Laboratorium Elektrotechniki i elektroniki
AGH WYDZIAŁ: IMIR GR. 13 ROK: 1D zespół A
Wykonali:	Justyna Jamioła Konrad Gac Miłosz Augustyn Michał Florek	Oceny	Data wykonania
					16.04.2006
		Sprawdził:	dr inż.	Data zaliczenia
Ćw. M4: Badanie i zastosowanie oscyloskopu elektronicznego

Wprowadzenie teoretyczne:

Płyta czołowa Oscyloskopu dwukanałowego:

Na płycie czołowej wyróżnić można kilka pól z przełącznikami i pokrętłami, odpowiadających różnym układom oscyloskopu:

- ekran lampy oscyloskopowej ze skalą (co cm w pionie i poziomie);

- tor odchylania pionowego „VERTICAL”;

- tor odchylania poziomego z pokrętłem „TIME/DIV”;

- tor wyzwalania „LEVEL”;

Znaczenie poszczególnych pokręteł i przełączników:

POWER - włącznik główny;

INTENSITY - ustawienie odpowiedniej jasności plamki;

FOCUS - ustawienie odpowiedniej ostrości;

TIME/DIV - ustawienie czasu, w jakim plamka przebywa odległość jednej działki na ekranie;

VOLTS/DIV - poprzez zmianę stopnia wzmocnienia sygnału, ustawiamy czułość oscyloskopu, a dokładniej wielkość napięcia na wejściu, jakie odpowiada odchyleniu plamki o jedną działkę na ekranie i dotyczy jednego kanału;

VERTICAL - Oscyloskopy produkowane dzisiaj mają zazwyczaj dwa kanały wejściowe, służące do obserwacji dwóch przebiegów jednocześnie, co pozwala określić związki czasowe między tymi sygnałami. Wejścia te oznaczone są: „INPUT A” i „INPUT B”. Powyżej znajduje się przełącznik rodzaju sprzężenia:

- bezpośredni połączenie wejścia oscyloskopu z wejściem wzmacniacza odchylania pionowego - „DC”;

- połączenie wejścia wzmacniacza Y z masą - „GND”(inaczej zwarcie kanału do masy);

- połączenie wejścia wzmacniacza Y z wejściem oscyloskopu poprzez równolegle połączone: opornik i kondensator „AC”, umożliwiające obserwację przebiegów zmiennych występujących na podkładzie napięcia stałego (odcina składową stałą);

POSITION - przesuwanie obrazu w pionie;

INVERT - odwracanie fazy sygnału;

Przyciski „A” i „B” - Wciśnięcie jednego z nich powoduje wyświetlanie sygnału pochodzącego odpowiednie z kanału A lub B. Wciśnięcie obu uruchamia tryb dwukanałowy. Możliwe jest obserwowanie jednocześnie obu przebiegów lub sumowanie odchyleń z obu kanałów;

Tor odchylania poziomego „horizontal”: W polu odpowiadającym poziomemu odchylaniu wiązki znajduje się regulator okresu podstawy czasu „TIME/DIV”. Obrót przełącznika w skrajne położenie włącza tryb X-Y. Wtedy sygnał podany na wejście kanału B steruje odchyleniem poziomym plamki. Powyżej tego pokrętła znajduje się pokrętło potencjometru „POSITION” służące do przesuwania całego obserwowanego obszaru w lewo lub w prawo. Jeszcze wyżej znajduje się przycisk rozciągu podstawy czasu „magnifer”. Wciśnięcie tego przycisku pozwala na 5-krotne zwiększenie wzmocnienia podstawy czasu, a więc na 5-kreotne rozszerzenie obrazu;

Tor wyzwalania „level”: Tor wyzwalania służy do uzyskania stabilnego obrazu na ekranie. Obraz stabilny uzyskuje się wtedy, gdy położenia plamki na ekranie, odpowiadające tym samym momentom powtarzającego się sygnału będą popadały w te same miejsca ekranu. Chodzi, więc o wyzwolenie podstawy czasu zawsze w tej samej fazie sygnału wejściowego. Układ wyzwalania pozwala wybrać poziom „LEVEL” sygnału wejściowego, przy którym rozpoczyna się ruch plamki, a więc zostaje wyzwolony układ podstawy czasu. Dodatnie lub ujemne zbocze sygnału można wybrać ustawiając przycisk wyboru zbocza wyzwalającego „SLOPE”;

Oprócz opisanego sposobu pracy układu wyzwalania istnieje jeszcze praca „AUTO”, w której podstawa czasu wyzwala się sama, jeżeli nie ma sygnału. Do wyzwalania podstawy można wybrać sygnały z różnych źródeł, przy pomocy przełącznika „SOURCE”

-„INT” - sygnałem wyzwalającym jest suma przebiegów wejściowych obu kanałów;

-„B” - podstawa czasu wyzwalania jest sygnałem z kanału B;

-„LINE” - źródłem wyzwalania są impulsy generowane synchronicznie ze zmieniającym się napięciem sieciowym;

-„EXT” - sygnałem wyzwalającym jest sygnał pochodzący z zewnętrznego źródła, podany na gniazdo „EXT INPUT”.

Ponadto części metalowe oscyloskopu „zero” sond oraz jedna z płytek odchylających w poziomie i pionie mają wspólny potencjał (masę).

Budowa i działanie oscyloskopu elektronicznego. (to dostałem od Pawła Janczyka i jak coś to zostaw, usuń albo przemień coś)

Oscyloskop jest przyrządem elektronicznym służącym do obserwowania i badania przebiegów zależności pomiędzy dwoma wielkościami elektrycznymi, bądź innymi wielkościami fizycznymi reprezentowanymi w postaci napięcia. Oscyloskop stosuje się najczęściej do badania przebiegów zmiennych, nawet tych, których okres zmian jest zbyt mały, by rejestrować je bezpośrednio.

Zasada działania oscyloskopu jest bardzo prosta. Działo elektronowe emituje elektrony, które po przejściu przez płytki odchylania pionowego i poziomego, uderzają o luminescencyjny ekran generując obraz. Oscyloskop ma dwa wejścia - X i Y (poziome i pionowe), z których podawane są napięcia na płytki odchylania. Nowe oscyloskopy są wyposażone w funkcje filtrowania składowej stałej sygnału wejściowego. Rozwiązanie takie realizuje się poprzez wpięcie w obwód wejściowy kondensatora, który dla prądu stałego stanowi rozwarcie. Wejście bez filtracji składowej stałej oznaczone jest DC, a z filtracją AC. Na płytki odchylania poziomego może być również podawane piłokształtne napięcie z generatora podstawy czasu. Oscyloskopy pozwalają na regulację zakresów odchylania (można obserwować napięcia rzędu mV jak i większe od 200V) oraz na regulację częstotliwości sygnału z generatora podstawy czasu. Nowoczesne urządzenia tego typu umożliwiają także przesuwanie wyświetlanego obrazu w pionie i poziomie, składanie sygnałów z obu wejść i wiele innych zaawansowanych operacji.

Przygotowanie oscyloskopu do pracy :

1. ustawić oscyloskop tak , aby światło (zewnętrzne) nie padało bezpośrednio na ekran;

2. po włączeniu się oscyloskopu na ekranie pojawi się plamka lub linia pozioma, gdy na płytki odchylania poziomego podawane jest napięcie z generatora podstawy czasu;

3. regulujemy częstotliwość generatora podstawy czasu oraz synchronizację aż do uzyskania ciągłej lini poziomej, którą ustawiamy na środku ekranu (zero);

4. przeprowadzamy korektę jasności, ostrości i astygmatyzmu (okrągłości palkmi) w celu otrzymania jak najcieńszej, dobrze widocznej lini.

Przebieg i cel ćwiczenia:

1. Obserwacja przebiegów czasowych prądu i napięcia oraz pomiar wielkości charakterystycznych tych przebiegów.

• Pomiar wartości skutecznej napięcia za transformatorem przy pomocy oscyloskopu oraz ustalenie przekładni transformatora;

Schemat:

gdzie: w miejsce Y podpięto jeden kanał oscyloskopu;

przekładania =

widok na oscyloskopie:

Tabela pomiarowa:

Pomiar napięcia

Pomiar okresu i częstotliwości

Volt / działkę

Ilość Działek (pionowo)

UPP

USK

UŚR

Podstawa czasu

Ilość działek (poziomo)

T

f

ms/dz

5

5,6

V

V

V

5

4

s

Hz

28

10

8,91

0,02

50

Przykładowe obliczenia:

Napięcia: UPP = 5 V/dz •5,6 dz = 28 [V] ; USK= [V]; UŚR= [V]; okres T = 0,005•4 = 0,02 [s] i Częstotliwość f = [Hz]

Zastosowanie oscyloskopu do pomiaru częstotliwości:

Pomiaru dokonujemy porzez wprowadzenie na wejscie kanału 1 lub 2 przebiegu sinusoidalnie zmiennego a na płytki Y piłokształtnej podstawy czasu w skali 1:1. Następnie uistawiamy przebieg tak aby możliwe było ustalenie okresu. Odczytujemy okres T w działkach (domyślnie centymetry ).Odczytujemy C układu w s/cm.Obliczamy ze wzoru:

f [Hz] = 1/(T[cm] * C[v/cm])

Zastosowanie oscyloskopu do pomiaru wartości skutecznej przebiegu sinusoid. zmiennego:

Pomiar wykonujemy poprzez ustalenie przebiegu na linie zerową podziałki a następnie odczytujemy amplitudę w cm i mnożymy przez czułość C V/cm.

Drugą metodą jest ustawienie przebiegu także na lini zerowej podziałki i zmienianie czułości tak aby amplituda osiągała poziom zaznaczony przerywaną linią odczytujemy wartość czułości która jest wartością skuteczną.

• Pomiar amplitudy napięcia wyjściowego mostka Greatza[Y(1)] i amplitudy składowej zmiennej napięcia wyjściowego[Y(2)] oraz zmierzenie wartości składowej stałej napięcia U_RC i częstotliwości składowej zmiennej U_RC.

Schemat:

Widok na oscyloskopie:

Gdzie przebieg oznaczony (*) uzyskujemy po włączeniu przycisku DC na kanale B a różnica między Y(2) a (*) stanowi składową stałą U_ST.

Tabela pomiarowa:

Pomiar napięcia wyj mostka Greatza (Y1)

Pomiar U wyj (Y2)

Pomiar częstotliwości składowej zmiennej napięcia URC

Wartość składowej stałej URC*

Volt / działkę

Ilość Działek

Um

Volt / działkę

Ilość działek

Um

Podstawa Czasu

Liczba działek

fRC

UST

5

1,5

V

5

0,6

V

5 ms/dz

2

Hz

V

7,5

3,1

100

2,2

2. Pomiar kąta przesunięcia fazowego metodą elipsy

Schemat:

Pomiaru kąta przesunięcia fazowego dokonujemy zgodnie z zależnościami przedstawionymi na rysunku:

φ= arcsin
lub

φ=arcsin

Elipsę uzyskujemy na ekranie oscyloskopu przekręcając pokrętło stałej czasowej do oporu.

Tabela pomiarowa:

U1	U2	UR	φ12		XC	f	ω	C	I
V	V	V	a=2	b=2,4	Ω	Hz	Hz	µF	mA
10	4,6	3,6	56,4º		606,1	8	50	33	3,95

Kąt φ12 między U₁ i U₂ jest równy kątowi φ_2R między I_R oraz U₂ φ12= φ2R

Przykładowe obliczenia:

I = XC= [Ω]

Figury Lissajous (elipsy) powstają, gdy na wejścia wzmacniaczy X i Y podajemy jednocześnie napięcia zmienne sinusoidalne z dwóch generatorów. Ruch plamki będzie wtedy złożeniem dwóch ruchów harmonicznych prostych. Jeżeli generatory będą podawać drgania o identycznej częstości i fazie, wtedy plamka będzie poruszać się po przekątnej ekranu - po linii prostej. Jeśli amplitudy drgań będą równe - kąt nachylenia prostej będzie wynosił 45. Jeśli drgania nie będą zsynchronizowane, wtedy plamka będzie poruszać się po elipsach.

Kształty elips w zależności od różnicy faz drgań przedstawia rysunek. Szczególnym przypadkiem jest koło, które powstaje gdy amplitudy i częstości drgań są równe, a różnica faz drgań wynosi 90 lub 270.

Przykładowe elipsy i kąty przesunięć fazowych:

Wnioski i spostrzeżenia:

Oscyloskop analogowy czy też cyfrowy to jedno z podstawowych narzędzi do obserwacji i analizy przebiegów w obwodach prądu stałego i zmiennego. Co warte podkreślenia umożliwia on pomiar przesunięcia fazowego między napięciami a także np. pomiar mocy i parametrów impulsu. Oscyloskop może być także wykorzystywany jako uniwersalne urządzenie pomiarowe. Korzystają niego zarówno serwisanci jak i hobbiści. Dzięki umiejętnemu zastosowaniu kilku podstawowych praw rządzących obwodami, możliwe jest znaczne rozwinięcie użyteczności oscyloskopu. Nowoczesne oscyloskopy posiadają szereg dodatkowych funkcji, jakie umożliwiają skomplikowane obserwacje oraz składanie przebiegów i obserwację elementów nieliniowych (np. diody, czy też tranzystorów itp). Obecnie najbardziej zaawansowane oscyloskopy funkcjonują w postaci kart rozszerzeń do komputerów. Zwiększa to w znacznym stopniu ich użyteczność, gdyż wszystkie obliczenia są wykonywane przez procesor komputera. Daje także możliwość zatrzymania obrazu w dowolnym momencie, a nawet jego przewijanie, powiększanie oraz automatyczne podawanie wartości, które w przypadku oscyloskopów niezintegrowanych z komputerem wymagałyby oddzielnych, często skomplikowanych, obliczeń.

---