12 - cw_12

Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2012/13
zlachPolitechnika Rzeszowska
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Grupa
1…………….....................
Data
kierownik
Laboratorium Metrologii II
2.........................................
Nr ćwicz.
POMIARY OSCYLOSKOPOWE II
Ocena
3.........................................
1
4.........................................
I. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie zasady działania, obsługi i podstawowych zastosowań pomiarowych
oscyloskopu cyfrowego oraz dodatkowych zastosowań oscyloskopów i zaawansowanych technik
pomiarowych oscyloskopem.
II. Przebieg ćwiczenia
W celu ustabilizowania się termicznych warunków pracy przyrządów, przed rozpoczęciem ćwiczenia
należy włączyć oscyloskop, generator oraz częstościomierz.
Oscyloskop analogowy
Oscyloskop cyfrowy
Producent
Model
Liczba kanałów
Wielkość ekranu, V dz × H dz
Czułość pionowa, Cy
Błąd maksymalny dopuszczalny
współczynnika odchylania pionowego
1) equivalent mode:
Podstawa czasu, Ct
2) normal mode:
3) roll mode:
1) equivalent mode:
Błąd maksymalny dopuszczalny
współczynnika podstawy czasu
2) normal mode:
3) roll mode:
Pasmo przenoszenia, fp
Rozdzielczość przetwornika A/C, L
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2012/13.
Zdolność rozdzielcza przetwornika, r
Impedancja wejściowa
Tryby pracy kursorów
Pamięć (długość rekordu), M
Współpraca z komputerem (TAK/NIE)
Współpraca z drukarką (TAK/NIE)
Oscyloskop cyfrowy
1)
Obsługa oscyloskopu cyfrowego
Połączyć generator funkcyjny G z gniazdem wejściowym układu RC. Nastawić sygnał sinusoidalny o
częstotliwości rzędu 10 ÷ 20 kHz z niewielką składową stałą. Do gniazda wejściowego CH1 oscyloskopu
cyfrowego dołączyć napięcie UWE, do CH2 napięcie UWY (z układem RC należy połączyć co najmniej jeden
przewód masy, ponieważ wejścia tego oscyloskopu są odseparowane od sieci zasilającej, poprzez zasilacz
AC/DC).
UWAGA:

nastawiane aktualnie wartości wyświetlane są z lewej strony ekranu oscyloskopu (VERTICAL,
TIME, TRIGGER),

znaczek „T” wyświetlany na ekranie nad przebiegiem wskazuje punkt wyzwolenia przebiegu –
zwrócić uwagę na fragment przebiegu przed wyzwoleniem (tzw. pre-trigger),

skrót ENCDR oznacza użycie uniwersalnego pokrętła funkcyjnego (ENCODER),

F1,...,F6 – jednokrotne lub kilkukrotne naciśnięcie danego klawisza.
przycisk AUTO SETUP:
wstępne, automatyczne ustawienie badanego przebiegu na ekranie
przycisk PAUSE/RUN:
„zamrożenie” obrazu na ekranie oscyloskopu
przycisk SYSTEM:

wyświetlanie siatki na ekranie (F1), regulacja kontrastu (F1 + ENCDR)

pomiar częstotliwości sygnału (F2)

powrót do trybu oscyloskopowego (przycisk SYSTEM, F2)
przycisk CH1 lub CH2:

regulacja czułości kanału (F1 + ENCDR)

rodzaj sprzężenia kanału (F2)

ustalenie poziomu zerowego (F3, F6 + ENCDR, F3)

tryb wyświetlania sygnałów na ekranie (F5)
ćw. 1 / str. 2
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2012/13.
przesunięcie przebiegu w osi Y (F6)

przycisk TIME:

regulacja podstawy czasu (F1 + ENCDR)

ekspansja podstawy czasu (F4)

przesunięcie przebiegu w osi X (F6 + ENCDR)
przycisk TRIG:

tryb wyzwalania (F1)

źródło sygnału wyzwalającego (F2)

wybór zbocza wyzwalającego (F4)

ustawienie poziomu wyzwalania (F6 + ENCDR)
2)
Przykładowe zastosowanie linii kursorów (przycisk CURSOR)
a) wyznaczenie wartości międzyszczytowych Up-p obu przebiegów i wzmocnienia A czwórnika:

wybór trybu pracy kursorów Vp–p (F1)

wybór kanału CH1 lub CH2 (F5)
CH1:
U1p­p 
CH2:
U 2p­p 
AdB  20 log
U 2p­p
U WY
 20 log

U WE
U1p­p
b) pomiar częstotliwości f sygnału:

włączenie / wyłączenie wyświetlania wyniku pomiaru częstotliwości (CURSOR, F6)
CH1:
f
c) wyznaczenie okresu T i przesunięcia fazowego  pomiędzy przebiegami:
UWAGA: w celu zwiększenia dokładności pomiarów, obraz na ekranie oscyloskopu można „zamrozić”
(PAUSE/RUN)

fp 
obliczenie aktualnej częstotliwości próbkowania:
M

Ct  H

wybór trybu pracy kursorów T (F1)

wyznaczenie okresu T sygnału (kursor „O”: F2 + ENCDR, kursor „M”: F3 + ENCDR)
ćw. 1 / str. 3
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2012/13.

wyznaczenie odstępu czasu t pomiędzy sygnałami (F3 + ENCDR)
T
t

t
360 
T
d) wyznaczenie wartości składowej stałej UDC sygnału z generatora:
UWAGA:
Podczas pomiarów wartości kąta przesunięcia fazowego sygnałów napięciowych, należy odczytać
zarówno długość odcinka proporcjonalnego do wartości okresu T przebiegu oraz długość odcinka
proporcjonalnego do wartości czasu t pomiędzy przebiegami. Wyznaczanie długości obu odcinków nie
powinno odbywać się przy tej samej podstawie czasu, należy tak zmieniać współczynnik odchylania, aby
długości obu odcinków były maksymalne.
W celu prawidłowego pomiaru kąta przesunięcia fazowego dwóch przebiegów (zwłaszcza o dużych
częstotliwościach) należy sprawdzić, czy oscyloskop nie wprowadza przesunięcia fazowego pomiędzy
kanałami A i B.
W celu zwiększenia dokładności pomiarów można wyłączyć wyświetlanie siatki na ekranie
oscyloskopu (SYSTEM, F1)

wybór trybu pracy kursorów V (F1)

wyświetlenie na ekranie napięcia wejściowego UWE (CH1, F5)

ustawienie dolnego kursora „O” (CURSOR, F2 + ENCDR)

wybór stałoprądowego sprzężenia kanału CH1 (CH1, F2)

ustawienie kursora górnego „M” (CURSOR, F3 + ENCDR)
U DC 
3)
Obserwacja i rejestracja sygnałów wolnozmiennych
Zmniejszyć częstotliwość sygnału do wartości ok. 0,05 ÷ 0,5 Hz. Nastawić podstawę czasu w tryb tzw.
płynącej podstawy czasu (ROLL TIME BASE – oscyloskop działa jak rejestrator: TIME, F1 + ENCDR lub
AUTO SETUP) tak, aby widoczny był co najmniej jeden okres przebiegu wolnozmiennego.
ćw. 1 / str. 4
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2012/13.
a) wyznaczenie częstotliwości f przebiegu:

„zamrożenie” przebiegu na ekranie (PAUSE/RUN)

wybór trybu pracy kursorów 1/T (CURSOR, F1)

wyznaczenie częstotliwości f sygnału (kursor „O”: F2 + ENCDR, kursor „M”: F3 + ENCDR)

ponowne uruchomienie rejestracji (PAUSE/RUN)
f 
b) zapis przebiegu do pamięci:

„zamrożenie” przebiegu na ekranie (PAUSE/RUN)

praca z pamięcią oscyloskopu (SYSTEM, F3)

wybór numeru pamięci do zapisania (ENCDR)

zapis przebiegu do pamięci (F1)

wyjście do trybu wyświetlania (F6)
Po zapisaniu przebiegu do pamięci zmienić parametry sygnału z generatora (np. symetrię przebiegu, jego
amplitudę lub częstotliwość).
c) odtworzenie przebiegu z pamięci na ekranie:

praca z pamięcią oscyloskopu (SYSTEM, F3)

wybór numeru pamięci do wczytania (ENCDR)

wczytanie przebiegu z pamięci (F2)

wyjście do trybu wyświetlania (F6)

ponowne uruchomienie rejestracji (PAUSE/RUN)
Porównać zmiany kształtu obydwu sygnałów (PAUSE/RUN, TIME, F6 + ENCDR). Zapisać wnioski.
d) usunięcie przebiegu z pamięci:

wymazanie wyświetlanego przebiegu z ekranu oscyloskopu (SYSTEM, F3, ENCDR, F4, F6)

całkowite usunięcie zapisanego przebiegu (SYSTEM, F3, ENCDR, F5, F6)
4)
Obserwacja sygnałów szybkozmiennych
Zwiększyć częstotliwość sygnału do wartości rzędu kilku MHz. Nastawić podstawę czasu w tryb tzw.
ekwiwalentnej podstawy czasu (EQUIVALENT TIME BASE: TIME, F1 + ENCDR lub AUTO SETUP)
tak, aby widoczny był co najmniej jeden okres przebiegu szybkozmiennego. Zmienić skokowo amplitudę lub
częstotliwość sygnału, zaobserwować odtwarzanie „nowego” przebiegu na ekranie. To samo powtórzyć dla
sygnału o częstotliwości rzędu kilku kHz i dla normalnej podstawy czasu (AUTO SETUP). Zapisać
wnioski.
ćw. 1 / str. 5
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2012/13.
Oscyloskop analogowy
UWAGA - przed rozpoczęciem pomiarów należy zawsze sprawdzić czy:

linia jest dobrze zogniskowana (FOCUS) a jej jaskrawość jest minimalna (INTENS),

pokrętła płynnej regulacji czułości Cy kanałów A oraz B (VAR) są w pozycji „kalibrowany” (CAL),

pokrętło płynnej regulacji podstawy czasu Ct (VAR) jest w pozycji „kalibrowana” (CAL) a przycisk
ekspansji podstawy czasu (MAG) jest wyłączony.
1) Zastosowanie sondy biernej RC i ekspansji podstawy czasu
Do kanału CH1 oscyloskopu dołączyć przewód BNC z sondą bierną RC. Uwzględniając tłumienie K sondy
zmierzyć amplitudę Um oraz okres T napięcia z transformatora sieciowego (tryb pracy MODE CH1,
przełącznik źródła wyzwalania SOURCE w pozycji LINE – wyzwalanie od częstotliwości sieci 50Hz).
Powiększyć (rozciągnąć w osi czasu) wybrany interesujący fragment przebiegu napięcia ( POSITION )
ustawić fragment na środku ekranu, MAG – rozciągnięcie podstawy czasu).
Um 
1
K  ly  Cy 
2
T  lx  Ct 
2) Obserwacja powstawania zwisu impulsu
Do kanału CH1 oscyloskopu podłączyć generator funkcyjny G. Nastawić przebieg prostokątny o
częstotliwości rzędu 30 ÷ 70 Hz. Zmieniając rodzaj sprzężenia kanału (AC/GND/DC) zaobserwować
zmiany kształtu wyświetlanego przebiegu prostokątnego. Zapisać wnioski.
Zmienić kształt przebiegu na sinusoidalny, zmniejszyć częstotliwość do ok. 1 ÷ 5 Hz. Czy możliwa jest
wygodna obserwacja i pomiar np. okresu sygnału?
3) Praca dwukanałowa i praca różnicowa oscyloskopu
Połączyć wyjście generatora funkcyjnego G z wejściem WE czwórnika RC oraz wejściem TRIG IN
oscyloskopu. Ustawić sygnał sinusoidalny o częstotliwości ok. 10 ÷ 20 kHz.
a)
w trybie pracy dwukanałowej (MODE DUAL, ALT/CHOP) i przy wyzwalaniu od kanału CH1
zaobserwować kształt, amplitudę i przesunięcie fazowe napięcia wyjściowego czwórnika
(UWY = U3) oraz napięcia na rezystorze R2 (UR2 = U2) w stosunku do napięcia wejściowego
(UWE = U1) podłączonego do kanału CH1 oscyloskopu.
b)
w trybie pracy różnicowej (MODE ADD, CH2 INV) i przy wyzwalaniu EXT zaobserwować kształt,
amplitudę i przesunięcie fazowe napięcia: na kondensatorze C1 (UC1 = U1 – U2), na kondensatorze
C2 (UC2 = U2 – U3) oraz na rezystorze R1 (UR1 = U1 – U3) w stosunku do napięcia wejściowego
(UWE) podłączonego do kanału CH1 oscyloskopu. Zanotować wnioski.
ćw. 1 / str. 6
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2012/13.
UWAGA - w celu poprawnej pracy różnicowej:

źródło wyzwalania oscyloskopu SOURCE ustawić na EXT – wyzwalanie od tego samego punktu
napięcia wejściowego UWE czwórnika,

wzmocnienia VOLTS/DIV obu kanałów muszą być jednakowe,

położenie obu przebiegów (GND, POSITION  ) musi być jednakowe,

odpowiedni poziom wyzwalania nastawić potencjometrem LEVEL.

Ćwiczenie dodatkowe (w ramach wolnego czasu):
Wyznaczenie interesujących fragmentów w czasie i amplitudzie dla sygnału zakłócającego 50Hz –
przejściówka BNC/banaki w pobliżu przewodu zasilającego:
(AUTOSETUP, CH1: F1 + ENCDR, TIME: F1 + ENCDR, PAUSE/RUN, CURSOR: F1, F2 +
ENCDR, F3 + ENCDR)
III. Wnioski
IV. Pytania kontrolne
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Jakie są główne zalety oscyloskopu cyfrowego w stosunku do oscyloskopu analogowego?
Na czym polega pomiar za pomocą oscyloskopu cyfrowego?
Omówić techniki próbkowania sygnału mierzonego?
Co to jest płynąca, normalna i ekwiwalentna praca podstawy czasu?
Do czego służy i jakie są zalety sondy biernej RC?
Jakie korzyści daje zastosowanie rozciągu podstawy czasu?
Co jest przyczyną i jak należy postępować, aby uniknąć powstawania tzw. zwisu impulsu
prostokątnego?
8. Jak można wykorzystać pracę oscyloskopu w trybie różnicowym?
V. Literatura
1. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna, Warszawa: WNT, 2010.
2. Marcyniuk A., Pasecki E., Pluciński M., Szadkowski B.: Podstawy metrologii elektrycznej,
Warszawa: WNT, 1984.
3. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne, Warszawa: WSiP, 1997.
4. Webster J. G.: The measurement, instrumentation and sensors handbook. CRC Press, 2000.
5. Rydzewski J.: Pomiary oscyloskopowe, Warszawa: WNT, 1995.
ćw. 1 / str. 7