1
WAT – WYDZIAŁ ELEKTRONIKI – Instytut Systemów Elektronicznych
ZAKŁAD SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH
Laboratorium Miernictwa Elektronicznego
(dla Wydziału Cybernetyki)
Przedmiot: PODSTAWY MIERNICTWA
Ć
wiczenie nr 3m
PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE
Temat:
POMIARY OSCYLOSKOPOWE
Data wykonania
ć
wiczenia:
........................................................................
Data oddania sprawozdania:
.........................................................................
Ocena:
........................................................................
Grupa: ............................................................
1. .............................................................
2. .............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
Prowadz
ą
cy:
.........................................................................
Uwagi prowadz
ą
cego
ć
wiczenie:
2
1. ZAPOZNANIE Z WYPOSAśENIEM STANOWISKA POMIAROWEGO
Na podstawie oględzin przyrządów na stanowiskach, wskazówek prowadzącego oraz
instrukcji obsługi przyrządów pomiarowych sporządzić wykaz przyrządów pomiarowych
wykorzystywanych w ćwiczeniu oraz wykaz ich parametrów i wypełnić tabelę 1.1 i 1.2.
Tabela 1.1. Wykaz przyrządów pomiarowych.
Lp.
Nazwa przyrządu
Typ
Producent
Oznaczenia na
schematach
1.
Oscyloskop
analogowy
2.
Oscyloskop
cyfrowy
3.
Generator
pomiarowy
4.
Generator
pomiarowy
Tabela 1.2. Zestawienie parametrów badanych oscyloskopów.
Typ oscyloskopu
HP 546xxx
Liczba kanałów
Zakres współczynnika napięcia [V/dz]
Zakres współczynnika czasu [s/dz]
Ź
ródła napięcia wyzwalania
Rodzaje wyzwalania
Rodzaje sprzęŜenia toru Y
Pasmo częstotliwości toru Y
2. OSCYLOSKOP ANALOGOWY
2.1. Przygotowanie oscyloskopów do pracy i sprawdzenie roli wybranych elementów
regulacyjnych płyty czołowej
Włączyć badany oscyloskop. Włączyć tryb pracy automatycznej generatora podstawy
czasu. Pokrętłami „przesuw w pionie” i „przesuw w poziomie” ustawić obraz na środek
ekranu. Sprawdzić działanie elementów regulacyjnych lampy oscyloskopowej. Włączyć tryb
pracy normalnej spróbować znaleźć oscylogram. Opisać działanie ww. elementów
regulacyjnych.
3
2.2. Doprowadzenie sygnału do oscyloskopu i jego wykrycie oraz stabilizacja. Sprawdzenie
działania przełącznika wzmocnienia toru Y
Rys. 1. Schemat układu do badania oscyloskopu
Przygotować oscyloskop do pracy. Doprowadzić sygnał sinusoidalny do oscyloskopu
zgodnie z rys. 1 o parametrach podanych przez prowadzącego ćwiczenie. W oscyloskopie
analogowym włączyć tryb automatyczny generatora p.cz. Pokrętłami „przesuw w pionie” i
„przesuw w poziomie” ustawić obraz na środek ekranu, i dobrać taki współczynnik
wzmocnienia toru Y, aby oscylogram zmieścił się na ekranie oscyloskopu w polu objętym
rastrem. Spróbować ustabilizować oscylogram przy pracy automatycznej generatora p.cz.
Opisać zachowanie się oscylogramu.
Wybrać normalny rodzaj pracy generatora p.cz. Ustabilizować oscylogram za pomocą
potencjometru „poziom wyzwalania”. Sprawdzić jego wpływ oraz wpływ przełącznika
rodzaju zbocza „+/-„ na oscylogram. Dla odpowiednich nastaw wskazanych potencjometrów
wrysować oscylogramy do tabeli 2.1.
Tabela 2.1
Zbocze narastające „+”
Zbocze opadające „-”
le
w
e
śr
o
d
k
o
w
e
P
o
zi
o
m
w
y
zw
al
an
ia
p
ra
w
e
WE Y
Generator
funkcji
Oscyloskop
analogowy
4
2.3. Zapoznanie się z pracą dwukanałową oscyloskopu
Wykonać następujące operacje:
a) odłączyć od oscyloskopu sygnały badane,
b) podane niŜej przełączniki ustawić w następujących pozycjach:
-
TRIG SOURCE (źródło wyzwalania) – CH1,
-
TRIG MODE (rodzaj wyzwalania) – AUTO,
-
VERT MODE (rodzaj pracy kanału Y) – ALT (praca przemienna przełącznika)
-
SWEEP TIME (współczynnik czasu) – 1s/dz.
c) zmienić połoŜenie przełączników:
-
VERT MODE – CHOP (praca „siekana” przełącznika)
-
SWEEP TIME (współczynnik czasu) – 1
µ
s/dz.
-
regulując pokrętłem płynnej regulacji współczynnika czasu SWEEP TIME–VAR
ustawić na ekranie „posiekany” oscylogram linii podstawy czasu.
W sprawozdaniu wyjaśnić na czym polega praca „siekana” i przemienna przełącznika
elektronicznego.
2.4. Przygotowanie oscyloskopu do pomiarów
2.4.1. Kalibracja napięcia kanałów Y oscyloskopu.
Rys. 2. Układ do badania stopnia kalibracji toru Y.
Wykonać następujące czynności
a) Połączyć układ pomiarowy wg schematu z rys.2.
b) Regulatory płynnej regulacji współczynnika odchylania (VAR) i współczynnika czasu
(SWEEP TIME VAR) ustawić w prawe skrajne połoŜenie
−
(CAL).
c) Współczynnik czasu D
t
ustawić w takiej pozycji aby otrzymać oscylogram kilku
okresów sygnału wzorcowego.
d) Dobrać D
Y
tak, aby została spełniona zaleŜność
n
U
U
Y
kal
=
, gdzie n – całkowita liczba
działek (zaleca się aby „n” było pełnym polem pomiarowym).
e) JeŜeli powyŜszy warunek nie jest spełniony ,wówczas (jeŜeli istnieje taka moŜliwość)
pokrętłem „Kalibracja” (najczęściej jest to pokrętło „pod śrubokręt”) ustawić Ŝądaną
wysokość oscylogramu.
f) Podobną operację przeprowadzić dla obydwu kanałów badanego oscyloskopu.
g) Wyniki kalibracji i oscylogram przedstawić w tabeli 2.2.
h) Wyjaśnić celowość przeprowadzania kalibracji amplitudy w oscyloskopach.
CH1
CA
L
Oscyloskop
5
Tabela 2.2.
2.4.2. Kalibracja osi czasu w oscyloskopach.
Rys. 3. Układ do badania stopnia kalibracji toru X.
A. Sprawdzenie poprawności skalowania współczynnika czasu D
t
.
Wykonać następujące czynności
a) Połączyć układ pomiarowy wg schematu z rys.3.
b) Dla zadanych w tabeli 2.3 współczynników czasu D
t
, ustawić oscylogram tak aby jeden
okres sygnału wzorcowego zajmował pełne pole pomiarowe (10 cm lub działek).
c) Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabeli 2.3.
d) Porównać współczynniki czasu zmierzone i podane w instrukcji. Zastanowić się czy
konieczna jest częsta kalibracja czasu?
Oznaczenia:
n
T
D
wz
t obl.
=
- współczynnik czasu, n – liczba działek.
Tabela 2.3.
Kanał
Y1
Y2
U
kal.
D
Y
n = U
kal.
/ D
Y
D
t
czas/cm
(czas/dz.)
f
wz.
T
wz.
D
t obl.
1
ms/cm
(ms/dz)
100
µ
s/cm
(
µ
s/dz)
10
µ
s/cm
(
µ
s/dz)
1
µ
s/cm
(
µ
s/dz)
CH I
2
1
Generator
pomiarowy
f
wz
Oscyloskop
Częstościomierz
cyfrowy
6
B Sprawdzenie liniowości podstawy czasu.
Wykonać następujące czynności
a) Połączyć układ pomiarowy wg schematu z rys.3.
b) Regulując częstotliwością generatora f
wz.
, ustawić oscylogram tak, Ŝeby jeden okres miał
długość 1 dz (cm) na początku skali czasu oscyloskopu.
c) Z częstościomierza cyfrowego odczytać częstotliwość f
1
.
d) PowyŜszą operację powtórzyć dla ostatniej działki.
e) Z częstościomierza cyfrowego odczytać częstotliwość f
2
.
f) Z otrzymanych pomiarów obliczyć błąd nieliniowości podstawy czasu wg poniŜszego
wzoru:
%
f
f
f
%
v
v
v
v
δ
100
1
2
1
100
1
2
1
⋅
−
=
⋅
−
=
g) Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabeli 2.4.
h) Wyjaśnić dlaczego współczesne oscyloskopy nie mają wewnętrznych kalibratorów
czasu.
Tabela 2.4.
D
t
µ
s/dz
50
1
f
1
Hz
f
2
Hz
δ
V
%
2.5. Pomiary wybranych parametrów
Doprowadzić do oscyloskopu (wejście CH1) napięcie o parametrach zadanych przez
prowadzącego ćwiczenie. Dobrać tak wartości współczynników D
Y
i D
T
, aby mierzony
fragment przebiegu zajmował jak największą część ekranu. Przy pomiarach wykorzystać
potencjometr „poziom wyzwalania” i przełącznik synchronizacja „+/
−
”.
Zmierzyć okres T, szerokość impulsu t
i
, wartość międzyszczytową U
pp
zgodnie z tabelą 2.5.
UWAGA: przed wykonaniem pomiarów regulatory płynnej regulacji współczynnika
odchylania (VAR) i współczynnika czasu (SWEEP TIME VAR) ustawić w prawe skrajne
połoŜenie (CAL).
7
Tabela 2.5
D
Y
[V/dz]
H
[dz]
U
pp
[V]
D
T
[ms/dz]
L
[dz]
T
[ms]
si
n
u
s
D
Y
[V/dz]
H
[dz]
U
pp
[V]
D
T
[ms/dz]
L
[dz]
t
n
[ms]
tr
ó
jk
ąt
D
T
[ms/dz]
L
[dz]
T
[ms]
D
T
[ms/dz]
L
[dz]
t
i
[ms]
p
ro
st
o
k
ąt
Oznaczenia:
H
– wysokość mierzonego oscylogramu,
L
– długość mierzonego oscylogramu.
D
Y
, D
T
– współczynnik odchylania i współczynnik czasu.
8
3. OSCYLOSKOP CYFROWY
3.1. Doprowadzenie sygnału do oscyloskopu i jego wykrycie.
Doprowadzić do oscyloskopu cyfrowego napięcie sinusoidalne o częstotliwości
i amplitudzie (U
1
≠
U
2
≠
U
3
) podanej w tabeli 3.1. Dla kaŜdej z nastaw sprawdzić działanie
klawisza „Autoscale”. Naszkicować oscylogramy. Opisać zawartość ekranu oscyloskopu
cyfrowego po uŜyciu klawisza „Autoscale”. Określić liczbę pełnych okresów widzianych w
polu odczytowym n
T
oraz odczytać wartość współczynnika czasu D
T
i współczynnika
odchylania D
Y
. Wyniki zapisać w tabeli 3.1.
Tabela 3.1
U
1
≠
U
2
≠
U
3
U
pp
f
= 10kHz
U
1
U
2
U
3
O
sc
y
lo
g
ra
m
H [dz]
D
Y
f
U
pp
=1V
300Hz
1kHz
5kHz
O
sc
y
lo
g
ra
m
n
T
D
T
Oznaczenia:
H
– wysokość oscylogramu w [dz],
n
T
– liczba pełnych okresów widzianych w polu odczytowym,
D
T
– współczynnik czasu,
D
Y
– współczynnik odchylania.
9
3.2. Pomiar wybranych parametrów
Dokonać pomiarów wybranych parametrów róŜnymi sposobami. Wyniki pomiarów
umieścić w odpowiednich tabelach.
Tabela 3.2. Pomiar okresu sygnału o częstotliwości f
Tabela 3.3. Pomiar wartości międzyszczytowej dla trzech róŜnych napięć generatora
Klasycznie
Kursory
Auto
H
D
Y
U
pp
U
pp
=
∆
U
U
pp
L.p.
dz
V/dz
V
V
V
1
2
3
3.3. Wykorzystanie „opóźnionej" podstawy czasu („lupy czasowej") do pomiaru parametrów
sygnałów impulsowych.
3.3.1. Układ pomiarowy
Klasycznie
Kursory
Auto
L
D
T
T
T=
∆
t
T
f
[kHz]
dz
ms/dz
ms
ms
ms
1
2
3
4
We Y1
Generator
impulsów
prostokątnych
Oscyloskop
cyfrowy
10
3.3.2. Pomiary
Podłączyć do badanego oscyloskopu sygnał pomiarowy o zadanych w tabeli parametrach.
Praca z „opóźnioną” podstawą czasu („lupą czasową”) wymaga wykonania następujących operacji:
- w polu „HORIZONTAL” nacisnąć klawisz [Main / Delayed],
- w „menu” pod ekranem nacisnąć klawisz [Delayed],
- pokrętłem D
t
wybrać odpowiednią wartość współczynnika czasu
- pokrętłem przesuwu poziomego ustawić „lupę czasową” na odpowiedni fragment badanego napięcia.
Naszkicować uzyskany oscylogram i zmierzyć (dowolną metodą) podane w Tabeli 3.4 parametry
obserwowanego przebiegu.
Tabela 3.4. Wyniki pomiarów z wykorzystaniem „lupy czasowej”
f
≈
100 kHz , t
i
≈
0,5
µ
s
Pomiary
T
i
=
t
i
=
t
n
=
t
o
=
Oznaczenia:
T
i
– okres powtarzania impulsów,
t
i
– czas trwania impulsu zmierzony oscyloskopem,
t
n
– czas narastania zbocza impulsu zmierzony oscyloskopem,
t
o
– czas opadania zbocza impulsu zmierzony oscyloskopem.
3.4. Wykorzystanie pamięci w oscyloskopie.
3.4.1. Układ pomiarowy.
3.4.2. Pomiary
Wykorzystując wewnętrzną pamięć oscyloskopu zapamiętać dwa dowolne sygnały (o róŜnych
parametrach czasowych i napięciowych) podane kolejno np. na wejście Y1. Narysować odpowiednie
oscylogramy i zmierzyć podane parametry. Wyniki obserwacji i pomiarów zestawić w Tabeli 3.5.
Po ustawieniu oscylogramu wykonać następujące operacje:
- w polu pomiarowym nacisnąć klawisz „Save/Recall”,
- w „menu” pod ekranem nacisnąć klawisz [Trace],
- w „menu” pod ekranem naciskając klawisz [Trace] wybrać „Mem1 lub Mem2”,
- nacisnąć klawisz [Trace Mem1 lub Mem2],
- nacisnąć klawisz [„On”- włączone lub „off”- wyłączone],
- nacisnąć klawisz [Save to Mem1 lub 2] – wprowadzenie do pamięci,
- nacisnąć klawisz [Recall Setup 1 lub 2] – ustawienie (przypomnienie) nastaw dla pamięci 1 lub 2.
We Y1
Generator
funkcji
Oscyloskop
cyfrowy
11
Tabela 3.5. Wyniki pomiarów z wykorzystaniem wewnętrznej pamięci oscyloskopu.
Włączona
pamięć
Oscylogram
Pomiary
MEM 1
T =
U
pp
=
MEM 2
T =
U
pp
=
MEM 1
i
MEM 2