suli - ćw2, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Podstawy elektroniki i miernictwa


Sularz Rafał Gdańsk, dn.21.11.2009

Zaoczne studia inżynierskie

Semestr 1 grupa laboratoryjna 2/4

Ćwiczenie nr 2

Pomiary oscyloskopowe

WYDZIAŁ ELEKTRONKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI

KATEDRA METROLOGII I SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH

LABORATORIUM METROLOGII I TECHNIKI EKSPERYMENTU

GRUPA ..2/4.....

Ćwiczenie nr 2

Pomiary oscyloskopowe

Imię i nazwisko

Maksymilian Rudnik

Data wykonania ćwiczenia

21.11.2009 r.

Data odbioru sprawozdania

Ocena zaliczenia

Uwagi i podpis

Cel ćwiczenia

Celem tego ćwiczenia było zapoznanie się z oscyloskopem oraz jego praktycznymi zastosowaniami. W trakcie tego ćwiczenia wykonywane było wzorcowanie kanału X i Y, pomiary napięcia i czasu, pomiary napięć różnicowych, pomiary parametrów impulsów, obserwacje przebiegów układów w układach cyfrowych oraz obserwacje charakterystyk I/U diod półprzewodnikowych.

Zadania pomiarowe

1. Wzorcowanie kanału Y oscyloskopu napięciem stałym.

Za pomocą tego doświadczenia możliwe jest wyznaczenie stałej napięciowej kanału Y. Obliczymy to metodą najmniejszych kwadratów, zaś potrzebne dane uzyskamy w wyniku odchylania napięciem stałym plamki od położenia zerowego, o określoną liczbę działek. Uzyskane wyniki zawarte w tabelce oraz wyliczenia metodą najmniejszych kwadratów są prezentowane poniżej. Wzorcowanie kanału Y przeprowadziłem dla stałej napięciowej równej Dy = 1V/cm.

Wyniki wzorcowania kanału Y

y

cm

1

2

3

4

-4

-3

-2

-1

Uy

V

0,099

0,202

0,3

0,397

-0,099

-0,201

-0,296

-0,397

Dypom

V/cm

0,099

0,101

0,1

0,09925

0,099

0,1005

0,09866

0,09925

δD

%

0,2698

0,2955

0,2827

0,273

0,2698

0,2891

0,2656

0,273

Dyobl

V/cm

0,07796

Aby wypełnić całkowicie tabelę należy obliczyć wpierw Dyobl a potem δD .

0x01 graphic

to jest 0x01 graphic
, skąd 0x01 graphic

oraz 0x01 graphic
, skąd 0x01 graphic

gdzie

0x01 graphic

W tym miejscu warto zauważyć, że przedział yi jest symetryczny:

yi = { 1, 2 ,3 , 4, (-4), (-3), (-2), (-1)}

wyrażenie 0x01 graphic

a w związku z tym odpowiednie wzory na M, my i ny znacząco się nam upraszczają :

0x01 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

Ilość pomiarów czyli k = 8; z kolei wartość wyrażeń

0x01 graphic
(0,099) + (0,202) +(0,3) + (0,397) + (-0,099) +(-0,201) + (-0,296) + (-0,397) = 0,005

0x01 graphic
60

0x01 graphic

W oparciu o te wyliczone wartości można policzyć już my i ny :

0x01 graphic
0x01 graphic

Otrzymujemy w ten sposób równanie postaci:

Uy = myy + ny = 0,07796 y + 0,000625

gdzie my = Dyobl = 0,080225

Następnie wyliczamy błąd względny według wzoru :

δD = (Dypom - Dyobl) / Dyobl

i wypełniamy po kolei tabelę brakującymi wartościami.

Wykres przedstawia zależność błędu względnego δD w funkcji napięcia Uy

0x01 graphic

Z wykresu wynika, że największe błędy wystąpiły na początku pomiaru. Zacząłem bowiem od pomiaru dodatnich napięć: 1V, potem 2 V itd. , a następnie zgodnie z tabelą zacząłem pomiary dla napięć ujemnych od wartości (- 4V) do (-1V). Jak widać wyraźnie na wykresie w miarę jak dokonywałem dalszych pomiarów, wzrastała moja precyzja kalibracji. Spowodowane to było min. moim brakiem „obycia” z oscyloskopem jako urządzeniem pomiarowym, a także z dalszymi czynnościami, które potem wykonałem.

Przede wszystkim dokładniej ustawiłem ostrość oraz zmniejszyłem jasność plamki do niezbędnego minimum. Zmniejszając wielkość plamki spowodowałem ustalenie dokładniejszego wyniku niż na początku pomiarów (zmniejszenie błędu względnego z 1, 643 % do 0.09 %) . Podejrzewam, że w miarę mojego „oswajania się” z przyrządem byłbym w stanie ustalić jeszcze lepsze pomiary - cóż, potwierdza się stare porzekadło, że „praktyka czyni mistrza”. Zatem w moim przypadku o wyniku pomiaru decydująca rolę odegrała precyzja ustawienia parametrów początkowych plamki, oraz w konsekwencji idąca za tym precyzja w dokonywaniu bezpośredniego odczytu z ekranu oscyloskopu.

2. Pomiary napięcia i czasu oscyloskopem

W ćwiczeniu tym należy wyznaczyć stałą czasową układu całkującego na podstawie pomierzonych przy pomocy oscyloskopu wartości napięcia i czasu. Następnie należy wyliczyć stałą czasową na podstawie znanych wartości elementów RC, a następnie porównać oba wyniki.

0x01 graphic

W badanym układzie pomiarowym wartość rezystora R wynosiła odpowiednio 1,008 kΩ, zaś kondensatora C = 100,2 nF. Wyniki pomiarów oraz wartości wyliczone są pogrupowane w poniższej tabeli :

U(t1)

V

3,9

U(t2)

V

0,3

t

s

5,6

RCteor

s

101,0016

RCpom

s

2,2056

δRC

%

-0,97816

Ogólną zależność dla tego obwodu całkującego można wyrazić za pomocą wzoru:

0x01 graphic
0x01 graphic

Po przekształceniu wzoru otrzymujemy:

0x01 graphic

Wzór na wartość stałej czasowej w oparciu o znane wartości elementów RC :

RCteor = R*C

Wzór na wartość błędu względnego δRC :

0x01 graphic

Jak wynika z tabeli, wartości stałej czasowej układu całkującego wyliczone i pomierzone są ze sobą prawie identyczne (różnica wynosi niecałe 1,7 s), zaś błąd względny nie przekracza 1,7 %.

3. Obserwacja przebiegów w układach cyfrowych

Celem tego ćwiczenia była obserwacja przebiegów cyfrowych w układzie wykorzystującym licznik binarny 7493 oraz bramkę AND typu 7408. Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że na kolejnych wyjściach licznika 7493, oznaczonych A, B, C, D, zaobserwowane przebiegi różniły się od siebie czasem trwania jednego okresu. Dla każdego z wyjść zbadano ilość przypadających na jeden okres okresów przebiegu podstawowego T in.

TA = 2 x T in

TB = 4 x T in

TC = 8 x T in

TD = 16 x T in

Nasuwa się dość oczywisty wniosek, że w tej konfiguracji licznik binarny 7493 pracuje w trybie dzielnika częstotliwości przez 2 - tj. na każdym z kolejnych wyjść badana częstotliwość jest dwa razy mniejsza od częstotliwości wyjścia poprzedniego.

Dla wygenerowanego przebiegu cyfrowego zanotowałem następujące wartości napięć:

UHI = 3,31 V

ULO = 115 mV

Kolejnym zadaniem w ramach tego ćwiczenia była obserwacja przebiegów wejściowych i wyjściowych na bramce typy AND. Wyjście bramki oznaczone jako OUT podłączyłem do wejścia oscyloskopu oznaczonego CH1, zaś za pomocą wejścia CH2 badałem przebiegi wejściowe na bramce. W punkcie IN2 obserwowany przebieg na CH2 był niczym innym jak sygnałem podstawowym, doprowadzonym bezpośrednio z generatora. Z kolei w punkcie IN1 obserwowany przebieg miał już inne parametry - ponieważ pochodził z wyjścia D licznika binarnego, zatem jego okres był szesnaście razy większy od okresu podstawowego. Przebieg zaobserwowany na ekranie oscyloskopu, a pochodzący z wyjścia OUT bramki, prezentował się dość ciekawie - na ekranie widoczne były „paczki” impulsów przedzielone linia ciągłą w okolicy zera. Okres impulsów wewnątrz paczki równał się okresowi przebiegu wejściowego T in , zaś czas jej trwania równał się połowie czasu trwania okresu TD Wytłumaczenie jest proste - dla bramki AND w momencie, gdy na jednym z wejść panuje niski stan, stan wyjścia przyjmuje również poziom niski. Dopiero podanie na oba wejścia stanu wysokiego powoduje, że wyjście przyjmuje stan wysoki (patrz Tabela prawdy dla bramki AND). W naszym przypadku można powiedzieć, że niejako sygnałem sterującym bramki był sygnał wyjściowy TD licznika binarnego.

Tabela prawdy dla bramki AND

IN1

IN2

OUT

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

4. Automatyczne pomiary parametrów impulsów w przebiegu okresowym

Celem ćwiczenia jest pomiar odpowiednich wartości w przebiegu okresowym za pomocą wbudowanej w oscyloskop dodatkowej aparatury pomiarowej. Za pomocą takiego trybu można w dość szybki, a także dokładny sposób otrzymać szukane parametry sygnału bez żmudnych obliczeń - przyspiesza i usprawnia to znacznie prace z przyrządem.

Po wygenerowaniu sygnału w generatorze i podaniu go na wejście oscyloskopu otrzymałem następujące wartości sygnału ujęte w tabeli:

Vpp

V

4,16

Vrms

V

2,8

Vavg

V

1,12

f (F)

Hz

930,2

T

μs

1076

tw (W+)

μs

235

k (DC+)

%

22,15


5. Obserwacja charakterystyk diod półprzewodnikowych I = f (U) w obszarze przewodzenia

Celem ćwiczenia jest obserwacja charakterystyk diod półprzewodnikowych: germanowej, krzemowej i LED w zakresie przewodzenia. Po prawidłowym zestawieniu układu pomiarowego otrzymałem na ekranie oscyloskopu wykres zależności prądowo - napięciowej dla danego typu diody. Następnie z wykresu (dla każdej z diod) odczytałem wartość napięcia przewodzenia Uf dla prądu I = 25 mA. Wyniki zanotowałem w tabelce. Na podstawie otrzymanych wartości napięcia obliczyłem i wstawiłem do tabeli wartości rezystancji statycznych z ogólnego wzoru:

0x01 graphic

Na wykresach charakterystyk prądowo - napięciowych diod w punkcie I=25 mA narysowałem styczną do wykresu, a następnie zaznaczyłem przedział ΔI dla którego odczytałem odpowiadające mu wartości napięcia przewodzenia. Obydwa uzyskane w ten sposób zestawy liczb wpisałem do tabeli. Pozostało tylko wyliczenie rezystancji dynamicznej poszczególnych diod. Wzór na tą rezystancję przedstawia się następująco:

0x01 graphic

Typ diody

Uf [V]

R [Ω]

ΔU [V]

ΔI [mA]

rd [Ω]

germanowa

krzemowa

LED


Oczywiście wyliczone w ten sposób wartości rezystancji odbiegają nieco od rzeczywistych - głównie ze względu na niedokładności w przerysowywaniu wykresu zależności z ekranu oscyloskopu. Dokładniejsza, lecz bardziej żmudna i czasochłonna jest metoda analizy charakterystyki diody „punkt po punkcie”, przy pomocy woltomierza, amperomierza i zasilacza stabilizowanego. Jednakże pomiar oscyloskopowy daje już nam na wstępie możliwości zgrubnego określenia charakterystycznych wartości dla danego półprzewodnika, a przy tym jest to metoda szybsza w stosunku do poprzednio wymienionej.

[Wpisz tekst]



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
max - ćw2, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Podstawy elektroniki i mierni
ściąga elektornika -laborka II, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Podstawy
Kolokwium Elektronika, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Podstawy elektron
Elektronika.Diody, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Podstawy elektroniki
I kol.popr.wykł, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Fizyka, Pomoce
poprawkowecwiczenia, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Fizyka, Pomoce
IIkolowykl, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Fizyka, Wyklady
wyniki III kolokwium w-cw za, Politechnika Gdańska ETI Informatyka Niestacjonarne, Sem I, Fizyka, P
Wilgotność optymalna, Politechnika Gdańska Budownictwo, Sprawozdania MG sem 3
zaliczenie - pytania i odp2, Politechnika Lubelska Wydział Mechaniczny, Semestr II, Podstawy Elektro
instrukcja 06, sem 3, Podstawy elektrotechniki i elektroniki, Laboratoria, instrukcje do cwiczen 201
majne sciaga teory do druku, Studia, WAT Informatyka, s2 - Peie - podstawy elektroniki i elektrotech
sprawozdanie 08, sem 3, Podstawy elektrotechniki i elektroniki, Laboratoria, sprawodzania 2011 zima
instrukcja 09, sem 3, Podstawy elektrotechniki i elektroniki, Laboratoria, instrukcje do cwiczen 201
Optoelektronika, Informatyka -STUDIA, PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA
Sprawozdanie06 elektronika, Studia PŚK informatyka, semestr 2, Semestr 2, miernictwo, Podstawy elekt

więcej podobnych podstron