POLITECHNIKA WROCAWSKA INSTYTUT FIZYKI
|
SPRAWOZDANIE Z WICZENIA NR 51 TEMAT : Pomiary oscyloskopowe.
|
ANNA SIKORA
WYDZ. : IZ ROK : II
|
DATA :
OCENA : |
0. Wstp.
Celem przeprowadzonego wiczenia byo zapoznanie si z :
- budow,
- zasad dziaania,
- zastosowaniami pomiarowymi oscyloskopu elektronicznego.
1. Opis zjawiska fizycznego.
W wiczeniu wykorzystalimy oscyloskop elektroniczny, który jest uniwersalnym przyrzdem laboratoryjnym. Suy do obserwacki, rejestracji i pomiarów napi elektrycznych zmieniajcych si w czasie. Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa. Ponadto w skad budowy oscyloskopu wchodz : wzmacniacz odchylenia poziomego X i pionowego Y, generator podstawy czasu i urzdzenie zasilajce (Rys.1).
WY
Y Z ~220V
S
WX O
O - lampa oscyloskopowa
Y - wzmacniacz odchylenia pionowego
X - wzmacniacz odchylenia poziomego
WX ,WY - gniazdka wejciowe wzmacniaczy
G - generator podstawy czasu
Z - zasilacz (przewody zasilania oznaczono
lini przerywan)
S - obwód synchronizacji
X G
Wzmaciacze X oraz Y su do wzmacniania amplitudy badanych sygnaów w celu umoliwienia obserwacji i pomiarów nawet bardzo sabych sygnaów. Napicia wyjciowe s przyoone do odpowiednich par pytek odchylajcych lampy oscyloskopowej.
Generator podstawy czasu G suy do wytwarzania napicia okresowo zmiennego o przebiegu pioksztatnym. Napicie to podczas jednego okresu wzrasta proporcjonalnie do czasu, a nastpnie moliwie szybko opada.
Urzdzenia zasilajce oscyloskopu przetwarzaj napicie sieci na napicie stae, potrzebne do zasilania wzamcniaczy, generatora podstawy czasu i lampy oscyloskopowej.
Podstawowe zastosowania pomiarowe oscyloskopu elektronowego :
- obserwacja przebiegów napiciowych o rónym ksztacie i pomiar napi;
- pomiar czasu i czstotliwoci;
- pomiar rónicy faz dwu przebiegów;
- badanie ukadów przeksztacajcych przebiegi ( np. ukadów róniczkujcych i cakujcych );
- badanie charakterystyk prdowo - napiciowych elementów elektronicznych ( diod,
tranzystorów).
2. Przyrzdy.
- oscyloskop dwukanaowy OS 9020G;
- generator funkcyjny G 432;
- przesuwnik fazowy RPF 02;
- prostownik jedno- i dwupoówkowy;
- ukad róniczkujcy;
- ukad cakujcy.
3. Przebieg wiczenia.
OBSERWACJA I POMIAR NAPICIA PRZEMIENNEGO.
W tym celu doczylimy generator funkcyjny, który wytwarza odpowiednio napicia sinusoidalne, prostoktne i pioksztatne ( trójktne ).
Przebieg :
- sinusoidalny (za.1 wykres 1.1)
warto amplitudy :
A = 1dz = 1 cm
czstotliwo przebiegu :
T = 1.6 cm * 2 ms/cm ( 1.6 cm - odczyt dugoci okresu z wykresu )
( 2 ms/cm - zakres generatora podstawy czasu )
T = 3.2 ms
- pioksztatnego (za.1 wykres 1.2)
warto amplitudy :
A = 0.2 cm
czstotliwo przebiegu :
T = 1.2 cm * 2 ms/cm = 2.4 ms
f = 416.7 Hz
- prostoktnego (za.1 wykres 1.3)
warto amplitudy :
A = 1 cm
czstotliwo przebiegu :
T = 3.2 ms
f = 312.5 Hz
OBSERWACJA I POMIAR NAPICIA PRZEMIENNEGO NA WYJCIU UKADU RÓNICZKUJCEGO.
Podstaw dziaania wielu ukadów elektronicznych s procesy adowania i rozadowania kondensatora przez rezystancj. Obserwacj takich procesów na ekranie oscyloskopu mona przeprowadzi korzystajc z ukadu jak na poniszym rysunku . Schemat ukadu róniczkujcego, zoony z kondensatora C i rezystora R :
A I A'
C
U R U1
B B'
Do zacisków AA' doprowadz ilimy impulsy sinusoidalne o amplitudzie U0 , a zaciski BB' czy si z wejciem wzmacniacza Y. Otrzymalimy impulsy zdeformowane, w których cz narastajca odpowiada procesowi adowania, a cz opadajca - procesowi rozadowania kondensatora C przez rezystor R. Szybk narastania lub opadania napicia na kondensatorzezaley od wartoci iloczynu RC. Iloczyn ten nazywa si sta czasow obwodu i oznacza symbolem . Dla dostatecznie maych wartoci R i C napicie wyjciowe U1(t) jest proporcjonalne do pochodnej dU/dt napicia wejciowego. Mamy :
gdzie Q - adunek zgromadzony na kondensatorze C,
Uc - napicie midzy okadkami kondensatora.
Dla maych wartoci R i C, U1<< U, Uc " U otrzymujemy :
Podalimy na wejcie ukadu kolejno napicie sinusoidalne, prostoktne i pioksztatne z generatora funkcyjnego (za.2).
OBSERWACJA I POMIAR NAPICIA PRZEMIENNEGO NA WYJCIU UKADU PROSTOWANIA JEDNO- I DWUPOÓWKOWEGO.
Obserwowalimy napicie przemienne na wyjciu ukadu. Schemat ukadu prostowniczego z filtrem RC wygadzajcym ttnienia przedstawia poniszy rysunek :
D1
| | WY
~220 C1 C2 R1 R2
| |
D2
D1, D2 - diody krzemowe,
C1, C2 - kondensatory filtrujce,
R1, R2 - rezystory obcienia
Badalimy wpyw elementów R i C na warto napicia ttnie. Odpowiednie wykresy s podane w zaczniku 4.
POMIAR CZSTOTLIWOCI NAPICIA PRZEMIENNEGO PRZY POMOCY FIGUR LISSAJOUS.
Zmieniajc czstotliwo generatora funkcyjnego otrzymalimy ( w tym przypadku dwie ) nieruchome figury Lissajous. Sprawdzilimy te suszno wzoru fx = (m/n)*fv , gdzie
m - liczba stycznoci lub punktów przeci z osiY, a n - z osi X.
Odczyty z przyrzdów pomiarowych :
fv = 100 Hz * 2.7 = 270 Hz - czstotliwo generatora funkcji G 432
fx = 0.9 * 100 Hz = 90 Hz - czstotliwo generatora podstawy czasu
Z wykresu (za.4 wykres 4.1) :
m = 1; n = 3;
Dla drugiego wykresu (za.4 wykres 4.2) :
fv = 200 Hz; m = 2; n = 4
Std fx = 100 Hz
POMIAR PRZESUNICIA FAZOWEGO.
W tym celu odczylimy generator podstawy czasu, a do wejcia wzmacniaczy X i Y doprowadzilimy odpowiednio dwa przebiegi U(t) i V(t). Wykonalimy pomiary wartoci przesunicia fazowego dla rónych kombinacji nastawie przesuwnika fazowego. W wyniku zoenia przebiegów sinusoidalnych o jednakowej czstotliwoci na ekranie pojawi si obraz :
- elipsy - przebiegi róniy si w fazie, któr obliczamy ze wzoru
sin = a/b , gdzie - rónica faz
a - odlego punktów przecinajcych o Y
b - odlego midzy min i max elipsy
Z wykresu (za.5 wykres 5.2):
a = 1.6 * 2 = 3.2 cm
b = 2 * 2 = 4 cm
sin = 0.8
- koa - przebiegi miay rónic faz = /2 (za.5 wykres 5.1).
4. Wnioski.
Oscyloskop suy do obserwacji przebiegów napi w zalenoci od czasu U(t). Nie naley go jednak stosowa do dokadnego pomiaru napi, a jedynie do orientacyjnego. Ukady wejciowe, a zwaszcza wzmacniacze X i Y oraz generator podstawy czasu s elementami odbiegajcymi od idealnie liniowych, co wprowadza do znaczne bdy pomiarowe.
Oscyloskop jest urzdzeniem bardzo przydatnym w pracowni zajmujcej si elektronik analogow, poniewa umoliwia obserwacj okresowych sygnaów pojawiajcych si w obwodach analogowych. Przy pomiarze zwykym oscyloskopem bd przekracza kilka procent, nie ma sensu za rozpatrywanie wielkosci plamki.