1 ĆWICZENIE NR.4 Wybrane zagadnienia eoreyczne POMIARY OSCYLOSKOPOWE OSCYLOSKOPY ANALOGOWE 1. Wsęp Oscyloskopy elekroniczne są o elekroniczne przyrządy pomiarowe służące do wizualnej obserwacji zależności funkcyjnej między dwiema wielkościami fizycznymi. Zobrazowana na ekranie, najczęściej w prosokąnym układzie współrzędnych X Y, zależność funkcyjna, umożliwia pomiary paramerów obserwowanych wielkości. Oscyloskopy elekroniczne najczęściej wykorzysywane są do wizualnej obserwacji (zobrazowania) sygnałów napięciowych w funkcji czasu (jes o podsawowe zadanie oscyloskopów). Klasyfikacja oscyloskopów elekronicznych: 1 W zależności od sposobu przewarzania sygnału badanego: - oscyloskopy analogowe, - oscyloskopy cyfrowe. 2 W zależności od przeznaczenia: - oscyloskopy uniwersalne, - oscyloskopy specjalne (np. medyczne, elewizyjne id.). 3 Według częsoliwości: - oscyloskopy m.cz. (pasmo do ~ 10MHz), - oscyloskopy w.cz. (pasmo do ~ 100 MHz), - oscyloskopy b.w.cz. (pasmo do ~ 40GHz). 4 Według liczby kanałów: - oscyloskopy jednokanałowe, - oscyloskopy dwukanałowe, - oscyloskopy wielokanałowe. 2. Podsawowe paramery użykowe oscyloskopów Lampa oscyloskopowa: - Pole pomiarowe ekranu: 6 10 cm oraz 8 10 cm. - Czas poświay (świecenie po zaprzesaniu działania pobudzenia): w oscyloskopach uniwersalnych sosuje się czasy poświay krókie lub średnie poświay < 2ms. - Barwa świecenia: różne barwy, można sosować barwne filry. Kanał Y (kanał odchylania pionowego): - Pasmo przenoszenia: jes o zakres częsoliwości, przy kórej charakerysyka częsoliwościowa oru Y nie zmienia się więcej niż o 3 db (rys. 1). - Czas narasania oscyloskopu: paramer en charakeryzuje zdolność oscyloskopu (kanału Y) do przenoszenia szybkich sygnałów bez zniekszałceń (rys. 2). Czas narasania N oscyloskopu ściśle związany jes z jego pasmem przenoszenia Δf. f d K Y Δf = f g - f d f g 3dB f U wej. U wyj. 90% 10% Sygnał wejściowy Oscylogram na ekranie N [ μs] 0,350 = Δf [ MHz] N Rys. 1. Pasmo częsoliwości oscyloskopu Rys. 2. Określenie czasu narasania ocyloskopu - Współczynnik odchylania: D Y [ V ] [ cm] 1 U Ypp U Ypp = = = ; S Y A 1
2 gdzie: S Y czułość oscyloskopu, U Ypp wejściowe napięcie międzyszczyowe, A wysokość oscylogramu, - Zakres D Y : ~ 10V/cm < 1mV/cm - Dokładność skalowania D Y : ~5% - Impedancja wejściowa: R we = 1MΩ; C we = 15 80 pf. - Liczba kanałów: 1 4. Kanał X (kanał rozciągu): - Rodzaje rozciągu: liniowy (wewnęrzny), zewnęrzny. - Współczynnik czasu: D = B [ s ] [ cm ] = 1 [ s ] [ cm ] gdzie: czas; B szerokość oscylogramu [cm lub dz], - Zakres D : 100 ns/cm 1 s/cm (zależy od pasma przenoszenia)., - Dokładność skalowania D X : od 1% ~5%. - Rodzaje pracy generaora podsawy czasu: praca samobieżna (auomayczna), wyzwalana (normalna), jednokrona. - Błąd nieliniowości podsawy czasu < 1%. - Paramery wejścia zewnęrznego X: Z we, współczynnik odchylania kanału X id. Kanał synchronizacji i wyzwalania: - Rodzaje sabilizacji oscylogramu: synchronizacja i wyzwalanie. - Zródła sygnału synchronizacji i wyzwalania: wewnęrzne (napięciem badanym), zewnęrzne, napięciem sieci. - Sposoby synchronizacji i wyzwalania: zboczem narasającym lub opadającym, możliwość regulacji poziomu wyzwalania. - Paramery wejściowe kanału wyzwalania zewnęrznego: Z we. - Minimalne napięcie wejściowe. Tor Z (or modulacji jasności): - Poziom i polaryzacja napięcia porzebne do wygaszenia plamki. - Impedancja wejściowa Z we. Spełnienie powyższych paramerów powoduje, że oscyloskopy elekroniczne są urządzeniami o skomplikowanej budowie. 3. Budowa i działanie oscyloskopu analogowego Uproszczony schema funkcjonalny jednokanałowego oscyloskopu eanalogowego przedsawiony jes na rys.3. Ze względu na czyelność rysunku na schemacie nie pokazano zasilaczy, połączenia bloków wykonano jednoprzewodowo a serowanie płyek odchylających lampy oscyloskopowej przedsawiono jako niesymeryczne. WE Y Układy wejściowe Y Wzmacniacz wsępny Linia opóźniająca Wzmacniacz końcowy Y Wygaszani WE synchroniza Wew. Zew Układ synchronizacji i wyzwalania Generaor podsawy czasu Wyzw. Au. LO WE X Układy wejściowe X Zew. Wew Wzmacniacz końcowy X Układy wejściowe kanału Z Kalibraor napięcia Do WE Y Z generaora podsawy Kalibraor czasu Do kanału Z WE Z Rys. 3. Schema blokowy oscyloskopu analogowego
3 Oscyloskop może pracować: a) z rozciągiem wewnęrznym (z liniową podsawa czasu), b) z rozciągiem zewnęrznym. Ad a) Z rozciągiem liniowym (linearnym) oscyloskop może pracować w rybie auomaycznym lub wyzwalanym. Zależy o od rodzaju pracy generaora podsawy czasu. 1 Praca auomayczna oscyloskopu: Przy braku napięcia badanego u Y = 0, generaor podsawy czasu generuje napięcie linearne o częsoliwości zależnej od zadanych paramerów napięcia podsawy czasu. Na ekranie pojawia się linia pozioma (rys. 4c). Jeżeli na wejście Y podane jes napięcie badane u Y = f(), o po wzmocnieniu lub słumieniu sygnału w układach wejściowych i wzmacniaczu wsępnym, sygnał przez linię opóźniająca lub bezpośrednio podawany jes na wzmacniacz końcowy Y i na płyki odchylania pionowego lampy oscyloskopowej. Część sygnału podawana jes na układ synchronizacji. W układzie ym wywarzane jes napięcie synchronizujące generaor podsawy czasu. Napięcie podsawy czasu przez wzmacniacz końcowy X podawane jes na płyki odchylania poziomego lampy oscyloskopowej. W wyniku działań ych dwóch napięć na ekranie orzymujemy oscylogram badanego sygnału. Wykresy czasowe w wybranych punkach schemau blokowego i oscylogram napięcia wejściowego przedsawiono na rys. 4 b) i 4 c). a) U 5 c) b) U 1 U 2, U 3 U 4 U 5 u we () = 0 u we () = f() Rys. 4. Praca oscyloskopu przy samobieżnej (auomaycznej) podsawie czasu: a) u we () = 0, b) u we = f(), c) oscylogramy Opisany rodzaj pracy oscyloskopu sosuje się do wsępnego usalenia paramerów oscylogramu (jasność, osrość, usawienie osi czasu), jes konieczny przy pomiarach napięć sałych. Może być również sosowany przy badaniu sygnałów okresowych o małej przerywisości np. napięć sinusoidalnych, fali prosokąnej id. 2 Praca wyzwalana oscyloskopu: Przy braku napięcia badanego u Y = 0, generaor podsawy czasu znajduje się w sanie oczekiwania, nie generuje napięcia. Ekran jes ciemny. Jeżeli u Y 0, o część sygnału podawana na układ wyzwalania powoduje wygenerowanie impulsów wyzwalających generaor podsawy czasu. Rys. 5 a) i b) przedsawia wykresy czasowe w wybranych punkach układu i oscylogramy badanego napięcia przy włączonej i wyłączonej linii opóźniającej. Praca wyzwalana oscyloskopu umożliwia ławiejsze orzymywanie nieruchomego (sabilnego) oscylogramu. Sosowana jes przy obserwacji sygnałów powarzalnych (okresowych lub nieokresowych) oraz sygnałów jednokronych. Ad. b) Rozciąg zewnęrzny jes najczęściej rozciągiem nieliniowym. Z rozciągów nieliniowych sosuje się: 1 rozciąg sinusoidalny: pomiary częsoliwości; 2 rozciąg kołowy: pomiary częsoliwości i czasu; 3 rozciąg spiralny: pomiary czasu.
4 a) U 1 U 2 b) Oscylogramy U 3 U 4 U 5 Bez linii opóźniającej Rys. 5. Praca oscyloskopu przy wyzwalanej (normalnej) podsawie czasu a) i oscylogramy badanego sygnału b) Z włączoną linią opóźniającą 4. Budowa i wymagania sawiane poszczególnym podzespołom oscyloskopu. 4.1. Lampa oscyloskopowa (elekronopromieniowa). Lampa elekronopromieniowa jes podsawowym podzespołem oscyloskopu analogowego. Na rys. 6 przedsawiono budowę dwuanodowej lampy oscyloskopowej. Ż Bańka szklana K CW A1 A2 Y X Elekrony emisji wórnej Plamka świelna Działo elekronowe Wąski srumień elekronów Sysem odchylania Warswa grafiowa Ekran pokryy luminoforem Rys. 6. Budowa lampy oscyloskopowej (elekronopromieniowej) Oznaczenia: - Ż żarzenie kaody. - K pośrednio żarzona punkowa kaoda, - CW cylinder Wehnela (siaka serująca), - A1, A2 anody, - Y, X płyki odchylania pionowego i poziomego. Działanie lampy oscyloskopowej: Wyemiowane z kaody elekrony są formowane i przyspieszane w układzie elekrod zwanym działem elekronowym. Między elekrodami powsają soczewki elekrosayczne. Poencjały elekrod są ak dobrane, aby srumień elekronów zosał skupiony na ekranie. Sysem odchylania (w oscyloskopach sosuje się głównie odchylanie elekrosayczne) seruje odchylaniem poziomym i pionowym srumienia elekronów. Po odpowiednim uformowaniu, przyspieszeniu i odchyleniu, wiązka elekronów uderza w ekran pokryy luminoforem. Energia elekronów zosaje
5 przeworzona na energię świelną, energię cieplna oraz na emisję wórną elekronów. Elekrony emisji wórnej są przechwyywane przez warswę grafiową. 4.2. Kanał odchylania pionowego (kanał Y). Zadaniem kanału Y jes wyserowanie płyek odchylania pionowego lampy oscyloskopowej napięciem badanym podanym na wejście Y oscyloskopu. Kanał Y składa się z układów wejściowych, wzmacniaczy i linii opóźniającej. a) Wzmacniacze Zadaniem wzmacniaczy jes zapewnienie maksymalnej czułości oscyloskopu przy odpowiedniej wysokości oscylogramu. Wymagania: SOMAX - odpowiednie wzmocnienie: K MAX = ; SU gdzie: K MAX maksymalne wzmocnienie kanału Y, S O MAX maksymalna czułość oscyloskopu, S U czułość sayczna lampy oscyloskopowej, - sałość wzmocnienia w czasie, - odpowiednie pasmo przenoszenia (nie większe niż pasmo przenoszenia lampy oscyloskopowej), - jak najmniejsze zniekszałcenia nieliniowe (w zakresie ampliud mieszczących się w polu pomiarowym ekranu). Wzmacniacze oru Y dzielone są na wzmacniacze wsępne i końcowe. Zadania wzmacniacza wsępnego: - zapewnienie odpowiedniego wzmocnienia przy założonej charakerysyce częsoliwościowej, - regulacja płynna wzmocnienia oraz korekcja wzmocnienia, - przeworzenie napięcia niesymerycznego na symeryczne i związana z ym korekcja sałoprądowa, Zadaniem wzmacniacza końcowego jes dopasowanie oru Y do sysemu odchylania pionowego lampy oscyloskopowej (płyek Y). b) Układy wejściowe Zadania: - Zapewnienie odpowiedniego sprzężenia: sałoprądowego lub zmiennoprądowego. Jes o realizowane przez szeregowe włączenie lub zwarcie kondensaora sprzęgającego C s ( rys. 2. 11.a). - Odpowiednia impedancja wejściowa (parz paramery użykowe oscyloskopu). - Możliwość regulacji współczynnika odchylania D Y. - Zabezpieczenie wzmacniaczy przed przeserowaniem. W ym celu sosuje się dzielniki napięcia skompensowane częsoliwościowo. Układ musi zapewniać szerokie pasmo przenoszenia i dużą sabilność współczynnika podziału K DN. c) Linia opóźniająca Zadaniem linii opóźniającej jes pokrycie czasu opóźnienia saru podsawy czasu oraz opóźnienie sygnału impulsowego w celu obserwacji przedniego zbocza. 4.3. Kanał odchylania poziomego (kanał X, kanał rozciągu lub kanał podsawy czasu). Zadaniem kanału X jes wyserowanie płyek odchylania poziomego lampy oscyloskopowej napięciem odchylającym srumień elekronów w kierunku poziomym. Kanał odchylania poziomego składa się z generaora podsawy czasu, układu synchronizacji i wyzwalania, wzmacniacza końcowego X oraz układów wejściowych rozciągu zewnęrznego i synchronizacji zewnęrznej. a) Generaor podsawy czasu Generaor podsawy czasu jes wewnęrznym źródłem napięcia wpros proporcjonalnego do czasu u X () = a. Napięciem najlepiej spełniającym en warunek jes napięcie piłokszałne zwane napięciem linearnym lub liniowym. Kszał i podsawowe paramery napięcia liniowego (napięcia podsawy czasu) przedsawiono na rys. 7. Podsawowe paramery napięcia podsawy czasu: - R - czas roboczy podsawy czasu, - pow. czas powrou ( pow. << R ), - m - czas marwy (czas podrzymania) czas porzebny na zakończenie sanów nieusalonych w generaorze, - T p. czasu - okres napięcia podsawy czasu, - U m - ampliuda napięcia podsawy czasu, - g α - charakeryzuje prędkość narasania napięcia podsawy czasu i wyraża się w [cm / s]. Prakycznym paramerem charakeryzującym prędkość podsawy czasu jes współczynnik czasu: D = 1/g α [s/cm].
6 u p.cz. U m u R p.cz. () = a α Czas roboczy R T p.cz. = R + pow. + m pow. m Czas marwy Czas powrou Rys. 7. Paramery napięcia podsawy czasu Budowa generaorów podsawy czasu Generaory napięć linearnych są generaorami relaksacyjnymi. Działają na zasadzie ładowania i rozładowania kondensaora. Linearyzację napięcia (części roboczej) wykonuje się sosując inegraor Millera lub układ boosrap. Na rys.8 podano uproszczony schema funkcjonalny generaora podsawy czasu. Wyzwalanie i synchronizacja Muliwibraor mono- lub assabilny Inegraor WY Rys. 8. Przykład budowy generaora podsawy czasu W zależności od rodzaju pracy generaora, muliwibraor pracuje jako asabilny (praca auomayczna), lub monosabilny (praca wyzwalana generaora podsawy czasu). b) Układy synchronizacji i wyzwalania Zadaniem układów synchronizacji i wyzwalania jes orzymanie sabilnego (nieruchomego) oscylogramu. Aby móc obserwować oscylogram na ekranie lampy oscyloskopowej o, ze względu na króki czas poświay luminoforu, musi on być rysowany wielokronie (kilkanaście razy na sekundę). Warunkiem nieruchomego (sabilnego) oscylogramu jes o, aby każdy cykl rysowania zaczynał się i kończył w ym samym miejscu na ekranie. W każdym cyklu podsawy czasu rysowana jes figura zamknięa i każdy nasępny cykl powarza ę figurę. Warunek powyższy można zapisać: T p. czasu = n, TY gdzie: n = 1, 2, 3... liczba nauralna Jes o warunek sabilnego oscylogramu lub warunek synchronizacji generaora podsawy czasu. Sposoby wyzwalania i synchronizacji (rys. 9). Układ wyzwalania i synchronizacji, w skład kórego wchodzi impulsaor, umożliwia płynną regulację poziomu wyzwalania oraz wybór zbocza wyzwalającego (narasającego lub opadającego).
7 u Regulowany poziom wyzwalania u wyzw. Wyzwalanie zboczem narasającym Wyzwalanie zboczem opadającym Rys. 9. Sposoby wyzwalania i synchronizacji c) Wzmacniacz końcowy X Zadania: - dopasowanie napięcia generaora podsawy czasu lub napięcia rozciągu zewnęrznego do sysemu odchylania poziomego lampy oscyloskopowej (płyek X), - przeworzenie napięcia niesymerycznego na symeryczne, - umożliwienie przesuwu oscylogramu w kierunku X oraz płynnej regulacji wzmocnienia (czasami), - ekspansjia rozciągu (regulacja D poprzez zmianę wzmocnienia). Wymagania: - odpowiednie pasmo przenoszenia zależne od współczynnika czasu, - jak najmniejsze zniekszałcenia nieliniowe, - sałość wzmocnienia. d) Układy wejściowe kanału X i synchronizacji zewnęrznej Zadaniem ych układów jes zapewnienie odpowiedniej impedancji wejściowej w celu nieobciążania zewnęrznych źródeł. 4.4. Kalibraory napięcia i czasu (pomiary paramerów napięciowych i czasowych) Kalibraory napięcia i czasu są o źródła wzorcowych sygnałów elekrycznych służące do wzorcowania oscylogramu w odpowiadających mu jednoskach napięcia i czasu. Pomiary paramerów napięciowych i czasowych obserwowanych sygnałów (rys. 10) A U[V] = A[cm] D Y [V/cm], [s] = B[cm] D [s/cm] B Rys. 10. Pomiar napięcia i czasu a) Pomiary napięcia: U[V] = A[cm] D Y [V/cm], Analiza dokładności pomiaru napięcia: U ( δ δ ) δ = ± + ΔA δ A = - względny błąd pomiaru wysokości oscylogramu; A A D Y
8 δ D Y - względny błąd określenia współczynnika odchylania. Błąd en zależy od sałości modułu ransmiancji oru Y oscyloskopu. Duże wzmocnienie wzmacniaczy Y powoduje, że D Y jes niesabilne w czasie. Wobec ego kanał Y oscyloskopu należy skalować przed każdą serią pomiarów. Przykład kalibraora napięcia oscyloskopu i sposób kalibracji przedsawiono na rys. 11. a) Kalibraor napięcia WY U pp b) U pp n U n[ cm] = D kalibraora Y V cm [ V ] pp Kalibraory napięcia w oscyloskopie, oprócz powyższego zadania, wykorzysywane są do sprawdzania (kompensacji) sond pomiarowych. b) Pomiary czasu: Pomiary paramerów czasowych obserwowanych sygnałów przeprowadza się w podobny sposób jak pomiary paramerów napięciowych (rys. 2.19). Jes o zw. meoda kalibrowanej podsawy czasu. [s] = B[cm] D [s/cm], Analiza dokładności pomiaru czasu: ( δ δ ) δ = ± + ΔB δ B = - względny błąd pomiaru szerokości oscylogramu, B δ - względny błąd określenia współczynnika czasu. D Rys. 11. Kalibraor napięcia w oscyloskopie: a) symbol, b) kalibracja napięcia Błąd en zależy od dokładności wyskalowania regulaora D. Współczesne oscyloskopy nie są wyposażane w wewnęrzne kalibraory czasu, ponieważ generaory podsawy czasu charakeryzują się dużą sabilnością napięcia i małym błędem nieliniowości: (δ sz < 1%). Oscyloskopy elekroniczne umożliwiają pomiary paramerów napięciowych i czasowych również innymi meodami np. meodą porównawczą i kompensacyjną. Nowoczesne oscyloskopy analogowe umożliwiają pomiary za pomocą kursorów (ak jak oscyloskopy cyfrowe). 5) Kanał Z Kanał Z lub kanał modulacji jasności pozwala na serowanie jasnością plamki świelnej. Powoduje o rozjaśnienie lub wygaszenie odpowiednich części oscylogramu. Kanał Z zbudowany jes z układów wejściowych, wzmacniacza i inwerera. B D
9 5. Oscyloskop dwukanałowy z przełącznikiem elekronicznym Do obserwacji kilku przebiegów jednoczesnych służą oscyloskopy wielokanałowe. Najczęściej budowane są oscyloskopy dwukanałowe z przełącznikiem elekronicznym rys. 12. Sposoby pracy oscyloskopu: a) jednokanałowa z włączonym kanałem A lub B, b) różnicowa lub sumacyjna (A ± B), c) dwukanałowa (A i B). Y1 Kanał Y1 u 1 1 PE u Y Y2 Kanał Y2 u 2 2 Serowanie przełącznikiem elekronicznym LO P2 u PE CHOP Y2 Y1 P1 ALT Generaor podsawy czasu u p.czasu Rys. 12. Uproszczony schema blokowy oscyloskopu przełącznikiem elekronicznym dwukanałowego z Przy pracy dwukanałowej rozróżnia się dwa rodzaje pracy oscyloskopu, zależnie od sposobu serowania przełącznika elekronicznego. 1 Praca przemienna (ALT alernaing) Przełącznik elekroniczny serowany jes z generaora podsawy czasu: P w pozycji ALT (rys. 2.24). Napięcie serujące pracą przełącznika elekronicznego u PE ma dwa razy mniejszą częsoliwość niż napięcie generaora podsawy czasu. W każdym cyklu podsawy czasu rysowany jes ylko jeden przebieg. Po przejściu wielu cykli podsawy czasu na ekranie widoczne są oscylogramy obydwu badanych przebiegów u 1 i u 2. Napięcia u 1 lub u 2, pojawiają się na ekranie z częsoliwością f p. czasu /2. Przy obserwacji sygnałów m.cz. wysępuje migoanie oscylogramu. Z ego względu en rodzaj pracy sosowany jes przy obserwacji sygnałów o większych częsoliwościach. 2 Praca siekana, przerywana lub kluczowana (CHOP chopped) Przełącznik elekroniczny serowany jes z generaora serującego o częsoliwości sałej, niezależnej od częsoliwości generaora podsawy czasu: P w pozycji CHOP. Sosowane są częsoliwości przełączania od 10 khz do 2 MHz. Jeżeli T p. czasu >> T PE o w jednym cyklu podsawy czasu rysowane są fragmeny obydwu przebiegów u 1 i u 2. Ze względu na asynchroniczną pracę generaora serującego przełącznikiem elekronicznym i generaora podsawy czasu, w każdym nasępnym cyklu podsawy czasu będą rysowane inne fragmeny badanych przebiegów. Po przejściu wielu cykli na ekranie widoczny jes ciągły oscylogram badanych napięć. Przy obserwacji sygnałów w.cz. ( T PE T p. czasu ) isnieje niebezpieczeńswo zsynchronizowania się generaorów podsawy czasu i generaora serującego przełącznikiem elekronicznym. Może o spowodować częściową lub całkowią uraę informacji o badanym przebiegu. Z ego względu en rodzaj pracy sosowany jes do badania sygnałów m.cz. Innym zasosowaniem pracy siekanej jes foografowanie dwóch jednoczesnych sygnałów impulsowych. Musi być przy ym spełniony warunek i >> T PE. Jeżeli en warunek nie jes spełniony o do foografowania dwóch jednoczesnych sygnałów impulsowych należy wykorzysać oscyloskop dwukanałowy z lampą dwusrumieniową.
10 UWAGA: w czasie powrou podsawy czasu ( powr ), sygnały u Y1 i u Y2 są podawane na płyki Y lampy oscyloskopowej, lecz są niewidoczne na ekranie z powodu wygaszania powrou plamki. Isonym zagadnieniem jes zapewnienie sabilności oscylogramu. Z rys. 2.23 widać, że generaor podsawy czasu może być wyzwalany (synchronizowany) sygnałem wewnęrznym orzymanym z wejścia Y1 lub Y2. Wyznaczenie warunku sabilnego oscylogramu: T p. czasu 1 = n1 ; T Y1 T p. czasu T 2 = n2 T T Y 2 Y1 Y 2 n = n 2 1 warunek en oznacza, że sygnały u 1 i u 2 muszą być zsynchronizowane. UWAGA: Warunki 1 i 2 muszą być spełnione jednocześnie. Niekóre oscyloskopy mają możliwość wyzwalania podsawy czasu sygnałami Y1 i Y2 (sygnał wyzwalający pobierany jes za przełącznikiem elekronicznym). Ten sposób pracy oscyloskopu może być sosowany ylko przy pracy przemiennej (ALT). 6. Dodakowe wyposażenie oscyloskopów Najważniejszym dodakowym wyposażeniem oscyloskopów są sondy pomiarowe (rys.23). Elemeny e służą do połączenia wejścia oscyloskopu z wyjściem źródła badanego sygnału w sposób jak najmniej wpływający na obserwowaną wielkość. Doprowadzenie sygnału badanego do oscyloskopu za pomocą kabla koncenrycznego (rys.24) powoduje wzros pojemności wejściowej oscyloskopu i zmniejszenie warości rezysancji wejściowej (maleje impedancja wejściowa). W efekcie zmienia się charakerysyka częsoliwościowa oscyloskopu (pasmo przenoszenia maleje). Sygnały o złożonym widmie częsoliwościowym są zniekszałcane. Źródła sygnałów o dużej impedancji wewnęrznej są nadmiernie obciążane. W celu uniknięcia powyższych, niepożądanych zjawisk, do połączenia wejścia oscyloskopu z wyjściem źródła sygnału badanego sosuje się różne rodzaje sond. Wymagania sawiane sondom pomiarowym: duża rezysancja wejściowa, mała pojemność wejściowa, szerokie pasmo przenoszenia, dopasowanie do wejścia oscyloskopu. Klasyfikacja sond pomiarowych sosowanych w oscyloskopach: a) sondy napięciowe: sondy bierne i sondy czynne, b) sondy prądowe: sondy bierne (są o sondy zmiennoprądowe) i sondy czynne (sałoprądowe i zmiennoprądowe), c) inne rodzaje sond np. deekcyjne, dwukanałowe id. Końcówka sondy Głowica sondy Kabel koncenryczny C we R we C k Kabel kocenryczny R k Oscyloskop C osc R osc Masa Złącze (np. BNC ) do połączenia sondy zwejściem oscyloskopu C we = C k + C osc R we = R k R osc Rys.13. Przykład sondy pomiarowej do oscyloskopu Rys. 14. Podłączenie kabla do oscyloskopu
2.2. PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE: 1 Oscyloskop elekroniczny: określenie oscyloskopu, podsawowe paramery użykowe, klasyfikacja. 2 Oscyloskop analogowy: budowa (schema blokowy), działanie, zadania poszczególnych podzespołów. 3 Lampa oscyloskopowa: (CRT): budowa, działanie, sposób zasilania elekrod, podsawowe paramery. 4 Generaor podsawy czasu: zadania, budowa, paramery. 5 Synchronizacja i wyzwalanie generaora podsawy czasu. 6 Kalibraory napięcia i czasu: zasosowanie, sposoby pomiaru napięcia i czasu oscyloskopem analogowym. 7 Sondy pomiarowe oscyloskopów elekronicznych. 11 2.3. LITERATURA DODATKOWA: 1) A.Chwaleba, M.Poniński, A.Siedlecki, Merologia elekryczna, Wyd. 5, 6, 7, 8, 9 WNT, 1996r, 1998r, 2000r, 2003r, 2007r. 2) J. Dusza, G. Gora, A. Leśniewski, Podsawy miernicwa, Ofic. Wyd. Poliechniki Warszawskiej, 1998 r.; 3) A. Jellonek, Z. Karkowski, Miernicwo radioechniczne", WNT, 1972 r.; 4) G. J. Mirski, "Miernicwo elekroniczne", WkiŁ, 1973 r.; 5) B. M. Oliver, J. M. Cage, "Pomiary i przyrządy elekroniczne", WKiŁ, 1978 r.; 6) J. Parchański, Miernicwo elekryczne i elekroniczne, WSiP 1991 r.; 7) J. Rydzewski, Pomiary oscyloskopowe, WNT, 1994 r.; 8) M. Sabrowski, "Miernicwo elekryczne: cyfrowa echnika pomiarowa", Ofic. Wyd.Poliechniki Warszawskiej,1994 r.
12 Przyrządy pomiarowe sosowane w ćwiczeniu. 1. Oscyloskop analogowy yp EAS - 200S Widok płyy czołowej przyrządu i podsawowe elemeny regulacyjne 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 1 Ekran 8 Zasilanie 2 Blok kanału Y 1 (przy pracy X-Y kanał Y) 9 Regulacja jasności i osrości 3 Wejście Y 1 10 Przełącznik rodzaju 4 Blok kanału Y 2 (przy pracy X-Y kanał X) pracy 11 Źródła wyzwalania 5 Wejście Y 2 12 Rodzaj wyzwalania 6 Wejście wyzwalania zewnęrznego 13 Blok kanału wyzwalania 7 Kalibraor napięcia 14 Blok kanału podsawy czasu Podsawowe paramery merologiczne Ekran CRT ( 8 10 ) działek Kanał odchylania pionowego Y Liczba kanałów 2 Współczynnik odchylania D Y 1 mv/dz 5 V/dz Dokładność ± 3 % Pasmo przenoszenia ( 3 db ) 0 20 MHz Czas narasania 17,5 ns Impedancja wejściowa 1 MΩ 32 pf Rodzaje sprzężenia oru Y AC, DC, masa Kanał podsawy czasu Współczynnik czasu 0,2 μs/dz 0,5 s/dz Dokładność ± 3 % Kanał wyzwalania Źródło wyzwalania wewnęrzne:y 1, Y 2, Y 1 i Y 2, zewnęrzne, sieć Rodzaje wyzwalania auomayczne, normalne, TV Zbocze wyzwalające narasające, opadające Kanał modulacji jasności Z Kalibraor napięcia: napięcie prosokąne, dodanie U p-p 1V ± 3% f 1 khz ± 20 %
13 2. Częsościomierz cyfrowy yp PFL 23 Widok płyy czołowej przyrządu i podsawowe elemeny regulacyjne 6 7 1 2 3 4 5 1 Regulacja czasu odczyu 5 Wejście 2 Przycisk zerowanie 6 Zasilanie 3 Klawisze wyboru czasu owarcia bramki 7 Wskaźnik cyfrowy 4 Tłumik wejściowy 4. Generaor impulsów prosokąnych yp PGP 6 Widok płyy czołowej przyrządu i podsawowe elemeny regulacyjne 7 8 9 1 2 3 4 5 6 1 Skokowa i płynna regulacja okresu 2 Wyjście impulsów odniesienia 3 Skokowa i płynna regulacja czasu opóźnienia impulsów wyjściowych względem impulsów odniesienia 4 Praca z impulsami pojedynczymi lub podwójnymi 5 Skokowa i płynna regulacja ampliudy impulsów (dodanich) 6 Wyjście impulsów dodanich 7 Zasilanie 8 Skokowa i płynna regulacja czasu rwania impulsów 9 Wybór rodzaju pracy
6. Generaor funkcji yp KZ 1404A Widok płyy czołowej przyrządu i podsawowe elemeny regulacyjne 14 6 7 8 1 2 3 4 5 1 Zasilanie 5 Płynna regulacja napięcia wyjściowego 2 Wejścia modulacji zewnęrznej: AM i FM 6 Płynna regulacja częsoliwości 3 Regulacja współczynnika wypełnienia 7 Przełącznik zakresów częsoliwości 4 Wyjście 8 Przełącznik wybory kszału napięcia wyjściowego 7. Generaor funkcji yp G 432 Widok płyy czołowej przyrządu i podsawowe elemeny regulacyjne 5 6 7 8 1 2 3 4 1 Zasilanie 5 Przełącznik zakresów częsoliwości 2 Wyjścia dodakowe 6 Płynna regulacja częsoliwości 3 Wyjście podsawowe 7 Przełącznik wybory kszału napięcia wyjściowego 4 Płynna regulacja napięcia wyjściowego 8 Tłumik wyjściowy