Wydział: WFMiIS	Imie i Nazwisko: Łukasz Białczyk	Nr. Zepołu 3	Ocena Ostateczna
Grupa: 11	Tytuł ćwiczenia: Oscyloskop Katodowy	Nr. Cwiczenia 20	Data Wykonania:

1. Wiadomości teoretyczne:

Oscyloskop elektroniczny można uważać za jeden z ważniejszych i najbardziej uniwersalnych przyrządów pomiarowych i kontrolnych. Za pomocą nowoczesnego oscyloskopu można przeprowadzić najróżnorodniejsze pomiary, jak między innymi napięcia, prądu, częstotliwości, fazy, wzajemnego położenia w czasie kilku sygnałów itp. Wiele dziedzin techniki impulsowej, jak telewizja, radiolokacja, maszyny cyfrowe itp. byłoby niemożliwe do opanowania bez oscyloskopu.

Główną częścią oscyloskopu elektronicznego jest lampa oscyloskopowa, umożliwiająca wzrokową obserwację zmiennych przebiegów elektrycznych, których maksymalna szybkość zmian jest ograniczona jedynie bezwładnością elektronów. Lampa oscyloskopowa składa się z trzech podstawowych części :

- działa elektronowego, które emituje i skupia elektrony w cienką wiązkę,

- systemu odchylającego strumień elektronów,

- ekranu wysyłającego światło pod wpływem bombardowania elektronami.

Całość zamknięta jest w balonie szklanym lub ceramicznym, z którego usunięto powietrze. Strumień elektronów może być odchylany polem elektrycznym za pomocą cewek odchylających. Cewki odchylające wymagają do wytworzenia odpowiednio silnego pola magnetycznego przepływu stosunkowo dużego prądu, a indukcyjność i pojemność cewek ogranicza zakres częstotliwości ich stosowania. Z tego też powodu w oscyloskopach elektronicznych z reguły stosowane są lampy z odchylaniem elektrycznym. Działo elektronowe znajduje się w tylnej, zwężonej części balonu i składa się z całego szeregu elektrod wspartych na szklanych lub ceramicznych prętach, do których przymocowane są płytki odchylające.

Poszczególne elektrody działa wyprowadzone są do cokołu zamykającego szyjkę lampy.

Doprowadzenia płytek odchylających wyprowadzone są bądź to do cokołu, bądź droga krótszą bezpośrednio przez ścianki boczne balonu. Skupiony przez działo strumień elektronów uderza w ekran pokryty specjalną substancją zwaną luminoforem, która przetwarza energię kinetyczną elektronów na energię świetlną w zakresie widzialnego przez oko ludzkie.

Działanie generatora podstawy czasu, wbudowanego w oscyloskop, opiera się na wytwarzaniu piłokształtnego sygnału, którego napięcie przyłożone może być do płytek odchylenia X, dzięki czemu proporcjonalnie do wzrostu napięcie obserwujemy wychylenie plamki ze stałą prędkością. Natomiast przyłożenie do płytki odchylenia Y powoduje zależność taką, że jeśli okres badanego sygnału jest równy okresowi sygnału czasu to obserwujemy 1 cykl, a jeśli okres ten będzie n-krotnie mniejszy to zaobserwujemy n cykli.

Wzmacniacz szerokopasmowy sygnału wejściowego umożliwia regulację wzmocnienia i badanie napięć o bardzo małych amplitudach.

Diody prostownicze - przekształcają prąd zmienny w jednokierunkowy prąd pulsujący. W układzie dioda spełnia funkcję zaworu jednokierunkowego. Podstawowym elementem składowym każdej diody jest złącze P-N. Przewodzi ono prąd w jednym kierunku i nie przewodzi w drugim. W rezultacie nadaje się doskonale do prostowania prądu zmiennego.

Metody prostowania prądu zmiennego: Elementami prostującymi prąd zmienny mogą być diody półprzewodnikowe lub lampowe diody próżniowe. Uzyskany jednokierunkowy prąd pulsujący charakteryzuje się dużymi wahaniami, które można wyeliminować/wygładzić włączając do obwodu kondensator o dużej pojemności, rozładowujący się podczas przerw między impulsami.

Krzywe Lissajous - trajektorie punktu materialnego, wykonującego drgania harmoniczne w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach. Dokładny kształt kreślonych figur zależy od różnicy faz obu drgań i ich stosunku częstości. Przy stałej różnicy faz i stosunku częstości danym przez stosunek dwóch liczb całkowitych figury Lissajous są krzywymi zamkniętymi.

2. Wykonanie:

Wykonanie:

Zadanie 1:

Naszym pierwszym zadaniem było zapoznanie się z elementami regulacyjnymi oscyloskopu. Korzystając z instrukcji obsługi oraz z uwag prowadzącego ćwiczeni udało nam się zapoznać z podstawowymi elementami regulacyjnymi oscyloskopu

Zadanie 2:

Następnym zadaniem była obserwacja napięcia dostarczonego przez sieć prądu zmiennego oraz obliczanie czułości oscyloskopu. Aby wykonać takie zadanie musieliśmy zmontować obwód elektryczny według schematu poniżej.

Po podłączeniu obwodu do prądu rozpoczęliśmy pomiary napięcia U równego
(
to napięcie skuteczne wskazywane przez woltomierz) oraz pomiar odpowiadającej tym napięciom amplitudy A wychylenia plamki;
(gdzie y to całkowita długość odcinka obserwowanego na ekranie oscyloskopu po wyłączenia generatora podstawy czasu). Obserwacje te jak i pomiary zestawiliśmy w tabeli:

Lp.	Us [V]	A [dz]	U [V]
1	1,0	1,5	1,414
2	2,0	2	2,828
3	3,0	3,5	4,243
4	4,0	4	5,657
5	5,0	5	7,071
6	6,0	6	8,485
7	7,0	7	9,899
8	8,0	8	11,314
9	9,0	9	12,728
10	10,0	10	14,142
11	11,0	11	15,556
12	12,0	12	16,971
13	13,0	13	18,385
14	14,0	14	19,799
15	15,0	15	21,213

Na podstawie tej tabeli sporządzamy wykres zależności amplitudy A od napięcia U, A=f(U). Wykres ten zostaje załączony /rys.1/. Współczynniki czułości oscyloskopu C wyznaczony metodą regresji liniowej jest równy C=0.71[dz/V] a niepewność pomiarowa wskazana tą samą metodą jest równa ΔC=0,0122

Prosta obliczona metodą regresji liniowej to y=0,69x +0,26

Obliczenia:

Zadanie 3:

Kolejnym ćwiczeniem było jednopołówkowe prostowanie prądu zmiennego przy użyciu diody półprzewodnikowej. W tym celu połączyliśmy obwód według schematu:

Ćwiczenie wykonujemy przy napięciu równym U4,5[V]. Zaobserwowany efekt przedstawiam w postaci wykresu rys.2.

Następnym krokiem było dołączenie do obwodu kondensatorów o różnych pojemnościach, dzięki czemu uzyskiwaliśmy efekt wygładzania prostowanego prądu o napięciu U=4,5[V]. Zamieszczam 4 wykresy /rys.3, rys.4, rys.5, rys.6/ w zależności od pojemności kondensatorów.

Następnie przystąpiliśmy do dwupołówkowego prostowanie prądu. W tym celu połączyliśmy następujący obwód:

Zamieszczam wykres przebiegu sygnału zaobserwowany na ekranie oscyloskopu /rys.7/

Zadanie 4:

Kolejnym zadaniem była obserwacja charakterystyka diody prostowniczej. W tym celu połączyliśmy obwód według schematu:

Charakterystykę diody prostowniczej DOG przedstawia wykres charakterystyki napięciowo-prądowej I=f(U) /rys.8/, na którym widzimy, ze jeśli rośnie napięcie to proporcjonalnie rośnie natężenie:

Zadanie 5:

Ostatnim naszym zadaniem była obserwacja krzywych Lissajous. Aby zaobserwować krzywe Lissajous na płytki odchylenia pionowego - Y i poziomego - X oscyloskopu przykładamy napięcia z dwóch generatorów. Na jednym z generatorów operujemy częstościomierzem (przesuwnik fazowy), regulując fazy sygnału z drugiego generatora. Z dowolnej krzywej określamy stosunek częstości drgań harmonicznych w kierunkach osi X i Y, przecinając krzywą prostymi równoległymi do osi. Liczba punktów wspólnych prostych przecinających z figurą Lissajous (N_x - liczba przecięć z prostą równoległą do osi X i N_y - z prostą równoległą do osi Y).

Korzystając z proporcji:
wyliczamy nieznaną częstotliwość i zapisujemy wszystkie dane do tabeli zbiorczej:

Lp.	ω(x) [Hz]	N(x)	N(y)	ω(y) [Hz]
1	94	6	2	282
2	94	4	2	188
3	94	2	2	94
4	94	2	4	47
5	94	2	6	31,4

1		2		3
4		5

3.Wnioski:

Oscyloskop umożliwia obserwacje różnych przebiegów w czasie. Urządzenie to jest szeroko stosowane w elektronice, elektryce jak również w fizyce.

Włączając do układu diodę powodujemy „obcięcie” dolnej części sinusoidy. Dołączając dodatkowo kondensatory powodujemy wygładzanie przebiegu. Im większa jest pojemność kondensatora tym przebieg jest gładszy. Najlepszy efekt uzyskujemy po włączeniu mostka złożonego z czterech diod /tak zwany układ Gretza/ powoduje on ze przebieg przybiera formę sinusoidy dwu połówkowej. Gdyby w tym przypadku dołączyć jeszcze kondensator o dużej pojemności był by to przebieg najbliższy linii prostej.

Metoda krzywych Lissajous możliwy jest pomiar częstotliwości. Potrzebna jest do tego częstotliwość wzorcowa. Pewną trudność może sprawić odpowiednie ustawienie oscyloskopu by zatrzymać krzywe Lissajous. Dokładność takiego pomiaru zależy głównie od dokładności częstotliwości wzorcowej czyli od parametrów generatora wzorcowego.

---