background image

Instrukcja do 

ć

wiczenia nr 4 POMIARY WIELKO

Ś

CI ELEKTRYCZNYCH ZA POMOC

Ą

 

OSCYLOSKOPU

 

 

Laboratorium Teoria Obwodów, ZAKŁAD METROLOGII I PODSTAW ELEKTROTECHNIKI 

ĆWICZENIE NR 

4

 

   POMIARY WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH ZA POMOCĄ 

OSCYLOSKOPU

 

 

1.

 

Cel ćwiczenia 

Zapoznanie  z  budową,  zasadą  działa  oscyloskopu  oraz  oscyloskopowymi  metodami 

pomiarowymi. Wykonanie pomiarów wielkości elektrycznych (okresu, wartości maksymalnej 
i międzyszczytowej, przesunięcia fazowego, częstotliwości) za pomocą oscyloskopu.  

 
2.

 

Obserwacja i odwzorowanie różnych przebiegów  okresowo zmiennych 

2.1.

 

Schemat układu pomiarowego 

 

 

Rys. 1. Schemat układu do obserwacji przebiegów okresowo zmiennych 

 

2.2.

 

 Oscylogramy  i  podstawowe  parametry  przebiegów  napięcia  sinusoidalnie 
zmiennego, prostokątnego oraz trójkątnego. 

 

Dla  częstotliwości  i  napięć    podanych  przez  nauczyciela  należy  odrysować  

z  oscyloskopu  przebiegi      napięcia    sinusoidalnie    zmiennego,    prostokątnego    oraz  
trójkątnego. W  oparciu   o  oscylogramy  wyznaczyć  podstawowe  parametry  przebiegów: 
okres,  częstotliwość,    amplitudę    oraz  napięcie  międzyszczytowe.  Zaznaczyć  na 
oscylogramach  następujące  wielkości:  okres,  amplitudę  oraz  napięcie  międzyszczytowe. 
Pracować w trybie z włączoną podstawą czasu. 
W oparciu o podane wzory należy  wykonać obliczenia, a wyniki zanotować obok 
oscylogramów. 
 

 

obl

T

 – okres obliczony w oparciu o oscylogram 

 

 

 

l

P

T

t

obl

=

    

 

 

 

 

t

P

– wybrana podstawa czasu 

 

 

 

 

l 

– długość okresu w działkach odczytana z oscylogramu 

 

obl

f

 – częstotliwość obliczona w oparciu o oscylogram   

 

 

obl

obl

T

f

1

=

 

 

gen

f

 – częstotliwość przebiegu ustawiona na generatorze  

background image

Instrukcja do 

ć

wiczenia nr 4 POMIARY WIELKO

Ś

CI ELEKTRYCZNYCH ZA POMOC

Ą

 

OSCYLOSKOPU

 

 

Laboratorium Teoria Obwodów, ZAKŁAD METROLOGII I PODSTAW ELEKTROTECHNIKI 

 

obl

m

U

 – amplituda przebiegu obliczona w oparciu o oscylogram 

 

 

l

C

U

y

m

obl

=

 

 

 

 

 

y

C

 – stała podziałki wejścia Y 

 

 

 

 

l

 – długość amplitudy w działkach odczytana z oscylogramu 

 

obl

pp

U

 – międzyszczytowa wartość napięcia obliczona w oparciu o oscylogram 

 

 

 

 

obl

obl

m

pp

U

U

=

2

  

 

V

U

 –skuteczna wartość napięcia  wskazywana przez woltomierz 

 

obl

U

 – obliczona wartość napięcia skutecznego  

2

obl

m

obl

U

U

=

   

 

UWAGA: 

Na  wejście  Y  oscyloskopu  podać  sygnał  o  częstotliwości  f  =  ...........  Hz  i  ustawić  
na woltomierzu napięcie U

V

 = ........... V (wartości te podaje prowadzący). Nie zmieniać tych 

wartości tylko rodzaj przebiegu (sinusoidalnie zmienny, prostokątny, trójkątny).   

t

P

 

= ......................................  

 

 

 

y

= ......................................  

 

 

 
 
 
 

Przebieg sinusoidalny 

 

obl

T

  = ...................................... 

obl

f

  = ...................................... 

obl

pp

U

= ..................................... 

U

U

obl 

V

obl

U

U

U

=

 

%

100

=

V

U

U

U

δ

 

 

 

 

 

 

f

gen 

f

obl 

gen

obl

f

f

f

=

 

%

100

=

gen

f

f

f

δ

 

Hz 

Hz 

Hz 

 

 

 

 

 

 

 

Przebieg prostokątny 
 
 
 
 

obl

T

  = ...................................... 

 

obl

f

  = ...................................... 

 

obl

pp

U

= ..................................... 

background image

Instrukcja do 

ć

wiczenia nr 4 POMIARY WIELKO

Ś

CI ELEKTRYCZNYCH ZA POMOC

Ą

 

OSCYLOSKOPU

 

 

Laboratorium Teoria Obwodów, ZAKŁAD METROLOGII I PODSTAW ELEKTROTECHNIKI 

 
 

 

Przebieg trójkątny 
 
 
 
 

obl

T

  = ...................................... 

 

obl

f

  = ...................................... 

 

obl

pp

U

= ..................................... 

 
3.

 

Pomiar nieznanej częstotliwości za pomocą krzywych (figur) Lissajous 

 

Podstawowymi  narzędziami  do  pomiaru  częstotliwości  przebiegów  elektrycznych  

są  częstościomierze  o  różnych  zasadach  działania  i  budowach.  W  niektórych  badaniach, 
szczególnie  przy  dużych  częstotliwościach  radiowych  stosowana  jest  metoda  zwana 
porównawczą, w której wykorzystujemy krzywe Lissajous.  
 

3.1.

 

Schemat układu pomiarowego i charakterystyka stosowanej metody

 

 

 

Rys. 2. Schemat układu do pomiaru nieznanej częstotliwości za pomocą krzywych Lissajous 

 

Metoda  porównawcza  polega  na  zrównaniu  częstotliwości  wzorcowej  f

w

  

z  częstotliwością  mierzoną  f

x

.  Zgodność  częstotliwości  można  zaobserwować  na  ekranie 

oscyloskopu  w  postaci  krzywych  Lissajous.  W  ten  sposób  mogą  być  porównywane  tylko 
częstotliwości,  których  stosunek  jest  liczbą  całkowitą.  Pomiar  metodą  porównawczą  może 
być  bardzo  dokładny,  jeżeli  dysponuje  się  bardzo  dokładnym,  regulowanym  wzorcem 
częstotliwości. 
Zasadę  podłączenia  do  oscyloskopu  napięć  o  porównywanych  częstotliwościach  podaje 
powyższy rysunek. Dwa napięcia sinusoidalne, doprowadzone do płytek odchylających X i Y 
pracującego 

trybie 

dwukanałowym, 

tworzą 

na 

ekranie 

oscyloskopu  

(z  wyłączoną  podstawą  czasu)  obrazy,  tzw.  Krzywe  Lissajous,  których  kształt  zależy  od 
stosunku  amplitud,  stosunku  częstotliwości  i  przesunięcia  fazowego  między  obydwoma 
napięciami.  W  przypadku,  gdy  stosunek  częstotliwości  jest  równy  stosunkowi  liczb 
całkowitych, na ekranie oscyloskopu obserwuje się obraz nieruchomy, w innych przypadkach 
obraz  jest  w  ciągłym  ruchu.  Sposób  powstawania  krzywych  Lissajous  przedstawia 
następujący rysunek: 

background image

Instrukcja do 

ć

wiczenia nr 4 POMIARY WIELKO

Ś

CI ELEKTRYCZNYCH ZA POMOC

Ą

 

OSCYLOSKOPU

 

 

Laboratorium Teoria Obwodów, ZAKŁAD METROLOGII I PODSTAW ELEKTROTECHNIKI 

 

Wyróżniamy  kilka  rodzajów  krzywych  Lissajous,  zależy  to  od  stosunku  częstotliwości 
wzorcowej i częstotliwości mierzonej. Najczęściej mamy do czynienia z krzywymi Lissajous 
pierwszego  rodzaju  (f

w

:f

x

  =  1:1).  Są  niemi  elipsa,  okrąg  i  prosta.  Czasami  możemy  mieć 

jednak do czynienia z krzywymi Lissajous wyższych rzędów. Przykładowe krzywe Lissajous 
wyższych rzędów mają postać: 

 

 

 

1

2

=

x

w

f

f

 

3

2

=

x

w

f

f

 

3

4

=

x

w

f

f

 

 
Pomiar  częstotliwości  z  wykorzystaniem  figur  Lissajous  polega  na  wyznaczeniu  stosunek 
częstotliwości  wzorcowej  i  mierzonej.  W  tym  celu  oblicza  się  liczbę  punktów  przecięcia 
krzywej z prosta równoległą do osi poziomej (osi X) oraz liczbę punktów przecięcia z prostą 
równoległą  do  osi  pionowej  (osi  Y).  Proste  powinny  być  tak  prowadzone,  aby  nie 
przechodziły przez punkty węzłowe krzywych. Następnie obliczenia częstotliwości nieznanej 
dokonujemy w oparciu o następujący wzór: 

x

y

w

x

y

x

x

w

n

n

f

f

n

n

f

f

=

=

 

gdzie:  n

x

  –  liczba  punktów  przecięcia  krzywej  z  osią  poziomą  oscyloskopu,  n

y

  –  liczba 

punktów  przecięcia  krzywej  z  osia  pionową,  f

w

  –  częstotliwość  podawana  z  generatora 

wzorcowego, f

w

 – częstotliwość wzorcowa.   

 

UWAGA: 

Odrysować  oscylogramy  dla    dwóch  spośród  wymienionych  stosunków  częstotliwości 

wskazanych przez prowadzącego

x

w

f

f

2

1

1

1

1

2

2

3

1

6

5

3

.     

  

background image

Instrukcja do 

ć

wiczenia nr 4 POMIARY WIELKO

Ś

CI ELEKTRYCZNYCH ZA POMOC

Ą

 

OSCYLOSKOPU

 

 

Laboratorium Teoria Obwodów, ZAKŁAD METROLOGII I PODSTAW ELEKTROTECHNIKI 

 

3.2.

 

Oscylogramy 

..........

..........

..........

=

x

w

f

f

 

 

..........

..........

..........

=

x

w

f

f

 

     

 

 
4.

 

Pomiar  przesunięcia  fazowego  pomiędzy  napięciem  i  prądem  w 
obwodzie za pomocą oscyloskopu dwukanałowego 

 

4.1.

 

 Schemat układu pomiarowego 

 Rys. 4. Schemat układu do pomiaru 

przesunięcia fazowego – Przesuwnik 1 

 

 

Rys. 5. Schemat układu do pomiaru przesunięcia 

fazowego – Przesuwnik 2

 

4.2.

 

Rysunek wyjaśniający zasadę pomiaru 

 

                    

ϕ

 =

0

360

l

l

x

 

Rys. 4. Przebiegi obrazujące jak wyznaczyć przesunięcie fazowe 

 

 
UWAGA: 

Dokonać  pomiaru  kąta  przesunięcia  fazowego  pomiędzy  napięciem  sinusoidalnym 
podawanym z generatora funkcyjnego i napięciem na rezystorze R. Pracować należy w trybie  
z  włączoną  podstawą  czasu  oraz  w  trybie  dwukanałowym.  Skuteczna  wartość  napięcia 
zmierzona  na  rezystancji  R  podzielony  prze  wartość  rezystancji  jest  równy  wartości 
skutecznej prądu płynącego w obwodzie. 
 
Przesuwnik 1 - Wartość rezystancji R oraz pojemności  C podaje prowadzący. 

background image

Instrukcja do 

ć

wiczenia nr 4 POMIARY WIELKO

Ś

CI ELEKTRYCZNYCH ZA POMOC

Ą

 

OSCYLOSKOPU

 

 

Laboratorium Teoria Obwodów, ZAKŁAD METROLOGII I PODSTAW ELEKTROTECHNIKI 

Przesuwnik 2 - Wartość rezystancji R oraz indukcyjności L podaje prowadzący. 

 

4.3.

 

Tabela pomiarowa 

 
Tabela 1. Wyniki pomiarów dla przesuwnika 1 – składającego się z szeregowego połączenia RC

 

Przesuwnik 

fazowy 

Lp. 

Hz 

 

 

 

 

 

 

 

 

Przesuwnik 1 

C = …….….nF 

R = ………..Ω 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

lx 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Tabela 2. Wyniki pomiarów dla przesuwnika 2 – składającego się z szeregowego połączenia RL

 

Przesuwnik 

fazowy 

Lp. 

Hz 

 

 

 

 

 

 

 

 

Przesuwnik 2 

L = …….…mH 

R = ………..Ω 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

lx 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

Wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia