Laboratorium fizyki
Pomiary oscyloskopowe.
Patryk Wojciechowski, Wydział Elektroniki, Data: 5 Maj 1998
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było wykonanie pomiarów wielkości elektrycznych charakteryzujących przebiegi przemienne.
Wstęp teoretyczny:
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 , synchronizowanego 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 ,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. W celu otrzymania stabilnego obrazu konieczna jest synchronizacja, czyli dostosowanie częstotliwości podstawy czasu do częstotliwości badanego przebiegu(regulator poziomu wyzwalania).
Układy pomiarowe:
Przy włączonej podstawie czasu , mierzone napięcie doprowadziliśmy do wejścia Y oscyloskopu ,tak regulując generator podstawy czasu, współczynnik wzmocnienia wejścia Y oraz poziom wyzwalania ,aby na ekranie uzyskać nieruchomy obraz. Następnie zmierzyliśmy wartość `h' oraz `l', które są potrzebne do wyznaczenia amplitudy, okresu i częstotliwości przebiegu.
pomiar napięcia sinusoidalnie zmiennego (oscylogram 1):
l=4,7dz h=2,4dz fpodst.czasu=20μs/dz wy=1V/dz fwzorc.=10000[Hz]
A=h*wy=2,4*1=2,4[V]
T=l*fpodst.czasu=4,7*20=94[μs]
Fx=1/T=10638 [Hz]
b) pomiar napięcia trójkątnego (oscylogram 2):
l=4,6dz h=3,1dz fpodst.cz.=0,2ms/dz wy=0,2V/dz fwzorc.=1[kHz]
A=h*wy=3,1*0,2=0,62[V]
T=l*fpodst.czasu=4,6*0,2=0,92[ms]
Fx=1/T=1086 [Hz]
pomiar napięcia prostokątnego (oscylogram 3):
l=4,7dz h=2,4dz fpodst.cz.=20μs/dz wy=1V/dz fwzorc.=10000[Hz]
A=h*wy=2,4*1=2,4[V]
T=l*fpodst.czasu=4,7*20=94[μs]
Fx=1/T=10638 [Hz]
Pomiar częstotliwości za pomocą figur Lissajous:
-znana częstotliwość;
m.-liczba przecięć figury z osią pionową;
n-liczba przecięć figury z osią poziomą.
a)
=5,6[kHz]; m.=2; n=2; (oscylogram 4):
b)
=5,4[kHz]; m.=2; n=4; (oscylogram 5):
c)
=210[Hz]; m.=4; n=2; (oscylogram 6):
3.Pomiar amplitudy, częstotliwości i okresu przebiegów na wyjściu układów różniczkującego i całkującego.
a) układ różniczkujący.
b) układ całkujący.
4.Pomiar różnicy faz dwóch przebiegów sinusoidalnych. Przesunięcie fazowe obliczamy za wzoru:
gdzie, `A' i `B' oznaczają wartości policzone tak jak pokazano na niżej zamieszczonym rysunku.
a) A=3,8dz B=6,6dz
b) A=0,35dz B=2,5dz
Wnioski:
Pomiary oscyloskopowe są bardzo przydatne przy pomiarach w których potrzebny jest graficzny obraz badanego przebiegu. Można przy ich pomocy 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 , kąt przesunięcia fazowego przebiegu . Są to oczywiście wartości przybliżone gdyż nie da się ich odczytać bardzo dokładnie. Składa się na to wiele przyczyn np. takich jak ; niedoskonałość oka obserwatora , niedokładność skali , przetwarzanie sygnału przez oscyloskop oraz rozmiar plamki świetlnej.