pobieranie: oscyloskop instrukcja
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
Szczecińska Instytut Elektrotechniki Zakład Elektrotechniki
Przemysłowej
POMOCE DYDAKTYCZNE
OSCYLOSKOP ELEKTRONICZNY
Ćwiczenie 2.10
Opracował MGR INŻ. ANDRZEJ JASTRZĘBSKI SZCZECIN 2003
1 WSTĘP
Oscyloskop elektroniczny jest przyrządem po ukazującym przebieg zmian
jakiejś wielkości elektrycznej w funkcji czasu lub innej wielkości
elektrycznej. Służy do obserwacji i pomiarów parametrów przebiegów
napięcia i prądu oraz innych wielkości nieelektrycznych jak np.
ciśnienie, indukcja magnetyczna, itp., po przetworzeniu ich na sygnały
elektryczne.
Rozróżniamy oscyloskopy:
1, Analogowe - w których sygnał elektryczny jest doprowadzany do lampy
obrazowej za pośrednictwem zespołu filtrów i wzmacniaczy:
jednokanałowe - umożliwiające w danej chwili obserwację tylko jednej
wielkości,
wielokanałowe - ilość obserwowanych przebiegów jest zależna od
ilości wejść
pomiarowych oscyloskopu, przy czym lampa oscyloskopowa obsługuje
kolejno
kanał po kanale,
c) wielostrumieniowe - lampa oscyloskopowa emituje więcej, niż jeden
(najczęściej
dwa) strumienie elektronowe z których każdy obsługuje jeden kanał
wejściowy. Daje to dużą
swobodę i niezależność pomiarów, ale koszt takiego urządzenia jest
większy niż w przypadku
b).
2. Cyfrowe - wejściowy sygnał analogowy jest przetwarzany na postać
cyfrową (ciąg bitów) i dopiero taka postać jest dalej obrabiana.
Umożliwia to przeprowadzanie różnych operacji na przebiegach, typu:
działania arytmetyczne, całkowanie, różniczkowanie, zapamiętywanie,
obróbkę przez komputer, drukowanie, itp.
2. BUDOWA OSCYLOSKOPU JEDNOKANAŁOWEGO.
Oscyloskop jednokanałowy składa się z:
Lampy oscyloskopowej (obrazowej) ukazującej badane przebiegi,
Wzmacniacza układu odchylania pionowego Y,
Wzmacniacza układu odchylania poziomego X,
Układu generatora podstawy czasu.
Układu synchronizacji i wyzwalania podstawy czasu,
Układu wygaszania i powrotu plamki,
Tłumika sygnałów wejściowych współpracującego ze wzmacniaczem
toru Y,
Bloku zasilaczy niskich i wysokich napięć.
Rys. 1. Budowa oscyloskopu jednokanałowego
3. BUDOWA JEDNOSTRUMIENIOWEJ LAMPY OSCYLOSKOPOWEJ,
Lampa oscyloskopowa jest hermetyczną bańką szklaną w której panuje
wysoka próżnia. Wewnątrz znajduje się kilka zespołów
funkcjonalnych, a mianowicie:
Katoda, która podgrzana przez wolframowy grzejnik wyrzuca z siebie
elektrony poprzez zjawisko termoemisji.
Siatka (cylinder Wehnelta). Zmieniając znak i wartość jej potencjału
można regulować ilość elektronów przedostajacych się do dalszej
części lampy, a zatem jaskrawość świecenia.
Zespół ogniskująco - przyspieszający (anoda 1 i 2). Jest on tak
ukształtowany aby pola elektryczne pomiędzy tymi anodami działały na
wyemitowane elektrony jak soczewki elektrostatyczne (analogicznie jak
soczewki optyczne na światło), skupiając je w wąską wiązkę
padającą na ekran.
Płytki odchylania pionowego Y. Zależnie od napięcia odchylają
strumień elektronów w pionie.
Płytki odchylania poziomego X. Zależnie od napięcia odchylają
strumień elektronów w poziomie,
Anoda grafitowa. Pokrywa wewnętrzną powierzchnię bańki lampy, do
niej tez jest przyłożone główne napięcie przyspieszające,
wynoszące, zależnie od wymiarów lampy, od 1 do 12kV.
Ekran pokryty luminoforem, czyli substancją świecącą pod wpływem
bombardowania elektronami. Barwa świecenia zależy od typu luminoforu i
jego składu chemicznego; może być zielona, niebieska lub złocista.
4. DZIAŁANIE OSCYLOSKOPU.
Aby móc zaobserwować jakikolwiek przebieg w funkcji czasu na ekranie,
należy do płytek X doprowadzić napięcie liniowo narastające
(piłokształtne) z generatora podstawy czasu. Jego przebieg ukazano na
rys. 3.
W pierwszej fazie napięcie Ux narasta liniowo (proporcjonalnie do
upływu czasu), co powoduje przesuwanie plamki od strony lewej (Ux<0)
poprzez środek ekranu (Ux=0) ku stronie prawej (Ux>0). Po osiągnięciu
maksimum Ux plamka znajdzie się na skraju prawej strony. W tym momencie
generowany jest silny, ujemny impuls wygaszania. Plamka znika z ekranu,
zaś napięcie Ux gwałtownie spada od maksimum do minimum. Plamka znów
się pojawia (wygaszanie ustaje) i cykl odchylania poziomego się
powtarza.
Prędkość odchylania (częstotliwość X) regulujemy za pomocą
przełącznika podstawy czasu skalowanego w s/cm lub s/div (działkę).
Jeśli ustawimy go np. na wartość 5 ms/cm oznacza to, że jeden cm
poziomie na ekranie odpowiada upływowi 5 ms czasu.
6
Oczywiście, przy pracy wyłącznie toru X ujrzymy na ekranie tylko
poziomą linię. Aby zaobserwować jakiś przebieg, należy go
doprowadzić do wejścia Y urządzenia. Wtedy, za pośrednictwem
wzmacniaczy i filtrów Y zostanie on podany na płytki Y lampy.
Elektrony, odchylane w pionie i poziomie, ukażą go na ekranie.
Wielkość (czułość) odchylania pionowego regulujemy za
pomocą przełącznika odchylania pionowego Y, wyskalowanego w V/cm lub
V/div. Jeśli ustawimy go np. na wartość 0,1 V/cm oznacza to, że
jeden cm w pionie na ekranie odpowiada na pięciu 0,1 V. Przełącznik X
należy ta ustawiać, by na ekranie były widoczne 1 do 4 okresów
przebiegu, zaś przełącznik Y - by przebieg był maksymalnie
rozciągnięty w pionie na ekranie.
Synchronizacja i wyzwalanie.
Należy dążyć do tego, aby obraz na ekranie był stabilny i
nieruchomy. Umożliwia to układ synchronizacji i wyzwalania. Generuje
on impulsy wyzwalające cykl podstawy czasu w ściśle określonym
momencie, np. w chwili przejścia przez zero badanego przebiegu
sinusoidalnego, Dzięki temu podstawa czasu startuje zawsze w tej samej
chwili i przebieg jest nieruchomy. Jeśli obraz na ekranie „pływa" w
poziomie, należy tak wyregulować synchronizację by zjawisko to
ustało. Może się zdarzyć, że będzie trzeba zwiększyć czułość
odchylania pionowego by synchronizacja była w ogóle możliwa.
Pomiary napięć stałych,
Włączamy oscyloskop i po jego nagrzaniu znajdujemy poziomą linię
obrazową, którą po zwarciu zacisków wejściowych sprowadzamy na
środek ekranu. Będzie to nasza umowna oś czasu (poziom zera woltów).
Następnie po rozwarciu zacisków wejściowych doprowadzamy napięcie
stałe do wejścia Y oscyloskopu. Zależnie od wartości i znaku
napięcia, linia obrazowa przesunie się w górę lub w dół. Mnożąc
wartość tego przesunięcia wyrażoną w cm przez wskazanie
przełącznika odchylania pionowego otrzymamy wartość badanego
napięcia w jednostkach fizycznych.
Pomiary napięć przemiennych.
Włączamy oscyloskop i po jego nagrzaniu znajdujemy poziomą linię
obrazową, którą po zwarciu zacisków wejściowych sprowadzamy na
środek ekranu. Będzie to nasza umowna oś czasu (poziom zera woltów).
Następnie po rozwarciu zacisków wejściowych doprowadzam) przebieg
badany do wejścia oscyloskopu. Po uzyskaniu stabilnego i wyraźnego
obrazu możemy odczytać w cm amplitudę i okres przebiegu. Mnożąc
uzyskane odczyty przez wskazania przełączników podstawy czasu i
czułości odchylania pionowego, otrzymamy amplitudę i okres we
właściwych im jednostkach fizycznych.
Porównawcze pomiary częstotliwości metodą krzywych Lissajous.
Praktycznie każdy oscyloskop ma możliwość pracy z tzw. zewnętrzną
podstawą czasu. Po ustawieniu przełącznika odchylania poziomego w
tryb Zewn. X lub EXT X, wzmacniacz odchylania poziomego zostanie
odłączony od generatora, a dołączony do wejścia Zewn. X lub EXT X,
Zatem należy w tym trybie sygnał odchylania poziomego doprowadzić z
zewnątrz. Jeżeli do wejść EXT X i podstawy czasu Y doprowadzimy
sygnały z dwóch generatorów przebiegów sinusoidalnych to na ekranie
otrzymamy figury zwane krzywymi Lissajous (Rys. 4. i
5.)
Zależnie od stosunku tych częstotliwości otrzymane krzywe będą
miary różne kształty. Jeśli częstotliwości będą stałe względem
siebie, to powstały obraz będzie nieruchomy i jego kształt będzie
zależał wyłącznie od przesunięcia fazowego między nimi,
9 Pomiar odstępu czasu pomiędzy impulsami.
Jeżeli przebieg badany ma charakter impulsów szpilkowych czy
prostokątnych, mamy możliwość prostego określenia odstępu czasu
pomiędzy dwoma impulsami, W tym celu odczytujemy z ekranu odległość
w poziomie pomiędzy amplitudami lub początkami dwóch sąsiednich
impulsów. Mnożąc odczytaną odległość przez wskazanie
przełącznika podstawy czasu otrzymujemy żądaną wielkość w
jednostkach czasu.
LITERATURA
1. Jerzy Rydzewski „Oscyloskop elektroniczny" Wydawnictwa
Komunikacji i Łączności Warszawa 1982 r.
oscyloskop instrukcja
Szczecińska Instytut Elektrotechniki Zakład Elektrotechniki
Przemysłowej
POMOCE DYDAKTYCZNE
OSCYLOSKOP ELEKTRONICZNY
Ćwiczenie 2.10
Opracował MGR INŻ. ANDRZEJ JASTRZĘBSKI SZCZECIN 2003
1 WSTĘP
Oscyloskop elektroniczny jest przyrządem po ukazującym przebieg zmian
jakiejś wielkości elektrycznej w funkcji czasu lub innej wielkości
elektrycznej. Służy do obserwacji i pomiarów parametrów przebiegów
napięcia i prądu oraz innych wielkości nieelektrycznych jak np.
ciśnienie, indukcja magnetyczna, itp., po przetworzeniu ich na sygnały
elektryczne.
Rozróżniamy oscyloskopy:
1, Analogowe - w których sygnał elektryczny jest doprowadzany do lampy
obrazowej za pośrednictwem zespołu filtrów i wzmacniaczy:
jednokanałowe - umożliwiające w danej chwili obserwację tylko jednej
wielkości,
wielokanałowe - ilość obserwowanych przebiegów jest zależna od
ilości wejść
pomiarowych oscyloskopu, przy czym lampa oscyloskopowa obsługuje
kolejno
kanał po kanale,
c) wielostrumieniowe - lampa oscyloskopowa emituje więcej, niż jeden
(najczęściej
dwa) strumienie elektronowe z których każdy obsługuje jeden kanał
wejściowy. Daje to dużą
swobodę i niezależność pomiarów, ale koszt takiego urządzenia jest
większy niż w przypadku
b).
2. Cyfrowe - wejściowy sygnał analogowy jest przetwarzany na postać
cyfrową (ciąg bitów) i dopiero taka postać jest dalej obrabiana.
Umożliwia to przeprowadzanie różnych operacji na przebiegach, typu:
działania arytmetyczne, całkowanie, różniczkowanie, zapamiętywanie,
obróbkę przez komputer, drukowanie, itp.
2. BUDOWA OSCYLOSKOPU JEDNOKANAŁOWEGO.
Oscyloskop jednokanałowy składa się z:
Lampy oscyloskopowej (obrazowej) ukazującej badane przebiegi,
Wzmacniacza układu odchylania pionowego Y,
Wzmacniacza układu odchylania poziomego X,
Układu generatora podstawy czasu.
Układu synchronizacji i wyzwalania podstawy czasu,
Układu wygaszania i powrotu plamki,
Tłumika sygnałów wejściowych współpracującego ze wzmacniaczem
toru Y,
Bloku zasilaczy niskich i wysokich napięć.
Rys. 1. Budowa oscyloskopu jednokanałowego
3. BUDOWA JEDNOSTRUMIENIOWEJ LAMPY OSCYLOSKOPOWEJ,
Lampa oscyloskopowa jest hermetyczną bańką szklaną w której panuje
wysoka próżnia. Wewnątrz znajduje się kilka zespołów
funkcjonalnych, a mianowicie:
Katoda, która podgrzana przez wolframowy grzejnik wyrzuca z siebie
elektrony poprzez zjawisko termoemisji.
Siatka (cylinder Wehnelta). Zmieniając znak i wartość jej potencjału
można regulować ilość elektronów przedostajacych się do dalszej
części lampy, a zatem jaskrawość świecenia.
Zespół ogniskująco - przyspieszający (anoda 1 i 2). Jest on tak
ukształtowany aby pola elektryczne pomiędzy tymi anodami działały na
wyemitowane elektrony jak soczewki elektrostatyczne (analogicznie jak
soczewki optyczne na światło), skupiając je w wąską wiązkę
padającą na ekran.
Płytki odchylania pionowego Y. Zależnie od napięcia odchylają
strumień elektronów w pionie.
Płytki odchylania poziomego X. Zależnie od napięcia odchylają
strumień elektronów w poziomie,
Anoda grafitowa. Pokrywa wewnętrzną powierzchnię bańki lampy, do
niej tez jest przyłożone główne napięcie przyspieszające,
wynoszące, zależnie od wymiarów lampy, od 1 do 12kV.
Ekran pokryty luminoforem, czyli substancją świecącą pod wpływem
bombardowania elektronami. Barwa świecenia zależy od typu luminoforu i
jego składu chemicznego; może być zielona, niebieska lub złocista.
4. DZIAŁANIE OSCYLOSKOPU.
Aby móc zaobserwować jakikolwiek przebieg w funkcji czasu na ekranie,
należy do płytek X doprowadzić napięcie liniowo narastające
(piłokształtne) z generatora podstawy czasu. Jego przebieg ukazano na
rys. 3.
W pierwszej fazie napięcie Ux narasta liniowo (proporcjonalnie do
upływu czasu), co powoduje przesuwanie plamki od strony lewej (Ux<0)
poprzez środek ekranu (Ux=0) ku stronie prawej (Ux>0). Po osiągnięciu
maksimum Ux plamka znajdzie się na skraju prawej strony. W tym momencie
generowany jest silny, ujemny impuls wygaszania. Plamka znika z ekranu,
zaś napięcie Ux gwałtownie spada od maksimum do minimum. Plamka znów
się pojawia (wygaszanie ustaje) i cykl odchylania poziomego się
powtarza.
Prędkość odchylania (częstotliwość X) regulujemy za pomocą
przełącznika podstawy czasu skalowanego w s/cm lub s/div (działkę).
Jeśli ustawimy go np. na wartość 5 ms/cm oznacza to, że jeden cm
poziomie na ekranie odpowiada upływowi 5 ms czasu.
6
Oczywiście, przy pracy wyłącznie toru X ujrzymy na ekranie tylko
poziomą linię. Aby zaobserwować jakiś przebieg, należy go
doprowadzić do wejścia Y urządzenia. Wtedy, za pośrednictwem
wzmacniaczy i filtrów Y zostanie on podany na płytki Y lampy.
Elektrony, odchylane w pionie i poziomie, ukażą go na ekranie.
Wielkość (czułość) odchylania pionowego regulujemy za
pomocą przełącznika odchylania pionowego Y, wyskalowanego w V/cm lub
V/div. Jeśli ustawimy go np. na wartość 0,1 V/cm oznacza to, że
jeden cm w pionie na ekranie odpowiada na pięciu 0,1 V. Przełącznik X
należy ta ustawiać, by na ekranie były widoczne 1 do 4 okresów
przebiegu, zaś przełącznik Y - by przebieg był maksymalnie
rozciągnięty w pionie na ekranie.
Synchronizacja i wyzwalanie.
Należy dążyć do tego, aby obraz na ekranie był stabilny i
nieruchomy. Umożliwia to układ synchronizacji i wyzwalania. Generuje
on impulsy wyzwalające cykl podstawy czasu w ściśle określonym
momencie, np. w chwili przejścia przez zero badanego przebiegu
sinusoidalnego, Dzięki temu podstawa czasu startuje zawsze w tej samej
chwili i przebieg jest nieruchomy. Jeśli obraz na ekranie „pływa" w
poziomie, należy tak wyregulować synchronizację by zjawisko to
ustało. Może się zdarzyć, że będzie trzeba zwiększyć czułość
odchylania pionowego by synchronizacja była w ogóle możliwa.
Pomiary napięć stałych,
Włączamy oscyloskop i po jego nagrzaniu znajdujemy poziomą linię
obrazową, którą po zwarciu zacisków wejściowych sprowadzamy na
środek ekranu. Będzie to nasza umowna oś czasu (poziom zera woltów).
Następnie po rozwarciu zacisków wejściowych doprowadzamy napięcie
stałe do wejścia Y oscyloskopu. Zależnie od wartości i znaku
napięcia, linia obrazowa przesunie się w górę lub w dół. Mnożąc
wartość tego przesunięcia wyrażoną w cm przez wskazanie
przełącznika odchylania pionowego otrzymamy wartość badanego
napięcia w jednostkach fizycznych.
Pomiary napięć przemiennych.
Włączamy oscyloskop i po jego nagrzaniu znajdujemy poziomą linię
obrazową, którą po zwarciu zacisków wejściowych sprowadzamy na
środek ekranu. Będzie to nasza umowna oś czasu (poziom zera woltów).
Następnie po rozwarciu zacisków wejściowych doprowadzam) przebieg
badany do wejścia oscyloskopu. Po uzyskaniu stabilnego i wyraźnego
obrazu możemy odczytać w cm amplitudę i okres przebiegu. Mnożąc
uzyskane odczyty przez wskazania przełączników podstawy czasu i
czułości odchylania pionowego, otrzymamy amplitudę i okres we
właściwych im jednostkach fizycznych.
Porównawcze pomiary częstotliwości metodą krzywych Lissajous.
Praktycznie każdy oscyloskop ma możliwość pracy z tzw. zewnętrzną
podstawą czasu. Po ustawieniu przełącznika odchylania poziomego w
tryb Zewn. X lub EXT X, wzmacniacz odchylania poziomego zostanie
odłączony od generatora, a dołączony do wejścia Zewn. X lub EXT X,
Zatem należy w tym trybie sygnał odchylania poziomego doprowadzić z
zewnątrz. Jeżeli do wejść EXT X i podstawy czasu Y doprowadzimy
sygnały z dwóch generatorów przebiegów sinusoidalnych to na ekranie
otrzymamy figury zwane krzywymi Lissajous (Rys. 4. i
5.)
Zależnie od stosunku tych częstotliwości otrzymane krzywe będą
miary różne kształty. Jeśli częstotliwości będą stałe względem
siebie, to powstały obraz będzie nieruchomy i jego kształt będzie
zależał wyłącznie od przesunięcia fazowego między nimi,
9 Pomiar odstępu czasu pomiędzy impulsami.
Jeżeli przebieg badany ma charakter impulsów szpilkowych czy
prostokątnych, mamy możliwość prostego określenia odstępu czasu
pomiędzy dwoma impulsami, W tym celu odczytujemy z ekranu odległość
w poziomie pomiędzy amplitudami lub początkami dwóch sąsiednich
impulsów. Mnożąc odczytaną odległość przez wskazanie
przełącznika podstawy czasu otrzymujemy żądaną wielkość w
jednostkach czasu.
LITERATURA
1. Jerzy Rydzewski „Oscyloskop elektroniczny" Wydawnictwa
Komunikacji i Łączności Warszawa 1982 r.
