Magdalena Gawrońska

nr albumu 135743

Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych
z fizyki

Pomiary oscyloskopowe.

Prowadzący ćwiczenia:
dr W. Kumala

1. Wstęp.

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 , 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 to ,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.

Główną częścią oscyloskopu elektronicznego jest lampa oscyloskopowa, umożliwiająca wzrokową obserwację zmiennych przebiegów elektrycznych. Lampa oscyloskopowa składa się z trzech podstawowych części:1)działa elektronowego, które emituje i skupia elektrony
w cienką wiązkę, 2)systemu odchylającego strumień elektronów, 3)ekranu wysyłającego światło pod wpływem bombardowania elektronami. Elektrony emitowane z katody(elementu działa elektronowego) są przyspieszane w polu elektrycznym między katodą i anodą
i wylatują przez otwór w anodzie z prędkością v. Rozpędzony do prędkości v elektron wchodzi następnie do obszaru pola elektrycznego poprzacznego. Pole to jest wytworzone między dwiema płytkami odchylającymi.Po wyjściu z obszaru pola poprzecznego elektron porusza się dalej z nabytą prędkością, aż do chwili uderzenia w ekran.

2. Pomiar amplitudy, okresu i częstotliwości przebiegu napięcia przemiennego.

U_pp = W_y ּ y (napięcie, W_y-współczynnik wzmocnienia płytek odchylenia pionowego Y, y-odległość między max i min przebiegu napięcia)

T = W_t ּ x (okres przebiegu, W_t-częstotliwośc podstawy generatora czasu, x-pozioma odległość między dwoma identycznymi punktami przebiegu)

f = 1/T (częstotliwość)

U₀, A - amplituda

1. Przebieg prostokątny:

f = 360Hz

U₀ = 4,6ּ5V= 23 V

T = 2,4ּ5ms= 12⋅10^-3 s

F_x = 83,3Hz

2. Przebieg piłokształtny:

f = 5200 Hz

U_pp = 4,9ּ1V= 4,9 V

T = 3,7ּ50μs = 185 μs

F_x = 540,5 Hz

3. Przebieg sinusoidalny:

f = 42000 Hz

U₀ = 5,2ּ10mV= 52 mV

T = 3,7ּ5μs = 18,5 μs

F_x= 54054 Hz

3. Pomiar napięcia na wyjściu układu różniczkującego RC.

f = 1000 Hz U₀=U_pp / 2 τ = U₀/( dU/dt)

A=1cm U(τ)=U₀ / e = 0,37U₀ (τ - stała czasowa)

1. Przebieg trójkątny:

• Wejście

U_pp = 4,3ּ1V = 4,3 [V]

T = 3,3ּ0,2ms = 0,66⋅10^-3 [s]

dU/dt =13 [kV/s]

• Wyjście

U_pp = 2,3ּ0,2V = 0,46 [V]

T = 3,3ּ0,2ms = 0,66⋅10^-3 [s]

τ = 17,9 [μs]

1. Przebieg prostokątny.

• Wejście

U_pp = 4,7ּ1V = 4,7V

T = 7,4ּ0,1ms = 0,74ms

U(τ) =0,870V

(Napięcie utrzymuje stałą wartość.)

• Wyjście

U_pp = 4ּ2V = 8V

T = 7,4ּ0,1ms = 0,74ms

U(τ) = 1,480V

• Obliczanie stałej czasowej τ dla różnych kombinacji R i C.

R i C τ = 4,9ּ5μs = 24,5 μs 0,5R i C τ = 5,7ּ2μs = 11,4 μs 0,1R i C τ = 6,1ּ0,5μs = 3,05 μs

R i 5C τ = 10ּ10μs = 100 μs 0,5R i 5C τ = 8,7ּ5μs = 43,5 μs 0,1R i 5C τ = 5,9ּ2μs = 11,8 μs

R i 25C τ = 8,7ּ50μs = 435 μs 0,5R i 25C τ = 4,7ּ50μs = 210 μs 0,1R i 25C τ = 4,5ּ10μs = 45 μs

Wartości stałych czasowych pokrywają się w granicy błędu z oczekiwanymi wynikami.

4. Pomiar amplitudy, okresu i częstotliwości napięcia okresowo przemiennego na wyjściu prostownika jednopołówkowego
   i dwupołówkowego - na papierze milimetrowym.

Na podstawie wykresów można stwierdzić, iż prostowanie dwupołówkowe jest bardziej ekonomiczne, niż jednopołówkowe, z uwagi na znacznie mniejszą wartość napięcia tętnień przy zastosowaniu tego samego układu filtracji. Układ filtracji to w zasadzie układ całkujący napięcie. Prostowanie dwupołówkowe wymaga jednak zastosowania dwukrotnie większej ilości elementów prostujących (np. diod półprzewodnikowych). Dla transformatora symetrycznego potrzeba dwóch diod, a niesymetrycznego - 4 (tzw. mostka Greatz'a). Napięcie tętnień asymptotycznie dąży do zera, przy pojemności kondensatora C zdążającej do nieskończoności i obciążeniu zdążającym do zera (rezystancji do nieskończoności).

5. Wnioski.

Oscyloskop jest urządzeniem przydatnym przy badaniu układów elektronicznych
i wielkości dających się przetworzyć na przebiegi napięciowe. Służy do obserwacji przebiegów zmiennych, lecz nie należy go stosować do dokładnego pomiaru napięć, a jedynie do orientacyjnego, gdyż pomiary oscyloskopem są obarczone znacznymi błędami. Przed przystąpieniem do pomiarów należy przeprowadzić odpowiednia korektę obserwowanego obrazu, poprzez obserwację dowolnego przebiegu i doprowadzeniu do tego aby rysowany obraz był ostry i jaskrawy a grubości linii nie większej niż konieczne do prawidłowego postrzegania. Spełnienie tego wymogu znacznie zmniejsza błędy przy odczycie wartości parametrów ze skali oscyloskopu.

Przy pomocy pomiarów oscyloskopowych można 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. Są to wartości przybliżone, gdyż nie da się ich odczytać dokładnie. Składa się na to wiele przyczyn np. takich jak: niedoskonałość oka obserwatora czy niedokładność skali.

---