Wydział Elektryczny Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu METROLOGIA 2.

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu METROLOGIA 2 Kod przedmiotu EZ1C Kod AK Ćwiczenie pt. OSCYLOSKOP CYFROWY Numer ćwiczenia M 16 Opracował: dr inż. Adam Idźkowski Białystok 2013

2 Wszystkie prawa zastrzeżone. Wszystkie nazwy handlowe i towarów występujące w niniejszej instrukcji są znakami towarowymi zastrzeżonymi lub nazwami zastrzeżonymi odpowiednich firm odnośnych właścicieli. 2

3 Wprowadzenie Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z właściwościami pomocniczego sprzętu pomiarowego, który będzie używany przez nich w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych z Metrologii. W instrukcji tej zawarte są opisy, objaśnienia, wskazówki i pytania kontrolne dotyczące najważniejszych wiadomości z zakresu budowy i zasad działania oscyloskopu cyfrowego. Oscyloskop jest jednym z najważniejszych i najbardziej uniwersalnych przyrządów pomiarowych. Jego cenną zaletą jest zdolność wyświetlania na ekranie nieruchomych obrazów zmiennych w czasie sygnałów elektrycznych. Stanowi to dla inżyniera zajmującego się konstruowaniem układów elektronicznych, czy dla fizyka badającego właściwości materii trudną do przecenienia wartość. Płyta czołowa i interfejs użytkownika Jedną z pierwszych czynności, jakie należy wykonać przed rozpoczęciem obsługi oscyloskopu, jest zaznajomienie się z jego płytą czołową. Rys. 1. Płyta czołowa oscyloskopu serii DS

4 Rys. 2. Wejścia, pokrętła, przyciski. Wejścia Na płycie czołowej znajdują się dwa wejścia (kanały) oscyloskopu oznaczone jako CH1 i CH2 (rys. 2), do których można podłączyć sygnały napięciowe. EXT TRIG jest wejściem zewnętrznego wyzwalania (nie będzie wykorzystywane w ćwiczeniu). Źródlo napięcia elektryczngo Fabryczna sonda lub przewód ekranowany CH1 Oscyloskop Rys. 3. Sposób podłączenia źródła napięcia do wejścia CH1 oscyloskopu. 4

5 Sposób podłączania oscyloskopu do źródła napięcia jest przedstawiony na rys 3. Można to zrobić przy pomocy fabrycznej sondy (rys.4) lub przewodu ekranowanego (rys.5). Rys. 4. Fabryczna sonda przełączana 1x lub 10x (umożliwia wzmocnienie badanego sygnału dziesięciokrotne), przewód z krokodylkiem podłącza się do masy. Rys. 5. Przewód ekranowany z wtykami BNC - sygnał na żyle w środku, masa na obudowach wtyków i ekranie przewodu. 5

6 Aby uniknąć uszkodzenia oscyloskopu, należy pamiętać aby napięcie wejściowe na złączu BNC (wejściu kanału) nie przekraczało wartości Vmax= 400 V Impedancja wejściowa wynosi 1M. Przyciski i pokrętła Przyciski współpracują z menu wyświetlanymi na ekranie oscyloskopu i pozwalają na uzyskanie dostępu do wielu jego własności i menu związanych z kanałami, a także funkcji matematycznych, odniesienia i natychmiastowego dostępu. Pokrętła (SCALE, POSITION) służą do ustawiania współczynnika skali i regulacji położenia przebiegu w kierunku pionowym (napięcie) i poziomym (czas w trybie pracy Y-T lub napięcie w trybie pracy X-Y). VERTICAL oznacza kierunek pionowy, a HORIZONTAL kierunek poziomy (Rys. 6). napięcie w woltach czas w sekundach lub napięcie w woltach Rys. 6. Układ współrzędnych na ekranie oscyloskopu. Przyciski MENU: VERTICAL Przyciski odchylania pionowego (czułości): są związane z wyborem funkcji: MEASURE (pomiar), CURSOR (kursor), ACQUIRE (akwizycja), DISPLAY (ekran), STORAGE (pamięć) i UTILITY (funkcje użytkowe). są związane z menu: CH1 (kanał 1), CH2 (kanał 2), MATH (funkcje matematyczne) i REF (odniesienia); przycisk OFF służy do wyłączenia aktualnie aktywnego przebiegu lub menu. 6

7 HORIZONTAL Przyciski odchylania poziomego (podstawy czasu): TRIGGER Przyciski wyzwalania: RUN CONTROL Przyciski akcji: Przyciski funkcyjne: Pokrętła: są związane z MENU podstawy czasu. są związane z MENU wyzwalania, natychmiastowego ustawienia poziomu wyzwalania na 50% i FORCE - wymuszania wyzwalania. AUTO (oscyloskop sam dobierze ustawienia dla podłączonego sygnału) i RUN/STOP (zatrzymanie przebiegu na ekranie). pięć szarych przycisków umieszczonych od góry do dołu, po prawej stronie ekranu ciekłokrystalicznego służących do wyboru rożnych operacji w aktualnie aktywnym menu. służące do regulacji (ustawiania) położenia przebiegu w kierunku pionowym i poziomym POSITION, wyboru podziałki SCALE oraz poziomu wyzwalania LEVEL. Blok odchylania pionowego ustawienia kanałów Każdy z kanałów oscyloskopu ma własne menu obsługowe, które rozwija po naciśnięciu odpowiedniego z przycisków CH1 lub CH2. Ustawienia wszystkich pozycji menu są przedstawione w poniższej tablicy. Menu Ustawienia Komentarze COUPLING Typ sygnału wejściowego AC DC GND BW LIMIT Ograniczenia szerokości pasma PROBE Sonda DIGITAL FILTER Filtr cyfrowy Volts/div INVERT Odwrócenie Wł. Wył. 1X 10X 100X 1000X Wybranie typu AC blokuje składową d.c. sygnału. Przy wybraniu typu DC przechodzi zarówno składowa d.c. jak i a.c. Wybranie typu GND odłącza sygnał wejściowy. Ogranicza szerokość pasma kanału do 20 MHz w celu redukcji wyświetlania zakłóceń. Po wybraniu,,wył." otrzymuje się pełne pasmo. Ustawić tłumienie sondy tak, aby dopasować je do czułości odchylania pionowego oscyloskopu (domyślnie 1X) - Ustawienia filtru cyfrowego Skokowo (Coarse) Płynnie (Fine) Wł. Wył. Przełącznikiem tym wybiera się zgrubnie rozdzielczość regulacji pokrętłem skali SCALE w sekwencji skoków Dokładne zmiany rozdzielczości małymi skokami między nastawami zgrubnymi. Włączenie funkcji odwrócenia sygnału wejściowego. Przywrócenie oryginalnego wyświetlania przebiegu. 7

8 Rys. 7. Przykładowe przebiegi w dwóch kanałach i menu obsługowe dla kanału CH2. Obsługa pokręteł ustawiania przebiegu w pionie POSITION i czułości SCALE Przy ustawianiu parametrów wyświetlania przebiegu można używać pokręteł regulacji odchylania pionowego. W ten sposób można wyregulować skalę (czułość) i położenie przebiegu na osi pionowej: 1. Regulacja pokrętłem POSITION Pokrętłem tym można przesuwać przebieg wyświetlony na ekranie w dół lub w górę (włącznie z przebiegami uzyskanymi w trybach MATH i REF). Aby porównać przebiegi można przesuwać jeden przebieg nad drugi lub nakładać (nasuwać) je na siebie. 2. Regulacja pokrętłem SCALE Pokrętłem tym można zmieniać rozmiar przebiegu wzdłuż osi pionowej (włącznie z przebiegami uzyskanymi w trybach MATH i REF). W ten sposób można wyświetlony na ekranie przebieg powiększyć (rozciągnąć) lub zmniejszyć w odniesieniu do poziomu masy (ziemi). Jeśli pokrętło Volts/div ustawi się w pozycji Skokowo (regulacja zgrubna), to pokrętłem SCALE można regulować czułość (skalę) oscyloskopu w zakresie od 2 mv do 5 V w sekwencji skoków Jeśli natomiast pokrętło Volts/div ustawi się w pozycji,,płynnie (regulacja dokładna), to pokrętłem SCALE można regulować dokładnie czułość oscyloskopu małymi skokami w zakresach ustawionych zgrubnie. Ustawiając rozmiary 8

9 przebiegu uzyskanego w trybie MATH, można pokrętłem SCALE zmieniać jego amplitudę w zakresie od 0,1% do 1000% w sekwencji skoków Dostęp do regulacji dokładniej pokrętłem,,fine uzyskuje się naciskając pokrętło SCALE. 3. Położenie i czułość można regulować tylko wtedy, gdy na ekranie jest wyświetlony przebieg. Gdy zmieni się położenie przebiegu na osi pionowej, to w lewym dolnym rogu ekranu jest wyświetlany komunikat informujący o tym fakcie. Blok odchylania poziomego Na ekranie oscyloskopu można odczytać ustawioną wartość podstawy czasu (podziałki skali) w jednostkach czasu na działkę. Ze względu na to, ze wszystkie aktywne (wyświetlone) w danym momencie przebiegi wykorzystują tę samą podstawę czasu, oscyloskop wyświetla jedną wartość dla wszystkich aktywnych kanałów, z wyjątkiem, gdy używa się funkcji Delayed Scan (opóźnionego odchylania). Pokrętłami regulacji podstawy czasu można zmieniać skale osi poziomej i położenie. Pozioma oś na środku ekranu stanowi odniesienie czasowe wyświetlanych przebiegów. Zmieniając skale osi poziomej powoduje się zwężanie lub rozciąganie przebiegów wzdłuż tej osi. Pokrętłem regulacji położenia podstawy czasu ustawia się punkt, w którym wyzwalany przebieg pojawia się na ekranie. Pokrętła regulacji podstawy czasu : POSITION: Pokrętłem podstawy czasu POSITION reguluje się położenie przebiegu wyświetlonego na ekranie wzdłuż osi czasu dla wszystkich kanałów, w tym też przebiegów uzyskanych za pomocą funkcji MATH i REF. Rozdzielczość ustawiania tych pokręteł zmienia się wraz ze zmianą wartości podstawy czasu. Oscyloskop przetwarza przebieg analogowy na cyfrowy pobierając dane poszczególnych punktów sygnału. Podstawa czasu pozwala sprawdzić, jak często są przetwarzane poszczególne wartości. SCALE: Aby ustawić wartość podstawy czasu odpowiadającą wymaganiom użytkownika oscyloskopu, należy użyć do tego pokrętło regulacji 9

10 podstawy czasu (skali czasu) SCALE. Pokrętłem SCALE wybiera się wartość podstawy czasu w jednostkach czasu na działkę (współczynnik skali) dla głównej lub opóźnionej podstawy czasu. Gdy uaktywni się funkcje Delayed Scan (odchylanie opóźnione), to szerokość okna będzie zmieniać się przez zmianę podstawy czasu funkcji opóźnionego odchylania. Aby wyświetlić menu podstawy czasu (odchylania poziomego), należy nacisnąć przycisk MENU. Ustawienia tego menu są wyszczególnione w poniższej tablicy: Menu Ustawienia Komentarz DELAYED Opóźnienie Wł. Wył. Wejście w tryb opóźnionego odchylania. Wyłączenie trybu opóźnionego odchylania TIME BASE Tryb pracy (podstawa czasu) Y-T X-Y Przedstawia zależność napięcia na osi pionowej w funkcji czasu na osi poziomej. Przyporządkowuje wartości w kanale CH1 osi X, a wartości w kanale CH2 osi Y. Rys. 8. Znaki i pasek stanu. Ważne uwagi: Y-T: Konwencjonalny format wyświetlania oscyloskopu. Przedstawia on jak napięcie przebiegu (na osi pionowej) zmienia się z czasem (na osi poziomej). 10 Znak ten zaznacza położenie w pamięci punktu wyzwalania. Znak ten [ ] reprezentuje aktualne położenie przebiegu w pamięci. Znak ten zaznacza położenie punktu wyzwalania w oknach przebiegu. Pasek stanu - wyświetlona ustawiona wartość podstawy czasu (głównej podstawy czasu). Pasek stanu - ustawiona wartość offsetu wyzwalania podstawy czasu w odniesieniu do środka okna.

11 X-Y: Format wyświetlania na osi poziomej wartości napięcia sygnału z kanału 1, a na osi pionowej napięcia sygnału z kanału 2. Time/div: Skala osi poziomej (podstawy czasu). Jeśli akwizycja sygnału zostanie zatrzymana (przez naciśnięcie przycisku RUN/STOP), to wyświetlony przebieg można rozciągać lub zmniejszać pokrętłem Time/div. Wyświetlanie w trybie przewijania (płynąca podstawa czasu): Gdy pokrętło Time/div ustawi się na wartość podstawy czasu równą 50 ms/dz lub wolniejszą a rodzaj wyzwalania na Auto, to oscyloskop wejdzie w tryb akwizycji przewijanej. W trybie tym przebieg jest odświeżany w kierunku z lewa na prawo. W trybie przewijania nie ma możliwości wyzwalania ani ustawiania wartości podstawy czasu przebiegów. Pomiar automatyczny Aby wyświetlić menu ustawień pomiaru automatycznego, należy nacisnąć przycisk MEASURE. Oscyloskop umożliwia pomiar 20 parametrów w trybie automatycznym włącznie z: Vpp (wartość międzyszczytowa), Vmax, Vmin, Vtop (wartość szczytowa), Vbase (wartość podstawy), Vamp (amplituda), Vavg (wartość średnia), Vrms (wartość skuteczna), Overshoot (wyskok napięcia). Preshoot (wyskok poprzedzający), Freq (częstotliwość), Period (okres), Rise Time (czas narastania), Fall Time (czas opadania), Delay 1 2 (opóźnienie), Delay 1 2 (opóźnienie), Width (szerokość impulsu dodatniego), -Width (szerokość impulsu ujemnego), +Duty (współczynnik wypełnienia dodatniego sygnału impulsowego), -Duty (współczynnik wypełnienia ujemnego sygnału impulsowego); włącznie z pomiarami 10 napięć i 10 czasów. Menu Ustawienia Komentarz Źródło (Source) CH1 CH2 Kanał 1 jako źródło mierzonego sygnału, Kanał 2 jako źródło mierzonego sygnału. Napięcie - Napięcie jako mierzony parametr. (Voltage) Czas - Czas jako mierzony parametr. (Time) Wyczyść (Clear) - Kasowanie wyników pomiaru wyświetlony na ekranie. 11

12 Pokaż wszystko (Display All) Wył. Wł. Wyłączyć wyświetlanie wszystkich wyników pomiaru. Włączyć wyświetlanie wszystkich wyników pomiaru. Pomiar napięcia (rys. 9) Menu Vpp Vmax Vmin Vavg Vrms Komentarz Wartość międzyszczytowa napięcia. Napięcie maksymalne przebiegu Napięcie minimalne przebiegu Wartość średnia napięcia przebiegu (AVG) Wartość skuteczna napięcia przebiegu (RMS) Pomiar czasu (rys. 9 i 10) Menu Częstotliwość (Freq) Komentarz Częstotliwość przebiegu (f) Okres Okres przebiegu (T) (Period) Czas Czas narastania przebiegu (tr) narastania (Rise time) Czas opadania Czas opadania przebiegu (tf) (Fall time) 12

13 Vmax Vrms Vpp T Rys. 9. Wybrane parametry sygnału sinusoidalnego. Rys. 10. Czas narastania i opadania impulsu napięciowego. Uwaga: Wyniki pomiarów automatycznych będą wyświetlane w dole ekranu. W tym samym czasie można wyświetlić maksymalnie trzy wyniki. Następny, nowy wynik pomiaru spowoduje przesunięcie na ekranie poprzednich wyników w lewo, o jedno miejsce. Pomiar z użyciem kursorów Funkcja pomiaru za pomocą kursora (przycisk CURSOR znajdujący się w menu na płycie czołowej) ma trzy tryby pracy: ręczny (Manual), śledzenie (Track) i pomiar automatyczny (Auto Measure). Ręczny (manual): W tym trybie pracy na ekranie są wyświetlane dwa kursory równoległe. Można przesuwać je wzdłuż wyświetlonego przebiegu tak, aby móc mierzyć napięcie lub czas sygnału. Otrzymane w ten sposób wyniki są 13

14 wyświetlane w kwadratach poniżej menu. Przed użyciem kursorów należy sprawdzić, czy ustawiono wcześniej źródło sygnału (Signal Source) tj. wybrano do pomiaru odpowiedni kanał. Śledzenie (track): W tym trybie pracy na ekranie są wyświetlane dwa kursory krzyżowe. Kursor krzyżowy automatycznie ustawia swoją pozycję na ekranie. Można regulować położenie kursora na przebiegu w poziomie kręcąc pokrętłem regulacji przebiegu w poziomie POSITION sprzężonego z kursorem. Oscyloskop wyświetla wtedy wartości współrzędnych położenia kursora w kwadratach poniżej menu. Pomiar automatyczny (Auto Measure): Ten tryb jest aktywny wyłącznie przy pomiarach automatycznych. W trakcie pomiaru parametrów oscyloskop wyświetli kursory automatycznie. Kursory te przedstawiają fizyczne znaczenia tych pomiarów. Uwaga: Tryb pomiaru automatycznego (Auto Masure) z użyciem kursorów jest skuteczny wyłącznie przy włączonych pomiarach automatycznych. Tryb ręczny (manual) Menu Ustawienia Komentarz Tryb (Mode) Ręczny Ręczny tryb pomiaru z użyciem kursorów (manual) Typ (Type) Źródło (Source) Napięcie (Voltage) Czas (Time) CH1 CH2 MATH Użyć kursor, aby zmierzyć parametry napięciowe przebiegu Użyć kursor, aby zmierzyć parametry czasowe przebiegu Wybrać jako źródło sygnału kanał 1 Wybrać jako źródło sygnału kanał 2 Wybrać jako źródło operacje matematyczne W trybie tym oscyloskop mierzy wartości współrzędnych kursorów dla napięcia lub czasu oraz przyrost (różnicę) wartości tych parametrów między dwoma punktami zaznaczonymi kursorami. 14

15 Menu Ustawienia Komentarz Napięcie Kręcąc pokrętłem regulacji położenia w pionie POSITION, Kursor A przesunąć kursor A w kierunku pionowym. Kręcąc Czas pokrętłem regulacji położenia w pionie POSITION, przesunąć kursor A w kierunku poziomym. Kursor B Napięcie Czas Kręcąc pokrętłem regulacji położenia w pionie POSITION, przesunąć kursor B w kierunku pionowym. Kręcąc pokrętłem regulacji położenia w pionie POSITION, przesunąć kursor B w kierunku poziomym. Uwaga: Przesuwanie kursora jest możliwe wyłącznie przy wyświetlonym menu funkcji kursora. Ważne wskazówki: Kursory napięciowe: Kursory napięciowe są wyświetlane na ekranie w postaci poziomych linii i służą do pomiaru parametrów wzdłuż osi pionowej. Kursory czasowe: Kursory czasowe są wyświetlane na ekranie w postaci pionowych linii i służą do pomiarów wzdłuż osi poziome 15

16 Sprzęt pomiarowy (wypełnić) Zadania Oscyloskop cyfrowy Generator funkcyjny Dekada rezystancyjna Dekada pojemnościowa Producent Typ Numer seryjny Zadanie 1 Pomiary amplitudy, okresu, wartości skutecznej Zmierzyć przy pomocy oscyloskopu amplitudę, okres, wartość międzyszczytową i wartość skuteczną ustawionych przez prowadzącego sygnałów okresowych. Schemat systemu pomiarowego przedstawiony jest na rys. 11. Generator funkcyjny przewód ekranowany Oscyloskop Rys. 11. Schemat układu pomiarowego. Wyniki odczytów i obliczeń zanotować w Tabelach 1 i 2. Uwaga: Zalecane jest, aby to zadanie każdy student wykonał samodzielnie! 16

17 SYGNAŁ SINUSOIDALNY Tabela 1. Wartości amplitudy i okresu wyznaczone na podstawie podziałki oscyloskopu oraz współczynników odchylania pionowego i poziomego. Współczynnik odchylania pionowego CH1 (lub CH2) Amplituda sygnału w centymetrach Amplituda w jednostkach napięcia Współczynnik odchylania poziomego Time Okres sygnału w centymetrach Okres sygnału w jednostkach czasu a y =...mv/cm, V/cm niepotrzebne skreślić h y =...cm Vmax = a y h y...mv, V niepotrzebne skreślić a x =... s/cm, ms/cm, s/cm niepotrzebne skreślić h x =...cm T = a x h x... s, ms, s niepotrzebne skreślić Tabela 2. Pomiary automatyczne amplitudy i okresu (przycisk MEASURE). Amplituda w jednostkach napięcia Wartość skuteczna (RMS) w jednostkach napięcia Okres sygnału w jednostkach czasu Vmax =...mv, V niepotrzebne skreślić Vrms =...mv, V niepotrzebne skreślić T =... s, ms, s niepotrzebne skreślić Zapisać przebieg z ekranu oscyloskopu na pendrive (przycisk STORAGE), typ pliku CSV. Przyciskiem EXTERNAL otwiera się katalog plików zapisanych na pendrive. Dalej: przycisnąć NEW FILE, wprowadzić nazwę pliku i przycisnąć SAVE. W sprawozdaniu należy: Otworzyć pliki CSV w arkuszu kalkulacyjnym MS Excel (najlepiej z poziomu menu Dane, Z tekstu). Dane liczbowe w pliku CSV są oddzielone przecinkami. Dodatkowo wartości liczbowe w pliku są z kropkami i należy zamienić je na przecinki (Znajdź, Zamień). Wtedy można sporządzić wykres punktowy). Zamieścić przebiegi z tytułami i opisami osi w sprawozdaniu. Zaznaczyć na nich Vpp, Vmax, Vrms, T. 17

18 Zadanie 2 - Pomiar przesunięcia fazowego pomiędzy napięciem i prądem oraz wartości skutecznej prądu w dwójniku szeregowym RC Rys. 12 a. Napięcie i prąd są zgodne w fazie. Rys. 12 b. Napięcie jest opóźnione względem prądu o Δt. W przypadku obciążenia czysto rezystancyjnego kąt fazowy pomiędzy napięciem a prądem wynosi Δφ=φ u -φ i =0. Oznacza to, że napięcie i prąd są zgodne w fazie (rys. 12 a). W przypadku obciążenia czysto pojemnościowego kąt fazowy pomiędzy napięciem a prądem wynosi Δφ=φ u -φ i = -90. Przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem i prądem zasilającym dwójnik RLC zawiera się w przedziale <-90º; +90º>. W obwodzie RC napięcie jest opóźnione względem prądu (rys. 12 b). Opóźnienie Δt należy zmierzyć przy pomocy oscyloskopu w sekundach i przeliczyć na kąt fazowy φ w stopniach. Rys. 13. Schemat połączeń (G- generator, R dekada rezystancyjna, C dekada pojemnościowa, CH1 i CH2 kanały oscyloskopu). 18

19 Kolejność czynności: 1) Połączyć obwód według rys. 13. Dołączyć do czarnego pudełka dekady: rezystancyjną i pojemnościową, generator funkcyjny G i oscyloskop. Dane: C = 0,054 F; Vpp = 6 V; f = 15 khz, R z zakresu od 0 do 250 Ω. (lub inne wartości podane przez prowadzącego) 2) Zmierzyć okres T u sinusoidy napięcia zasilającego obwód. 3) Zmierzyć przy pomocy kursorów opóźnienie Δt pomiędzy przebiegami w obu kanałach. 4) Obliczyć przesunięcie fazowe pomiędzy przebiegami korzystając z zależności 360 t. T u 5) Wyniki pomiarów i obliczeń wpisać do Tabeli 3. 6) Obliczyć wartość skuteczną prądu płynącego przez ten obwód. Tabela 3. Wyniki: wartości skuteczne napięć i prądu, okres, przesunięcie fazowe. Ustawiona wartość rezystancji R=...Ω Okres Opóźnienie T u Δt μs μs Kąt fazowy Δφ Vrms(1) (CH1) Vrms(2) (CH2) Irms=Vrms(2)/150Ω V mv ma 19

20 W sprawozdaniu należy: Zamieścić obliczenia teoretycznej wartości kąta fazowego pomiędzy napięciem a prądem dla odczytanej wartości R z rezystora dekadowego oraz podanych wartości C i f. Porównać teoretyczną wartość kąta fazowego z wartością zmierzoną przy pomocy oscyloskopu. Zadanie 3 Wyznaczenie wartości rezystancji/pojemności, przy zadanej wartości przesunięcia fazowego pomiędzy napięciem i prądem w dwójniku szeregowym RC. Dane np: C = 0,054 F; Vpp = 6 V; f = 15 khz, Δφ z zakresu od -20 do -50º (lub inne wartości podane przez prowadzącego). Zadanie 4 - Wyznaczanie charakterystyki amplitudowej i fazowej transmitancji napięciowej w obwodzie RC. Transmitancję napięciowo-napięciową czwórnika w stanie jałowym (I 2 =0) określamy jako iloraz napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego. W ogólnym przypadku jest ona liczbą zespoloną. Charakterystyką amplitudową tej transmitancji nazywamy stosunek amplitudy/wartości skutecznej napięcia wyjściowego do amplitudy/wartości skutecznej napięcia wejściowego. Charakterystyką fazową nazywamy przebieg wartości argumentu tej transmitancji w funkcji częstotliwości f (lub pulsacji ω). K u ( K U u U ( j ) U ( ) ( j ) 2 Ku ( ) 1( j ) e j arg K u ( ) 2 ) U1( ), arg K u ( ) arg U 2 ( ) arg U 1( ) 0 I 0 2 I 1 I 2 U 1 czwórnik U 2 wejście I 1 I 2 wyjście Rys. 14. Parametry wejściowe i wyjściowe czwórnika. 20

21 Badany układ jest filtrem dolnoprzepustowym o częstotliwości granicznej 1 f gr. 2 RC Częstotliwość graniczna tego filtru jest to wartość częstotliwości, dla której kończy się pasmo przepustowe filtru. Stosunek amplitud U 2 /U 1 równa się wtedy. Dla uproszczenia oznaczeń przyjmijmy dalej, że: K ( ), arg K u ( ). u K u R G U 1 C U 2 CH 2 CH 1 Rys. 15. Szeregowy obwód RC (G - generator funkcyjny, CH1 i CH2 kanały oscyloskopu). Kolejność czynności: 1. W układzie z rys. 15 nastawić na generatorze sygnał sinusoidalny o amplitudzie U 1 =5 V. Dla każdej wartości częstotliwości f w zakresie od 100 Hz do 1 MHz zmierzyć amplitudę napięcia wyjściowego U 2 oraz przesunięcie Δt w czasie pomiędzy napięciem wyjściowym i wejściowym (uwaga: oba przebiegi muszą być ustawione symetrycznie względem osi czasu, a przesunięcie należy mierzyć przy pomocy kursorów). 21

22 2. Obliczyć moduł transmitancji K u. Obliczyć przesunięcie fazowe Δφ ze wzoru t 2 2 f t. T Wyniki pomiarów i obliczeń zapisywać w tabeli 4. Tabela 4. Wyniki pomiarów i obliczeń. f khz 0,1 0,2 0, U 2 V K u - Δt Δφ μs rad f khz U 2 V K u - Δt Δφ μs rad Parametry obwodu RC: R=10 kω, C=1 nf W sprawozdaniu należy: Narysować charakterystykę amplitudową transmitancji K u w funkcji częstotliwości f. Narysować charakterystykę fazową transmitancji K u w funkcji częstotliwości f. Obliczyć i zaznaczyć na wykresach częstotliwość graniczną f gr. Zastosować na osi częstotliwości podziałkę logarytmiczną. Charakterystyki sporządzić w programie MS Excel lub wykreślić na papierze milimetrowym. 22

23 Literatura 1. Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych, WNT Warszawa Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna, WNT Warszawa Osiowski J., Szabatin J.: Podstawy teorii obwodów T.1, WNT Warszawa Kamieniecki A.: Współczesny oscyloskop: budowa i pomiary, Wydawnictwo BTC Legionowo Rydzewski J. : Pomiary oscyloskopowe, WNT Warszawa RIGOL DS5000 instrukcja obsługi (user manual). Wymagane wiadomości 1. Parametry podstawowych przebiegów okresowych. 2. Definicje wartości średniej i skutecznej przebiegu okresowego. 3. Dzielnik napięcia. 4. Przebieg modułu i kąta fazowego impedancji elementów R L C połączonych szeregowo i równolegle. 5. Wykresy wskazowe dla połączeń szeregowych i równoległych elementów R L C. 6. Czwórnik, definicje transmitancji i stałej czasowej w szeregowym obwodzie RC. 7. Definicja i podstawowe charakterystyki przy rezonansie napięć w szeregowym obwodzie RLC. 23

24 Wymagania BHP Warunkiem przystąpienia do praktycznej realizacji ćwiczenia jest zapoznanie się z instrukcją BHP i instrukcją przeciw pożarową oraz przestrzeganie zasad w nich zawartych. Wybrane urządzenia dostępne na stanowisku laboratoryjnym mogą posiadać instrukcje stanowiskowe. Przed rozpoczęciem pracy należy zapoznać się z instrukcjami stanowiskowymi wskazanymi przez prowadzącego. W trakcie zajęć laboratoryjnych należy przestrzegać następujących zasad. Sprawdzić, czy urządzenia dostępne na stanowisku laboratoryjnym są w stanie kompletnym, nie wskazującym na fizyczne uszkodzenie. Sprawdzić prawidłowość połączeń urządzeń. Załączenie napięcia do układu pomiarowego może się odbywać po wyrażeniu zgody przez prowadzącego. Przyrządy pomiarowe należy ustawić w sposób zapewniający stałą obserwację, bez konieczności nachylania się nad innymi elementami układu znajdującymi się pod napięciem. Zabronione jest dokonywanie jakichkolwiek przełączeń oraz wymiana elementów składowych stanowiska pod napięciem. Zmiana konfiguracji stanowiska i połączeń w badanym układzie może się odbywać wyłącznie w porozumieniu z prowadzącym zajęcia. W przypadku zaniku napięcia zasilającego należy niezwłocznie wyłączyć wszystkie urządzenia. Stwierdzone wszelkie braki w wyposażeniu stanowiska oraz nieprawidłowości w funkcjonowaniu sprzętu należy przekazywać prowadzącemu zajęcia. Zabrania się samodzielnego włączania, manipulowania i korzystania z urządzeń nie należących do danego ćwiczenia. W przypadku wystąpienia porażenia prądem elektrycznym należy niezwłocznie wyłączyć zasilanie stanowisk laboratoryjnych za pomocą wyłącznika bezpieczeństwa, dostępnego na każdej tablicy rozdzielczej w laboratorium. Przed odłączeniem napięcia nie dotykać porażonego. 24