LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie nr 2: Pomiary oscyloskopowe

Łukasz Siemiaszko EiT-07 nr albumu: 119119

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z pracą oscyloskopu, pracy w trybie analogowym oraz cyfrowym, zastosowaniem praktycznym tego urządzenia pomiarowego. Najpierw dokonano przykładowego wzorcowania kanału Y oscyloskopu, następnie mierzono wartości przy różnych układach. Badano zachowanie analogowego układu całkującego, układu cyfrowego, oraz sprawdzano charakterystyki diody typu Ge, Si oraz LED. Całe ćwiczenie składa się z ośmiu zadań pomiarowych oraz opracowania.

Zad 4.1

Wzorcowanie kanału Y oscyloskopu napięciem stałym

y [cm]	-4	-3	-2	-1	1	2	3	4
Uy [V]	-4,039	-3,082	-2,090	-1,1021	1,078	2,069	3,072	4,037
Dypom	1,00975	1,027333	1,102	1,102	1,078	1,0345	1,024	1,00925
δD [%]	-1,108	0,614	2,344	7,926	5,576	1,316	0,287	-1,157
Dyobl	1,0210667

Wartości stałych napięciowych D_ypom (wynikającej z pomiarów) i D_yobl (wynikającej z obliczeń) zostały policzone według poniższych wzorów:

- wyliczony ze wzorów podanych w opracowaniu.

W dokonanych pomiarach można zaobserwować bardzo mały odchył od wartości teoretycznej (1 V/cm) i jest to odchył rzędu ±0.1 co wyraźnie ukazuje wyliczony błąd względny δ_D, którego najmniejsza wartość bezwzględna wynosi 0,614%, największa 7,926%. Dokładniej przedstawia to zamieszczony niżej wykres δ_D(y):

Wykres zależności δ_D(y)

Możliwe błędy pomiarowe ujawniające się w tym zadaniu mogą wynikać między innymi z niemożliwości ustawienia wystarczająco cienkiej linii na oscyloskopie. Zaobserwowałem także, że przy ustawieniu zerowego napięcia na generatorze multimetr wskazywał śladowe napięcie, więc każdy pomiar jest obarczony tym błędem systematycznym.

Zad 4.2

Pomiary napięcia i czasu oscyloskopem

Podany wzór
.

Po przekształceniach umożliwia obliczenie stałej czasowej
.

Dane wartości układu całkującego R = 983 Ω i C = 99,5 nF pozwalają na obliczenie teoretycznej wartości stałej czasowej
. Pomiary i obliczenia przedstawia tabelka:

	R [Ω]	C [nF]	Ut1 [V]	Ut2 [V]	t [μs]	τteor [μs]	τpom [μs]	δτ [%]
	983	99,5	3,7	0,4	240	97,8085	107,8834	10,30066

Błąd względny został policzony według wzoru:

Zad 4.3

Różnicowe pomiary napięć między dwoma punktami nieuziemionymi

Dostępny w zadaniu oscyloskop posiada wejścia niesymetryczne, w których jeden przewód podłączony jest z masą. Wobec tego nie możliwe jest bezpośrednie badanie przebiegu miedzy dwoma punktami, z których żaden nie jest podłączony z masą. Dołączenie masy do któregoś z punktów spowodowałoby rekonfigurację układu lub nawet jego uszkodzenie. Należy oscyloskop przełączyć w sumacyjny tryb pracy (ADD) i ustawić kanał drugi w tryb pracy odwróconej (-CH2). Masy obu kanału należy podłączyć do masy układu. W zadaniu ponownie badamy układ całkujący RC wyznaczając stałe czasowe korzystając ze wzorów z poprzedniego zadania. Dane przedstawia tabelka:

	R [Ω]	C [nF]	Ut1 [V]	Ut2 [V]	t [μs]	τteor [μs]	τpom [μs]	δτ [%]
	983	99,5	3,5	0,4	245	97,8085	112,9525	15,4833

Zad 4.4

Obserwacja przebiegów w układach cyfrowych

Celem doświadczenia było zaobserwowanie przebiegów na wyjściu licznika binarnego SN7493 oraz na bramce AND typu 7408.

T_A = 2 x T_in,

T_B = 4 x T_in,

T_C = 8 x T_in,

T_D = 16 x T_in.

Poziomy napięć Hi i Lo na wyjściu A.

.

U_HI = 4,38 [V]

U_LO = 12 [mV]

Zauważamy że w zależności od wartości 0 lub 1 na wejściach bramka przyjmuje następujące wartości logiczne:

IN1	IN2	OUT (AND)
0	0	0
0	1	1
1	1	1
1	0	1

Zad 4.5

Automatyczne pomiary parametrów impulsów w przebiegu okresowym

Pomiar polegał na odczytaniu mierzonych wartości na Oscyloskopie TDO2062B, który umożliwiał ich pomiar. Zmierzone zostały następujące parametry:

napięcie międzyszczytowe -	Vpp [V]	4,28
napięcie skuteczne -	Vrms [V]	2,08
napięcie średnie -	Vavg [V]	1,12
częstotliwość -	f(F) [Hz]	1034
okres -	T [μs]	1067
czas trwania dodatnich impulsów -	tw (W+)[μs]	262,5
współczynnik wypełnienia -	k (DC+) [%]	24,77
czas narastania -	tr[μs]	33,6
czas opadania -	tf[μs]	17,8
obliczony współczynnik wypełnienia -	kobl [%]	24,6017

Zad 4.7

Pomiary parametrów pojedynczego impulsu

Przed tym zadaniem należało przełączyć oscyloskop w tryb pracy cyfrowej. Praca taka jest wymagana przy pomiarach pojedynczego impulsu i jest nie możliwa w tradycyjnym oscyloskopie analogowym bez pamięci. Oscyloskop został ustawiony na wyzwalanie pojedyncze. Zmierzono czas trwania t_w oraz poziom U_HI pojedynczego impulsu z generatora.

t_w = 462 [μs]

U_HI = 4,08 [V]

Zad 4.7

Obserwacja charakterystyk diod półprzewodnikowych I=f(U) w obszarze przewodzenia

W zadaniu należało wyświetlić charakterystyki diod germanowej, krzemowej i diody świecącej LED. Oscylogramy tych charakterystyk zostały przerysowane na odpowiednie miejsca w protokole. Następnie na podstawie tych oscylogramów należało wyznaczyć napięcie przewodzenia badanych diod U_F dla prądu 25 mA. Oraz wyznaczyć metodą graficzną rezystancję dynamiczną
oraz rezystancję statyczną
.

Wyliczone i zmierzone wartości przedstawia tabelka:

Typ diody	UF [V]	R[Ω]	ΔU [V]	ΔI [A]	rd [Ω]
Gr	0,336	13,44	0,088	0,027	3,259259
Si	0,752	30,08	0,12	0,0304	3,947368
LED	2,16	86,4	0,34	0,0204	16,66667

1

4

---