ZASTOSOWANIE WSPÓŁCZESNEGO OSCYLOSKOPU

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA
WYDZIAŁ INśYNIERII MECHANICZNEJ I INFORMATYKI
Instytut Maszyn Cieplnych
Laboratorium: Metrologia i Systemy Pomiarowe
Imię i nazwisko
Zastosowanie
oscyloskopu
w miernictwie
Rok
Grupa
........................................................... ...........
Data wykonania
Podpis
.............
Ocena
........................................................... .......................... ..........................
I. Celem pierwszej części ćwiczenia jest zapoznanie z budową oraz działaniem oscyloskopu
Podłączyć generator napięcia sinusoidalnego do jednego z wejść oscyloskopu i zapoznać się
z połoŜeniem i działaniem elementów regulacyjnych i gniazd znajdujących się na płycie czołowej
oscyloskopu, a w szczególności:
• regulacji jasności, ostrości, połoŜenia obrazu,
• wyboru kanału do obserwacji,
• regulacji współczynnika wzmocnienia kanału 1 oraz kanału 2,
• regulacji okresu podstawy czasu.
Zapoznanie z elementami bloku odchylania pionowego:
• doprowadzenie sygnału do wzmacniacza odchylania pionowego kanału 1 - gniazdo wejściowe CH1
oraz kanału 2 - gniazdo CH2,
• przełącznik wyboru sprzęŜenia sygnału wejściowego ze wzmacniaczem odchylania pionowego,
• pokrętła czułości wzmacniacza odchylania pionowego - zmiana skokowa oraz płynna,
• pokrętła przesuwu obrazu sygnału w kierunku pionowym dla kanału 1 oraz kanału 2.
Zapoznanie z elementami bloku odchylania poziomego:
• przełącznik skokowej regulacji okresu podstawy czasu: regulacja skokowa oraz płynna,
• pokrętło połoŜenia linii podstawy czasu w kierunku poziomym,
• praca oscyloskopu w układzie X-Y.
Zapoznanie z elementami bloku wyzwalania:
• przełącznik rodzaju pracy podstawy czasu (praca normalna lub automatyczna),
• przełącznik wyboru źródła wyzwalania,
• pokrętło poziomu wyzwalania,
• przełącznik wyboru zbocza wyzwalającego odchylanie,
• przełącznik rodzaju sprzęŜenia sygnałów wyzwalających,
• przełącznik ekspansji podstawy czasu.
Sprawdzenie moŜliwości pracy dwukanałowej oscyloskopu:
• działanie przełącznika elektronicznego w trybach pracy alternatywnej i siekanej,
• działanie przełączników dodawania i odwracania przebiegów.
1
II. Druga część ćwiczenia zawiera zadania pomiarowe, związane z podstawowymi zastosowaniami
oscyloskopu
1. Pomiar przy pomocy oscyloskopu wartości napięcia stałego
a) przełącznik rodzaju sprzęŜenia ustawić w pozycji GND a rodzaj wyzwalania na AUTO,
b) pokrętło płynnej zmiany wzmocnienia wzmacniacza ustawić w połoŜeniu CAL,
c) przełącznik źródła wyzwalania ustawić w pozycji CH 1 lub CH 2, zgodnie z tym, do którego
wejścia oscyloskopu doprowadzony jest sygnał mierzony,
d) pokrętło skokowej zmiany wzmocnienia wzmacniacza ustawić na wartość maksymalną (np.20V/div
dla oscyloskopu Hameg) - jest to zarazem minimalne wzmocnienie wzmacniacza,
e) pokrętłem przesuwu pionowego POS-Y ↑↓ ustawić precyzyjnie połoŜenie kreślonej linii na
środkowej poziomej linii ekranu,
f) podstawę czasu ustawić na wartość 1 ms/div,
g) przełącznik rodzaju sprzęŜenia przestawić w pozycję DC,
h) sprawdzić kierunek pionowego przesunięcia ∆Y (w górę czy w dół) kreślonej poziomej linii,
i) jeśli przesunięcie pionowe ∆Y jest niewidoczne, wówczas naleŜy tak długo zwiększać skokowo
wzmocnienie wzmacniacza, aŜ przesunięcie ∆Y osiągnie dostrzegalną wartość,
j) ponownie przełączyć rodzaj sprzęŜenia w pozycję GND i pokrętłem przesuwu pionowego ustawić
początkowe połoŜenie obrazu albo na dolnej albo na górnej linii ekranu (przeciwnie do kierunku
zaobserwowanego wcześniej przesunięcia ∆Y),
k) ponownie przełączyć rodzaj sprzęŜenia w pozycję DC,
l) odczytać wielkość∆Y przesunięcia w górę lub w dół kreślonej poziomej linii,
m) jeśli przesunięcie ∆Y jest niewielkie, wówczas naleŜy zwiększać skokowo wzmocnienie
wzmacniacza do maksymalnej wartości, przy której przesunięcie ∆Y mieści się jeszcze na ekranie,
n) obliczyć wartość napięcia mierzonego jako iloczyn przesunięcia ∆Y=…………… div i wzmocnienia
ky=………… V/div:
U = ∆Y· ky = …………… V
2. Pomiar przy pomocy oscyloskopu amplitudy, wartość skutecznej, okresu i częstotliwości sygnału
sinusoidalnego
a) wykonać czynności a), b), c), d) i e) z poprzedniego zadania,
b) przełącznik rodzaju sprzęŜenia przestawić w pozycję AC,
c) pokrętłem skokowej zmiany współczynnika odchylania pionowego uzyskać moŜliwie duŜy obraz
sygnału sinusoidalnego na ekranie,
d) pokrętło płynnej zmiany podstawy czasu ustawić w połoŜeniu CAL,
e) pokrętłem generatora podstawy czasu ustawić obraz co najmniej jednego okresu sygnału,
f) pokrętłem przesuwu pionowego POS-Y ↑↓ ustawić połoŜenie najniŜszego punktu kreślonego
przebiegu na poziomej dolnej linii ekranu,
g) pokrętłem przesuwu poziomego POS-X ↔ ustawić połoŜenie maksimum sygnału na dokładnie
wyskalowanej środkowej osi pionowej na ekranie,
h) odczytać z ekranu wielkość pionowej wartości międzyszczytowej Ym i zapisać w tabeli,
Ym
2
i) pokrętłem przesuwu pionowego ustawić połoŜenie obrazu symetrycznie względem środkowej
poziomej linii na ekranie,
j) pokrętłem generatora podstawy czasu ustawić obraz zawierający od 1,2 do 3 okresów sygnału,
k) pokrętłem przesuwu poziomego ustawić połoŜenie wykresu tak aby przechodził przez przecięcie
najbliŜszej pionowej linii ekranu z środkową poziomą linią,
l) odczytać z ekranu długość okresu sygnału Tx i zapisać w tabeli.
Tx
Wyniki odczytów i obliczeń zanotować w tabeli:
Współczynnik wzmocnienia Y
ky
…V/div
Podwójna amplituda sygnału w działkach
Ym
div
Amplituda w jednostkach napięcia
Um = 1/2·ky·Ym
….V
Współczynnik podstawy czasu
kt
….s/div
Okres sygnału w działkach
Tx
div
Okres sygnału
w jednostkach czasu
T = Tx·kt
.... s
Wartość skuteczna napięcia:
Częstotliwość
badanego sygnału:
U=
Ym ⋅ k y
....V
2 2
1
1
f = =
T Tx ⋅ k t
…. Hz
3. Pomiar przesunięcia fazowego między sygnałami o jednakowej częstotliwości
Przed przystąpieniem do pomiaru, naleŜy ustawić
jednakowe poziomy zerowe obu sygnałów. Najlepiej ustawić
je na środku ekranu. Z ekranu odczytuje się w działkach
wartość odległości ∆T pomiędzy początkami okresów obu
przebiegów oraz długość okresu jednego z przebiegów T.
Przesunięcie fazowe
sygnałów w działkach
Okres sygnału
w działkach
Kąt przesunięcia
fazowego
∆T =
div
T=
div
∆φ = ∆T / T · 360 ° =
=
∆T
°
T
3
4. Pomiar częstotliwości sygnałów z wykorzystaniem figur Lissajous
Pomiar polega na porównaniu częstotliwości mierzonego sygnału z częstotliwością sygnału
z generatora wzorcowego. Do pomiaru wykorzystywany jest oscyloskop dwukanałowy, pracujący
w układzie X-Y. Do jednego wejścia oscyloskopu doprowadza się sygnał o nieznanej częstotliwości
a do drugiego wejścia sygnał o wzorcowej częstotliwości.
Następnie
zmieniając
częstotliwość
generatora
wzorcowego naleŜy doprowadzić do uzyskania na ekranie
Nx
oscyloskopu nieruchomego obrazu, który powstaje, gdy
stosunek częstotliwości obu sygnałów jest ilorazem dwu
liczb całkowitych.
Do
wyznaczania
stosunku
częstotliwości
sygnałów stosuje się metodę siecznych. Metoda ta polega
na liczeniu punktów przecięcia figury Lissajous
z poprowadzonymi prostymi równoległymi do osi X i Y.
Ny
Proste te prowadzi się tak, aby punkty przecięcia nie
pokrywały się z punktami przecięcia samej figury.
N
Częstotliwość badanego sygnału jest równa: f y = f x x
Ny
gdzie: fx, – częstotliwość sygnału wzorcowego,
Nx, Ny – liczby przecięć figury Lissajous odpowiednio z prostymi poziomą i pionową.
Figury Lissajous stosuje się zazwyczaj dla stosunku częstotliwości nie większych niŜ 5…10.
Przeprowadzić trzy pomiary częstotliwości tego samego sygnału przy pomocy trzech róŜnych figur
Lissajous. W tabeli naszkicować otrzymane figury i zanotować wyniki.
Nx
Ny
fx [Hz]
fy [Hz]
4