Ćwiczenie nr 2
Temat: Badanie sygnałów elektrycznych za pomocą oscyloskopów
1. Obserwacja i pomiary parametrów sygnałów elektrycznych multimetrem oraz oscyloskopem
analogowym
A. Pomiar wartości skutecznej napięcia sinusoidalnego
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1;
Rys. 1. Schemat do pomiaru wartości skutecznej napięcia sinusoidalnego,
V1  woltomierz z przetwornikiem True RMS, V2  woltomierz bez True RMS
- zmieniając częstotliwość notować wskazania woltomierzy U1 i U2 oraz odczytywać amplitudę napięcia Uamp z
oscyloskopu;
- pomiaru dokonywać w zakresie od 30 Hz do 15kHz, wyniki zanotować w tabeli 1.
15kHz, wyniki zanotować w tabeli 1.
Tabela 1
f [Hz]
U1 [V]
U2 [V]
Uamp [V]
- w jednym układzie współrzędnych wykreślić zależności: , U1=F(f) i U2=F(f) z zaznaczonymi
przedziałami niepewności pomiarowej;
- określić pasmo mierników, porównać z danymi instrukcyjnymi.
B. Pomiar wartości skutecznej napięcia trójkątnego i fali prostokątnej
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 2;
Rys. 2. Schemat do pomiaru wartości skutecznej napięcia trójkątnego i fali prostokątnej
V1  woltomierz z przetwornikiem True RMS, V2  woltomierz bez True RMS
- ustawić napięcie trójkątne o częstotliwości f=60Hz;
 zmieniając amplitudę od 0,5 V do 3,5 V notować wskazania woltomierzy U1 i U2 oraz odczytywać amplitudę
napięcia Uamp z oscyloskopu, wyniki zanotować w tabeli 2;
Tabela 2
U1 [V]
k1 [-]
U2 [V]
k2 [-]
Uamp [V]
USK [V]
UŚR [V]
- na podstawie kształtu napięcia i wartości amplitudy - Uamp obliczyć teoretyczną wartość skuteczną napięcia
USK, oraz teoretyczną wartość średnią napięcia UŚR, wynik zanotować w tabeli 2;
- obliczyć współczynnik kształtu k1 dla pomiaru woltomierzem V1 i k2 dla pomiaru woltomierzem V2, wyniki
wpisać do tabeli 2;
- zaproponować zależność do obliczania poprawnej wartości na podstawie wskazań woltomierza V2;
- ustawić fale prostokątną o częstotliwości f=60Hz;
- zmieniając amplitudę od 0,5 V do 3,5 V notować wskazania woltomierzy U1 i U2 oraz odczytywać amplitudę
napięcia Uamp z oscyloskopu, wyniki zanotować w tabeli 3;
Tabela 3
U1 [V]
k1 [-]
U2 [V]
k2 [-]
Uamp [V]
USK [V]
UŚR [V]
- na podstawie kształtu napięcia i wartości amplitudy - Uamp obliczyć teoretyczną wartość skuteczną napięcia
USK, oraz teoretyczną wartość średnią napięcia UŚR, wynik zanotować w tabeli 3;
- obliczyć współczynnik kształtu k1 dla pomiaru woltomierzem V1 i k2 dla pomiaru woltomierzem V2, wyniki
wpisać do tabeli 3;
- zaproponować zależność do obliczania poprawnej wartości na podstawie wskazań woltomierza V2.
C. Pomiar okresu sygnału
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 3;
Rys. 3. Schemat do pomiaru okresu sygnału
- ustawić napięcie sinusoidalnie zmienne o amplitudzie Uamp=1V;
- zmieniając częstotliwość sygnału od 100Hz do 20 kHz zmierzyć okres za pomocą oscyloskopu - T0, oraz za
pomocą częstościomierza - Hz z funkcją pomiaru okresu - TC, wyniki zapisać w tabeli 4;
Tabela 4
T0 [ms]
u(T0) [ms]
TC [ms]
- obliczyć wartość niepewności całkowitej u(TO) uwzględniającej niepewność eksperymentatora i niepewność
wzorcowania, wynik zapisać w tabeli 4.
D. Pomiar składowej stałej za pomocą oscyloskopu
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1;
- ustawić napięcie sinusoidalnie zmienne o częstotliwości f=1kHz i amplitudzie Uamp=1V;
- zmieniając składową stała od -4V do 4V dokonać jej pomiaru oscyloskopem i miernikiem V1;
- porównać otrzymane wyniki, wyciągnąć wnioski.
E. Obserwacja i pomiar przesunięcia fazowego między dwoma napięciami sinusoidalnie zmiennymi
- zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 4;
Rys. 4. Schemat do obserwacji i pomiaru przesunięcia fazowego
- ustawić napięcie sinusoidalnie zmienne o amplitudzie Uamp=1V i częstotliwości f=1kHz;
- wymusić rodzaj pracy PRZEMIENNY (ALT.) przerysować przebiegi z oscyloskopu;
- wymusić rodzaj pracy SIEKANY (CHOP.) przerysować przebiegi z oscyloskopu;
- zmierzyć czas - t i obliczyć przesunięcie fazy - między sygnałami;
- obliczyć niepewność obliczenia u( ) przesunięcia fazy;
- na podstawie schematu i wartości elementów R i C obliczyć wartość teoretyczna przesunięcia -
2. Obserwacja i pomiary parametrów sygnałów elektrycznych oscyloskopem cyfrowym
A. Obserwacja zobrazowania na oscyloskopie cyfrowym
- podłączyć generator napięcia sinusoidalnego do oscyloskopu;
- ustawić napięcie o częstotliwości f=400Hz i tak dobrać wartość podstawy czasu aby na ekranie były widoczne
dwa pełne okresy;
- zmieniając częstotliwość generatora wg danych f= 4kHz, 40kHz, 50kHz, 400kHz, 500kHz, 4MHz
zaobserwować i przerysować zobrazowania z oscyloskopu.
B. Pomiar wybranych parametrów oscyloskopem cyfrowym
- wykorzystując wewnętrzne funkcje pomiarowe zmierzyć wybrane parametry napięcia sinusoidalnego,
trójkątnego i fali prostokątnej;
- przerysować zobrazowania i zaznaczyć mierzone wielkości.
3. Sprawozdanie powinno zawierać:
- podpisany przez prowadzącego ćwiczenie protokół pomiarów;
- krótki opis ćwiczenia;
- wykaz przyrządów wraz z niezbędnymi danymi (klasa, zakres pomiarowy, itd.);
Lp. Nazwa Typ Zakresy Klasa/rezystancja Numer
przyrządu pomiarowe wewnętrzna fabryczny
1 Woltomierz V1
2 Woltomierz V2
3 Częstościomierz Hz
4 Dekada pojemności - C
5 Dekada rezystancyjna - R
6 Generator napięcia
7 Oscyloskop analogowy HM-303
8 Oscyloskop cyfrowy GDS-840
9 Indukcyjność - L
10 Zasilacz
- tabele pomiarowe;
- przykładowe obliczenia;
- wykresy i rysunki sporządzone na papierze milimetrowym;
- wnioski.
4. Przykładowe pytania
1. Omówić budowę cyfrowego woltomierza.
2. Wyjaśnij pojęcia: rozdzielczość, zakres pomiaru, błąd pomiaru, skala.
3. Omówić zasadę pomiaru wartości napięcia skutecznego miernikiem cyfrowym.
4. Jaki woltomierz określamy mianem True RMS.
5. Wyjaśnij pochodzenie błędu analogowego i cyfrowego przy pomiarach napięcia miernikami cyfrowymi.
6. Podać parametry opisujące przebiegi okresowe.
7. Napisać zależności na określanie wartości skutecznej i średniej napięcia o dowolnym przebiegu.
8. Omówić budowę oscyloskopu analogowego.
9. Wyjaśnić funkcję generatora podstawy czasu.
10. Podać przykłady występowania niepewności eksperymentatora.
11. Kiedy na ekranie oscyloskopu będzie  stabilny obraz.
12. Wymieć różnice w budowie oscyloskopu analogowego i cyfrowego.
13. Wymień wady i zalety oscyloskopu cyfrowego i analogowego, dokonaj porównania.
5. Literatura
Obowiązuje literatura do przedmiotu.
Literatura uzupełniająca:
1. Baszun P.  Miernictwo elektryczne cz. I syg. S-43646
cz. II syg. S-43826