Laboratorium fizyki

Pomiary oscyloskopowe.

Patryk Wojciechowski, Wydział Elektroniki, Data: 5 Maj 1998

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wykonanie pomiarów wielkości elektrycznych charakteryzujących przebiegi przemienne.

Wstęp teoretyczny:

Oscyloskop jest uniwersalnym przyrządem pomiarowym. Służy do obserwacji przebiegów i pomiaru napięć przebiegów zmiennych w czasie. Obserwować można też inne wielkości fizyczne jeżeli zostaną one wcześniej przetworzone na wielkości elektryczne. Oscyloskop składa się z lampy oscyloskopowej , wzmacniaczy odchylania X poziomego i Y pionowego , synchronizowanego generatora podstawy czasu i zasilacza. Wzmacniacze X i Y służą do wzmocnienia amplitudy badanego sygnału , napięcia wejściowe sterują płytkami odchylania w lampie oscyloskopowej. Na wejściach są zastosowane dzielniki napięcia pozwalające na obserwację zarówno małych jak i dużych wartości sygnałów . Generator podstawy czasu służy do wytwarzania napięcia okresowo zmiennego o przebiegu piłokształtnym . Napięcie to jest proporcjonalne do czasu , a następnie możliwie szybko opada. Napięcie z generatora podstawy czasu przyłożone do płytki odchylania poziomego powoduje ,że plamka świetlna będzie się poruszać tworząc na ekranie poziomą oś czasową. Z jednoczesnym doprowadzeniem do wzmacniacza Y napięcia zmiennego na ekranie pojawia się obraz badanego przebiegu. W celu otrzymania stabilnego obrazu konieczna jest synchronizacja, czyli dostosowanie częstotliwości podstawy czasu do częstotliwości badanego przebiegu(regulator poziomu wyzwalania).

Układy pomiarowe:

1. Przy włączonej podstawie czasu , mierzone napięcie doprowadziliśmy do wejścia Y oscyloskopu ,tak regulując generator podstawy czasu, współczynnik wzmocnienia wejścia Y oraz poziom wyzwalania ,aby na ekranie uzyskać nieruchomy obraz. Następnie zmierzyliśmy wartość `h' oraz `l', które są potrzebne do wyznaczenia amplitudy, okresu i częstotliwości przebiegu.

1. pomiar napięcia sinusoidalnie zmiennego (oscylogram 1):

l=4,7dz h=2,4dz f_podst.czasu=20μs/dz w_y=1V/dz f_wzorc.=10000[Hz]

A=h*w_y=2,4*1=2,4[V]

T=l*f_podst.czasu=4,7*20=94[μs]

F_x=1/T=10638 [Hz]

b) pomiar napięcia trójkątnego (oscylogram 2):

l=4,6dz h=3,1dz f_podst.cz.=0,2ms/dz w_y=0,2V/dz f_wzorc.=1[kHz]

A=h*w_y=3,1*0,2=0,62[V]

T=l*f_podst.czasu=4,6*0,2=0,92[ms]

F_x=1/T=1086 [Hz]

3. pomiar napięcia prostokątnego (oscylogram 3):

l=4,7dz h=2,4dz f_podst.cz.=20μs/dz w_y=1V/dz f_wzorc.=10000[Hz]

A=h*w_y=2,4*1=2,4[V]

T=l*f_podst.czasu=4,7*20=94[μs]

F_x=1/T=10638 [Hz]

2. Pomiar częstotliwości za pomocą figur Lissajous:

-znana częstotliwość;

m.-liczba przecięć figury z osią pionową;

n-liczba przecięć figury z osią poziomą.

a)
=5,6[kHz]; m.=2; n=2; (oscylogram 4):

b)
=5,4[kHz]; m.=2; n=4; (oscylogram 5):

c)
=210[Hz]; m.=4; n=2; (oscylogram 6):

3.Pomiar amplitudy, częstotliwości i okresu przebiegów na wyjściu układów różniczkującego i całkującego.

a) układ różniczkujący.

b) układ całkujący.

4.Pomiar różnicy faz dwóch przebiegów sinusoidalnych. Przesunięcie fazowe obliczamy za wzoru:

gdzie, `A' i `B' oznaczają wartości policzone tak jak pokazano na niżej zamieszczonym rysunku.

a) A=3,8dz B=6,6dz

b) A=0,35dz B=2,5dz

Wnioski:

Pomiary oscyloskopowe są bardzo przydatne przy pomiarach w których potrzebny jest graficzny obraz badanego przebiegu. Można przy ich pomocy określić częstotliwość badanego przebiegu znając współczynnik skali czasu i odległość pomiędzy początkiem a końcem okresu badanego przebiegu ( odczytywana z podziałki na lampie oscyloskopowej ) . Można też określić amplitudę sygnału , kąt przesunięcia fazowego przebiegu . Są to oczywiście wartości przybliżone gdyż nie da się ich odczytać bardzo dokładnie. Składa się na to wiele przyczyn np. takich jak ; niedoskonałość oka obserwatora , niedokładność skali , przetwarzanie sygnału przez oscyloskop oraz rozmiar plamki świetlnej.

---