Marcin Kornak Wrocław 04.12.2001

Ćwiczenie nr 3:

REJESTRACJA SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH

1. Cel ćwiczenia

Ćwiczenie miało na celu zapoznanie z zasadą pracy i eksploatacji cyfrowego oscyloskopu oraz porównanie możliwości obserwacji sygnałów i pomiaru ich parametrów za pomocą oscyloskopu analogowego, cyfrowego i rejestratora cyfrowego sprzężonego z komputerem.

II. Program ćwiczenia

1. Korzystając z oscyloskopu analogowego zmierzyłem amplitudę i okres sygnału sinusoidalnego i prostokątnego dla częstotliwości około 30Hz, 300Hz, 3000Hz.

Wynik pomiaru przedstawia poniższa tabelka.

Częstotliwość sygnału	Sygnał sinusoidalny		Sygnał prostokątny			ΔA	ΔT	δ	δ
		A	T		A					T
[ Hz ]	[ V ]	[ ms ]		[ V ]	[ ms ]	[ V ]	[ ms ]	[ % ]	[ % ]
30,6	11,9	33,1		11,7	33,2	0,5	1	4,2	3,0
301,7	11,9	3,3		11,7	3,3	0,5	0,1
3003,9	11,9	0,33		11,7	0,33	0,5	0,01

2. Korzystając z oscyloskopu analogowego wyznaczam podstawowe parametry sygnału powstającego w szeregowym układzie RLC.

W trybach wyzwalania podstawy czasu AUTO, NORM nie można było odczytać podstawowych wartości parametrów sygnału. Obraz pojawiał się na ułamek sekundy. Na obraz sygnału składały się 3 różne oscylacyjne sygnały o malejących wartościach amplitud.

W trybie wyzwalania SGL zaobserwowałem już tylko 1 sygnał o malejącej amplitudzie, ale również nie mogłem określić jego podstawowych parametrów.

3. Korzystając z oscyloskopu cyfrowego wyznaczam podstawowe parametry sygnału powstającego w szeregowym układzie RLC.

Podstawa czasu wyzwalania w trybie SGL.

Wynik pomiaru przedstawia poniższa tabelka.

Sygnał sinusoidalny
A	T	ΔA	ΔT	δ	δ
[ V ]	[ ms ]	[ mV ]	[ ms ]	[ % ]	[ % ]
1,29	3,8	50	0,1	3,9	2,6

4. Rejestracja sygnału z wykorzystaniem funkcji PRETRIGGER i POSTRIGGER

Funkcja PRETRIGGER przy ustawieniu PT 25% powoduje ustalenie na osi podstawy czasu momentu wyzwalania wyzwolenia w odległości 0.25 T_R (T_R - czas rejestracji)od jej początku. Po zastosowaniu tej funkcji obserwowany był tylko początek sygnału.

Funkcja POSTRIGGER wstrzymuje proces rejestracji o zadany czas, licząc od pojawienia się sygnału wyzwalającego proces rejestracji. Przy ustawieniu PT -25%, to rejestracja sygnału jest wstrzymana o czas 0,25T_R (T_R - czas rejestracji) na oscyloskopie rejestrowana jest końcówka sygnału o malejącej amplitudzie.

5. Rejestracja sygnału przy pomocy cyfrowego rejestratora (DATA LOGGER 210B/99)

Parametry rejestratora
Wyzwalanie	zboczem narastającym
Czas próbkowania	10μs
Liczba próbek	16384

Zarejestrowane sygnały przedstawiają dołączone wydruki.

6. Na podstawie zarejestrowanego przebiegu wyliczam wartości elementów RLC.

Z przebiegu sygnału z wykorzystaniem elementów R₁ C₁ wyliczam wartości L, R₁, C₁

A	To			L	R1	C1
[ V ]	[ ms ]	[ s^-1 ]	[ s^-1 ]	[ mH ]	[ Ω ]	[ nF ]
1,28	3,82	1645,97	89,63	783,99	140,54	469,41

Z przebiegu sygnału z wykorzystaniem elementów R₁ C₂ obliczam wartość C₂

A	To			C2
[ V ]	[ ms ]	[ s^-1 ]	[ s^-1 ]	[ nF ]
1,76	3,52	1785,39	130,89	610,52

Z przebiegu sygnału z wykorzystaniem elementów R₁ C₃ obliczam wartość C₃

A	To			C3
[ V ]	[ ms ]	[ s^-1 ]	[ s^-1 ]	[ μF ]
2,60	4,23	1458,12	178,99	1,18

Z przebiegu sygnału z wykorzystaniem elementów R₂ C₁ obliczam wartość R₂

A	To			R2
[ V ]	[ ms ]	[ s^-1 ]	[ s^-1 ]	[ Ω ]
2,36	8,62	729,30	149,54	231,13

2. Wnioski

Większa część wniosków dotyczących kolejnych punktów ćwiczenia, została zawarta wraz z pomiarami w protokole.

W pierwszym punkcie ćwiczenia korzystając z oscyloskopu analogowego zmierzyłem amplitudę i okres sygnału sinusoidalnego i prostokątnego dla częstotliwości około 30Hz, 300Hz, 3000Hz. Błędy wyznaczenia wartości podstawowych parametrów sygnału wynikają z dokładności odczytu. Ich wartości dla pomiarów oscyloskopowych są jednak niewielkie. Błędy odczytu wartości amplitudy i częstotliwości są stałe dla wszystkich pomiarów.

Przy użyciu oscyloskopu analogowego nie dało się wyznaczyć podstawowych parametrów sygnału powstającego w szeregowym układzie RLC. Dopiero zastosowanie oscyloskopu cyfrowego pozwoliło określić te parametry. Błędy w określeniu wartości tych parametrów są stosunkowo niewielkie i wynikają one z dokładności odczytu.

Funkcje PRETRIGGER i POSTRIGGER pozwalają obserwować sygnał zarówno przed jak i po momencie wyzwolenia, funkcje te znacznie ułatwiają pomiar.

W ostatnim punkcie ćwiczenia rejestrowaliśmy sygnał używając rejestratora cyfrowego (DATA LOGGER 210B/99). Wartości podstawowych parametrów sygnału są wyznaczone z większą dokładnością niż przy użyciu oscyloskopu cyfrowego, ponieważ nie zawierają błędów wynikających z dokładności odczytu. Na podstawie zarejestrowanych oscylacyjnych przebiegów U(t) obliczyłem wartości elementów RLC. W naszym przypadku R < 2
, stąd zasadniczą rolę w układzie spełniają elementy L i C i dominującym zjawiskiem jest wymiana energii między cewką i kondensatorem. Rezystancja reprezentuje straty energii w cewce i kondensatorze.

Występujące w obwodzie oscylacje, których tłumienie zależne jest od wartości R zanikają tym szybciej, im większe są straty energii w obwodzie, a więc im większa jest rezystancja R ( współczynnik tłumienia  
). Analiza wyników pomiaru potwierdza, że wraz ze wzrostem pojemności kondensatorów (rośnie napięcie na kondensatorze), rośnie wartość amplitudy sygnału. Dla C₁ = 469,41nF amplituda A_MAX = 1,28V dla C₃ = 1,18μF wartość amplitudy wzrasta do A_MAX = 2,60V.

Wzrost wartości rezystancji powoduje wzrost współczynnika tłumienia , ale tym samym wzrost wartości okresu badanego sygnału (
=  =
⇒ T ~ R ). Wzrost wartości rezystancji z R1= 140,54Ω do R2 = 231,13Ω, powoduje prawie dwukrotny wzrost wartości współczynnika tłumienia i ponad dwukrotny wzrost okresu badanego sygnału.

---