ĆW. 2: POMIARY OSCYLOSKOPOWE CZ. II I. Cel ćwiczenia Celem

ĆW. 2: POMIARY OSCYLOSKOPOWE CZ. II
Opracował: dr inż. Jakub Wojturski
I. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie zasady działania, obsługi i podstawowych metod
pomiaru oscyloskopem cyfrowym oraz innych zastosowań i zaawansowanych
oscyloskopowych technik pomiarowych.
II. Zagadnienia
1. Budowa i zasada działania oscyloskopu cyfrowego.
2. Parametry opisujące właściwości elektryczne oscyloskopu cyfrowego w torze Y
oraz w torze X.
3. Podstawowe zastosowania pomiarowe oscyloskopu cyfrowego.
4. Pomiary z użyciem sondy biernej RC.
5. Praca oscyloskopu w trybie różnicowym.
6. Zasada pomiaru amplitudy napięcia, okresu i przesunięcia fazowego przebiegów
okresowych.
III. Wprowadzenie
3.1. Oscyloskop cyfrowy
3.1.1. Zalety oscyloskopu cyfrowego
Do głównych zalet oscyloskopu cyfrowego (DSO – ang. Digital Storage
Oscilloscope), których nie posiada oscyloskop analogowy należą: możliwość zapisu
badanego sygnału do pamięci i późniejszego jego odtworzenia, możliwość obserwacji i
rejestracji przebiegów wolnozmiennych (w tzw. trybie obrazu płynącego – ang. roll
mode), możliwość współpracy z komputerem lub drukarką poprzez porty USB,
Ethernet, GPIB, RS-232C.
Ważną zaletą jest też możliwość bezpośredniego pomiaru wielu parametrów
badanego sygnału (np. pomiar wartości szczytowej, średniej i skutecznej napięcia,
wyznaczenie minimum i maksimum sygnału, pomiar częstotliwości i okresu, pomiar
czasu narastania i czasu opadania zbocza impulsu oraz szerokości impulsu, obliczenie
współczynnika wypełnienia i współczynnika zniekształceń nieliniowych sygnału).
Możliwe jest też wykonywanie różnych operacji matematycznych na sygnałach:
dodawanie, odejmowanie, mnożenie, różniczkowanie i całkowanie sygnałów oraz
ćw. 2/str. 1
analiza widmowa sygnału (analiza Fouriera – FFT, ang. Fast Fourier Transformation)
a także uśrednianie sygnałów (ang. averaging).
3.1.2. Budowa oscyloskopu cyfrowego
Schemat blokowy oscyloskopu cyfrowego przedstawiony jest na rysunku 1.1.
Rys. 1.1. Uproszczony schemat blokowy oscyloskopu cyfrowego
Cykl pracy oscyloskopu cyfrowego można podzielić na dwie fazy: fazę akwizycji
danych z sygnału i fazę rekonstrukcji sygnału.
W fazie akwizycji, badany sygnał podawany jest na wzmacniacz wejściowy WZM
WE (gdzie następuje wybór rodzaju sprzężenia kanału oraz kondycjonowanie sygnału
w celu dopasowania do przetwornika analogowo-cyfrowego) a następnie, w układzie
próbkująco-pamiętającym PP (SH – ang. Sample and Hold), zostaje pobrana i
zapamiętana wartość sygnału w chwili próbkowania. Częstotliwością próbkowania
steruje mikroprocesorowy układ sterujący µP. Zapamiętana analogowa próbka sygnału
przetworzona zostaje w przetworniku analogowo-cyfrowym A/C (ADC – ang. Analog
to Digital Converter) w słowo cyfrowe o długości L-bitów. Najczęściej spotykane są
oscyloskopy 8-bitowe (L = 8), rzadziej 10-bitowe lub 12-bitowe. Długość słowa
decyduje o liczbie poziomów dyskretyzacji sygnału mierzonego, czyli o zdolności
rozdzielczej w kierunku pionowym (w osi napięcia). Procentowa zdolność rozdzielcza
r przetwornika A/C definiowana jest następująco:
1
r=
100% ,
(1.1)
2L
natomiast bezwzględna rozdzielczość pomiaru ∆ dla wybranego zakresu pomiarowego
Un (Un zależy od nastawionego współczynnika odchylania toru Y) wyrażona jest
wzorem:
U
∆ = Ln ,
2
(1.2)
ćw. 2/str. 2
W
procesie
konwersji
analogowo-cyfrowej
sygnału
następuje
kolejno
zakodowanie i zapisanie L-bitowego słowa cyfrowego (odpowiadającego jednej
pobranej próbce sygnału) do pamięci RAM oscyloskopu. Główna pamięć oscyloskopu
podzielona jest na mniejsze bloki, co daje możliwość zapamiętania jednocześnie kilku
przebiegów z różnych kanałów lub jednego przebiegu o długości większej niż jest
potrzebna do wyświetlenia na ekranie.
W celu zapamiętania całego badanego sygnału należy pobrać i zapamiętać wiele
próbek w odstępach czasu wynikających z częstotliwości i sposobu próbkowania
(punkty 3.5.3, 3.5.4). Liczba próbek, na jaką zostaje podzielony przebieg (w osi czasu),
nosi nazwę rekordu. Typowa długość rekordu M oscyloskopu cyfrowego wynosi od
kilku kilobajtów do kilku megabajtów (1 kB = 1024 próbki). Im dłuższa jest długość
rekordu tym większa jest zdolność rozdzielcza w kierunku poziomym. Ponieważ obraz
na ekranie oscyloskopu tworzony jest ze stałej liczby punktów (typowo 1000 punktów
na 10 dz), więc nadmiar próbek może być wykorzystany przy powiększeniu wybranego
fragmentu obrazu i analizy jego drobnych szczegółów na całej szerokości ekranu (ang.
zooming). Ponieważ w oscyloskopie cyfrowym zbieranie danych do pamięci może
zachodzić niezależnie od chwili wyzwalania, nadmiar próbek może być również
wykorzystany do obserwacji sygnału w tzw. trybie przedwyzwalania (ang. pre-trigger)
czyli z możliwością obserwacji fragmentu sygnału wcześniejszego w stosunku do
położenia impulsu wyzwalającego (w oscyloskopie analogowym jest to niemożliwe).
W drugiej fazie pomiaru, zapamiętany w pamięci przebieg podawany jest do
układu rekonstrukcji sygnału URS. Układ rekonstrukcji sygnału (zawierający m.in.
przetwornik cyfrowo-analogowy i interpolator liniowy lub sinusoidalny) sterowany jest
z generatora cyfrowej podstawy czasu GCPC. Po procesie rekonstrukcji, sygnał
podawany jest na wzmacniacz wyjściowy WZM WY Y, który steruje układem
wizualizacji sygnału (najczęściej jest to ekran ciekłokrystaliczny LCD, rzadziej lampa
oscyloskopowa). W osi czasu, układ wizualizacji sterowany jest poprzez wzmacniacz
WZM WY X.
3.1.3. Częstotliwość próbkowania
Częstotliwość próbkowania fp jest podstawowym parametrem oscyloskopu
cyfrowego. Decyduje o maksymalnej częstotliwości sygnałów, które mogą być
obserwowane za pomocą oscyloskopu. Częstotliwość próbkowania wyrażana jest w
milionach próbek (megapróbkach, ang. MegaSamples) na sekundę i oznaczana przez
ćw. 2/str. 3
różnych producentów w różny sposób: MS/s, MSa/s, MSPS, MHz. Maksymalna
częstotliwość pracy oscyloskopu cyfrowego podawana jest zwykle dla pracy
jednokanałowej. W przypadku obserwacji sygnałów na n kanałach, częstotliwość
próbkowania każdego kanału będzie n-krotnie mniejsza. Współczesne oscyloskopy
cyfrowe mają częstotliwość próbkowania rzędu kilku GHz na jeden kanał.
Zgodnie z twierdzeniem Shanonna-Kotielnikova, częstotliwość próbkowania
sygnału fp powinna być co najmniej dwukrotnie większa niż wartość najwyższej
znaczącej składowej harmonicznej fmax sygnału mierzonego. Jednak w praktyce dobrze
jest, aby fp była nie dwu ale k-krotnie (kilku lub kilkunastokrotnie) większa od
częstotliwości granicznej badanego, gdyż umożliwia to wierniejszą rekonstrukcję
kształtu przebiegu na podstawie zebranych próbek i zapobiega powstawaniu zjawiska
przeinaczania percepcyjnego (czyli powstawania fałszywego obrazu na ekranie
oscyloskopu, ang. aliasing). Jednak wówczas zawęża się znacznie pasmo
przetwarzania oscyloskopu, zgodnie ze wzorem:
fp
,
f max =
2⋅n⋅k
(1.3)
gdzie: n – ilość pracujących kanałów, k – współczynnik nadpróbkowania (ang.
oversampling ratio).
Przykładowo, dla przebiegu sinusoidalnego, częstotliwość próbkowania powinna
być nie dwukrotnie, ale co najmniej 20-krotnie większa od częstotliwości badanego
sygnału (10-krotne nadpróbkowanie). Przy pracy czterokanałowej oscyloskopu (n = 4)
o maksymalnej częstotliwości próbkowania równej 1000 MSa/s, najwyższa składowa
1000
sinusoidalna może mieć częstotliwość f max =
= 12 ,50 MHz . Dla sygnałów o
2 ⋅ 4 ⋅ 10
większej częstotliwości może pojawić się przeinaczanie percepcyjne oraz mogą
powstać błędy interpolacji podczas odtwarzania przebiegu na ekranie.
Aktualną częstotliwość próbkowania jednego kanału fp można wyznaczyć z
następującego wzoru:
M
fp =
,
Ct ⋅ H
(1.4)
gdzie: M – długość rekordu, Ct – nastawiony współczynnik podstawy czasu, H – liczba
działek w osi poziomej ekranu (typowo H = 10 dz).
Jak widać, dla najszybszej podstawy czasu (Ct minimalne) częstotliwość
próbkowania osiąga pewną wartość graniczną fg. Dla sygnałów o częstotliwości
ćw. 2/str. 4
większej od fg możliwa jest ich obserwacja tylko wówczas, jeśli są to przebiegi
periodyczne (w czasie ekwiwalentnym – punkt 3.1.4a). Dla przebiegów o
częstotliwości mniejszej od fg możliwa jest ich obserwacja w trybie rzeczywistym
(punkt 3.1.4c).
Ze wzoru (1.4) wynika istotna różnica pomiędzy oscyloskopem cyfrowym a
oscyloskopem analogowym: zmiana szybkości podstawy czasu odbywa się poprzez
zmianę częstotliwości próbkowania a to powoduje zmianę pasma częstotliwości
oscyloskopu. Zawsze jednak należy pamiętać, iż użyteczne pasmo oscyloskopu jest
mniejsze (wzór 1.3). Podczas pomiarów należy zawsze obliczyć aktualną częstotliwość
próbkowania i sprawdzić ewentualną możliwość powstania zjawiska aliasingu.
3.1.4. Techniki próbkowania
W oscyloskopach cyfrowych stosowane są najczęściej następujące techniki
próbkowania:
a) próbkowanie sekwencyjne – w czasie każdego okresu badanego sygnału pobierana
jest tylko jedna próbka (ang. repetitive sampling) lub kilka próbek (ang. multipoint
sampling, multiple sampling). Kolejne próbki przesunięte są w czasie (w stosunku
do impulsu wyzwalającego) o stałą wartość ∆t. Jeżeli, ze względów technicznych,
próbki nie mogą być pobrane w kolejnych okresach, to próbkowanie zachodzi co
kilka okresów. Wszystkie zapamiętane próbki odtwarzane zostają na ekranie kolejno
po sobie, czyli w tzw. ekwiwalentnej skali czasu. Przy odpowiednio dużej liczbie
kropek, z których został zrekonstruowany przebieg ekwiwalentny, obraz robi
wrażenie ciągłego. Próbkowanie sekwencyjne stosowane jest do badania
przebiegów okresowych.
b) próbkowanie przypadkowe (ang. random sampling) – polega na przypadkowym
pobieraniu próbek napięcia i ich chaotycznym (w osi czasu) odtwarzaniu na ekranie.
Aby każda kropka umieszczona została w ekwiwalentnej skali czasu we właściwym
miejscu pobieraniu każdej próbki musi towarzyszyć zapamiętanie dwu informacji: o
wartości chwilowej napięcia w osi Y oraz o położeniu próbki w stosunku do
impulsu wyzwalającego pomiar. Zaletą tej metody jest możliwość oglądania np.
przedniego zbocza sygnału, zanim jeszcze pojawi się impuls wyzwalający (czyli
wspomniany już pre-trigger).
c) próbkowanie równomierne lub w czasie rzeczywistym (ang. real time sampling) –
polega na pobieraniu próbek z ustaloną częstotliwością w równych odstępach czasu
ćw. 2/str. 5
i ich natychmiastowym rysowaniu na ekranie. Podawana przez producenta
maksymalna częstotliwość próbkowania dotyczy właśnie trybu pracy w czasie
rzeczywistym (wymaganym przy akwizycji sygnałów nieokresowych). Niekiedy
jednak producenci stosują chwyt reklamowy, podając częstotliwość graniczną
oscyloskopu odnoszącą się do przebiegów okresowych. Próbkowanie w czasie
rzeczywistym umożliwia pomiary zarówno dla przebiegów nieokresowych jak i
okresowych – przyspiesza wówczas tworzenie obrazu ekwiwalentnego.
d) próbkowanie ze zmienną częstotliwością (ang. adaptative sampling rate) –
stosowane niekiedy w oscyloskopach wyższej klasy. Polega na dynamicznym
zwiększaniu
częstotliwości
próbkowania
(zagęszczaniu
próbek)
dla
szybkozmiennych fragmentów sygnału (np. na zboczach sygnału prostokątnego)
oraz ich rozrzedzaniu dla fragmentów wolnozmiennych (np. na grzbiecie impulsu
prostokątnego). Umożliwia to poprawę rozdzielczości poziomej obrazu przy nie
zmienionej długości rekordu.
3.1.5.
Dokładność pomiaru oscyloskopem cyfrowym
Ponieważ na wejściu oscyloskopu cyfrowego (analogicznie jak w oscyloskopie
analogowym) znajdują się wzmacniacz i dzielniki napięcia, dokładność pomiaru
napięcia zależy od jakości wykonania tych elementów. Dodatkowo, na niepewność
wyniku pomiaru wpływają błędy przetwornika analogowo-cyfrowego. Typowo,
niepewność pomiaru w osi Y jest rzędu kilku procent. W celu usunięcia szumów lub
zakłóceń z sygnału badanego można zastosować uśrednianie sygnału. Uśrednianie
wykorzystywane bywa również do poprawy rozdzielczości pionowej pomiaru (poprzez
pozorną zmianę rozdzielczości przetwornika A/C, w zależności od liczby uśrednień).
Dokładność pomiarów w osi X (w osi czasu) jest dużo lepsza niż dla pomiarów w
osi napięcia, ponieważ cyfrowy generator podstawy czasu wykorzystuje oscylator
kwarcowy (dokładność i stabilność częstotliwości impulsów podstawy czasu jest
duża). Typowo, niepewność pomiaru w osi czasu jest rzędu ±0,01%. W przypadku
pracy w trybie ekwiwalentnym może być jednak większa.
Dokładność pomiarów, zarówno w osi napięcia i czasu, może być nieznacznie
zwiększona przy zastosowaniu kursorów do wyznaczania długości odcinków
proporcjonalnych do mierzonych wielkości.
ćw. 2/str. 6
3.1.6.
Pomiar sygnałów wolnozmiennych
W oscyloskopie cyfrowym możliwa jest wygodna obserwacja sygnałów
wolnozmiennych, o częstotliwości dużo mniejszej niż umożliwia typowy oscyloskop
analogowy. Przy dużej wartości współczynnika podstawy czasu, sygnał jest stale
próbkowany i odtwarzany na ekranie. Obraz „płynie” od prawej strony ekranu w lewo.
Obraz może być na chwile zamrożony, np. w celu jego dalszej analizy. Ze względu na
możliwość zniekształcenia sygnału wolnozmiennego należy stosować sprzężenie
stałoprądowe (punkt 3.3).
3.2. Dodatkowe funkcje pomiarowe i zastosowania oscyloskopów
3.2.1. Pomiary z zastosowaniem sondy biernej RC
Rezystancja wejściowa oscyloskopu wynosi zazwyczaj 1 MΩ, pojemność
wejściowa jest rzędu kilkudziesięciu pF. Zwiększenie rezystancji wejściowej i
zmniejszenie pojemności można uzyskać stosując sondę bierną RC. Rezystancja
wejściowa oscyloskopu zwiększa się wówczas do wartości 10 MΩ (czyli tyle, ile
wynosi zwykle dla woltomierza cyfrowego), natomiast pojemność wejściowa wynosi
kilkanaście pF. Czułość wejściowa oscyloskopu maleje dziesięciokrotnie (należy to
uwzględnić w obliczeniach, mnożąc wynik pomiaru napięcia przez współczynnik
tłumienia sondy). Dodatkową zaletą stosowania sondy jest brak konieczności używania
przejściówki BNC/bananki, przez którą mogą przedostawać się do sygnału badanego
zakłócenia sieciowe.
Przed rozpoczęciem pomiarów należy sondę skompensować częstotliwościowo,
aby możliwe było wierne odtworzenie kształtu badanego sygnału. Sondę kompensuje
się podając na wejście sondy sygnał prostokątny (np. z wewnętrznego kalibratora
oscyloskopu) i, regulując za pomocą trymera umieszczonego w sondzie, ustawia się na
ekranie obraz maksymalnie zbliżony do prostokątnego.
3.2.2. Wykorzystanie ekspansji podstawy czasu
Niekiedy zachodzi konieczność powiększenia niewielkiego fragmentu badanego
sygnału. Jeżeli interesujący fragment przebiegu znajduje się np. w prawej części
ekranu, to zwiększenie prędkości podstawy czasu mogłoby spowodować jego
przesunięcie (w osi poziomej) poza ekran. Można wówczas zastosować tzw. ekspansję
ćw. 2/str. 7
podstawy czasu. Ekspansja zwiększa skokowo wzmocnienie wzmacniacza w torze X,
powodując powiększenie fragmentu obrazu znajdującego się na środku ekranu.
Włączenie ekspansji następuje zazwyczaj tylko w szczególnych przypadkach.
Przed rozpoczęciem pomiarów należy upewnić się, czy przycisk MAG jest wyłączony.
Oczywiście, należy również sprawdzić, czy współczynniki odchylania pionowego i/lub
podstawy czasu są ustawione w pozycji „kalibrowany” (pokrętła w pozycji CAL).
3.2.3. Sprzężenie stałoprądowe i pojemnościowe
Z gniazda wejściowego kanału Y sygnał badany doprowadzony jest do
przełącznika rodzaju sprzężenia kanału (AC/GND/DC). W pozycji AC składowa stała
sygnału blokowana jest na szeregowo włączonym kondensatorze. Następuje wówczas,
ograniczenie pasma przenoszenia toru Y od strony niskich częstotliwości, powoduje
zmianę kształtu odwzorowywanego sygnału. Zmiana ta jest najlepiej widoczna dla
sygnałów o małych częstotliwościach o kształcie prostokątnym – na poziomych
odcinkach sygnału powstają tzw. zwisy. Najprostszym sposobem uniknięcia wpływu
ograniczenia od dołu pasma oscyloskopu jest zastosowanie sprzężenia stałoprądowego
DC. Sposób ten nie zawsze jednak jest możliwy do wykorzystania – np. w przypadku
obserwacji sygnału o małej amplitudzie składowej zmiennej nałożonej na dużą
składową stałą, włączenie sprzężenia stałoprądowego spowoduje, że obserwowany
przebieg „ucieknie” (w osi pionowej) poza ekran oscyloskopu.
3.2.4. Praca różnicowa
Praca
różnicowa
oscyloskopu
stosowana
jest
wówczas,
gdy
chcemy
zaobserwować lub zmierzyć niektóre parametry sygnału pomiędzy dwoma punktami
obwodu, z których żaden nie jest na potencjale masy (np. w układzie mostka prądu
zmiennego). Przyłączenie oscyloskopu do napięcia badanego odbywa się wg
następującego schematu:
Rys. 1.2. Schemat pomiarowy dla pracy różnicowej oscyloskopu
ćw. 2/str. 8
Ponieważ, zgodnie z rysunkiem 1.2 napięcie pomiędzy punktami 1 i 2 wynosi:
U wy = U 1 − U 2 = U CHY 1 + (− U CHY 2 ) , więc, aby obserwować napięcie Uwy należy
zrealizować różnicę napięć U1 i U2. Oscyloskop należy wówczas ustawić w tryb pracy
sumacyjnej ADD oraz odwrócić polaryzację kanału Y2 INV. Ważne jest, aby
współczynniki odchylania pionowego V/DIV obu kanałów były jednakowe oraz aby nie
było przesunięcia pionowego na ekranie pomiędzy obydwoma przebiegami. Podczas
pracy różnicowej niezbędne jest też, aby wyzwalanie oscyloskopu odbywało się ze
źródła zewnętrznego EXT (najlepiej za pomocą sygnału wejściowego zasilającego
badany układ), ponieważ rysowanie przebiegu zaczyna się zawsze od tego samego
poziomu napięcia wejściowego (poziom regulowany za pomocą pokrętła LEVEL).
Umożliwia to ocenę wzajemnego przesunięcia czasowego pomiędzy różnymi
sygnałami w badanym układzie.
Bezpośrednie podłączenie oscyloskopu do punktów 1 i 2 (czyli np. przewód
„gorący” do punktu 1 a przewód „masowy” do 2) spowoduje zwarcie napięcia w
punkcie 2 do masy i prawdopodobnie uszkodzenie układu. Wynika to z faktu, że
zarówno masa oscyloskopu jak i masa generatora (zwykle również i częstościomierza
cyfrowego, ale nie multimetru cyfrowego, którego wejście „Low” jest zawsze
odseparowane od masy przyrządu) połączone są ze sobą galwanicznie poprzez
przewód zerujący kabla sieciowego, czyli masa oscyloskopu oraz masa generatora nie
są odseparowane od sieci zasilającej. Aby uniknąć przypadkowego zwarcia w układzie
dobrze jest, aby do badanego układu podłączyć przewód „zimny” (masowy) przed
rozpoczęciem pomiarów (i tylko z jednego kanału) a podczas pomiarów posługiwać się
wyłącznie końcówkami „gorącymi” (sygnałowymi).
Jeżeli oscyloskop służy do obserwacji przebiegów o częstotliwości sieciowej, to
wyzwalanie podstawy czasu powinna odbywać się z częstotliwością 50 Hz
(przełącznik synchronizacji podstawy czasu ustawiony w pozycję LINE).
3.2.5. Pomiary sygnałów szybkozmiennych
Podczas pomiarów sygnałów szybkozmiennych konieczne jest uwzględnienie
ograniczenia pasma przenoszenia oscyloskopu fosc od strony wysokich częstotliwości.
Skończone pasmo przenoszenia wzmacniacza toru odchylania pionowego powoduje
zwiększenie czasu narastania impulsu (definiowanego jako czas potrzebny do zmiany
wartości sygnału od 10 do 90%) oraz wprowadza dodatkowe przerosty i zafalowania
ćw. 2/str. 9
na grzbiecie impulsu. Czas narastania oscyloskopu tr,osc wyznaczony jest z
następującego wzoru:
0 ,35
tr ,osc =
, µs ,
f osc [MHz ]
(1.5)
natomiast zależność pomiędzy czasem narastania tr,syg badanego impulsu, czasem
narastania tr,pom wyznaczonym za pomocą oscyloskopu oraz czasem narastania tr,osc
oscyloskopu jest następująca:
t r , pom = t r2,syg + t r2,osc .
(1.6)
Z zależności tej można wyznaczyć skorygowaną wartość czasu narastania impulsu.
Należy uwzględnić również możliwość zwiększonego obciążania źródła sygnału
impedancją wejściową Zwe oscyloskopu, która dla sygnałów o dużej częstotliwości jest
znacznie mniejsza niż dla prądu stałego. Zakładając, iż impedancja wejściowa
oscyloskopu może być przedstawiona jako równoległe połączenie rezystancji
wejściowej R (typowo 1 MΩ) i pojemności wejściowej C (typowo kilkadziesiąt pF),
wartość Zwe dla częstotliwości f sygnału można wyznaczyć ze wzoru:
R
Z we ( f ) =
.
2
(2πfRC ) + 1
(1.7)
Przykładowo, dla R =1 MΩ i C = 20 pF, dla częstotliwości f = 100 MHz impedancja
wejściowa oscyloskopu wynosi mniej niż 10 kΩ, co może spowodować powstanie
znacznego błędu systematycznego pomiaru.
Podczas pomiarów przebiegów o dużej częstotliwości problemem może być
wprowadzanie przez oscyloskop pewnego własnego przesunięcia fazowego ϕ w
kanałach Y1 i Y2. Wartość różnicy przesunięć obu kanałów ∆ϕ = ϕY1 - ϕY2 jest zwykle
funkcją częstotliwości. Uniemożliwia to np. dokładny pomiar kąta przesunięcia
fazowego pomiędzy sygnałami. Przed rozpoczęciem pomiarów należy zawsze
sprawdzić możliwość wprowadzenia przez oscyloskop błędu systematycznego – na oba
kanały należy podać ten sam sygnał i zaobserwować (najlepiej w trybie pracy X-Y), czy
różnica przesunięć ∆ϕ wznosi zero (obraz w postaci linii prostej).
IV. Program ćwiczenia
1. Zadania laboratoryjne
a) zapoznać się z obsługą oscyloskopu cyfrowego,
ćw. 2/str. 10
b) wyznaczyć, przy wykorzystaniu kursorów, wartość współczynnika wzmocnienia
czwórnika, wartość kąta przesunięcia fazowego pomiędzy dwoma sygnałami
sinusoidalnymi oraz wartość składowej stałej jednego z przebiegów,
c) wyznaczyć,
również
wykorzystując
kursory,
częstotliwość
sygnału
wolnozmiennego, zapisać oraz odtworzyć sygnał z pamięci oscyloskopu,
d) zaobserwować odtwarzanie na ekranie oscyloskopu szybkozmiennego sygnału
sinusoidalnego,
e) zmierzyć wartość amplitudy sygnału sinusoidalnego wykorzystując sondę RC,
f) zaobserwować powstawanie zwisu sygnału prostokątnego,
g) porównać pracę oscyloskopu w trybie naprzemiennym i siekanym oraz
pracę w trybie różnicowym.
V. Pytania kontrolne
1. Jakie są główne zalety oscyloskopu cyfrowego w stosunku do oscyloskopu
analogowego?
2. Na czym polega pomiar za pomocą oscyloskopu cyfrowego?
3. Omówić techniki próbkowania sygnału mierzonego?
4. Co to jest płynąca, normalna i ekwiwalentna praca podstawy czasu?
5. Do czego służy i jakie są zalety sondy biernej RC?
6. Jakie korzyści daje zastosowanie rozciągu podstawy czasu?
7. Co jest przyczyną i jak należy postępować, aby uniknąć powstawania tzw. zwisu
impulsu prostokątnego?
8. Jak można wykorzystać pracę oscyloskopu w trybie różnicowym?
VI. 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. 2/str. 11