0. Wstęp.

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się z :

- budową,

- zasadą działania,

- zastosowaniami pomiarowymi oscyloskopu elektronicznego.

1. Opis zjawiska fizycznego.

W ćwiczeniu wykorzystaliśmy oscyloskop elektroniczny, który jest uniwersalnym przyrządem laboratoryjnym. Służy do obserwacki, rejestracji i pomiarów napięć elektrycznych zmieniających się w czasie. Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa. Ponadto w skład budowy oscyloskopu wchodzą : wzmacniacz odchylenia poziomego X i pionowego Y, generator podstawy czasu i urządzenie zasilające (Rys.1).

W_Y

Y Z ~220V

S

W_X O

O - lampa oscyloskopowa

Y - wzmacniacz odchylenia pionowego

X - wzmacniacz odchylenia poziomego

W_X ,W_Y - gniazdka wejściowe wzmacniaczy

G - generator podstawy czasu

Z - zasilacz (przewody zasilania oznaczono

linią przerywaną)

S - obwód synchronizacji

X G

Wzmaciacze X oraz Y służą do wzmacniania amplitudy badanych sygnałów w celu umożliwienia obserwacji i pomiarów nawet bardzo słabych sygnałów. Napięcia wyjściowe są przyłożone do odpowiednich par płytek odchylających lampy oscyloskopowej.

Generator podstawy czasu G służy do wytwarzania napięcia okresowo zmiennego o przebiegu piłokształtnym. Napięcie to podczas jednego okresu wzrasta proporcjonalnie do czasu, a następnie możliwie szybko opada.

Urządzenia zasilające oscyloskopu przetwarzają napięcie sieci na napięcie stałe, potrzebne do zasilania wzamcniaczy, generatora podstawy czasu i lampy oscyloskopowej.

Podstawowe zastosowania pomiarowe oscyloskopu elektronowego :

- obserwacja przebiegów napięciowych o różnym kształcie i pomiar napięć;

- pomiar czasu i częstotliwości;

- pomiar różnicy faz dwu przebiegów;

- badanie układów przekształcających przebiegi ( np. układów różniczkujących i całkujących );

- badanie charakterystyk prądowo - napięciowych elementów elektronicznych ( diod,

tranzystorów).

2. Przyrządy.

- oscyloskop dwukanałowy OS 9020G;

- generator funkcyjny G 432;

- przesuwnik fazowy RPF 02;

- prostownik jedno- i dwupołówkowy;

- układ różniczkujący;

- układ całkujący.

3. Przebieg ćwiczenia.

OBSERWACJA I POMIAR NAPIĘCIA PRZEMIENNEGO.

W tym celu dołączyliśmy generator funkcyjny, który wytwarza odpowiednio napięcia sinusoidalne, prostokątne i piłokształtne ( trójkątne ).

Przebieg :

- sinusoidalny (zał.1 wykres 1.1)

wartość amplitudy :

A = 1dz = 1 cm

częstotliwość przebiegu :

T = 1.6 cm * 2 ms/cm ( 1.6 cm - odczyt długości okresu z wykresu )

( 2 ms/cm - zakres generatora podstawy czasu )

T = 3.2 ms

- piłokształtnego (zał.1 wykres 1.2)

wartość amplitudy :

A = 0.2 cm

częstotliwość przebiegu :

T = 1.2 cm * 2 ms/cm = 2.4 ms

f = 416.7 Hz

- prostokątnego (zał.1 wykres 1.3)

wartość amplitudy :

A = 1 cm

częstotliwość przebiegu :

T = 3.2 ms

f = 312.5 Hz

OBSERWACJA I POMIAR NAPIĘCIA PRZEMIENNEGO NA WYJŚCIU UKŁADU RÓŻNICZKUJĄCEGO.

Podstawą działania wielu układów elektronicznych są procesy ładowania i rozładowania kondensatora przez rezystancję. Obserwację takich procesów na ekranie oscyloskopu można przeprowadzić korzystając z układu jak na poniższym rysunku . Schemat układu różniczkującego, złożony z kondensatora C i rezystora R :

A I A'

C

U R U₁

B B'

Do zacisków AA^' doprowadz iliśmy impulsy sinusoidalne o amplitudzie U₀ , a zaciski BB^' łączy się z wejściem wzmacniacza Y. Otrzymaliśmy impulsy zdeformowane, w których część narastająca odpowiada procesowi ładowania, a część opadająca - procesowi rozładowania kondensatora C przez rezystor R. Szybkść narastania lub opadania napięcia na kondensatorzezależy od wartości iloczynu RC. Iloczyn ten nazywa się stałą czasową obwodu i oznacza symbolem τ. Dla dostatecznie małych wartości R i C napięcie wyjściowe U₁(t) jest proporcjonalne do pochodnej dU/dt napięcia wejściowego. Mamy :

gdzie Q - ładunek zgromadzony na kondensatorze C,

U_c - napięcie między okładkami kondensatora.

Dla małych wartości R i C, U₁<< U, U_c ≅ U otrzymujemy :

Podaliśmy na wejście układu kolejno napięcie sinusoidalne, prostokątne i piłokształtne z generatora funkcyjnego (zał.2).

OBSERWACJA I POMIAR NAPIĘCIA PRZEMIENNEGO NA WYJŚCIU UKŁADU PROSTOWANIA JEDNO- I DWUPOŁÓWKOWEGO.

Obserwowaliśmy napięcie przemienne na wyjściu układu. Schemat układu prostowniczego z filtrem RC wygładzającym tętnienia przedstawia poniższy rysunek :

D₁

| | WY

~220 C₁ C₂ R₁ R₂

| |

D₂

D₁, D₂ - diody krzemowe,

C₁, C₂ - kondensatory filtrujące,

R₁, R₂ - rezystory obciążenia

Badaliśmy wpływ elementów R i C na wartość napięcia tętnień. Odpowiednie wykresy są podane w załączniku 4.

POMIAR CZĘSTOTLIWOŚCI NAPIĘCIA PRZEMIENNEGO PRZY POMOCY FIGUR LISSAJOUS.

Zmieniając częstotliwość generatora funkcyjnego otrzymaliśmy ( w tym przypadku dwie ) nieruchome figury Lissajous. Sprawdziliśmy też słuszność wzoru f_x = (m/n)*f_v , gdzie

m - liczba styczności lub punktów przecięć z osiąY, a n - z osią X.

Odczyty z przyrządów pomiarowych :

f_v = 100 Hz * 2.7 = 270 Hz - częstotliwość generatora funkcji G 432

f_x = 0.9 * 100 Hz = 90 Hz - częstotliwość generatora podstawy czasu

Z wykresu (zał.4 wykres 4.1) :

m = 1; n = 3;

Dla drugiego wykresu (zał.4 wykres 4.2) :

f_v = 200 Hz; m = 2; n = 4

Stąd f_x = 100 Hz

POMIAR PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO.

W tym celu odłączyliśmy generator podstawy czasu, a do wejścia wzmacniaczy X i Y doprowadziliśmy odpowiednio dwa przebiegi U(t) i V(t). Wykonaliśmy pomiary wartości przesunięcia fazowego dla różnych kombinacji nastawień przesuwnika fazowego. W wyniku złożenia przebiegów sinusoidalnych o jednakowej częstotliwości na ekranie pojawił się obraz :

- elipsy - przebiegi różniły się w fazie, którą obliczamy ze wzoru

sinϕ = a/b , gdzie ϕ - różnica faz

a - odległość punktów przecinających oś Y

b - odległość między min i max elipsy

Z wykresu (zał.5 wykres 5.2):

a = 1.6 * 2 = 3.2 cm

b = 2 * 2 = 4 cm

sinϕ = 0.8

- koła - przebiegi miały różnicę faz ϕ = π/2 (zał.5 wykres 5.1).

4. Wnioski.

Oscyloskop służy do obserwacji przebiegów napięć w zależności od czasu U(t). Nie należy go jednak stosować do dokładnego pomiaru napięć, a jedynie do orientacyjnego. Układy wejściowe, a zwłaszcza wzmacniacze X i Y oraz generator podstawy czasu są elementami odbiegającymi od idealnie liniowych, co wprowadza dość znaczne błędy pomiarowe.

Oscyloskop jest urządzeniem bardzo przydatnym w pracowni zajmującej się elektroniką analogową, ponieważ umożliwia obserwację okresowych sygnałów pojawiających się w obwodach analogowych. Przy pomiarze zwykłym oscyloskopem błąd przekracza kilka procent, nie ma sensu zaś rozpatrywanie wielkosci plamki.

1

---