Politechnika Lubelska
Laboratorium miernictwa cyfrowego
Nazwisko Imię:
Temat ćwiczenia: Oscyloskop cyfrowy: budowa i właściwości.

1. Cel ćwiczenia:

Zaznajomienie się z budową i właściwościami oscyloskopu cyfrowego

oraz praktyczne przeprowadzenie obserwacji i pomiarów za pomocą tego przyrządu.

W ćwiczeniu wykorzystywaliśmy oscyloskop cyfrowy TDS 210 firmy Tektronix.

1. Wykonanie ćwiczenia:

1. Kompensacja sondy pomiarowej

Na wstępie wykonaliśmy kompensację sondy pomiarowej. W tym celu sondę przyłączyliśmy do gniazda BNC CH1, a przewody sondy do końcówek PROBE COMP. Przyciśnięcie AUTOSET powoduje automatyczne dobranie nastaw wzmocnień i podstawy czasu oscyloskopu.

Wartości każdego przebiegu można wyświetlić z prawej strony ekranu po wciśnięciu przycisku MEASURE i wybraniu za pomocą przycisku wyboru opcji menu wielkości mierzonych. Jak widać na naszym ekranie możemy zaobserwować przebieg prostokątny o częstotliwości 1kHz, okresie 1ms oraz amplitudzie 5,2V. Przy prawidłowo wyregulowanej sondzie na ekranie powinien być widoczny przebieg prostokątny o amplitudzie 5V i częstotliwości 1kHz, więc możemy zaobserwować nieznaczną różnice amplitudy o ok. 4%. Są to niewielkie różnice pomiędzy przebiegiem rzeczywistym a wzorcowym, także możemy pokusić się o stwierdzenie, że sonda została skompensowana poprawnie.

1. Obserwacja aliasingu percepcyjnego

W oscyloskopie cyfrowym źródłem poważnych błędów obrazowania może być zjawisko

aliasingu, które wynika z punktowego charakteru obrazów kolejnych próbek. Zjawisko to występuje wtedy, gdy oscyloskop próbkuje sygnał zbyt wolno, by można było zbudować jego dokładny obraz. Gdy tak się stanie, oscyloskop wyświetla przebieg z częstotliwością niższą niż faktyczna częstotliwość sygnału wejściowego lub wyzwala się i wyświetla niestabilny oscylogram. Aby uniknąć aliasingu należy zwiększyć częstotliwość próbkowania, czyli musi być zachowana odpowiednia proporcja częstości próbkowania do częstotliwości sygnału badanego(częstotliwość próbkowania musi być przynajmniej dwa razy większa od częstotliwości sygnału). Aliasing percepcyjny polega na wzrokowej iluzji wynikającej z podświadomego łączenia linią postrzeganych punktów leżących najbliżej siebie.

Otrzymany przez nas przykład aliasingu percepcyjnego to sinusoida o częstotliwości 1,018MHz oraz sinusoida o częstotliwości 1,222MHz. Przy zmianie częstotliwości rzędu kilku kHz obrazy sinusoidy się zmieniają, ale pochodzą z jednej rodziny aliasingu.

1. Obserwacja pracy z obwiednią

Czasami głównym celem obserwacji przebiegu jest uchwycenie i zarejestrowania zaburzeń krótkotrwałych przebiegu, także zakłóceń występujących przypadkowo. Dlatego badany przez nas oscyloskop posiada tryb próbkowania peak detection mode, który w każdym okresie próbkowania zapamiętuje wartość największą i wartość najmniejszą. Podczas badania przebiegu okresowego, dzięki temu trybowi można uzyskać obwiednię zarysu kolejnych okresów przebiegu, ujawniającą wahania jego amplitudy i okresu. Praca z obwiednią pozwala także uniknąć aliasingu.

Do obserwacji pracy z obwiednią użyliśmy generatora funkcyjnego DDS 10MHz, na którym nastawiliśmy wartość częstotliwości równą 4,5MHz.

1. Obserwacja pracy w trybie uśredniania

Aby zaobserwować pracę w trybie uśredniania należy wyświetlić menu ACQUIRE i

nacisnąć przycisk AVERAGE, kolejne naciśnięcia tego przycisku regulują wartości współczynnika uśredniania. Z obrazu przebiegów możemy wywnioskować, że uśrednianie wygładza wykres, redukuje przypadkowy szum i ułatwia podgląd szczegółów w sygnale.

Do obserwacji pracy w trybie uśredniania użyliśmy generatora funkcyjnego DDS 10MHz, na którym nastawiliśmy wartość częstotliwości równą 4,5MHz.

Współczynnik uśredniania = 4

Współczynnik uśredniania = 128

1. Obserwacja przebiegów dwukanałowych

Przy pracy dwukanałowej, jeśli sygnały badane mają nawet zbliżoną częstotliwość trudno uzyskać stabilny obraz na ekranie oscyloskopu. Po wciśnięciu przycisku TRIGGER można ustawić, który kanał ma być źródłem sygnału wyzwalającego. Sygnał wyzwalający jest bardzo dobrze widoczny i czytelny, natomiast przebieg podany na drugim kanale jest nieczytelny. Po wybraniu drugiego sygnału jako wyzwalający sytuacja zmienia się na odwotną.

1. Obserwacja przebiegów zamrożonych

Podczas gromadzenia danych przebieg na ekranie jest „żywy”. Można go w każdej chwili

„zamrozić” – wciskając przycisk RUN/STOP. W innym trybie zamrożony przebieg można skalować w pionie i poziomie odpowiednio za pomocą pokręteł kontroli pionowej i poziomej.

1. Obserwacja szczegółów przebiegów

W przypadku przebiegu zawierającego interesujące drobne szczegóły, można je

zaobserwować wciskając przycisk HORIZONTAL MENU i wybierając opcję WINDOW ZONE. Po wybraniu kursorami interesującego nas fragmentu przebiegu, możemy wybrać opcje WINDOW, która rozszerza szerokość okna tak aby pokryć cały ekran.

1. Obserwacja krzywych Lissajous

Poniższe wykresy otrzymaliśmy przez podanie na wejścia dwóch sygnałów sinusoidalnych.

Dzięki płynnej zmianie fazy uzyskujemy iluzję trójwymiarowego obrotu krzywej.