebiegi,
{13}  chwilowe komunikaty o błędach lub komunikaty pomocnicze,
{14}  status akwizycji (RUN  praca, STP - zatrzymany, RDY  gotowość),
{15}  bargraf całego rekordu (wskazuje m.in. stopień zapełnienia rekordu próbkami),
{16}  współczynnik podstawy czasu dla wyświetlanych przebiegów,
{17}  pozycja momentu wyzwolenia (położenie wyzwolenia w osi czasu),
{18}  całkowity czas akwizycji.
68
8.2.3.1. Rozpoczęcie pracy z oscyloskopem
Ustawić pokrętła jaskrawości (5), przesuwu pionowego (8) i (13), przesuwu poziomego
(10) oraz poziomu wyzwalania (16) w pozycjach pokazanych na rys.8.10. Dołączyć badany
sygnał do wejść oscyloskopu. Wcisnąć klawisz AUTOSET (7). Funkcja AUTOSET
pozwala na automatyczne dobranie poniższych parametrów oscyloskopu do sygnału
wejściowego:
" włączenie kanału jeżeli pojawi się w nim użyteczny sygnał,
" dobranie odpowiedniej wartości stałej napięciowej,
" dobranie odpowiedniego współczynnika podstawy czasu,
" ustawienie z
ródła i zbocza wyzwalania.
8.2.3.2. Wybór rodzaju pracy
Oscyloskop może pracować w dwóch trybach  analogowym i cyfrowym. Zmiana trybu
odbywa się za pomocą przycisku DIGITAL/ANALOG (40).
Tryb cyfrowy:
W trybie cyfrowym sygnał wejściowy jest próbkowany i zapamiętywany w postaci
cyfrowej. O włączonym trybie cyfrowym informuje pojawienie się bargrafu {15}. Bargraf
pokazuje jaki fragment pamięci zapisanego w pamięci jest aktualnie wyświetlany na
ekranie. Przełączniki i pokrętła działające tylko w trybie cyfrowym zgrupowane są wokół
ekranu i oznaczone są na płycie czołowej kolorem niebieskim.
Tryb analogowy:
W trybie analogowym sygnał wejściowy po wzmocnieniu w sposób analogowy jest
podawany bezpośrednio na płytki odchylające lampy oscyloskopowej. W obszarze {15}
nie jest wyświetlany bargraf. Przełączniki i pokrętła wspólne dla trybu analogowego i
cyfrowego opisane są na płycie czołowej kolorem czarnym.
8.2.3.3. Kanały oscyloskopu
Sygnały mierzone doprowadza się do gniazd wejściowych BNC oznaczonych CH1
(30) i CH2 (26). Zmiana położenia przebiegów na ekranie jest możliwa dzięki pokrętłom
POSITION (8) (10) (13). Pokrętło POSITION (10) pozwala na zmianę położenia
poziomego w analogowym trybie pracy. W trybie pracy cyfrowej zmianę położenia obrazu
w poziomie uzyskuje się przy pomocy pokrętła WINDOW (2).
Stałą napięciową w kanale CH1 i CH2 zmienia się za pomocą przełączników
VOLT/DIV (6) i(12). Wartości stałej wyświetlane są odpowiednio w polu {1} i {2} ekranu.
Rodzaj sprzężenia wzmacniacza wejściowego oscyloskopu z gniazdem wejściowym
wybierany jest za pomocą przełącznika AC/DC/GND (29) i (25) odpowiednio dla
kanałów CH1 i CH2. O wybranym sprzężeniu informuje lampka nad odpowiednim
symbolem. Zmiana sprzężenia następuje przez krótkie naciśniecie przycisku. Długie
naciśnięcie przycisku powoduje wyświetlenie linii wskazującej poziom masy GND danego
kanału.
Wyboru kanału dokonuje się przy pomocy przełączników (9) i (11):
CH1 wyświetlany jest kanał CH1,
CH2 wyświetlany jest kanał CH2,
DUAL wyświetlane są oba kanały. Dla podstawy czasu 50ns�0.5ms/cm wyświetlanie jest
w trybie naprzemiennym ALT, dla podstawy czasu 1ms�200ms/cm w trybie pracy
 siekanej CHOPPED,
69
ADD wyświetlana jest suma sygnałów z kanałów CH1 i CH2 w postaci jednego
przebiegu.,
przełącznik -CH2 (14) pozwala zanegować sygnał w kanale CH2,
MULT wyświetlany jest iloczyn sygnałów z kanałów CH1 i CH2. Tryb możliwy tylko
przy pracy cyfrowej,
XY wyświetlanie sygnałów dołączonych do kanałów CH1 i CH2 w układzie
współrzędnych prostokątnych XY. kanał CH1 jest kanałem X, kanał CH2 jest
kanałem Y.
8.2.3.4. Podstawa czasu
Wybór współczynnika podstawy czasu dokonuje się przełącznikiem T/DIV (19)
Wartość współczynnika wyświetlana jest w polu {3} na dole ekranu.
Wybór z
ródła sygnałów synchronizacji dokonuje się za pomocą przełączników
SOURCE (21) i (20):
CH1  synchronizacja przebiegiem z kanału CH1,
CH2  synchronizacja przebiegiem z kanału CH2,
ALT  synchronizacja przebiegiem z kanału z kanałów CH1 i CH2,
LINE synchronizacja częstotliwością sieci
EXT  synchronizacja przebiegiem dołączonym do wejścia EXT (23).
Przełącznik AUTO przełącza układ wyzwalania pomiędzy dwoma rodzajami pracy
NORmalnym i AUTOmatycznym. Przy wybranym rodzaju normalnym (napis AUTO
niepodświetlony) układ podstawy czasu uruchamiany jest tylko wtedy, gdy do wejścia
dołączone są sygnały spełniające ustawione warunki wyzwalania. Brak takich sygnałów
powoduje, że na ekranie nie ma żadnego obrazu.
Wybór rodzaju automatycznego (napis AUTO podświetlony) powoduje, że oscyloskop
automatycznie generuje sygnał wyzwalający podstawę czasu, przez co na ekranie nawet
przy braku sygnału kreślona jest linia pozioma
Pokrętło LEVEL (16) pozwala ustawić poziom, przy przekroczeniu którego następuje
wyzwolenie układu podstawy czasu. Na ekranie oscyloskopu widoczny jest wskaz
nik
poziomu wyzwolenia {10}. Poziom ten powinien być tak ustawiony, by znajdował się w
obrębie badanego przebiegu  przy takim ustawieniu otrzymamy stabilny i nieruchomy
obraz.
Dioda LED opisana jako TRIG jest wskaz
nikiem otrzymywania przez układ
wyzwalania oscyloskopu impulsów, które odpowiadają ustawionym kryteriom wyzwalania.
Dioda ta jest rozświetlana na okres kilkuset milisekund po otrzymaniu każdego impulsu
spełniającego warunki wyzwalania. Wybór zbocza wyzwalającego następuje
przełącznikiem (17).
Wyboru rodzaju sprzężenia sygnałów wyzwalania z układem wyzwalania dokonuje się
za pomocą przełączników COUPLING (24) i (22):
DC  sprzężenie bezpośrednie DC,
AC  sprzężenie pojemnościowe AC, eliminowana jest składowa stała,
LFR  sprzężenie przez filtr górnoprzepustowy,
HFR - sprzężenie przez filtr dolnoprzepustowy,
TV  wyzwolenie sygnałem TV.
70
8.2.3.5. Tryb praca cyfrowej
Przełączniki i nastawy dostępne w trybie pracy cyfrowej oznaczone są na płycie
czołowej kolorem niebieskim. Poszczególne klawisze, w zależności od wybranego trybu
pracy, spełniają kilka różnych funkcji. Poniżej zostaną opisane funkcje klawiszy
wykorzystywanego w ćwiczeniu menu akwizycji.
Menu sterujące akwizycją (pobieranie i wyświetlanie danych) wywoływane jest za
pomocą przycisku ACQ (35) Naciśnięcie tego przycisku powoduje pojawienie się na
ekranie następującego menu :
T:inf%
T:100%
T:75%
SGL 16k T:50% on=włączony
ROLL ETSoff 1k T:25% E:on G:on F:on off=wyłączony
REFR ETSon 8k T:0% E:off G:off F:off
40 39 38 37 36 35 34
DIGITAL/ HARDCOPY TV UTILITY SAVE ACQ RUN/STOP Opis klawiszy na płycie
ANALOG czołowej oscyloskopu
ę! ę! ę! ę! ę! ę! ę!
| | | | | | Filtr wideo używany do łączenia
| | | | | | punktów odpowiadającym próbkom.
| | | | | Tryb  glitch , pozwalający na zarejestrowanie
| | | | | krótkotrwałych impulsów (szerokość e" 20ns).
| | | | Tryb  envelope pozwalający rejestrować obwiednię
sygnału.
| | | Pozycja momentu wyzwolenia w procentach długości rekordu.
| | Długość rekordu (pamięć akwizycji).
| Tryb ETS (ang. Equivalent Time Sampling - próbkowanie w czasie ekwiwalentnym).
| Jeżeli ETS=on to przy podstawie czasu od 1�s do 10ns/cm oscyloskop próbkuje z
| ekwiwalentną częstotliwością odpowiadającą 10Gpróbkom/s. Może być stosowany
| tylko do przebiegów okresowych.
Tryby akwizycji:
SGL tryb jednorazowy. Przygotowanie do przyjęcia nowego sygnału za pomocą przycisku
RUN/STOP (34). Status akwizycji wyświetlany jest w obszarze {14} ekranu:
STP - stop,
RDY - gotowy do nowej akwizycji,
RUN - akwizycja w toku.
ROLL tryb biegnący, przypomina pracę rejestratora. Kolejne, nowe próbki pozyskane w czasie
akwizycji pojawiają się od prawej krawędzi ekranu przesuwając dotychczasowe próbki w
lewo.
REFR tryb powtarzalnej akwizycji. Przypomina wyświetlanie w zwykłym oscyloskopie
analogowym. Obraz przebiegu pozyskany w czasie poprzedniej akwizycji jest zastępowany
przez obraz przebiegu pozyskanego w czasie ostatniej akwizycji. Zatrzymanie akwizycji i
zamrożenie aktualnego stanu następuje przez wciśnięcie przycisku RUN/STOP (34).
Ponowne uruchomienie akwizycji następuje po powtórnym wciśnięciu przycisku
RUN/STOP.
8.2.4. Słownik terminologii angielskiej
AC - alternating current - prąd zmienny,
71
DC - direct current  prąd stały,
auto - automatycznie wyzwalana podstawa czasu,
astig - astigmatism - regulacja astygmatyzmu,
CHA - channel A - kanał YA,
CHB - channel B - kanał YB,
GND - ground - masa (przełącznik odłączający sygnał w torze odchylania
pionowego i dołączający wejście wzmacniacza do masy, służy do
ustawiania linii zerowej),
EXT - external - wyzwalanie podstawy czasu przebiegiem zewnętrznym,
fine - przesuw precyzyjny toru odchylania poziomego,
focus - regulacja ostrości,
gain - wzmocnienie (pokrętło kalibracji wzmocnienia),
hold off - czas podtrzymania (czas po którym może nastąpić powtórne wyzwolenie
podstawy czasu)
intensity - jaskrawość,
level - poziom wyzwalania,
magnifier - wzmacniacz,
NORM - normal - wyzwalana podstawa czasu,
position - przesuw toru odchylania pionowego lub poziomego,
power on - włączenie zasilania,
power off - wyłączenie zasilania,
scale illum - scale illumination - oświetlenie skali,
slope - wybór zbocza przebiegu, od którego ma nastąpić wyzwolenie podstawy
czasu ,
trig input - triggering input - wejście zewnętrznego sygnału wyzwalającego podstawę
czasu,
trig mode - triggering mode - sposób wyzwalania podstawy czasu,
trig source - triggering source - z
ródło sygnałów wyzwalających podstawę czasu,
var - variable - płynna regulacja wzmocnienia lub współczynnika podstawy czasu,
w prawym skrajnym położeniu pokrętła ("CAL") wzmocnienie lub
współczynnik podstawy czasu jest zgodny z opisem na przełączniku.
8.3. Wykaz sprzętu pomiarowego
1. Oscyloskop OX 8040
2. Generator impulsowy HM 8035
3. Generator HM 8131-2
4. Multimetr cyfrowy M-4650CR
5. Zasilacz BS-525
6. Układy laboratoryjne:
- układ całkujący,
- układy cyfrowe,
- zestaw diod półprzewodnikowych
7. Przewody połączeniowe 1 x BNC-BNC, 3 x BNC-bananki
8. Trójnik BNC, 2 zaciski laboratoryjne
72
8.4. Zadania pomiarowe
8.4.1. Wzorcowanie kanału Y oscyloskopu napięciem stałym
Celem zadania jest wyznaczenie metodą najmniejszych kwadratów stałej napięciowej
kanału, za pomocą odchylania napięciem stałym plamki o określoną liczbę działek od
położenia zerowego.
Przeprowadzić wzorcowanie kanału Y1 (CH1) dla stałej napięciowej kanału Y
Dy = 1V/cm w układzie pomiarowym podanym na rys. 8.12. Wyniki pomiarów zanotować
w tablicy 8.1. Warunkiem poprawnego wykonania ćwiczenia jest ustawienie możliwie jak
najmniejszej grubości linii, dokładne ustawienie położenia linii zerowej oraz prawidłowy
dobór zakresu multimetru M-4650CR. Pomiary przeprowadzać na zakresie 2 V multimetru
M-4650CR dla wskazywanych napięć < 2 V i na zakresie 20V dla napięć e" 2 V.
Multimetr cyfrowy
M-4650CR
V/&!
DCV
2 V lub 20 V
Com
przewód BNC-bananki
Zasilacz
Oscyloskop
BS 525
OX 8040
trójnik BNC
CH1
+
CH1 1V/cm
-
Rys.8.12. Wzorcowanie kanału Y oscyloskopu
Tablica .8.1
Y cm 1 2 3 4 -4 -3 -2 -1
Uy V
Dypom V/cm
%
�D
Dyobl V/cm
Dypom = Uy / y
Dyobl = my - współczynnik kierunkowy prostej Uy = myy + ny wyznaczony metodą
najmniejszych kwadratów (patrz p. 8.5.1. opracowania)
�D = (Dypom - Dyobl) / Dyobl
73
Przed rozpoczęciem pomiarów należy
1� przełącznikiem rodzaju pracy odchylania pionowego VERTICAL wybrać kanał CH1,
2� włączyć automatyczne wyzwalanie podstawy czasu  przełącznik AUTO
podświetlony,
3� ustawić przy pomocy pokrętła VOLT/DIV stałą napięciową kanału CH1 na 1 V/cm -
aktualna wartość stałej napięciowej jest wyświetlana w lewym dolnym rogu ekranu,
4� sprawdzić, czy pokrętło płynnej regulacji wzmocnienia VAR kanału CH1 znajduje się
w położeniu "kalibrowane" CAL (skrajne lewe położenie),
5� ustawić pokrętłem jasności INTENSITY jak najmniejszą grubość linii,
6� ustawić przełącznik rodzaju sygnału AC DC GND w położeniu GND, odłączając w
ten sposób napięcie wejściowe od oscyloskopu. Przy pomocy pokrętła POSITION
ustawić linię kreśloną przez oscyloskop na środku ekranu,
7� przestawić przełącznik w położenie DC i zwiększając napięcie z zasilacza odchylać
plamkę o wartości podane w tablicy 1, notując jednocześnie napięcia z multimetru
M-4650CR. Pamiętać o właściwym ustawieniu zakresu pomiarowego multimetru! (dla
napięć < 2 V zakres 2 V, dla napięć e" 2 V zakres 20 V). Ujemne odchylenia uzyskać
przez zmianę polaryzacji napięcia z zasilacza (zamiana miejscami przewodów
łączących oscyloskop z zaciskami "+" i "-" zasilacza).
8.4.2. Pomiary współczynnika wypełnienia przebiegu prostokątnego
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika wypełnienia przebiegu
prostokątnego zdefiniowanego:
k = (tw/T) �"100%,
gdzie: tw - czas trwania impulsu,
T - okres impulsu.
Generator impulsowy
Oscyloskop
HM 8035
OX 8040
- AMPL +
OUTPUTS
50 &! CH1 1 V/cm
CH1
50 �s/cm
FREQUENCY 2 kHz
WIDTH 200 �s
Rys. 8.13. Pomiary współczynnika wypełnienia
Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rys. 8.13. Oscyloskop powinien być dołączony do
wyjścia generatora o polaryzacji dodatniej (prawe skrajne gniazdo generatora). Aby
przygotować do pracy generator impulsowy należy:
1� sprawdzić, czy jest wybrany zakres napięcia 2 V - klawisz 2V/5V jest w pozycji
wyciśniętej  zapewni to generację impulsów o amplitudzie 4 V,
2� sprawdzić, czy przełącznik odwracania impulsu jest w pozycji wyciśniętej,
74
3� pokrętło skokowej regulacji częstotliwości FREQUENCY ustawić w pozycji 2 k,
natomiast czerwone pokrętło płynnej regulacji częstotliwości delikatnie skręcić do
prawej skrajnej pozycji,
4� pokrętło skokowej regulacji szerokości impulsu WIDTH ustawić w pozycji 200 �s,
natomiast czerwone pokrętło płynnej regulacji szerokości impulsów przekręcić do
lewej skrajne pozycji,
5� niebieskie pokrętło płynnej regulacji amplitudy ustawić w prawej skrajnej pozycji.
Przed pomiarami przy pomocy pokrętła HORIZONTAL ustawić współczynnik
podstawy czasu na 50 �s/cm - aktualna wartości współczynnika podstawy czasu jest
wyświetlana u dołu ekranu.
Aby uzyskać stabilny obraz przy pomocy pokrętła LEVEL ustawić poziom wyzwalania
automatycznej podstawy czasu tak aby znacznik poziomu wyzwalania znajdował się w
obrębie wyświetlanego przebiegu prostokątnego.
Tablica 8.2
Pomierzyć za pomocą oscyloskopu okres
przebiegu T oraz czas trwania impulsu tw1.
T
�s
Otrzymane wyniki zanotować w tablicy 8.2. Pomiary
tw1
�s
wykonywać mierząc długość odpowiedniego odcinka
czasu i mnożąc uzyskany wynik przez wartość
tw2
�s
współczynnika postawy czasu.
k1 %
Analogiczne pomiary wykonać dla prawej
k2 %
skrajnej pozycji pokrętła płynnej regulacji szerokości
impulsu. Zanotować czas trwania impulsu tw2.
8.4.3. Pomiary napięcia i czasu oscyloskopem
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej czasowej układu całkującego na podstawie
pomiarów napięcia i czasu, przeprowadzonych za pomocą oscyloskopu. Badany układ
całkujący jest pobudzony przebiegiem prostokątnym o wypełnieniu 1/2. Stałą czasową RC
(rys. 8.14) można wyznaczyć na podstawie pomiaru czasu t oraz napięć U(t1) i U(t2)
UC(t)
t
-
RC
U(t2 ) = U(t1 )e
U(t1)
U(t2)
poziom linii
t
zerowej
t1 t2
t
Rys. 8.14. Przebieg napięcia w układzie całkującym pobudzonym napięciem prostokątnym
Połączyć układ pomiarowy według rys. 8.15. Pokrętło skokowej regulacji
częstotliwości FREQUENCY ustawić w pozycji 2 k, analogicznie jak poprzednim
pomiarze. W celu uzyskania przebiegu o wypełnieniu � pokrętło WIDTH ustawić w
położeniu (lewe skrajne położenie).
Wejścia CH1 i CH2 oscyloskopu ustawić na pracę DC. Ustawić linie zerowe obu
kanałów na środku ekranu przy odłączonym sygnale (pozycja GND), od ich prawidłowego
75
ustawienia będzie zależeć dokładność pomiarów.
Wybierając odpowiedni kanał zaobserwować oddzielnie przebieg w kanale CH1 (UC) i
kanale CH2 (U) oraz dwóch kanałach jednocześnie (tryb pracy DUAL). W każdym z
przypadków wybrać odpowiednie z
ródło sygnału wyzwalającego i właściwy poziom
wyzwalania.
Generator impulsowy
Oscyloskop
HM 8035 CH1
OX 8040
R
C
- AMPL +
OUTPUTS
CH1 1 V/cm
50 &!
Układ całkujący
CH2 1 V/cm
CH2
FREQUENCY 2 kHz
50 �s/cm
WIDTH 200 �s
Rys. 8.15. Pomiary napięcia i czasu w układzie całkującym
Wybierając odpowiedni kanał zaobserwować oddzielnie przebieg w kanale CH1 (UC) i
kanale CH2 (U) oraz dwóch kanałach jednocześnie (tryb pracy DUAL). W każdym z
przypadków wybrać odpowiednie z
ródło sygnału
Tablica 8.3
wyzwalającego i właściwy poziom wyzwalania.
Przy pomocy kursorów wyznaczyć wartości
U(t1) V
napięć U(t1) i U(t2) oraz wartość czasu t. Kursory
U(t2) V
uaktywnia się przyciskiem CURSORS. Kolejne
t
naciśnięcie przycisku pozwala mierzyć napięcie, �s
czas, częstotliwość i przesunięcie fazowe w
RCteor
�s
wyświetlanych przebiegach.
RCpom
�s
W celu wyznaczenia wartości napięcia U(t1)
%
�RC
wybrać kursory poziome i jeden z nich przy
pomocy pokrętła WINDOW ustawić na linii
zerowej. Naciskając pokrętło WINDOW uaktywnić
drugi kursor i ustawić go w punkcie odpowiadającym U(t1). Odczytać wartość
"U(1)=U(t1). Analogicznie wyznaczyć wartość U(t2). Wartość t zmierzyć przy pomocy
kursorów pionowych "t(1)=t. Wyniki zapisać w tablicy 8.3.
W celu póz
niejszego porównania wyznaczonej doświadczalnie stałej czasowej z jej
wartością teoretyczną zanotować rzeczywiste wartości elementów układu całkującego.
R =...............
C =...............
8.4.4. Różnicowe pomiary napięć między dwoma punktami nieuziemionymi
Używany w ćwiczeniu oscyloskop 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, należy użyć dwóch kanałów w trybie pracy
sumacyjnej jak na rys. 8.16. W celu obejrzenia napięcia U12 pomiędzy punktami "1" i "2"
76
należy kanał CH1 dołączyć gorącym przewodem do p. "1", natomiast kanał CH2
przewodem gorącym do p. "2". Przewody zimne należy dołączyć do p. "0" - masy układu.
Napięcie U12 otrzymamy dodając do napięcia U10 napięcie U20 z ujemnym znakiem.
U12 = U10+(-U20)
Warunkiem prawidłowego kształtu przebiegów przy różnicowych pomiarach są
jednakowe wzmocnienia w kanale CH1 i CH2.
W układzie jak na rys.8.16 zaobserwować napięcie UR=U10-U20 na rezystorze. Przy
pomocy kursorów wyznaczyć wartości chwilowe napięć U(t1) i U(t2) oraz wartość t.
Wyniki zanotować w tablicy 8.4.
Generator impulsowy
Oscyloskop
HM 8035
OX 8040
CH1
- AMPL +
CH1 1 V/cm
CH2 1 V/cm
OUTPUTS CH2
ADD
50 &!
"2"
"1" R
CH2 INV (-CH2)
C
FREQUENCY 2 kHz
50 �s/cm
WIDTH
"0"
UR(t)
t
-
RC
U(t2 ) = U(t1 )e
U(t1)
U(t2)
poziom linii
t
zerowej
t1 t2
t
Rys. 8.16. Różnicowe pomiary napięć między dwoma punktami, z których żaden nie jest
połączony z masą
Przed rozpoczęciem pomiarów należy:
1� wybrać pracę sumacyjną oscyloskopu ADD,
Tablica 8.4
2� ustawić kanał CH2 w tryb pracy
odwracającej (wciśnięty klawisz  CH2), U(t1) V
3� ustawić linię zerową dla pracy sumacyjnej
U(t2) V
(kanał CH1 i CH2 GND). W trybie pracy
t
�s
sumacyjnej położenie linii zerowej ustawia
�s
się przy pomocy przesuwu pionowego RCteor
dowolnego z kanałów.
�s
RCpom
4� Po zakończeniu pomiarów ustawić kanał
%
�RC
CH2 w tryb pracy nieodwracającej (zgaszona
lampka -CH2).
77
8.4.5. Obserwacja przebiegów w układach cyfrowych
W ćwiczeniu zostaną zaprezentowane przebiegi na wyjściu licznika binarnego 7493
oraz na bramce AND typu 7408.
Przed rozpoczęciem pomiarów należy
1� ustawić na zasilaczu BS 525 napięcie 5 V przed dołączeniem płytki z układami
cyfrowymi,
2� pozostawić nastawy generatora analogiczne jak w poprzednim zadaniu, zwracając
szczególną uwagę na wyciśnięcie klawisza 2V/5V.
UWAGA!!! W pozycji wciśniętej klawisza 2V/5V generator wytwarza przebiegi o
amplitudzie do 10 V, natomiast dopuszczalne napięcie wejściowe układu scalonego 7408 i
7493 wynosi 5 V.
3� przełącznikiem rodzaju pracy odchylania pionowego VERTICAL wybrać pracę
dwukanałową DUAL,
4� ustawić wzmocnienia kanałów CH1 i CH2 na 2 V/cm,
5� ustawić linie zerowe kanałów CH1 i CH2 tak, aby optymalnie wykorzystać całą
powierzchnię ekranu oscyloskopu. Zalecane ustawienie linii zerowej kanału CH1 y=0
cm, CH2 y= -3 cm, korzystać z trybu DC,
6� ustawić współczynnik podstawy czasu tak, by na ekranie zaobserwować jeden pełen
okres przebiegu z kolejnego wyjścia licznika,
7� w celu uzyskania stabilnego obrazu wyzwalać podstawę czasu przebiegiem z kanału
CH1 (SOURCE CH1) pamiętając o odpowiednim ustawieniu poziomu wyzwalania
pokrętłem LEVEL.
W układzie pomiarowym, pokazanym na rys. 8.17 zaobserwować przebiegi w liczniku
binarnym SN7493. Kanał CH2 dołączyć do wejścia IN2, do którego jest doprowadzony
sygnał z generatora, natomiast kanał CH1 kolejno do wyjść A, B, C, D. Zanotować, ile
okresów przebiegu wejściowego Tin przypada na jeden okres przebiegu TA, TB, TC, TD na
wyjściach A, B, C, D.
TA = ...... xTin
TB = ...... xTin
TC = ...... xTin
TD = ...... xTin
Zasilacz
BS 525
7493
Oscyloskop
+5V
+
A
OX 8040
A
CH1
B
_
B
Uwy=+5 V
C
C
D
IN D
Generator impulsowy
CH1  2 V/cm
IN1
HM 8035
CH2  2 V/cm
OUT
GEN
- AMPL +
0.2 ms/cm
0.5 ms/cm
FREQUENCY 2 kHz IN2 CH2
OUTPUTS 1 ms/cm
7408
WIDTH
50 &!
Rys. 8.17. Obserwacja przebiegów w układach cyfrowych
78
Zmierzyć poziomy napięć odpowiadające stanom Hi i Lo w przebiegu prostokątnym na
wyjściu A. Do pomiaru stanu Hi ustawić stałą napięciową kanału CH1 1V/cm, a dla stanu
Lo ustawić na 0.1 V/cm.
UHI = ...... V
ULo = ...... V
Zaobserwować przebiegi na bramce AND 7408. Wyjście bramki OUT dołączyć do
kanału CH1, natomiast wejścia bramki IN1, IN2 łączyć kolejno z kanałem CH2. Przebieg
otwierający i zamykający bramkę podany jest z wyjścia D licznika binarnego 7493,
natomiast bramkowany przebieg pochodzi bezpośrednio z generatora.
8.4.6. Automatyczne pomiary parametrów impulsów w przebiegu okresowym
Celem ćwiczenia jest pomiar następujących parametrów impulsów:
" napięcia międzyszczytowego Vpp, T
100 %
" napięcia skutecznego Vrms,
90 %
" napięcia średniego Vavg,
" częstotliwości f,
50 %
" okresu T,
10 %
" czas trwania dodatnich impulsów tw,
0
" współczynnika wypełnienia k,
tr tf tw
" czasu narastania tr,
" czasu opadania tf. - czasu narastania tr,
Zasilacz
BS 525
Oscyloskop
+5V
+
Q OX 8040
CH1
_
Uwy=+5V
Generator impulsowy
HM 8035
- AMPL +
CH1 1 V/cm
GEN
0.2 ms/cm
FREQUENCY 2 kHz
OUTPUTS
WIDTH
50 &!
Rys. 8.18. Pomiary parametrów impulsów
W układzie pomiarowym jak na rys. 8.18
pomierzyć w trybie pracy automatycznej napięcie Tablica 8.5
międzyszczytowe Vpp, napięcie skuteczne Vrms,
tr
�s
napięcie średnie Vavg, częstotliwość f (oznaczenie na
tf
�s
ekranie oscyloskopu F), okres T, czas trwania
dodatnich impulsów tw (oznaczenie na ekranie
tw (W+)
�s
oscyloskopu W+), współczynnik wypełnienia k
T
�s
(oznaczenie na ekranie oscyloskopu DC+), czasu
narastania tr, oraz czas opadania tf. Wyniki
zanotować w tablicy 8.5.
79
Pomiary w trybie automatycznym uaktywnia się przyciskiem AUTO. Żądaną wielkość
wybiera się naciskając przycisk znajdujący się poniżej wyświetlanego symbolu wielkości.
Przejście do następnego zestawu mierzonych wielkości uzyskuje się naciskając przycisk
More.
Wyłączenie trybu automatycznych pomiarów odbywa się przez wybranie opcji off i
następnie naciśnięcie przycisku AUTO.
8.4.7. Pomiary parametrów pojedynczego impulsu z wykorzystaniem pracy cyfrowej
Celem zadania jest obserwacja i pomiar parametrów pojedynczego impulsu. Impuls taki
ze względu na krótki czas trwania jest niemożliwy do zaobserwowania przy pomocy
klasycznego oscyloskopu analogowego bez pamięci. Z tego względu do jego pomiarów
wykorzystano pracę oscyloskopu w trybie cyfrowym z pojedynczym wyzwalaniem (inne
określenie praca z czuwaniem, ang. baby-sitting).
W trybie tym podstawa czasu jest nieaktywna dopóki nie pojawi się impuls
wyzwalający, natomiast cały czas pracuje przetwornik A/C i próbki napięcia występujące
na wejściu oscyloskopu są zapisywane do pamięci. W momencie pojawienia się impulsu
wyzwalającego uruchamiany jest na jeden okres generator podstawy czasu. Obraz impulsu
na ekranie oscyloskopu możemy potem dowolnie długo wyświetlać i analizować.
Ponieważ przetwornik A/C pracuje również przed wyzwoleniem możliwe jest
wyświetlenie nie tylko przebiegu po wyzwoleniu jak w klasycznym oscyloskopie
analogowym, a także przed wyzwoleniem. Proporcje między przebiegiem przed
wyzwoleniem po wyzwoleniu możemy zmieniać przy pomocy parametru T: % w menu
ACQ.
W układzie pomiarowym jak na rys. 8.19 zaobserwować oraz wyznaczyć czas trwania
tw oraz poziom UHi pojedynczego impulsu generowanego generator impulsowy HM 8035.
Generator impulsowy
Oscyloskop
HM 8035
OX 8040
- AMPL +
CH1 1 V/cm
OUTPUTS
50 �s/cm
50&!
DIGITAL
CH1
FREQUENCY MAN or EXT
SGL ETSon 1k T:25% E:on G:on F:on
WIDTH 200 �s
Rys. 8.19. Pomiary parametrów pojedynczego impulsu
Przed rozpoczęciem pomiaru należy:
1� przełącznik rodzaju pracy odchylania pionowego VERTICAL ustawić w położeniu
CH1,
2� ustawić wzmocnienie kanału CH1 równe 1 V/cm a linię zerową na poziomie y= -3 cm,
3� pokrętłem LEVEL ustawić znacznik poziomu wyzwalania na poziomie y = -1 cm,
4� wybrać cyfrowy tryb pracy oscyloskopu wciskając klawisz DIGITAL a następnie
nacisnąć klawisz ACQ i ustawić następujące parametry pracy:
SGL praca z pojedynczym wyzwalaniem,
ETS:on,
1k długość rekordu
80
T:25% wyświetlanie 25% przebiegu przed wyzwoleniem i 75% przebiegu po
wyzwoleniu,
E:on,
G:on,
F:on.
5� nacisnąć klawisz MENU OFF i wyjść z trybu ustawiania parametrów pracy ACQ.
Wciskając klawisz RUN/STOP uaktywnić podstawę czasu z czuwaniem - powinien
wyświetlić się napis RDY,
6� pokrętło FREQUENCY generatora HM 8035 ustawić w pozycji MAN or EXT (lewa
skrajna pozycja),
7� pokrętło skokowej regulacji szerokości impulsu WIDTH ustawić w pozycji 200 �s,
natomiast czerwone pokrętło płynnej regulacji szerokości impulsu przekręcić do lewej
skrajnej pozycji,
Wygenerować pojedynczy impuls naciskając przycisk MAN w generatorze HM 8035, na
ekranie powinien pojawić się zarejestrowany impuls oraz napis STP. Przemieszczanie się
w obrębie pamięci uzyskuje się przy pomocy pokrętła WINDOW. Powtórne uaktywnienie
podstawy czasu z czuwaniem następuje po naciśnięciu klawisza RUN/STOP.
tw =........ �s
UHi =........ V
8.4.8. Obserwacja charakterystyk diod półprzewodnikowych I = f (U) w obszarze
przewodzenia
Celem zadania jest 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. Rezystor
Rw=1 &! występujący w układzie pomiarowym połączony jest szeregowo z badaną diodą i
przekształca płynący przez diodę prąd na napięcie, które jest podawane na kanał Y CH2.
Na kanał X CH1 oscyloskopu podane jest napięcie występujące na diodzie. Rezystor Rw
powinien mieć jak najmniejszą wartość, ponieważ odkładające się na nim napięcie dodaje
się do napięcia na diodzie, zniekształcając charakterystykę I = f(U).
RS=120 &!
Generator
CH1 (X)
Hameg HM 8131-2
Oscyloskop
OX 8040
Ge Si LED
CH2 (Y)
50 &!
OUTPUT
f=100 Hz
Ge, SI CH1 0.1 V/cm
RW=1 &!
LED CH1 0.5 V/cm
CH2 10 mV/cm
Rys. 8.20. Obserwacja charakterystyk I(U) diod półprzewodnikowych
W układzie pomiarowym jak na rys.8.20 zaobserwować i przerysować charakterystyki
I = f (U) diody germanowej, krzemowej i LED.
Przed rozpoczęciem badania charakterystyki diod należy:
1� przełącznik rodzaju pracy odchylania pionowego VERTICAL ustawić w położeniu
XY,
81
2� ustawić wzmocnienie kanału Y CH2 równe 10 mV/cm,
3� ustawić wzmocnienie kanału X CH1 równe 0.1 V/cm dla diody Ge i Si, a dla diody
LED 0.5 V/cm (napięcie przewodzenia diody germanowej wynosi ok. 0.3V, krzemowej
ok. 0.7V LED ok. 2.5V),
4� ustawić położenie zerowe plamki w punkcie x= -5 cm, y= -2 cm - będzie to środek
układu współrzędnych I-U,
5� ustawić maksymalny prąd diody równy 50 mA (co odpowiada 50 mV na ekranie
oscyloskopu) regulując napięcie wyjściowe generatora HM 8131-2 (w celu regulacji
napięcia nacisnąć klawisz AMPL. a następnie ustawić żądane napięcie przy pomocy
obrotowego pokrętła),
6� dla podanych warunków przerysować charakterystykę I = f(U) każdej z diod.
Na oscylogramie zaznaczyć środek układu współrzędnych oraz opisać osie OX w woltach
oraz OY w miliamperach.
8.5. Opracowanie
1. Uzupełnić tablicę 8.1. Jako Dyobl przyjąć współczynniki kierunkowe takich prostych Uy
= myy + ny i, dla których sumy Sy kwadratów odchyłek poszczególnych punktów
/yi,Uyi/ od prostych osiągają minimum. Np. w celu wyznaczenia współczynnika
kierunkowego prostej Uy = myy + ny poszukuje się minimum sumy
2
k
Sy= -(my yi+ny )]
yi
"[U
i=1
k k k
k yi - �"
yi i yi
"U "y "U
"S
y
i=1 i=1 i=1
tj. = 0 , skąd my =
"my M
k k k k
2
yi i yi i
"U �""y -"U yi �""y
"S
y
i=1 i=1 i=1 i=1
oraz = 0 , skąd ny =
"ny M
2 2
k k k k
�ł �ł �ł �ł
2 2
gdzie M = k -
i i i i
"y �ł"y �ł M = k"y - �ł"y �ł , k - liczba pomiarów.
�ł �ł �ł �ł
i=1 i=1 i=1 i=1
�ł łł �ł łł
Wyznaczając my, ny, zwrócić uwagę na symetryczny przedział yi i zerowanie się
członów Łyi.
Przedstawić zależność �D(y) w postaci wykresów z uwzględnieniem znaków błędów.
2. Obliczyć i porównać stałą czasową RC otrzymaną na podstawie pomiarów w p. 8.4.3 i
w p. 8.4.4 oraz na podstawie zanotowanych wartości R i C.
3. Na podstawie obserwacji w p. 8.4.5 podać, dla jakiego stanu logicznego wejścia IN1
bramka jest otwarta, tzn. przenosi sygnał z wejścia IN2 na wyjście OUT.
4. Na podstawie oscylogramów otrzymanych w p. 8.4.8 wyznaczyć napięcie
przewodzenia badanych diod UF dla prądu I = 25 mA. Wyznaczyć graficznie
rezystancję dynamiczną rd = dU/dI dla I = 25mA, jako nachylenie stycznej do
charakterystyki I = f(U), oraz dla tego samego prądu rezystancję statyczną R = U/I.
82
Wyniki zanotować w tablicy 8.6. Sposób wyznaczania rd przedstawiony jest na rys.
8.21
Tablica 8.6
typ diody UF [V]
R [&!] "U [V] "I [mA] rd [&!]
germanowa
krzemowa
LED
I[mA]
60
50
40
30
I [mA]
"
20
10
U [V]
"
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 U [V]
UF
dU "U
rd = H" [&!]
di "I
Rys. 8.21 Zasada wyznaczania rezystancji dynamicznej rd diody