LABORATORIUM MIERNICTWA ELEKTRYCZNEGO

Ćwiczenie nr 1.

OSCYLOSKOP.

CEL ĆWICZENIA:

Zapoznanie się ze sposobami pomiaru i obserwacji sygnałów za pomocą oscyloskopu.

SPIS PRZYRZĄDÓW:

1. Oscyloskop dwukanałowy, jednostrumieniowy firmy HUNG CHANG, typ 3502 C, pasmo przenoszenia (-3 dB) 20MHz, U_max =300V, stała U od 5 mV/dz do 20 V/dz, R_WE =1MΩ±2%, C_WE =20±3pF,

C _t=0,2μs÷0,5s, nr inw. IVh-1261.

2.Multimetr ( wykorzystywany jako woltomierz ∼ ) firmy Metex , typ M-3660 D, zakres ∼20V, rozdz. 10 mV,

dokładność pomiaru ± (0.3% + 1 cyfra), nr inw. IVh-1258.

3. Generator funkcji typ G 432, zakr. f=1Hz1.1MHz, U_WY=5V, R_WY=50Ω, nr inw. IVa-556.

4. Generator wzorcowy typ PW-12, Δf=[mnożnik ×1(±0,15% lub ±0,3Hz), mnożnik ×10 (±0,25%),

mnożnik ×100 (±0,4%)], zakres f= Hz, U=, nr inw. IVh-1122.

5. Zasilacz stabilizowany napięcia stałego typ 2T-980-3M, zakr. U=0÷50V, I=0÷1A, nr inw. IVa-573.

POMIARY:

1. Wyznaczanie stałej napięciowej oscyloskopu.

1.1. Przebieg pomiaru

Dokonujemy pomiaru napięcia zasilacza prądu nap. stałego woltomierzem i przy pomocy

oscyloskopu. Napięcie wskazane przez woltomierz uznajemy jako wzorcowe.

2. Układ pomiarowy.

3. Tabela wyników pomiarów.

CU	UV	ΔUV	l	Δl	CUobl±ΔCUobl	δCUobl	Uwagi
V/dz	V	V	dz	dz	V/dz	%
5,0	4,99	0,02	1,05	0,1	4,8±0,5	10,4
5,0	10,00	0,04	2,05	0,1	4,9±0,3	5,3
5,0	15,03	0,06	3,05	0,1	4,9±0,2	3,6
5,0		0,04		0,1	4,9±0,3	6,3	średnia

1.4. Przykładowe obliczenia.

2. Pomiar wartości składowej stałej w obecności składowej okresowo zmiennej generatora funkcji typu G432.

2.1 Przebieg pomiaru.

Wykonujemy pomiar wartości składowej stałej w obecności składowej okresowo zmiennej sygnału generowanego przez generator funkcyjny. Obserwujemy obraz na ekranie oscyloskopu wykorzystując wejście DC i AC. Różnica jaką zaobserwowaliśmy zmieniając wejścia jest wskazaniem wartości składowej stałej obserwowanego sygnału. Woltomierz mierzy wartość napięcia badanego sygnału.

2.2. Układ pomiarowy.

2.3. Tabela wyników pomiarów.

Położenie reg.	f	l	Δl	CU	ΔCU	U±ΔU	δU
składowej stałej	Hz	dz	dz	V/dz	V/dz	V	%
0	100	0,0	0,1	1	0,06	0,0±0,1	0
+	100	2,2	0,1	1	0,06	2,2±0,2	9,1
-	100	-2,2	0,1	1	0,06	-2,2±0,2	9,1

4. Przykładowe obliczenia.

3. Sprawdzanie stałej czasowej generatora podstawy czasu.

3.1. Przebieg pomiaru.

Obserwujemy na ekranie oscyloskopu sygnał wytwarzany przez generator wzorcowy. Użycie generatora umożliwia obserwacje i pomiary sygnałów o zadanej częstotliwości, dzięki temu możemy porównać wynik pomiaru z wielkością poprawną i określić błąd stałej czasowej generatora podstawy czasu. Pomiar wykonujemy przy ustalonej wartości podstawy czasu ( pokrętło ciągłej regulacji podstawy czasu ustawione w pozycji „kalibracji” ), odczytując, na poziomej osi czasu, długość odcinka l_X czyli czas trwania jednego okresu badanego przebiegu.

3.2. Układ pomiarowy.

3.3. Tabela wyników pomiarów.

Ct	f	Δf	l	Δl	Ct obl±ΔCt obl	δCt obl
ms/dz	Hz	Hz	dz	dz	ms/dz	%
2,0	100	0,3	5,0	0,1	2,0±0,05	2,3
2,0	200	3,0	2,5	0,1	2,0±0,11	5,5
0,5	500	3,0	4,0	0,1	0,5±0,02	3,1

4. Przykładowe obliczenia.

4. Pomiar częstotliwości napięcia generatora funkcyjnego.

4.1Przebieg pomiaru.

Obserwujemy na ekranie oscyloskopu sygnał wytwarzany przez generator funkcyjny. Pomiar wykonujemy przy ustalonej wartości podstawy czasu (pokrętło ciągłej regulacji podstawy czasu ustawione w pozycji `' kalibracji`' ), odczytując, na poziomej osi czasu, długość odcinka l _t czyli czas trwania jednego okresu badanego przebiegu.

4.2. Układ pomiarowy.

4.3. Tabela wyników pomiarów.

fg	Ct	ΔCt	l	Δl	f±Δf	δf
Hz	ms/dz	ms/dz	dz	dz	Hz	%
500	0,5	0,02	4,0	0,1	500±32,5	6,5

4.4. Przykładowe obliczenia.

Hz

4.5. Pomiar częstotliwości generatora funkcyjnego metodą krzywych Lissaiou.

4.5.1. Układ pomiarowy.

4.5.2. Tabela wyników pomiarów.

f g	krzywe Lissajou	a	b	f±Δf	δf
Hz				Hz	%
500		2	2	500±0,8	0,2

a - liczba przecięć krzywych L. z prostą

równoległą do osi X

b - liczba przecięć krzywych L. z prostą

równoległą do osi Y

4.5.3. Przykładowe obliczenia.

Hz

5. Obserwacja obrazu sygnału sinusoidalnego przy normalnej i automatycznej podstawie czasu.

5.1. Układ pomiarowy.

f=100 Hz =const

U=1 V =const

5.2. Spostrzeżenia.

Przy normalnej podstawie czasu ( NORM ) przy nieprawidłowo dobranym poziomie wyzwalania (LEVEL ) obraz zanikał. W zależności od amplitudy sygnału trzeba było dokonywać regulacji (LEVEL ). Przy automatycznej podstawie czasu (AUTO ) niezależnie od poziomu wyzwalania jest generowana podstawa czasu, obraz jest widoczny bez względu na amplitudę.

6. Obserwacja sygnału sinusoidalnego i prostokątnego o zadanych częstotliwościach wykorzystując wejście AC

i DC.

6.1. Układ pomiarowy.

6.2. Spostrzeżenia.

10 Hz

sin. Amplituda sygnału na wejściu DC wzrósła o 0,4 V w stosunku do wejścia AC.

prost. Sygnał na wejściu AC był silnie zniekształcony w stosunku do wejścia DC.

100 Hz

sin. Sygnał dla wejściu DC był niżej (0,05 dz.) położony od obrazu na wejściu AC.

prost. Sygnał wejść AC i DC różnił się (z AC jest zniekształcony).

DC AC















1 kHz

sin. Sygnał dla wejściu DC był niżej (0,05 dz.) położony od obrazu na wejściu AC.

prost. Sygnał wejść AC i DC różnił się (z AC jest nieco mniej zniekształcony niż przy poprzednim pomiarze).

10 kHz

sin. Sygnał dla wejściu DC był niżej (0,05 dz.) położony od obrazu na wejściu AC.

prost. Sygnał wejść AC i DC różnił się (z AC jest zniekształcony minimalnie).

100 kHz

sin. Sygnał dla wejściu DC był niżej (0,05 dz.) położony od obrazu na wejściu DC.

prost. Sygnał wejść AC i DC nie różnił się, był widoczny pełny przebieg sygnału.

7. Badanie warunków obserwacji dwóch sygnałów jednocześnie.

7.1. Układ pomiarowy.

f₁=1 kHz

f₂=100 kHz

7.2. Spostrzeżenia.

Można było wyznaczyć amplitudę i częstotliwość sygnału, dla którego ustawiono podstawę czasu. Dla drugiego sygnału można określić tylko amplitudę.

Wnioski:

W ćwiczeniu za pomocą oscyloskopu obserwowaliśmy przebiegi elektryczne oraz wykonywaliśmy pomiar napięcia i częstotliwości, korzystając z różnych trybów pracy oscyloskopu. Wykonując pomiar stałej napięciowej możemy stwierdzić, że jest ona obarczona dużym błędem i w tym wypadku wynosi od 10,4% dla U=4,99V do 3,6% dla U=15,03V. Tak więc błąd ten maleje wraz ze wzrostem napięcia. Dodatkowo na wielkość błędu wpływa grubość linii na ekranie oscyloskopu. Nasuwa to wniosek , że badanie sygnałów stałych oscyloskopem nie jest zbyt precyzyjne i do dokładnego pomiaru lepiej zastosować dodatkowy woltomierz. Oscyloskop jest natomiast jedynym narzędziem pomiarowym, przy pomocy którego możemy badać sygnały nieregularne (np. impulsy) i wyznaczać ich amplitudy. Oscyloskop można też wykorzystać do pomiaru częstotliwości. O ile przy pomiarze polegającym na odczycie wskazania na osi czasu i przeliczeniu wyniku błąd pomiaru zależy od parametrów oscyloskopu tzn. od możliwości dokładnego odczytania długości okresu badanego sygnału , to przy pomiarze metodą krzywych Lissajou błąd zależy od klasy generatora wzorcowego, gdyż oscyloskop porównuje ze sobą dwa sygnały: wzorcowy i badany, a zadaniem osób dokonujących pomiary jest odczytanie, jeżeli obraz zatrzymał się, liczby przecięć krzywych z osiami x i y . Na podstawie obserwacji sygnałów: sinusoidalnego i prostokątnego, można wysnuć wniosek, że obserwacja sygnału prostokątnego na wejściu zmiennoprądowym jest utrudnione, sygnał jest zniekształcony tym bardziej, im mniejsza jest jego częstotliwość. Dopiero przy częstotliwości 100 kHz można było obserwować przebieg sygnału. Jest to spowodowane tym, że wejście AC posiada szeregowo włączony kondensator, a więc impedancja wejścia rośnie wraz ze zmniejszaniem częstotliwości, dlatego przy niższych częstotliwościach sygnał prostokątny na wejściu AC ulega zniekształceniu.

---