Oscyloskop laboratoryjny.pdf

Pracownia Fizyki WspóÁczesnej Instytutu Fizyki PÀ

Ûwiczenie 353

Oscyloskop laboratoryjny

Przed zapoznaniem siĊ z instrukcjĄ i przystĄpieniem do wykonywania Üwiczenia naleĪy opanowaÜ

nastĊpujĄcy materiaÁ teoretyczny:

. Budowa i zasada dziaÁania oscyloskopu elektronicznego, [, 2, 4 lub 5].

2. PrĄd elektryczny zmienny [, 3 lub 4].

LITERATURA:

. J. Karniewicz, T. SokoÁowski, Podstawy fizyki laboratoryjnej , PÀ, ÀódĨ.

2. B. ĨóÁtowski, Wprowadzenie do zajĊÜ laboratoryjnych z fizyki , PÀ, ÀódĨ.

3. B. Zawadzki, H. Hofmokl, Laboratorium fizyczne , PWN, W-wa.

4. H. SzydÁowski, Pracownia fizyczna , PWN, W-wa.

5. J. Rydzewski, Pomiary oscyloskopowe , WNT, W-wa.

Cel Üwiczenia

Celem Üwiczenia jest wyznaczenie parametrów prĄdu zmiennego przy uĪyciu oscyloskopu

elektronicznego i generatora funkcyjnego GOS-620FG.

Metoda pomiaru

W laboratoriach i pracowniach naukowych czĊsto zachodzi koniecznoĞÜ pomiaru wartoĞci amplitudy

napiĊcia zmiennego wytwarzanego przez ĨródÁa maÁej mocy. NapiĊcia takie moĪna mierzyÜ woltomierzami

i elektrometrami o duĪej rezystancji wewnĊtrznej. W wielu jednak przypadkach wygodniej jest dokonywaÜ

pomiaru za pomocĄ oscyloskopu, zwÁaszcza tam, gdzie istotne jest zaobserwowanie ksztaÁtu mierzonych napiĊÜ.

DwukanaÁowy oscyloskop elektroniczny GOS-620FG jest typowym przyrzĄdem przeznaczonym do obserwacji

i pomiarów przebiegów elektrycznych napiĊcia staÁego i zmiennego w zakresie czĊstotliwoĞci od uÁamka Hz do

kilkunastu MHz. PÁyta czoÁowa oscyloskopu pokazana zostaÁa na rysunku .

Rys. . PÁyta czoÁowa oscyloskopu GOS-620FG

Ûwiczenie 36

Oscyloskop skÁada siĊ z zasadniczych moduÁów takich jak lampa oscyloskopowa, wzmacniacze

odchylania poziomego i pionowego oraz generatora podstawy czasu. CzuÁoĞÜ lampy oscyloskopowej jest staÁa

i niewielka, a w praktyce czĊsto musimy dokonywaÜ pomiaru napiĊÜ o amplitudach rzĊdu uÁamków wolta lub

kilkuset woltów. Dlatego teĪ w oscyloskop sĄ wbudowane odpowiednie wzmacniacze. SĄ to wzmacniacze

szerokopasmowe, tzn. mogĄ wzmacniaÜ napiĊcia zmienne w szerokim pasmie czĊstotliwoĞci (od uÁamka Hz do

kilkudziesiĊciu MHz), o duĪym wspóÁczynniku wzmocnienia (kilka tysiĊcy razy). Wzmocnienie reguluje siĊ –

patrz rysunek – pokrĊtÁami (7) i (22) odpowiednio dla kanaÁu pierwszego – wejĞcie CH (8) – i drugiego –

wejĞcie CH2 (20). PoniewaĪ wyjĞcia wzmacniaczy doÁĄczone sĄ do ukÁadu odchylania pionowego lampy

oscyloskopowej dokonujĄc regulacji wzmocnienia wpÁywamy na wielkoĞÜ (wysokoĞÜ) obserwowanego

przebiegu. JeĪeli natomiast do ukÁadu odchylania poziomego lampy oscyloskopowej przyÁoĪymy zmienne

napiĊcie o ksztaÁcie zĊbów piÁy, czyli tzw. napiĊcie piÁoksztaÁtne, to na ekranie lampy plamka Ğwietlna bĊdzie siĊ

bardzo szybko przesuwaÁa ze strony lewej na prawĄ kreĞlĄc jednoczeĞnie odpowiedni przebieg sygnaÁu z wejĞcia

(8) lub (20). Do wytwarzania napiĊcia piÁoksztaÁtnego sÁuĪy wbudowany w oscyloskop generator podstawy

czasu. CzĊstotliwoĞÜ tego generatora jest regulowana pokrĊtÁem (29) w stosunkowo szerokim zakresie od

mikrosekund do sekund. Obraz, który powstaje na ekranie oscyloskopu jest stabilny i nieruchomy tylko wtedy,

gdy czĊstotliwoĞci sygnaÁu badanego i generatora podstawy czasu sĄ jednakowe lub sĄ wielokrotnoĞciami.

PrzykÁadowo jeĪeli czĊstotliwoĞÜ badanego napiĊcia sinusoidalnego bĊdzie równa czĊstotliwoĞci generatora

podstawy czasu, uzyskamy na ekranie jeden peÁny okres sinusoidy, jeĞli bĊdzie dwa razy wiĊksza – dwa peÁne

okresy itd. Ustalenie ĞcisÁej zgodnoĞci czĊstotliwoĞci dokonywane jest automatycznie poprzez synchronizacjĊ

generatora podstawy czasu sygnaÁem mierzonym. Przy braku peÁnej synchronizacji obraz na ekranie lampy

oscyloskopowej bĊdzie siĊ przesuwaÁ w lewo lub w prawo.

Przebieg pomiaru

Przed wÁĄczeniem zasilania oscyloskopu naleĪy przygotowaÜ oscyloskop do pracy. W tym celu naleĪy

zmniejszyÜ do minimum jasnoĞÜ oraz ustawiÜ maksymalnĄ wartoĞÜ podstawy czasu i minimalne wzmocnienie

sygnaÁu wejĞciowego. NastĊpnie pokrĊtÁa pÁynnej regulacji wzmocnienia i podstawy czasu trzeba ustawiÜ

w pozycji CAL . Z kolei pokrĊtÁa ostroĞci oraz poÁoĪenia poziomego i pionowego naleĪy ustawiÜ w poÁoĪeniach

Ğrodkowych. Po wykonaniu opisanych czynnoĞci wstĊpnych moĪna wÁĄczyÜ zasilanie oscyloskopu i odczekaÜ

chwilĊ, aby oscyloskop siĊ nagrzaÁ. Po wygrzaniu przeÁĄcznik typu sygnaÁu naleĪy ustawiÜ w pozycji GND, po

czym naleĪy skorygowaÜ poÁoĪenie oraz jaskrawoĞÜ i ostroĞÜ obserwowanego na ekranie obrazu.

Po przygotowaniu oscyloskopu do wÁaĞciwego pomiaru naleĪy poÁĄczyÜ wejĞcie oscyloskopu z wyjĞciem

wbudowanego w oscyloskop generatora funkcyjnego. Po wstĊpnym ustawieniu parametrów sygnaÁu

pojawiajĄcego siĊ na wyjĞciu generatora naleĪy tak dobraÜ poÁoĪenia nastaw oscyloskopu, aby obraz widoczny

na ekranie wypeÁniaÁ go w 80% (caÁy przebieg „mieĞci” siĊ na ekranie). DokonujĄc zmiany podstawy czasu

naleĪy z kolei wybraÜ takie poÁoĪenie, aby obraz byÁ stabilny i nieruchomy a jednoczeĞnie, aby na ekranie

widoczne byÁo kilka peÁnych okresów przebiegu badanego sygnaÁu.

PrzykÁadowy przebieg napiĊcia sinusoidalnego przedstawiony jest

na rysunku 2. WartoĞÜ miĊdzyszczytowĄ napiĊcia U PP wyznaczyÜ moĪna

ze wzoru:

U PP = d · k

()

gdzie d oznacza odczytanĄ z ekranu wysokoĞÜ obrazu badanego

przebiegu mierzonĄ w dziaÁkach ( DIV ), natomiast K przyjmuje wartoĞÜ

aktualnego wspóÁczynnika wzmocnienia mierzonĄ w V / DIV (wolty na

dziaÁkĊ) , a odczytanĄ ze skali przeÁĄcznika (22). Amplituda U we

przykÁadowego przebiegu jest równa poÁowie miĊdzyszczytowego

napiĊcia U PP :

Rys. 2. Pomiar napiĊcia

U we = ½·U PP = ½· d · k

(2)

Przy ustawieniu przeÁĄcznika (8) w pozycji AC wystĊpuje sprzĊĪenie pojemnoĞciowe eliminujĄce z badanego

sygnaÁu skÁadowĄ staÁĄ. JeĪeli badany sygnaÁ ma skÁadowĄ staÁĄ, to przeÁĄczenie przeÁĄcznika z pozycji AC na DC

spowoduje przesuniĊcie przebiegu obserwowanego na ekranie oscyloskopu w górĊ (przy dodatniej skÁadowej

staÁej) lub w dóÁ (przy ujemnej skÁadowej staÁej). WartoĞÜ skÁadowej staÁej U DC moĪna okreĞliÜ mnoĪĄc wielkoĞÜ

przesuniĊcia przebiegu D d (mierzonĄ w dziaÁkach) przez aktualnĄ wartoĞÜ wspóÁczynnika wzmocnienia K .

Ûwiczenie 36

Rys. 3. Pomiar okresu

Pomiaru czĊstotliwoĞci f moĪna dokonaÜ poprzez pomiar okresu badanego sygnaÁu. W celu zwiĊkszenia

dokÁadnoĞci pomiaru przeÁĄcznikiem skokowej regulacji podstawy czasu (29) naleĪy wybraÜ takĄ pozycjĊ, aby na

ekranie uzyskaÜ jak najmniejszĄ liczbĊ peÁnych okresów (jednak nie mniejszĄ niĪ jeden). PrzykÁadowy przebieg

napiĊcia prostokĄtnego przedstawiony jest na rysunku 3. CzĊstotliwoĞÜ badanego sygnaÁu moĪna okreĞliÜ ze

wzoru:

(3)

gdzie L oznacza odczytanĄ z ekranu dÁugoĞÜ (w dziaÁkach - DIV ) odcinka odpowiadajĄcego okresowi badanego

sygnaÁu, natomiast C przyjmuje wartoĞÜ aktualnego wspóÁczynnika podstawy czasu mierzonĄ w S / DIV, (sekundy

na dziaÁkĊ) odczytanĄ ze skali przeÁĄcznika (29).

KolejnoĞÜ czynnoĞci

. W tym celu pokrĊtÁo jasnoĞci (2) oraz przeÁĄczniki skokowej zmiany podstawy czasu (29) i skokowej

zmiany wzmocnienia sygnaÁu wejĞciowego (22) ustawiÜ w skrajnej pozycji obracajĄc je w lewĄ stronĊ.

2. ObracajĄc w prawĄ stronĊ pokrĊtÁa pÁynnej regulacji wzmocnienia (2) i podstawy czasu (30) ustawiÜ je

w pozycji CAL .

3. PokrĊtÁa ostroĞci (3), poÁoĪenia poziomego (32) i pionowego (9) ustawiÜ w poÁoĪeniach Ğrodkowych.

4. SprawdziÜ czy przycisk (3) jest wyciĞniĊty.

5. Po uzyskaniu zezwolenia wÁĄczyÜ oscyloskop i odczekaÜ min. 30 sekund, aby oscyloskop siĊ nagrzaÁ.

6. Po wygrzaniu ustawiÜ: przeÁĄcznik ĨródÁa sygnaÁu wejĞciowego (23) w poÁoĪeniu CH2 , przeÁĄcznik trybu

wyzwalania (25) w pozycji AUTO , a przeÁĄcznik typu sygnaÁu (8) w pozycji Ğrodkowej GND.

7. PokrĊtÁami jasnoĞci (2) i ostroĞci (3) skorygowaÜ jaskrawoĞÜ i ostroĞÜ obserwowanego na ekranie obrazu

(powinna byÜ widoczna ostra linia pozioma), a nastĊpnie pokrĊtÁami poÁoĪenia (9) i (32) przesunĄÜ obraz

na Ğrodek ekranu.

8. PoÁĄczyÜ wyjĞcie generatora funkcji (39) z wejĞciem CH2 (20) oscyloskopu. PrzeÁĄcznikiem rodzaju sygnaÁu

wejĞciowego (8) wybraÜ sygnaÁ zmienny ( AC ). UstawiÜ na generatorze czĊstotliwoĞÜ f = kHz oraz

amplitudĊ sygnaÁu na wartoĞÜ U we = 0. V (odczyt amplitudy i okresu powinien byÜ dokonany

z ekranu oscyloskopu). Przyciskami (40) i (42) dokonuje siĊ wyboru rodzaju (prostokĄt, trójkĄt, sinusoida) i

zakresu czĊstotliwoĞci przebiegu wytwarzanego przez generator. PokrĊtÁo (44) sÁuĪy do pÁynnej regulacji

czĊstotliwoĞci, a pokrĊtÁo (45) do ustalenia wartoĞci amplitudy i skÁadowej staÁej generowanego przebiegu.

9. DobraÜ odpowiednie wzmocnienie (przeÁĄcznik (22), wspóÁczynnik K ) i podstawĊ czasu (przeÁĄcznik (29),

wspóÁczynnik C ) oscyloskopu, tak by obraz byÁ stabilny i wyraĨny. SkorygowaÜ jaskrawoĞÜ (pokrĊtÁo (2),

INTEN ) i ostroĞÜ (pokrĊtÁo (3), FOCUS ) obrazu.

0. PrzeÁĄcznikiem rodzaju przebiegu (40) na generatorze funkcji wybraÜ przebieg prostokĄtny. ZmieniajĄc

czĊstotliwoĞÜ w przedziale od 0 Hz do 500 kHz sprawdziÜ, czy nie ma to wpÁywu na amplitudĊ sygnaÁu

obserwowanego na ekranie oscyloskopu (naleĪy na bieĪĄco korygowaÜ podstawĊ czasu (29)

w oscyloskopie). JeĞli amplituda bĊdzie ulegaÁa znacznym zmianom zgÁosiÜ to prowadzĄcemu zajĊcia.

Ûwiczenie 36

. OdczytaÜ z ekranu oscyloskopu wartoĞci amplitudy sygnaÁu wejĞciowego U we dla 4 wskazanych przez

prowadzĄcego wartoĞci czĊstotliwoĞci (np.: f = 2; 50; 00; 500 kHz). Odczyt amplitudy i okresu powinien

byÜ dokonywany z ekranu oscyloskopu. PrzerysowaÜ wybrane przez prowadzĄcego oscylogramy.

2. PowtórzyÜ czynnoĞci z pkt. dla dwu innych wskazanych przez prowadzĄcego wartoĞci amplitudy sygnaÁu

wejĞciowego, np.: U we = V; 5V.

3. PrzeÁĄcznikiem rodzaju przebiegu (40) na generatorze wybraÜ przebieg sinusoidalny i ustawiÜ czĊstotliwoĞÜ

i amplitudĊ tego sygnaÁu na wartoĞci f = 0,5 kHz, U we = 0, V. Powtórnie wykonaÜ czynnoĞci z pkt. i 2.

4. PrzeÁĄcznikiem rodzaju przebiegu (40) na generatorze wybraÜ przebieg trójkĄtny i ustawiÜ czĊstotliwoĞÜ

i amplitudĊ tego sygnaÁu na wartoĞci f = 0, kHz, U we = 0, V. PowtórzyÜ czynnoĞci z pkt. i 2.

5. Po zakoĔczeniu pomiarów wyÁĄczyÜ oscyloskop.

Opracowanie sprawozdania

Sprawozdanie powinno zawieraÜ:

. Krótki opis idei pomiaru bez wymieniania wykonywanych czynnoĞci.

2. Obliczenia przykÁadowych amplitud i czĊstotliwoĞci badanych sygnaÁów.

3. Oscylogramy z peÁnym opisem parametrów przedstawionych na nich przebiegów.

4. Omówienie przyczyn bÁĊdów popeÁnianych w trakcie pomiaru oraz oszacowanie ich wartoĞci.

Pytania

. Omów budowĊ i zasadĊ dziaÁania oscyloskopu.

2. Co to jest generator funkcyjny.

3. Omów parametry przebiegów zmiennoprĄdowych.

4. Co to jest napiĊcie piÁoksztaÁtne.

5. Do czego sÁuĪy generator podstawy czasu w oscyloskopie.

6. WyjaĞnij dlaczego przy wykorzystaniu oscyloskopu do pomiaru czasu i amplitudy napiĊcia odpowiednie

pokrĊtÁa muszĄ siĊ znajdowaÜ w pozycji CAL .

7. WyjaĞnij co oznacza stwierdzenie, Īe podstawa czasu wynosi 0 ms/ DIV .

8. Omów ideĊ pomiaru napiĊcia staÁego za pomocĄ oscyloskopu.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: