cw4.pdf

(503 KB) Pobierz
Ćwiczenie nr 4
Zastosowania pomiarowe oscyloskopu
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową oraz zasadą działania oscyloskopu
analogowego i cyfrowego a także ze sposobem wykonywania pomiarów za jego pomocą.
1. Wprowadzenie
Oscyloskop jest przyrządem umożliwiającym obserwację przebiegu. Za jego pomocą można
także dokonać pomiarów parametrów sygnału oraz porównania dwóch sygnałów.
2. Podstawowe pojęcia
Amplituda
jest to nieujemna wartość określająca wzmocnienie przebiegu okresowego.
Amplituda A w przebiegach sinusoidalnych jest maksymalną wartością tego przebiegu:
y=Asin(t+)
W przypadku funkcji ze składową stałą, amplituda dotyczy tylko części okresowej:
y=Asin(t+)+B
Amplitudą w tym przypadku NIE JEST
A+B,
a tylko wartość
A
Pojęcie amplitudy jest często mylone, jako różnica pomiędzy maksymalną a minimalną
wartością przebiegu (według takiego opisu wynosiłaby 2A). Tak definiowana jest
wartość
międzyszczytowa.
Częstotliwość
określa liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W
układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada
występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy.
f
�½
gdzie;
T-
okres
f
- częstotliwość
Okres
sygnału jest to czas trwania jednego cyklu.
Przesunięcie fazowe
- jest to odległość między punktami o takiej samej fazie dwóch napięć
okresowo zmiennych.
Składowa stała
jest to wartość napięcia stałego dodana do przebiegu przemiennego.
Wzmocnienie
- stosunek amplitudy sygnału wyjściowego do amplitudy sygnału
wejściowego.
A
Wy
K
U
�½
A
We
Jeżeli wzmocnienie jest mniejsze od 1 to mamy do czynienia z tłumieniem sygnału.
Znacznie częściej operujemy wzmocnieniem wyrażonym w decybelach (dB)
A
Wy
k
dB
�½
20 log
A
We
1
T
3. Budowa oscyloskopu analogowego (katodowego)
Podstawowe bloki składowe oscyloskopu:
-
tłumik wejściowy
-
wzmacniacz odchylania pionowego
-
układ wyzwalania
-
układ generacji podstawy czasu
-
wzmacniacz odchylania poziomego
-
wzmacniacz modulacji jaskrawości
-
lampa oscyloskopowa
-
zasilacz niskiego i wysokiego napięcia
Schemat blokowy analogowego oscyloskopu dwukanałowego przedstawiony jest na rysunku
1.
Rys 1. Budowa oscyloskopu dwukanałowego
Sygnał wejściowy przechodzi przez przełącznik wyboru rodzaju mierzonego sygnału
(AC/DC) i podawany jest na
tłumik
(opisany jako V/div) po czym dalej trafia do
wzmacniacza wejściowego.
Wzmacniacz odchylania pionowego ma możliwość płynnej
regulacji wzmocnienia wyprowadzonym do tego celu na przednią ścianę oscyloskopu
pokrętłem VARIABLE. Aby jednak móc skorzystać z wartości podanych przy przełączniku
tłumika należy płynną regulację wzmocnienia ustawić w pozycji skalibrowanej (CAL). W
przypadku gdy oscyloskop ma dwa kanały to te elementy występują osobno dla każdego z
kanału.
W przypadku pracy jednokanałowej, z kanału pierwszego CH1, opisanego także Y, sygnał
dalej podawany jest na
wzmacniacz odchylania pionowego,
z którego wzmocniony,
symetryczny sygnał podawany jest na płytki odchylania pionowego lampy oscyloskopowej.
Do narysowania obrazu niezbędne jest także wysterowanie płyt odchylania poziomego. W
przypadku pracy oscyloskopu w trybie wyświetlania przebiegu wejściowego w funkcji czasu
za odchylanie poziome odpowiedzialny jest układ
generacji podstawy czasu.
Wytwarza on
piłokształtny przebieg, którego stromość narastania zależy od wybranego skokowo
współczynnika czasu. Możliwa jest także płynna regulacja szybkości narastania za pomocą
pokrętła VARIABLE, jednak podobnie jak w przypadku wzmocnienia aby móc skorzystać ze
skali czasu należy to pokrętło ustawić w pozycji skalibrowanej. Sygnał piłokształtny jest
podawany na
wzmacniacz odchylania poziomego,
na wyjściu którego także otrzymywany
jest przebieg symetryczny podawany na płytki odchylania poziomego. W czasie narastania
przebiegu piłokształtnego na
wzmacniacz jaskrawości,
nazywany czasem wzmacniaczem Z,
podawany jest stan wysoki. Ma to na celu rozświetlenie plamki na czas rysowania
właściwego przebiegu i wygaszenie jej na czas powrotu do punktu początkowego. Z
wzmacniacza jaskrawości jest wyprowadzona regulacja jasności (INTENSITY)
umożliwiająca ustawienie jaskrawości obrazu dogodnej do obserwacji przebiegu.
W ogólnym przypadku rysowanie obrazu zaczynałoby się w dowolnej chwili czasowej co
powodowałoby wyświetlanie obrazu nie nadającego się do obserwacji. Stabilny obraz byłby
uzyskiwany tylko w przypadku startu podstawy czasu dokładnie zawsze w tym samym
punkcie badanego przebiegu. Nie zawsze byłoby to możliwe bez
układu wyzwalania
(TRIGER). Ten blok oscyloskopu jest odpowiedzialny za wystartowanie podstawy czasu
zawsze w tym samym momencie badanego przebiegu. Możliwy jest wybór źródła przebiegu
wyzwalającego:
CH 1 – wyzwalanie przebiegiem z kanału pierwszego,
CH 2 – wyzwalanie przebiegiem z kanału drugiego,
LINE – wyzwalanie częstotliwością sieci,
EXTERNAL – wyzwalanie przebiegiem zewnętrznym doprowadzonym do osobnego wejścia.
Oprócz wyboru źródła sygnału wyzwalającego jest możliwość zadania poziomu wyzwalania,
czyli poziomu od którego przebieg będzie rysowany. Jeżeli poziom wyzwalania jest niższy
lub wyższy od poziomu badanego przebiegu nie jest możliwe poprawne wyzwolenie
przebiegu.
Układ wyzwalania może pracować w dwóch trybach. W trybie AUTO podstawa czasu jest
generowana cały czas, bez względu na synchronizację przebiegu. W trybie NORMAL
podstawa czasu generowana jest tylko w przypadku zapewnienia poprawnych warunków
wyzwalania. W przypadku gdy nie są spełnione warunki poprawnego wyzwalania w trybie
pracy AUTO zaobserwujemy płynący przebieg lub kilka przebiegów nałożonych na siebie, w
trybie pracy NORMAL ekran będzie pusty.
Większość współczesnych oscyloskopów ma możliwość pracy dwukanałowej. Daje to
możliwość obserwacji dwóch sygnałów równocześnie np. na wejściu i wyjściu układu
badanego. Praca dwukanałowa polega na szybkim przełączaniu kanałów między i
wyświetlaniu ich na ekranie. Dostępne są dwa tryby pracy siekana (CHOP) i przełączana
(ALT). Praca przełączana polega na podawaniu na ekran najpierw sygnału z jednego kanału,
potem sygnału z drugiego kanału. W przypadku pracy siekanej na ekran są naprzemiennie
podawane sygnały z obu kanałów, z tym, że przełączanie odbywa się podczas procesu
wyświetlania przebiegu na ekranie. Praca CHOP nadaje się lepiej dla dużych częstotliwości,
ALT dla małych.
W przypadku pomiarów dwukanałowych jest możliwość dodawania przebiegów do siebie.
Jest to praca w trybie ADD. Ta właściwość jest szczególnie cenna w przypadku gdy musimy
wykonać pomiar pomiędzy dwoma punktami nieuziemionymi. W tym przypadku dodajemy
do siebie sygnały z obu wejść, jeden odwrócony (INV). Na ekranie otrzymamy obraz sygnału
w kanale drugim względem kanału pierwszego, czyli kanał pierwszy będzie punktem
odniesienia.
W przypadku oscyloskopów dwukanałowych możliwa jest także praca w trybie XY. Polega to
na odłączeniu podstawy czasu i podania na wejście wzmacniacza odchylania poziomego
sygnału z kanału drugiego.
Całość oscyloskopu zasilana jest z zasilacza, który oprócz dostarczania napięć niskich do
zasilania układów wzmacniaczy musi także dostarczać napięć wysokich potrzebnych do pracy
lampy oscyloskopowej. Zasilacz wysokiego napięcia ma wyprowadzoną regulację napięcia
przyśpieszającego elektrony służącą do regulacji ostrości (FOCUS).
4.
Powstawanie obrazu
Sposób powstawania obrazu przedstawia schematycznie rysunek 2.
Obraz na ekranie
1
0
2
3
4
5
6
7
8
9 10
11
1
0
U
Y
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
t
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
U
Y
t
Rys 2. Powstawanie obrazu
Aby na ekranie można było zaobserwować sygnał zmienny potrzebne jest jednoczesne
oddziaływanie na strumień elektronów dwóch sił. W kierunku pionowym plamka jest
odchylana proporcjonalnie do mierzonego sygnału, a w kierunku poziomym odchylanie musi
być wprost proporcjonalne do czasu, co można uzyskać poprzez doprowadzenie do płyt
odchylania poziomego napięcia narastającego liniowo w funkcji czasu. Po osiągnięciu przez
plamkę prawego skrajnego położenia musi ona wrócić do początku co osiąga się poprzez
zmniejszenie napięcia do wartości początkowej. Na płyty odchylania poziomego podawany
więc jest sygnał piłokształtny, a rysowana przez niego linia nazywana jest liniową podstawą
czasu lub rozciągiem liniowym..
Podczas liniowego narastania napięcia plamka przesuwa się w prawo wzdłuż osi X. Ten ruch
nazywany jest ruchem roboczym. Powrotny ruch odbywa się z pewną skończoną prędkością,
zwykle większą niż podczas ruchu roboczego co powodowałoby narysowanie w tym czasie
fragmentu przebiegu. Dlatego też w czasie powrotu plamka jest wygaszana co jest

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin