Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II. 2004/05.
ćw. 1 / str. 1
Politechnika Rzeszowska
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II
Ocena
Nr. Ćwicz.
1
POMIARY OSCYLOSKOPOWE cz.II
Grupa:
1…………….....................
kierownik
2........................................
3.........................................
4........................................
Data
opracował: dr inż. Jakub Wojturski
I. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie dodatkowych zastosowań pomiarowych oscyloskopu
analogowego oraz poznanie zasady działania, obsługi i podstawowych zastosowań pomiarowych
oscyloskopu cyfrowego.
II. Zagadnienia
1. Budowa i zasada działania oscyloskopu analogowego.
2. Budowa i zasada działania oscyloskopu cyfrowego.
3. Zasada pomiaru amplitudy napięcia, okresu i przesunięcia fazowego przebiegów okresowych.
4. Inne zastosowania pomiarowe oscyloskopu analogowego (pomiary różnicowe, zastosowanie
wyzwalania zewnętrznego oraz sieciowego, wykorzystanie ekspansji podstawy czasu).
5. Podstawowe zastosowania pomiarowe oscyloskopu cyfrowego (DSO – ang. Digital Storage
Oscilloscope).
III. Program ćwiczenia
W celu ustabilizowania się termicznych warunków pracy przyrządów, przed rozpoczęciem
ćwiczenia włączyć oscyloskop, generator oraz częstościomierz.
Oscyloskop analogowy
Oscyloskop cyfrowy
Producent
Model
Liczba kanałów
Czułość pionowa, C
y
Dokładność,
δC
y
Podstawa czasu, C
t
1) equivalent mode:
2) normal mode:
3) roll mode:
Dokładność
1) equivalent mode:
2) normal mode:
3) roll mode:
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II. 2004/05.
ćw. 1 / str. 2
Pasmo przenoszenia
Rozdzielczość przetwornika A/C
Impedancja wejściowa
Tryby pracy kursorów
Pamięć wewnętrzna
Współpraca z komputerem
Współpraca z drukarką
IV. Przebieg ćwiczenia
Oscyloskop analogowy
UWAGA - przed rozpoczęciem pomiarów oscyloskopowych należy zawsze sprawdzić czy:
linia jest dobrze zogniskowana (FOCUS) a jej jaskrawość jest minimalna (INTEN),
pokrętła płynnej regulacji czułości C
y
kanałów A oraz B (VAR) są w pozycji „kalibrowany”
(CAL),
pokrętło płynnej regulacji podstawy czasu C
t
(VAR) jest w pozycji „kalibrowana” (CAL) a
przycisk ekspansji podstawy czasu (MAG) jest wyłączony.
1) Zastosowanie ekspansji podstawy czasu
Do kanału CH1 oscyloskopu dołączyć przewód ekranowany zakończony przejściówką
banan/BNC. Przejściówkę umieścić w pobliżu (nie podłączać do sieci zasilającej) przewodów
zasilających oscyloskop lub generator. Zmierzyć amplitudę U
m
oraz okres T zewnętrznych zakłóceń
sieciowych (tryb pracy MODE CH1, przełącznik źródła wyzwalania SOURCE w pozycji LINE –
wyzwalanie od częstotliwości sieci 50 Hz). Powiększyć (rozciągnąć w osi czasu) wybrany
interesujący fragment przebiegu napięcia zakłócającego (
W
W
W
W
POSITION
X
X
X
X
ustawić fragment na
środku ekranu, MAG – rozciągnięcie podstawy czasu). Zanotować wnioski.
=
⋅
=
y
y
m
C
l
2
1
U
=
δ
=
∆
m
y
m
U
100
C
U
±
=
m
U
=
⋅
=
t
x
C
l
T
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II. 2004/05.
ćw. 1 / str. 3
S
T
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
(U
WY
= U3) oraz napięcia na rezystorze R2 (U
R2
= U2) w stosunku do napięcia wejściowego
(U
WE
= 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 (U
C1
= U1 – U2),
kondensatorze C2 (U
C2
= U2 – U3) oraz napięcia na rezystorze R1 (U
R1
= U1 – U3) w
stosunku do napięcia wejściowego (U
WE
) podłączonego do kanału CH1 oscyloskopu.
Zanotować wnioski.
UWAGA - w celu uzyskania poprawnej pracy różnicowej:
źródło wyzwalania oscyloskopu SOURCE ustawić na EXT – wyzwalanie od tego samego
punktu napięcia wejściowego U
WE
czwórnika,
wzmocnienia VOLTS/DIV obu kanałów muszą być jednakowe,
położenie obu przebiegów (GND, POSITION ) musi być jednakowe,
odpowiedni poziom wyzwalania nastawić potencjometrem LEVEL.
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 U
WE
, do CH2 napięcie U
WY
(z
układem RC należy połączyć co najmniej jeden przewód masy gdyż wejścia oscyloskopu są
odseparowane od sieci zasilającej poprzez zasilacz AC/DC).
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II. 2004/05.
ćw. 1 / str. 4
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. pretrigger),
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
)
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
)
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II. 2004/05.
ćw. 1 / str. 5
2) Przykładowe zastosowanie linii kursorów (przycisk
CURSOR
)
a) wyznaczenie wartości międzyszczytowych U
p–p
obu przebiegów:
wybór trybu pracy kursorów Vp–p (
F1
)
wybór kanału CH1 lub CH2 (
F5
)
CH1:
=
−p
p
1
U
CH2:
=
−p
p
2
U
Wzmocnienie A czwórnika RC:
[ ]
=
=
=
−
−
p
p
1
p
p
2
WE
WY
dB
U
U
log
20
U
U
log
20
A
b) pomiar częstotliwości f sygnału:
włączenie / wyłączenie wyświetlania wyniku pomiaru częstotliwości (
CURSOR
,
F6
)
CH1:
=
f
c) wyznaczenie okresu T i przesunięcia fazowego
ϕ pomiędzy przebiegami:
UWAGA: w celu zwiększenia dokładności pomiarów, obraz na ekranie oscyloskopu można
„zamrozić” (
PAUSE/RUN
)
wybór trybu pracy kursorów
∆T (
F1
)
wyznaczenie okresu T sygnału (kursor „O”:
F2
+
ENCDR
, kursor „M”:
F3
+
ENCDR
)
wyznaczenie odstępu czasu t pomiędzy sygnałami (
F3
+
ENCDR
)
=
T
=
t
=
°
=
ϕ
360
T
t
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II. 2004/05.
ćw. 1 / str. 6
d) wyznaczenie wartości składowej stałej U
DC
sygnału z generatora:
UWAGA: 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 U
WE
(
CH1
,
F5
)
ustawienie dolnego kursora „O” (
CURSOR
,
F2
+
ENCDR
)
wybór stałoprądowego sprzężenia kanału CH1 (
CH1
,
F2
)
ustawienie kursora górnego „M” (
CURSOR
,
F3
+
ENCDR
)
=
DC
U
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.
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).
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II. 2004/05.
ćw. 1 / str. 7
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 ok. 2 ÷ 5 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.
5) Ćwiczenie dodatkowe (w przypadku wolnego czasu):
Wyznaczenie interesujących fragmentów w czasie i amplitudzie dla sygnału zakłócającego 50 Hz
– przejściówka BNC/banaki w pobliżu przewodu zasilającego:
(
AUTOSETUP
,
CH1
:
F1
+
ENCDR
,
TIME
:
F1
+
ENCDR
,
PAUSE/RUN
,
CURSOR
:
F1
,
F2
+
ENCDR
,
F3
+
ENCDR
)
V. Wnioski
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Laboratorium Metrologii II. 2004/05.
ćw. 1 / str. 8
VI. Pytania kontrolne
1. Jakie korzyści daje zastosowanie rozciągu podstawy czasu?
2. Co jest przyczyną i jak należy postępować, aby uniknąć powstawania tzw. zwisu impulsu
prostokątnego?
3. Co to jest i jak można wykorzystać pracę oscyloskopu w trybie różnicowym?
4. Jakie są główne zalety oscyloskopu cyfrowego w stosunku do oscyloskopu analogowego?
5. Jakie typowe wielkości można wyznaczyć za pomocą kursorów w oscyloskopie cyfrowym?
6. Co to jest płynąca, normalna i ekwiwalentna praca podstawy czasu?
1. Jakie korzyści daje możliwość zapisania mierzonych przebiegów do pamięci oscyloskopu oraz
ich późniejsze odtworzenie?
Literatura
1. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna, Warszawa: WNT, 1998.
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.