Badanie przebiegów napięciowyvh za pomocą multioscyloskopu

Laboratorium Podstaw Miernictwa
Wiaczesław Szamow
Ćwiczenie M3
BADANIE PRZEBIEGÓW NAPIĘCIOWYCH ZA POMOCĄ
MULTIOSCYLOSKOPU
opr. tech. Mirosław Maś
Uniwersytet Przyrodniczo - Humanistyczny
Siedlce 2011
1. Wstęp
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z obsługą generatora funkcyjnego i multioscyloskopu oraz
dokonanie pomiaru różnych napięć, częstotliwości i czasu obliczanie okresu dla różnych kształtów
sygnału wejściowego przy użyciu multioscyloskopu. W skład zestawu pomiarowego wchodzą
- multioscyloskop HM 1508
- 2 generatory funkcyjne DF1641B
- 2 przewody koncentryczne z wtykami BNC
UWAGA: Nie używaj przycisku SETTINGS aby nie skasować kalibracji oscyloskopu.
Niewłaściwa kalibracja może uszkodzić oscyloskop.
Przed rozpoczęciem ćwiczenia sprawdź czy zestaw laboratoryjny jest kompletny. Do ćwiczenia
należy opanować następujące zagadnienia teoretyczne:
•
•
obsługa generatora funkcyjnego
obsługa multioscyloskopu
•
•
•
•
wartość średnia i skuteczna napięcia
napięcia okresowe w tym: harmoniczne, trójkątne i prostokątne
okres, częstotliwość, pulsacja
parametry napięciowe i czasowe kształtu przebiegów
•
współczynnik wypełnienia
3
2. Generator funkcyjny
Generator funkcyjny to urządzenie wytwarzające przebiegi napięciowe o różnym kształcie,
w tym przynajmniej napięcie harmoniczne, trójkątne i prostokątne. Amplituda i częstotliwość
przebiegów jest regulowana w szerokim zakresie. Przykładowo, generator funkcyjny DF1642B
posiada następujące parametry:
- zakres regulacji częstotliwości 6 Hz ÷ 6MHz
- zakres regulacji napięcia 0÷ 20Vpp
- impedancja wyjściowa ok. 6kΩ
Rozmieszczenie przycisków i pokręteł na płycie czołowej tego generatora ukazuje Rys. 1
Rys. 1
1. sieć
2,3. zmiana skokowa częstotliwości w górę i w dół
4. zmiana kształtu przebiegu
5. włączenie składowej stałej
6. regulacja składowej stałej w zakresie -10V; +10V
7. przycisk przemiatania częstotliwości
8. pokrętło szybkości przemiatania
9. skokowa zmiana napięcia wyjściowego
10. wyjście sygnału analogowego
11. wyjście sygnału cyfrowego
12. pokrętło płynnej regulacji napięcia wyjściowego
13,14. wejście i przycisk sygnału zewnętrznego
15. regulacja zakresu przemiatania
16. regulacja symetrii przebiegu
17. wyświetlacz poziomu napięcia
18. przycisk symetrii sygnału
19. wyświetlacz częstotliwości
Główną wadą tego generatora jest mała wydajność prądowa i związana z tym zależność amplitudy
generowanego napięcia od obciążenia zewnętrznego.
4
3.
Multioscyloskop
Używany do pomiarów oscyloskop HM 1508 może pracować w trybie analogowym i
cyfrowym. W zależności od wybranego trybu pracy zmieniają się dość znacznie parametry
oscyloskopu.
Oscyloskop HM 1508 może wyświetlać wszystkie sygnały powtarzające się przy podstawowej
częstotliwości powtarzania równej, co najmniej, 150 MHz. Pasmo przenoszenia oscyloskopu
wynosi od 0 do 150 MHz (-3 dB). Wzmacniacze odchylania pionowego nie powodują odkształceń
sygnału mających postać wyskoków, zapadów, oscylacji, itd. a więc jest dość dobrze zabezpieczony
przed sporadycznymi przekłamaniami sygnału wejściowego. Płytę czołową oscyloskopu
przedstawia Rys. 2
Rys. 2
Pełny opis wszystkich funkcji i parametrów znajduje się w wydrukowanej instrukcji na stanowisku
pomiarowym. Rozmieszczenie niektórych elementów regulacyjnych przedstawia rysunek poniżej.
5
1. POWER (przycisk) włączania i wyłączania zasilania
2. INTENS (pokretło) regulacji jaskrawości
3. FOCUS, TRACE, MENU (przycisk) przywołuje na ekran menu pokrętła (2) regulacji
jaskrawości (INTENS) i umożliwia zmianę różnych nastaw oscyloskopu.
4. REM (przycisk) wyłącza wyświetlone menu, tryb zdalnego sterowania (świeci się symbol
REM).
5. ANALOG/DIGITAL (przycisk) przełączanie miedzy trybami analogowym (podświetlenie
zielone) i cyfrowym (podświetlenie niebieskie).
6. STOP / RUN (przycisk) RUN: włączona STOP: wyłączona akwizycja danych sygnału.
Wyświetlony wynik ostatniej akwizycji.
10. SETTINGS (przycisk) otwiera menu funkcji wyboru języka i funkcji dodatkowych, a przy
pracy cyfrowej także do trybu wyświetlania sygnału.
UWAGA: Uruchomienie tej funkcji może doprowadzić do niekontrolowanej zmiany parametrów
kalibracji oscyloskopu!
12. HELP (przycisk) włącza i wyłącza teksty pomocy ekranowej zależnie od aktualnych ustawień
elementów obsługowych i aktywnego menu.
13. POSITION 1 (pokretło) reguluje przesuwem przebiegu lub elementu uzyskanego za pomocą
aktualnie włączonej funkcji: Sygnał (aktualny, referencyjny, uzyskany za pomocą operacji
matematycznych). Funkcje kursora i ZOOM (dostępne są tylko przy pracy cyfrowej).
14. POSITION 2 (pokretło) reguluje przesuwem przebiegu lub elementu uzyskanego za pomocą
aktualnie włączonej funkcji: Sygnał (aktualny, referencyjny, uzyskany za pomocą operacji
matematycznych). Funkcje kursora i ZOOM (dostępne są tylko przy pracy cyfrowej).
15. CH1/2-CURSOR-CH3/CH4-MA/REF-ZOOM (przycisk) przywołuje menu i wyznacza
aktualne funkcje pokręteł przesuwu POSITION 1 i POSITION 2.
16. VOLTS/DIV-SCALE-VAR (pokretło) ustawia w kanale 1 wartości współczynnika odchylania
Y, zmiennej Y i skalowania Y.
17. VOLTS/DIV-SCALE-VAR (pokretło) ustawia w kanale 2 wartości współczynnika odchylania
Y, zmiennej Y i skalowania Y.
18. AUTO / CURSOR MEASURE (przycisk) przywołuje menu i submenu dla pomiaru
automatycznego i wspomaganego kursorem.
19. LEVEL A/B (pokretło) regulacja poziomu wyzwalania podstawy czasu A i B.
20. MODE (przycisk) przywołuje różne (przełączane) tryby wyzwalania.
21. FILTER (przycisk) przywołuje menu przełączanego filtru wyzwalania (sprężenia) i wyboru
zbocza sygnału wyzwalania.
31. CH1 / VAR (przycisk) przywołuje menu kanału 1 z wyborem rodzaju sygnału wejściowego,
inwersji wyświetlonego przebiegu, tłumienia sondy i regulacja zmiennej Y (czułość).
32. VERT / XY (przycisk) przywołuje menu wyboru trybu odchylania pionowego (czułości),
dodawania (ADD), pracy XY i ogranicznika pasma.
33. CH2 / VAR (przycisk) przywołuje menu kanału 2 z wyborem rodzaju sygnału wejściowego,
34. CH1 (gniazdo BNC) wejście sygnałowe kanału 1 i wejście odchylania poziomego przy pracy
XY.
35. CH2 (gniazdo BNC) wejście sygnałowe kanału 2
Pod ekranem jest umieszczone gniazdo USB, które pozwala na zapis zrzutów ekranu w
formie elektronicznej. (Wadą jest obsługa pendrive o pojemności mniejszej niż 2GB)
6
4. Przebieg pomiarów
UWAGA: Połączenie między oscyloskopem i generatorem wykonuj gdy oba przyrządy są
wyłączone.
Zasilanie włącz na wyraźne polecenie prowadzącego zajęcia
Włączenie zasilania oscyloskopu i generatora - zgodnie z zaleceniami w instrukcjach obsługi.
W oscyloskopie, należy nacisnąć czerwony przycisk (1) POWER - wyświetli się kilka ekranów
informacyjnych i oscyloskop przyjmie ustawienia, które wybrano przed poprzednim jego
wyłączeniem.
Włączenie generatora przycisk (1) POWER - na wyświetlaczach cyfrowych wyświetlą się
poprzednio ustawione parametry częstotliwości i napięcia.
a). połącz wyjście jednego generatora funkcyjnego z kanałem CH1 lub CH2 oscyloskopu i włącz
oba przyrządy. Z generatora wybierz sygnał sinusoidalny. Zmierz okres T i napięcie Vpp,
oblicz Vmax, Vrms oraz częstotliwość. Zmień kształt przebiegu na trójkątny i prostokątny
powtórz pomiary i obliczenia - wyniki umieść w Tab. 1.
Vpp[V]
T[µs]
Vmax[V] Vrms[V]
F[Hz]
sinusoida
trójkąt
prostokąt
Tab. 1.
Używając odpowiednich pokręteł regulacyjnych generatora funkcyjnego zaobserwuj, jaki wpływ
na kształt sygnału ma współczynnik wypełnienia.
b) Podłącz oba generatory funkcyjne do kanałów CH1 i CH2 odpowiednio. Częstotliwość obu
generatorów ustaw na 600Hz a napięcie międzyszczytowe na 2V. Zmieniaj częstotliwość
sygnału drugiego generatora, znajdź dudnienia. Pomierz ich napięcie międzyszczytowe i okres.
Dudnienia otrzymaj w dwóch przypadkach, gdy f1<f2 i gdy f1>f2. Wyniki zanotuj w Tab. 2.
f2 > f1 [Hz]
Vpp[V] T [µs]
f2 < f1 [Hz]
Vpp[V] T [µs]
generator I
generator
II
Tab.2
Zapisz na pendrivie zrzuty ekranu dla obu przypadków. Przykładowy zrzut pokazuje Rys. 3.
7
Rys. 3
c) Obserwacja krzywych Lissajoux. Włącz tryb pracy XY, regulując napięcie wyjściowe
generatorów i ustawiając odpowiednią stałą skali multioscyloskopu doprowadź do tego by
widoczny prostokąt miał wymiary 6 na 6 kratek. Ustaw amplitudę pierwszego generatora na
f1 = 600Hz, zmieniaj częstotliwość f2 drugiego generatora tak, aby pojawiły się krzywe
Lissajoux podobne do przedstawionych na rysunku poniżej. Zanotuj wartości częstotliwości f2
dla każdej figury. Zapisz na pendrivie zrzuty ekranu dla wszystkich przypadków.
d) Obejrzyj krzywe dla przebiegów trójkątnych i prostokątnych. Zapisz na pendrivie zrzuty ekranu
dla kilku dowolnie wybranych przypadków.
5. Opracowanie wyników
1. Oblicz napięcie międzyszczytowe i częstotliwość dudnień teoretycznie, błędy metodą różniczki
zupełnej. Porównaj wyniki teoretyczne z doświadczalnymi.
2. Jaka zależność występuje przy krzywych Lissajoux między częstotliwościami f1 i f2.
3. Wyjaśnij dlaczego krzywe Lissajoux były niestabilne w trybie analogowym.
Literatura
8
[1] S. Tumański, Technika pomiarowa, PWN, Warszawa 2000
[2] http://www.eti.pg.gda.pl/katedry/kose/dydaktyka/Metrologia/cw2.pdf
[3] Instrukcja obsługi generatora funkcyjnego DF 1641
[4] Instrukcja obsługi multioscyloskopu HM 1508
[5] Wprowadzenie do laboratorium Podstaw Miernictwa
9