164 Fale 4.1 Obsługa oscyloskopu(f10) Bezpośrednim celem ćwiczenia jes zapoznanie się z działaniem i obsługą oscyloskopuak,abywprzyszłościmożnabyłoprzyjegopomocywykonywaćpomiary.wym celu należy przeprowadzić obserwację prosych, periodycznych przebiegów napięciowych oraz zmierzyć ich ampliudę i częsoliwość. Wykorzysując bardziej zaawansowane funkcje oscyloskopu można obserwować składanie sygnałów periodycznych czyli dudnienia i krzywe Lissajous. Zagadnienia do przygoowania: budowa i działanie lampy oscyloskopowej; zasada działania układu podsawy czasu, znajomość funkcji elemenów regulacyjnych na płycie czołowej oscyloskopu; ruch harmoniczny; składanie ruchów harmonicznych: dudnienia, krzywe Lissajous. Lieraura podsawowa:[2],[5]. 4.1.1 Podsawowe pojęcia i definicje Do czego służy oscyloskop? Podsawową funkcją oscyloskopu jes wyświelanie na ekranie zależności napięcia sygnału elekrycznego od czasu. W ypowym zasosowaniu pozioma oś X reprezenuje czas, a pionowa oś Y reprezenuje napięcie V. Większość oscyloskopów może pracować akże w kilku innych rybach pracy. Oscyloskop jes jednym z podsawowych przyrządów diagnosycznych i pomiarowych. Można go spokać nie ylko w laboraoriach badawczych fizyków, chemików czy biologów, ale akże w szpialach i przychodniach. Znajduje zasosowanie wszędzie am, gdzie zachodzi porzeba pomiaru czy konroli przebiegu napięć elekrycznych w czasie. Dzięki isnieniu zw. przeworników, czyli urządzeń przewarzających mierzone wielkości fizyczne(np. ciśnienie czy emperaurę) na napięcie, zakres zasosowań oscyloskopu jes bardzo szeroki. Jes on podsawowym wyposażeniem większości laboraoriów. Jak działa oscyloskop? Oscyloskop składa się z czerech głównych bloków funkcyjnych: wyświelacza; układów odchylania pionowego kanałów Y oznaczonych częso jako CH1 oraz CH2 lub A oraz B(większość oscyloskopów ma dwa kanały wejściowe); układu odchylania poziomego(zw. podsawy czasu); układu wyzwalania(rigger) czyli synchronizacji podsawy czasu z obserwowanym sygnałem. Schema blokowy najprosszego oscyloskopu przedsawiony jes na rysunku 4.1.1.
Obsługa oscyloskopu(f10) 165 or odchylania pionowego (kana³ Y) V wejœcie (CH1) badany sygna³ wzmacniacz regulowany wyœwielacz uk³ad wyzwalania (rigger) or odchylania poziomego (podsawa czasu) regulowany generaor podsawy czasu wzmacniacz Rys. 4.1.1: Schema blokowy oscyloskopu. Wyświelacz Podsawowym elemenem oscyloskopu jes wyświelacz, na kórego ekranie możemy śledzić badany sygnał. Zadaniem wyświelacza jes przedsawienie wykresu badanego napięcia w funkcji czasu V (). Do niedawna najbardziej popularnym wyświelaczem była lampa kaodowa(crt Cahode Ray Tube) podobna do lamp kineskopowych sosowanych w elewizorach czy ekranach moniorów. Obecnie częso można spokać oscyloskopy z ekranami ciekłokrysalicznymi(lcd Liquid Crisal Display) lub półprzewodnikowymi. Lampa elekronowa, schemaycznie przedsawiona na rysunku 4.1.2, składa się z nasępujących podsawowych elemenów: działka elekronowego, gdzie produkowana jes dobrze skolimowana wiązka elekronów skierowana w sronę ekranu wyświelacza(zwykle przyspieszanych napięciem kilku lub kilkunasu kv); elekrod opyki elekrosaycznej, odchylających wiązkę elekronów we wzajemnie prosopadłych kierunkach X i Y, w zależności od napięcia doprowadzonego do ych elekrod. W najprosszym przypadku są o dwie, usawione prosopadle pary równoległych do siebie mealowych płyek; ekranu pokryego od wewnąrz warswą luminoforu subsancji świecącej na skuek bombardowania elekronami. W ak zbudowanym wyświelaczu wiązka elekronów zmienia swoje położenie na ekranie w zależności od warości napięcia przyłożonego do elekrod odchylających, worząc na nim odpowiedni ślad.
166 Fale p³yki odchylania pionowego p³yki odchylania poziomego ekran kaoda soczewki/anody Ÿród³o elekronów uk³ad przyspieszania i ogniskowania uk³ad odchylania pró nia Rys. 4.1.2: Schema budowy lampy kaodowej. Tor odchylania pionowego Podsawowym zadaniem oru odchylania pionowego jes odpowiednie wzmocnienie lub osłabienie badanego sygnału poprzez odpowiedni dobór napięcia na płykach odchylania pionowego. Jes o realizowane przy pomocy regulowanego wzmacniacza konrolowanego pokręłem regulacji wzmocnienia V/div, określającym jaka wielkość napięcia wejściowego V powoduje wychylenie wiązki elekronów o jedną podziałkę div ekranu w pionie. Tor odchylania poziomego(podsawy czasu) Wyświelenie zmian badanego napięcia w czasie realizowane jes przez układ podsawy czasu. W przypadku braku napięcia na elekrodach odchylania poziomego wiązka elekronów zmienia swoje położenie ylko w pionie, w zależności od ampliudy badanego napięcia, w wyniku czego na ekranie będzie widoczna pionowa linia. Aby zobaczyć zmiany napięcia w czasie, na elekrody odchylania poziomego doprowadzone jes cyklicznie napięcie liniowo narasające w czasie. Funkcję ę pełni zw. generaor podsawy czasu. Uproszczony przebieg napięcia wyjściowego z ego generaora jes przedsawiony na rysunku 4.1.3. V 0 Rys. 4.1.3: Przebieg napięcia na wyjściu najprosszego generaora podsawy czasu.
Obsługa oscyloskopu(f10) 167 Wiązka elekronów, pod wpływem napięcia z ego generaora przesuwa się cyklicznie po ekranie w kierunku poziomym. Ze względu na kszał sygnału z generaora podsawy czasu, wiązka przesuwa się z lewa na prawo sosunkowo wolno, naomias wraca na począek bardzo szybko, by znowu rozpocząć jednosajny ruch po ekranie. Czas porzebny na przesunięcie wiązki z lewa na prawo usalany jes pokręłem regulacji generaora i określany jes jako czas porzebny na przejście jednej działki na ekranie ime/div. Na ogół zasosowany jes u również dodakowo zw. układ wygaszania plamki, wygaszający wiązkę elekronów w czasie powrou, aby nie pozosawiała śladu na ekranie. W en sposób na ekranie oscyloskopu realizowane jes wyświelanie badanegonapięciawfunkcjiczasu-v (). Układ wyzwalania(rigger) Ten bardzo ważny układ służy do synchronizacji przebiegów generaora podsawy czasu ze zmianami badanego napięcia. Załóżmy, iż przedmioem pomiarów jes napięciezmiennesinusoidalnieookresie T B.Niechokresprzebiegówzgeneraorapodsawy czasuwynosi T P.Jeżeli T P jescałkowiąwielokronością T B oobrazorzymanyna ekranie oscyloskopu będzie sabilny, gdyż w czasie każdego kolejnego przebiegu plamki po ekranie będziemy widzieć zawsze całkowią ilość okresów badanego napięcia (zaniedbujemy u w rozważaniach czas porzebny na powró wiązki). Opisana syuacja jes bardzo wyjąkowa. Jeżeli powyższy warunek nie jes spełniony, obraz na ekranie będzie niesabilny, gdyż począki kolejnych poziomych przebiegów plamki na ekranie będą skorelowane z różnymi fazami badanego sygnału. Schemaycznie przedsawia o rysunek 4.1.4. Efekem akiego rozsynchronizowania będzie zw. płynięcie obrazu i jego niesabilność. Aby emu zaradzić, generaor posawy czasu pracuje zwykle w innym rybie, gdzie kolejne generowane przebiegi(pojedyncze impulsy rójkąne) nie nasępują jeden po drugim w sposób ciągły lecz są wyzwalane ylko wedy, gdy napięcie badanego sygnału przekroczy pewien poziom(usalany przez pokręło LEVEL i częso wyświelany na ekranie w posaci kursora). Usalane jes również, przy pomocy odpowiedniego przełącznika, w kórym kierunku nasępuje przekroczenie ego poziomu, zn. czy wyzwolenie ma zajść, gdy sygnał jes opadający czy eż rosnący. Taki ryb pracy zapewnia, iż generaor podsawy czasu powoduje poziomy przebieg plamki zawsze w ej samej fazie badanego zmiennego przebiegu. Obraz jes sabilny bezwzględunawzajemnąrelacjępomiędzy T P i T B.Obrazujeorysunek4.1.5.Odcinki o sałym napięciu wysępujące po kolejnych impulsach rójkąnych powodują opóźnienie wyzwalania(hold OFF), aż do czasu osiągnięcia poziomu wyzwalania. Isnieją dwa podsawowe ryby pracy generaora podsawy czasu: ryb auomayczny AT oraz normalny NM. W rybie wyzwalania AT generaor podsawy czasu wysyła po określonym czasie(dłuższym jednak niż pewien minimalny czas oczekiwania) kolejny impuls rójkąny nawe wedy, kiedy poziom wyzwalania nie będzie osiągnięy. Ponieważ w rybie auomaycznym generaor podsawy czasu pracuje samoczynnie, na ekranie widoczna jes linia bazowa(ślad podsawy czasu), gdy sygnał nie jes po-
168 Fale a) b) Rys.4.1.4:Sygnaływejściowe(ookresieT B )orazsygnałygeneraorapodsawyczasu(ookresie T P )dlacałkowiego(a)iniecałkowiego(b)sosunkuokresówobusygnałów.poprawejsronie pokazane są obrazy uzyskiwane na ekranie oscyloskopu dla ych sosunków. Rys. 4.1.5: Idea zw. wyzwalanej podsawy czasu. Poziomą linią przerywaną zaznaczony jes poziom(napięcia) wyzwalania. Dopiero w momencie gdy jes on osiągany, wyzwalany jes kolejny impuls rójkąny sygnału podsawy czasu. dany na wejście. Tryb wyzwalania auomaycznego jes zalecany do sosowania przy wszyskich prosych pomiarach, a akże jako usawienie wsępne przy skomplikowanych zadaniach pomiarowych. W rybie NM kolejny impuls rójkąny zosanie wysłany ylko wedy, gdy poziom wyzwalania zosanie osiągnięy. Tryb NM jes bardziej przydany do obserwacji skomplikowanych przebiegów. Jeżeli okazuje się, że dla sygnału o bardzo złożonym kszałcie nie można znaleźć punku wyzwalania, o sabilny obraz częso można uzyskać wykorzysując funkcję regulacji czasu podrzymania HOLD OFF. Funkcja a jes szczególnie przydana w przypadku obserwacji sygnałów zawierających impulsy synchronizacji, ciągi impulsów aperiodycznych o ej samej ampliudzie lub zniekszałcenia w okolicach punku wyzwalania.
Obsługa oscyloskopu(f10) 169 Tryby pracy oscyloskopu Oprócz opisanego jednokanałowego rybu pracy oscyloskopu V (), j. obserwacji pojedynczego przebiegu, isnieją jeszcze dwa podsawowe i częso wykorzysywane ryby pracy:rybypracydwukanałowej V ()orazrybpracy X Y.Wychprzypadkach wykorzysywany jes dodakowo drugi kanał oscyloskopu. Tryby pracy dwukanałowej V () Większość oscyloskopów pozwala na jednoczesną obserwację, porównywanie oraz dodawanie lub odejmowanie dwóch niezależnych sygnałów podawanych na kanały 1 i 2. W rybie pracy DUAL na ekranie wyświelane są jednocześnie dwa przebiegi, przy czym podsawa czasu pracuje z przemiennym(alt) lub siekanym(chop) przełączaniem kanałów. W rybie przemiennym w ciągu kolejnych okresów sygnału podsawy czasu obserwowane są naprzemiennie sygnały z pierwszego i drugiego kanału. Przy pracy siekanej, w czasie jednego cyklu podsawy czasu, kanały są w sposób ciągły przełączane z dużą częsoliwością, co powoduje, że sygnały o częsoliwościach poniżej 1 khz są wyświelane bez zjawiska migoania. Podczas pracy dwukanałowej źródłem sygnału wyzwalającego może być kanał 1 lub 2, przy czym przełączania dokonuje się używając przycisku TRIG. Przy pomocy ego przycisku można eż włączyć wyzwalanie przemienne sygnałami obu kanałów. W rybie ADD przebiegi wejściowe obu kanałów są sumowane i wynik ej operacji jes wyświelany w posaci jednego śladu. Odejmowanie sygnałów realizowane jes przez jednoczesne odwracanie sygnału podawanego na kanał 2(przycisk INV). Trybpracy X Y Oscyloskopmożerównieżpracowaćwzw.rybie X Y.Generaorsygnałupodsawyczasuniejeswedyużywany,anakanał2podajesiędrugisygnałwejściowy. Praca w rybie X Y pozwala między innymi na obserwacje krzywych Lissajous. Obsługa oscyloskopu Niedawno, rzucającą się w oczy cechą charakerysyczną oscyloskopów była bardzo duża ilość pokręeł i przełączników konrolnych znajdujących się na płycie czołowej. Obecnie, przy coraz powszechniejszym wprowadzaniu układów konroli elekronicznej, płyy czołowe oscyloskopów mają mniej elemenów konroli dzięki możliwości przełączania pełnionych przez nie w danej chwili funkcji. Zwykle meoda przełączania jes opisana bezpośrednio na płycie czołowej(proszę zwrócić uwagę na symbole PUSH LONG, PUSH BOTH). Zasady obsługi są zazwyczaj prose. W nowszych ypach oscyloskopów przyciski reagują na krókie lub długie naciśnięcie oraz na kombinację dwóch przycisków. Usawienia paramerów są sygnalizowane przez diody LED umieszczone na płycie czołowej
170 Fale lub wyświelane wpros na ekranie. Niezależnie od ego jak skomplikowany jes oscyloskop, z kórym mamy do czynienia, pierwszym naszym zadaniem jes zidenyfikowanie poznanych powyżej jego podsawowych bloków funkcyjnych wraz z elemenami konrolnymi. Producenci oscyloskopów sarają się na ogół w logiczny sposób zgrupować wszyskie pokręła i przełączniki konrolujące dany blok funkcyjny oscyloskopu w jednym miejscu i dodakowo wyróżnić je graficznie. Większość oscyloskopów ma wszyskie pokręła i przełączniki opisane skróami pochodzącymi od angielskich nazw funkcji jakie pełnią. Poniżej będą więc używane angielskie nazwy najczęściej wysępujących funkcji. Na pewno najławiejszy do znalezienia jes wyświelacz z owarzyszącą mu grupą konrolnych pokręeł, służących do regulacji opyki wiązki elekronów z działka lampy elekronowej. Najczęściej będzie o inensiy(jasność) oraz focus(ogniskowanie). Na ekranie wyświelacza znajduje się podziałka umożliwiająca przeprowadzanie pomiarów oraz wyświelane są podsawowe paramery pracy akie, jak wzmocnienie kanałów odchylania pionowego lub częsoliwość generaora podsawy czasu. Nasępnie należy znaleźć or odchylania pionowego. Najczęściej oscyloskopy mają dwa niezależne akie ory, umożliwiające obserwację dwóch przebiegów naraz, oznaczone na ogół CH1(channel 1) oraz CH2(channel 2). Wzmocnienie wzmacniacza każdego z orów jes konrolowane przez niezależne przełączniki(obroowe), kórych usawienie określa, jaka warość badanego napięcia powoduje wychylenie plamki na ekranie o jedną działkę(co jes oznaczone jako: V/div, mv/div, µv/div). Przesuwanie obrazu w pionie jes realizowane poprzez pokręło Y-POS. Znalezienie układu odchylania poziomego, czyli generaora podsawy czasu eż nie powinno sprawić problemów. Wszyskie konrolne przełączniki będą skupione u wokół obroowego przełącznika oznaczonego TIME BASE lub TIME(podsawa czasu), kórego poszczególne położenia wyskalowane są w s/div i wyznaczają czas, jaki zajmuje plamce na wyświelaczu przebycie jednej podziałki w kierunku poziomym. Przesunięcie obrazu w poziomie jes realizowane poprzez pokręło X-POS. Wreszcie, przełączniki rybu wyzwalania będą na ogół worzyć osobną grupę na płycie czołowej, oznaczoną jako TRIG(od rigger). Dobieranie paramerów pracy Bardzo pomocna w obsłudze oscyloskopu jes funkcja auoregulacji AUTO SET. Krókie naciśnięcie przycisku AUTO SET powoduje przełączenie oscyloskopu do pracy w osanio używanym rybie odchylania pionowego. Jednocześnie funkcja a usawia sandardowe paramery umożliwiające obserwację i pomiar większości nieskomplikowanych przebiegów. Proszę zaobserwować, jakie paramery są wedy usawiane. Po podłączeniu nieznanego sygnału, użycie ego przycisku znacznie skraca czas porzebny do uzyskania sabilnego obrazu. Niesey, sarsze ypy oscyloskopów nie posiadają ej funkcji. Dodakowo, w przypadku nieco bardziej skomplikowanych sygnałów AUTO SET nie musi doprowadzić do uzyskania sabilnego obrazu. Dlaego eż(oraz w celu nabrania wprawy) nie należy go nadużywać i spróbować usawiać paramery ręcznie.
Obsługa oscyloskopu(f10) 171 Przeprowadzanie pomiarów przy użyciu oscyloskopu Pomiary ampliudy W zasosowaniach echnicznych podsawowym paramerem sygnałów prądu przemiennego jes warość skueczna napięcia, jednakże w echnice pomiarów oscyloskopowych do wyznaczenia warości bezwzględnej i zależności napięciowych sygnałów zmiennych wykorzysywana jes międzyszczyowa warość napięcia(na oscyloskopie odległość między maksimum i minimum sygnału). Aby uzyskać warość skueczną napięcia należy warośćmiędzyszczyowąpodzielićprzezwspółczynnik 2.Regulacjiampliudysygnału dokonuje się poencjomerami VOLTS/DIV. Współczynniki wzmocnienia odchylania pionowego(czułość wejściowa) kanałów wyrażanesąwmv/divlub V/div,przyczymwielkościnapięciadoycząjegowarości międzyszczyowej. Aby uzyskać warość zmierzonego napięcia w wolach należy pomnożyć warość napięcia wyrażoną w ilości działek przez współczynnik wzmocnienia odchylania pionowego podawany na ekranie oscyloskopu: HD = U, (4.1.1) gdzie U- warość mierzonego napięcia wyrażona w wolach, D- współczynnik wzmocnienia odchylania pionowego w V/div, H- wysokość przebiegu na ekranie w działkach. Pomiary czasu i częsoliwości Większość sygnałów obserwowanych na ekranie oscyloskopu(szczególnie w I Pracowni Fizycznej) ma charaker okresowy. Zależnie od usawienia współczynnika podsawy czasu(odchylania poziomego) za pomocą regulaora TIME/DIV na ekranie może być zobrazowany jeden lub więcej okresów mierzonego sygnału. Warości współczynnika podsawy czasu podawane są w s/div, ms/div, µs/div. Pomiar wybranego odcinka czasowego polega na odczyaniu z ekranu odpowiadającej mu odległości w działkach wzdłuż poziomej osi współrzędnych i pomnożeniu jej przez kalibrowaną warość współczynnika wzmocnienia podsawy czasu: T = LT C, (4.1.2) gdzie T- okres obserwowanego przebiegu w sekundach, L- odczyana długość okresu wdziałkach, T C -współczynnikwzmocnieniapodsawyczasuws/div. Jeżeli mierzony odcinek czasu jes króki w sosunku do okresu przebiegu, o jego pomiar powinien być przeprowadzony po 10-kronym zmniejszeniu podsawy czasu za pomocą funkcji X-MAG.x10. W akim przypadku zmierzona warość czasu musi być podzielona przez 10. Pomiary na oscyloskopie można przeprowadzić ylko w przypadku, gdy współczynniki wzmocnienia sygnałów wejściowych oraz generaora podsawy czasu są kalibrowane(napis VAR nad pokręłami VOLTS/DIV oraz TIME/DIV nie jes podświelony). Użycie kursorów W nowszych ypach oscyloskopów pomiary ampliudy i częsoliwości można przeprowadzić przy pomocy kursorów(serowanych przyciskami znajdującymi się zwykle bez-
172 Fale pośrednio pod ekranem), kóre można usawiać ręcznie lub auomaycznie. Mierzona wielkość wyświelana jes wedy auomaycznie na ekranie w odpowiednich jednoskach. Płya czołowa oscyloskopu Hameg HM404 1. POWER przycisk włączania zasilania. 2. AUTO SET przycisk funkcji auoregulacji. 3. RM dioda wskazująca czy zdalne serowanie przez inerfejs szeregowy RS232 jes włączone. 4. INTENS/READ OUT poencjomer regulacji jasności obserwowanego przebiegu oraz dodakowych wskaźników. Wyświelanie dodakowych wskaźników można włączać i wyłączać poprzez przyrzymanie przycisku READ OUT. 5. TR poencjomer korekcji równoległości śladu. 6. FOCUS poencjomer regulacji osrości obrazu. 7. SAVE/RECALL przycisk wywoływania i zapisywania pamięci, w kórych przechowywane są usawienia oscyloskopu. Oscyloskop wyposażono w pamięć, w kórej w momencie wyłączenia zasilania zapisywane są akualne usawienia przyrządu. Pamięć może być również wykorzysywana przez użykownika do zapamięania(do 9) różnych usawień urządzenia, kóre w każdej chwili można odworzyć przyciskiem SAVE/RECALL. 8. Y-POS. I poencjomer regulacji położenia przebiegu kanału 1 w pionie. 9. Y-POS. II poencjomer regulacji położenia przebiegu kanału 2 w pionie. 10. NM-AT przełącznik zmiany wyzwalania auomaycznego na normalne i vice versa. 11. TR dioda sanu wyzwalania. 12. LEVEL poencjomer regulacji poziomu wyzwalania. 13. X-POS. poencjomer regulacji położenia przebiegu wzdłuż osi poziomej. 14. X-MAG. x10 przycisk włączania 10-kronego rozciągnięcia przebiegu na osi poziomej. 15. VOLTS/DIV. poencjomer czułości wejściowej wzmacniacza odchylania pionowegowmv/divlubwv/divdlakanału1. 16.CHI przyciskwyborukanału1. 17. DUAL-XY przycisk wyboru rybu pracy oscyloskopu. 18. TRIG. przycisk wyboru źródła wyzwalania: CH1 wyzwalanie sygnałem z kanału 1. CH2 wyzwalanie sygnałem z kanału 2. ALT Wyzwalanie przemienne z kanału 1 i 2. W rybie wyzwalania przemiennego możliwe jes wyzwalanie podsawy czasu sygnałami o różnych częsoliwościach (asynchronicznymi) w kanałach 1 i 2. W akim przypadku układ odchylania musi pracować w rybie DUAL z przemiennym przełączaniem kanałów(alt) i wyzwalaniem wewnęrznym. Aby uniknąć problemów z synchronizacją zalecane jes
Obsługa oscyloskopu(f10) 173 Rys. 4.1.6: Płya czołowa oscyloskopu Hameg HM404.
174 Fale usawienie sprzężenia AC. EXT wyzwalanie sygnałem zewnęrznym(np. z osobnego generaora). Kszał zewnęrznego sygnału wyzwalającego może całkowicie się różnić od kszału badanego napięcia, ale oba e sygnały muszą być synchroniczne. Przebieg sygnału zewnęrznego wyzwalania podajemy na gniazdo TRIG. EXT. 19. VOLTS/DIV. poencjomer czułości wejściowej wzmacniacza odchylania pionowegowmv/divlubwv/divdlakanału2. 20.CHII przyciskwyborukanału2. 21. TRIG. MODE przyciski wyboru rybów sprzężenia wyzwalania. AC najczęściej używana opcja wyzwalania. Składowa sała oraz niskie częsości sygnału wyzwalającego(sygnału wejściowego) są odcinane. DC,HF,LF,TFL,TFF,LINE inneopcje,rzadkososowanewrakcieobserwacji prosych przebiegów. 22. DEL.POS. HO pokręło płynnej regulacji czasu podrzymania między kolejnymi impulsami podsawy czasu. Dalej używana nazwa HOLD OFF. Funkcja a jes szczególnie przydana w przypadku obserwacji sygnałów zawierających impulsy synchronizacji, ciągi impulsów aperiodycznych o ej samej ampliudzie lub zniekszałcenia w okolicach punku wyzwalania. 23. TIME/DIV. poencjomer do wyboru kalibrowanej warości współczynnika podsawy czasu w zakresie 0.5 s/div do 50 ns/div. 24. SEA./DEL. przycisk opóźnionej podsawy czasu i wyzwalania z opóźnieniem. 25. DEL.TRIG. przycisk kalibracji generaora podsawy czasu/ przycisk przełączania na wyzwalanie z opóźnieniem. 26.INPUTCHI(X) wejściesygnałukanału1. 27. AC/DC przełącznik rodzaju sprzężenia sygnału wejściowego kanału 1. 28. GD przycisk pozwalający na odłączanie sygnału wejściowego w kanale 1. 29. Ground Socke gniazdo bananowe do uziemienia oscyloskopu. 30.INPUTCHII wejściesygnałukanału2. 31. AC/DC przełącznik rodzaju sprzężenia sygnału wejściowego kanału 2. 32. GD INV przycisk pozwalający na odłączanie sygnału wejściowego i odwracanie fazy przebiegu w kanale 2. 33. TRIG. EXT./INPUT(Z) wejście sygnału wyzwalania zewnęrznego. 34. MENU przycisk wywołania menu kalibracji oscyloskopu. 35. ON/OFF- CHI/II- 1/ przycisk wyświelania na ekranie linii kursorów. Dłuższe przyrzymanie przycisku włącza i wył acza linie kursorów, krókie naciśnięcie przełącza pomiar wysokości sygnału pomiędzy kanałami lub zmienia pomiędzy pomiarem czasu i częsości. 36. TRK jednoczesne naciśnięcie przycisków ON/OF- CHI/II- 1/ oraz I/II - V/ przełącza pomiędzy rybem pojedynczych niezależnych linii kursora i dwóch sprzężonych ze sobą linii kursorów.
Obsługa oscyloskopu(f10) 175 37. I/II- V/ przełącznik akywujący kolejno kursory oraz zmieniający(dłuższe przyrzymanie) pomiędzy pomiarem czasu i wysokości sygnału. 38. CURSOR przyciski serowania liniami kursorów. 39. CAL przycisk i gniazdo służące do kalibracji przyrządu. 40. CT przycisk i gniazdo służące do esowania komponenów oscyloskopu. Ruch harmoniczny prosy Ruch, w kórym wychylenie x z położenia równowagi zmienia się zgodnie z relacją: x = Acos (2πν + δ) = Acos (2π T ) + δ (4.1.3) nazywany jes ruchem harmonicznym prosym, gdzie: A ampliuda, czyli maksymalna warość x, ν-częsoliwość(wyrażanawhz), T -okres(mierzonyws), δ faza począkowa określająca wychylenie x w chwili = 0(parz rysunek 4.1.7). A x T -A Rys. 4.1.7: Zależność wychylenia od czasu w ruchu harmonicznym prosym. Składanie ruchów harmonicznych Dudnienia Dodawanie dwóch drgań harmonicznych odbywających się wzdłuż ego samego kierunku i posiadających zbliżone warości częsoliwości prowadzi do wypadkowego ruchu zwanego dudnieniem. Zakładając dla uproszczenia, że ampliudy obu drgań są równe, a ich fazy począkowe są równe zero, dudnienie opisane jes równaniem: ( x = x 1 +x 2 = Acos 2πν 1 +Acos 2πν 2 = 2Acos 2π ν 1 ν 2 2 ) ( cos 2π ν ) 1 + ν 2 2 = [2Acos 2πν mod ]cos 2πν śr = A mod cos 2πν śr (4.1.4) Takiruchmożnainerpreowaćjakooscylacjeoczęsoliwości ν śr iampliudzie A mod zmieniającejsięwczasiezczęsoliwością ν mod.gdyczęsoliwości ν 1 i ν 2 są =
176 Fale zbliżone, wedy częsoliwość modulacji jes mała w porównaniu z częsoliwością średnią,więcampliuda A mod ()zmieniasięnieznaczniewczasiewieluszybkichoscylacji cos(2πν śr ).Rysunek4.1.8przedsawiazależnościpomiędzyczęsoliwościamiwdudnieniach. Widać, że okres dudnień jes dwa razy mniejszy od okresu modulacji ampliudy, a sąd częsoliwość dudnień jes równa podwojonej częsoliwości modulacji ampliudy,czyli ν dudnienia = ν 1 ν 2.Częsoliwość ν śr jesnazywanaczęsoliwością drgań wewnęrznych. 0 5 10 15 20 25 30 35 x 1 0 5 10 15 20 25 30 x 2 A mod okres dudnieñ x + x 1 2 okres modulacji Rys. 4.1.8: Dudnienia powsające w wyniku złożenia dwóch przebiegów harmonicznych. Krzywe Lissajous Dodawanie dwóch drgań harmonicznych zachodzących w kierunkach wzajemnie prosopadłych, mających posać: ( x = Acos(2πν 1 ) = Acos 2π y = B cos(2πν 2 + δ) = B cos T 1 ) ( ), (4.1.5) 2π T 2 + δ przyzałożeniu,żesosunekczęsości ν 1 /ν 2 jesliczbąwymierną,prowadzidopowsania drgania wypadkowego worzącego zw. krzywą Lissajous. Kszał krzywej zależy od sosunku częsoliwości drgań składowych i od fazy począkowej δ. Ze względu na o,
Obsługa oscyloskopu(f10) 177 że okresem krzywej Lissajous jes czas, po kórym obie współrzędne przyjmują warości począkowe, o spełniona jes zależność: ν 1 ν 2 = T 2 T 1 = n y n x, (4.1.6) gdzie n x i n y sąliczbamicałkowiymirównymiliczbieprzecięćkrzywejlissajousodpowiedniozosiami Xi Y.Badająckszałkrzywejisosunekliczbyjejprzecięćzosiami X i Y oraz warość częsości jednego drgania składowego, można znaleźć częsość drugiego drgania harmonicznego. Przykłady różnych krzywych Lissajous podaje rysunek 4.1.9. = 0 = /4 = /2 = T / T =1 1 2 T / T =2/3 1 2 T / T =1/2 1 2 T / T =1/3 1 2 = 0 = /6 = /3 = 4 /3 T / T =3/4 1 2 Rys.4.1.9:KrzyweLissajousdlaróżnychsosunkówokresów T 1 /T 2 orazdlaróżnychprzesunięć fazowych δ. 4.1.2 Przebiegpomiarów Układ doświadczalny Do wykonania ego doświadczenia służy układ pomiarowy zawierający: oscyloskop Hameg HM404, dwa generaory drgań sinusoidalnych, mieszacz-demodulaor częso-
178 Fale liwości różnicowej(urządzenie pozwalające na orzymanie sabilnego obrazu dudnień na ekranie oscyloskopu), przewody koncenryczne. Przebieg doświadczenia Przed przysąpieniem do pomiarów należy zidenyfikować na płycie czołowej oscyloskopu pokręła i przyciski konrolujące ryb pracy i poszczególne bloki oscyloskopu. Tryb pracy V() Podać sygnał na jedno z wejść oscyloskopu(chi lub CHII). Za pomocą elemenów regulacyjnych uzyskać sabilny obraz sygnału. Dobrać wzmocnienie oraz podsawę czasu ak, aby uzyskać możliwie dużą dokładność odczyu ampliudy oraz okresu sygnału. Odczyać ampliudę i okres sygnału oraz częsoliwość usawioną na generaorze. Pomiary powórzyć dla kilku różnych częsoliwości generaora. Obserwacja dudnień Na wejścia oscyloskopu CHI i CHII podać sygnały o zbliżonych częsoliwościach i równych ampliudach. Można zasosować mieszacz-demodulaor częsoliwości i wówczas wybrać wyzwalanie zewnęrzne(trig.ext.) podłączając do gniazda TRIG.EXT. sygnał z mieszacza-demodulaora. Wybrać ryb pracy ADD obserwacja sumy sygnałów z obu kanałów. Regulując częsoliwość na jednym z generaorów uzyskać sabilny obraz dudnień. Dokonać pomiaru okresu dudnień oraz drgań wewnęrznych. Przełączyć oscyloskop w ryb jednokanałowy V ()(kolejno CHI i CHII) i odczyać okresy drgań składowych. Powórzyć pomiary dla innych częsoliwości sygnałów wejściowych. Trybpracy X Y obserwacjakrzywychlissajous Na wejścia oscyloskopu podać sygnały o jednakowych częsoliwościach i ampliudach. Przełączyć oscyloskop w ryb pracy X Y. Regulując częsoliwość na jednym z generaorów, uzyskać sabilny obraz krzywej Lissajous i przerysować kszał zaobserwowanej krzywej. Przełączyć oscyloskop w ryb jednokanałowy i odczyać częsoliwości sygnałów składowych. Powórzyć pomiary dla innych sosunków częsoliwości sygnałów wejściowych. 4.1.3 Opracowaniewyników Obliczyć częsoliwości obserwowanych sygnałów(przyjąć dokładność pomiaru długości na kranie oscyloskopu ±0.2 cm). Na podsawie częsoliwości drgań składowych obliczyć eoreyczne częsoliwości dudnień oraz drgań wewnęrznych i porównać z częsoliwościami zmierzonymi za pomocą oscyloskopu. Dla zaobserwowanych krzywych Lissajous obliczyć sosunek częsoliwości drgań składowych i porównać obliczoną warośćzesosunkiemliczbyprzecięćkrzywejzosiami Xi Y.Dlawszyskichwyznaczonych wielkości podać odpowiednie jednoski i niepewności pomiarowe.