POLITECHNIKA WROCŁAWSKA Instytut Fizyki	SPRAWOZDANIE Z ĆW. NR 51 TEMAT : Pomiary oscyloskopowe
Michał Mosiądz WPPT IM rok II	Data: Ocena:

WSTĘP

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania oraz zastosowaniem pomiarowym oscyloskopu.

Oscyloskop jest uniwersalnym narzędziem laboratoryjnym służącym do obserwacji, rejestracji i pomiaru napięć elektrycznych zmieniających się w czasie. Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa, a ponadto składa się ze wzmacniaczy odchylenia poziomego i pionowego, generatora podstawy czasu i zasilacza. Wzmacniacze służą do wzmacniania amplitudy badanych sygnałów w celu umożliwienia obserwacji nawet bardzo słabych sygnałów. Iloraz k_u = U/h nazywamy współczynnikiem odchylenia, gdzie U - napięcie przyłożone do wzmacniacza, h - przesunięcie plamki na ekranie. Znajomość tego współczynnika umożliwia pomiar napięć przy pomocy oscyloskopu. Do najbardziej podstawowych zastosowań oscyloskopu należą :

• obserwacja przebiegów napięciowych o różnym kształcie i pomiar napięć

• pomiar czasu i częstotliwości

• pomiar różnych faz dwóch przebiegów

• badanie układów przekształcających przebiegi

• badanie charakterystyk prądowo-napięciowych elementów elektronicznych

Zadania pomiarowe :

Obserwacja i pomiar napięcia przemiennego

Obserwacja i pomiar napięcia przemiennego na wyjściu układu różniczkującego

Pomiar częstotliwości przy pomocy figur Lissajoux

ad. 1) Po podłączeniu oscyloskopu do generatora funkcyjnego odczytałem z wykresów przebiegów potrzebne do wykonania obliczeń wartości.

U = k_u * h t = k_t * l

a) Przebieg sinusoidalny :

POMIARY : k_u= 1 V/cm = 100 V/m h = 2 cm = 0.02 m

k_t = 1 ms/cm = 0.1 s/m l₁ = 1.8 cm = 0.018 m

OBLICZENIA : U = k_u * h = 2 V

l = 2 * l₁ = 0.036 m t = k_t * l = 0.0036 s

b) Przebieg prostokątny :

POMIARY : k_u= 1 V/cm = 100 V/m h = 2 cm = 0.2 m

k_t = 1 ms/cm = 0.1 s/m l₁ = 1.8 cm = 0.18 m

OBLICZENIA : U = 2 V

t = 0.0036 s

c) Przebieg piłokształtny :

POMIARY : k_u= 1 V/cm = 100 V/m h = 2 cm = 0.2 m

k_t = 1 ms/cm = 0.1 s/m l₁ = 1.8 cm = 0.18 m

OBLICZENIA : U = 2 V

t = 0.0036 s

ad. 2) Po podłączeniu do oscyloskopu układu różniczkującego otrzymałem przebieg, z którego odczytałem potrzebne do dalszych obliczeń wartości. Zmieniając wartość rezystancji opornika i pojemności kondensatora zmieniałem wygląd przebiegu

=> Układ różniczkujący

U = k_u * h U(τ) = 0,37 * U₀ U(t) = U₀ * e^-t/RC

t = k_t * l τ = R * C

U(t) = U₀ * e^-t/τ

a) POMIARY : k_u = 2 V/cm h = 4,6 cm h₁ = 2 cm

k_t = 1 ms/ cm l = 0.35 ms l₁ = 0.3 cm

OBLICZENIA : U₀ = k_u * h = 9.2 V

U(τ) = 0.37 * U₀ = 3.4 V

τ = k_t * l₁ = 1 * 0.35 ≅ 0.35 ms

t₁ = k_t * l₁ = 0.3 ms U₁ = 4 V

U₁ = U₀ * e^-t/τ

4 = 9.2 * e^-0.3/τ

0.435 = e^-0.3/τ

ln 0.435 = -0.3/τ

τ = = 0.36 ms

b) POMIARY : k_u = 2 V/cm h = 4,6 cm h₁ = 2 cm

k_t = 1 ms/ cm l = 0.1 cm l₁ = 0.1 cm

OBLICZENIA : U₀ = k_u * h = 9.2 V

U(τ) = 0.37 * U₀ = 3.4 V

τ = k_t * l = 1 * 0.1 ≅ 0.1 ms

t₁ = k_t * l₁ = 0.1 ms U₁ = 4 V

τ = = 0.12 ms

c) POMIARY : k_u = 2 V/cm h = 4,6 cm h₁ = 2 cm

k_t = 2 ms/ cm l = 0.25 cm l₁ = 0.2 cm

OBLICZENIA : U₀ = k_u * h = 9.2 V

U(τ) = 0.37 * U₀ = 3.4 V

τ = k_t * l = 1 * 0.25 ≅ 0.5 ms

t₁ = k_t * l₁ = 0.4 ms U₁ = 4 V

τ = = 0.48 ms

ad. 3) , gdzie m - liczba punktów przecięcia z OY, a n - l-ba p-tów przecięcia z OX

a) otrzymałem elipsę, na której a = 1.5 cm, b = 2.4 cm, przy częstotliwości f_x = 700 Hz. Obraz elipsy otrzymujemy dla równych częstotliwości, więc f_y = 700 Hz

=> ϕ = arcsin ϕ = arcsin 0.625 = 38.7^o

b) przy f₁ = 700 Hz otrzymałem figurę Lissajoux w kształcie ósemki, dla której : m = 4 n = 2

f₂ = 2 * f₁ = 1400 Hz

Obliczona wartość częstotliwości jest zgodna z jej wartością prawdziwą, z czego wynika, iż zależność jest prawdziwa.

WNIOSKI

Przed przystąpieniem do pomiarów należy przeprowadzić odpowiednią korektę obrazu. W tym celu należy spowodować, aby rysowany obraz był ostry i wyraźny, a grubość linii nie większa niż konieczna do dokładnej obserwacji. Spełnienie tych wymogów znacznie redukuje błędy, jakie mogą zaistnieć przy odczycie wartości parametrów ze skali oscyloskopu.

Przy wyznaczaniu napięć powinno się wiedzieć, ile wolt przypada na 1 cm odchylenia plamki na ekranie. Wartości te są podane na dzielniku napięć. Wtedy mierząc wychylenie możemy określić wartość doprowadzonego napięcia.

Oscyloskop w odróżnieniu od woltomierzy pozwala na bezpośredni pomiar napięcia szczytowego. Pomiar amplitudy jest zawsze prawdziwy, bez względu na kształt impulsów, najczęściej odbiegający od idealnego.

Pomiary częstotliwości metodą krzywych Lissajoux obarczone są praktycznie niewielkim błędem zbliżonym do błędu generatora częstotliwości wzorcowej. Kształt figur jest różny dla różnych stosunków częstotliwości i różnic fazowych między nimi. W przypadku, gdy ten stosunek jest równy liczbie całkowitej, otrzymujemy na ekranie obraz nieruchomy.

---