Upload
danijel-tabak
View
201
Download
11
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Laboratorijske vježbe
Citation preview
1
Osciloskop
Ak. god. 2009/2010
Osciloskop 2
Na kraju sata student treba biti u stanju:
Nabrojati osnovne dijelove osciloskopaObjasniti i opisati principe rada pojedinih dijelova osciloskopaObjasniti kompenzaciju mjerne sondeIzračunati vrijeme porasta signala
Osciloskop 3
OsciloskopOmogućuje:
2-D prikaz trenutnih vrijednosti promjenjivih električnih veličina u ovisnosti o vremenuMjerenje U, I, P, F, itd.
Analogni i digitalni2-D: mjereni signal i pilasti naponSlika se generira pomoću snopa elektronaOsnovni dijelovi:
Katodna cijev (dual beam, dual trace)Sustav za vertikalni otklonSustav za horizontalni otklonIzvor napajanja
Osciloskop 4
Osciloskop – blok–shema
Osciloskop 5
Katodna cijev
Vakumirani stakleni balonElektrode:
KatodaUpravljačka elektroda (Wehneltov cilindar)Anode:
Za predubrzavanjeZa ubrzavanjeZa fokusiranje
Osciloskop 6
Faktor otklonaHorizontalna brzina:Vertikalna brzina
Vertikalan otklon:
Otklonska osjetljivost (mm/V):
Faktor otklona: 1/SOvisi o omjeru l/d
dU
qEqFd
UE y
yyy
y ⋅=⋅== ;z
yyy
yy v
ldm
Uqtav
mF
a ⋅⋅
⋅=⋅== ;
mUqv a
z⋅⋅
=2
a
y
z
ydU
LlUvv
LtgLD2
... ==⋅=⋅= α
ay dULl
UDS
2==
Osciloskop 7
Primjer
Priključenjem pravokutnog izmjeničnog napona na ulaz pojačala za vertikalni otklon osciloskopa, uz isključenu vremensku bazu, dobiven je pravac duljine 9 cm. Prethodno smo ustanovili da priključak točno poznatog istosmjernog napona od 2 V daje vertikalni pomak zrake od 12 mm. Kolika je efektivna vrijednost mjerenog napona?
Osciloskop 8
Svjetlina mrlje i zaslon
Svjetlina mrlje i S suprotni zahtjevi na UaAnoda za naknadno ubrzavanje
Zaslon, osnovno svojstvo materijala:Persistencija – vrijeme potrebno da se svjetlina mrlje smanji na 10%; 1 % ili 0,1 % (P31)
Fluorescencije – isijavanje svjetlosti pri udaru elektronaFosforescencija – isijavanje svjetlosti nakon udara elektrona
Učinkovitosti 10 % (opasnost pregrijavanje)Oznake na zaslonu
Osciloskop 9
Osciloskop – blok–shema
Osciloskop 10
Sustav za vertikalni otklon -djelilo
AC-GND-DC preklopkaDjelilo:
frekvencijski neovisno
Od mV do V, u koracima 1-2-5Mogućnost neprekinutog ugađanja (nekalibrirano)
221121 CRCRRR =⇒=ττ
Osciloskop 11
Sonda
Nesimetrični ulaz (jedan kraj uzemljen)Suosni kabel + BNC konektorPasivne i aktivne (FET) sonde, strujne s.Mogućnost smanjenja napona –dodavanjem predotpora Rs
x1; x10; x100Kompenzacija mjerne sonde pomoću trimer kondenzatora Cs i pomoćnog pravokutnog napona
( )koossso CCRCRRR +⋅=⇒=ττ
Osciloskop 12
Primjer
Na osciloskop, ulaznog otpora 1 MΩ i njemu paralelnog kapaciteta 20 pF, priključuje se sonda 10:1. Koliki mora biti kapacitet sonde da bi ona bila frekvencijski kompenzirana ako je kapacitet koaksijalnog kabela sonde 75 pF?
Osciloskop 13
PretpojačaloZa postizanje odgovarajućeg otklona i svjetline mrljePojačanje od 1000-5000Frekvencijski opseg: DC – fguzrokuje
Izobličenje signalakonačno vrijeme porasta signala, za pojačalo prvog reda:
35,0=⋅ gRP fτ 22RPRSRO τττ +=
Osciloskop 14
Primjer
Osciloskopom koji ima gornju graničnu frekvenciju 25 MHz, izmjerili smo vrijeme porasta nekog signala tro= 64 ns. Koliko je stvarno vrijeme porasta tog signala?Sinusni napon frekvencije 20 MHz dovodi se iz naponskog izvora na ulaz osciloskopa granične frekvencije fg = 20 MHz. Kolika je efektivna vrijednost napona ako je ukupna visina slike na zaslonu, pri isključenoj vremenskoj bazi i pri faktoru otklona 0,5 V/cm, 6 cm?
Osciloskop 15
Pojačalo i linija za kašnjenje
Pojačalo:Simetričan izlazNapaja kapacitivno opterećenje
Linija za kašnjenje:Omogućuje prikaz prvog dijela signalaLjestvičasti niz LC kombinacije (v=sqrt(LC))Suosni kabel (distribuirani LC)
Osciloskop 16
Elektronička preklopkaOmogućuje prikaz dva signalaDva načina rada
Sinkrono (ALT – alternatemode)
Problemi s malim frekvencijama
Asinkrono (CHOP –chopped mode)
Problemi s velikim frekvencijama
Osciloskop 17
Osciloskop – blok–shema
Osciloskop 18
Sustav za horizontalni otklon –okidni sklop
Omogućuje SINKRONIZACIJU promatranog signala i pilastog naponaUpravlja stvaranjem pilastog naponaPoticanje mjerenim signalom, signalom dovedenim izvana ili naponom mrežeMogućnost podešenja nagiba i razine okidanja (level/slope)
Osciloskop 19
Sustav za horizontalni otklon –generator pilastog napona
Osnovna karakteristika: linearan porast nabijanje kondenzatora stalnom strujomVrijeme porasta (rise time), pada (fall time i zadržavanja (hold off)Vrijeme porasta od 10-8 s do 1 s (1-2-5 omjeri)Horizontalno pojačalo:
Uži frekvencijski pojas od vertikalnog p.Omogućuje rastezanje signala 10x
Osciloskop 20
Primjer
Na zastoru katodne cijevi osciloskopa dobivene su preko čitave širine (10 cm) 4 periode sinusoide. Kolika je frekvencija promatrane pojave ako je preklopkavremenske baze u položaju 0,2ms/cm?
Osciloskop 21
Prednja ploča osciloskopa
Osciloskop 22
Digitalni osciloskopi
Podjela:DSO: digital storage oscilloscope
Uzorkovanje u stvarnom vremenuUzorkovanje u ekvivalentnom vremenu
DPO: digital phosphor oscilloscopeSO: sampling oscilloscope
Osciloskop 23
DSO – blok shema
UzorkovanjeVertikalno razlučivanje: 8 bitaBrzina uzorkovanja: 20 MS/s do 5 GS/s
MemorijaMemorija za prihvat podataka, za prikaz podatakaCirkularno polje, podaci se zapisuju u memoriju dok se ne zadovolje okidni uvjeti
Osciloskop 24
DSO – horizontalni sustav i rekonstrukcija signala
Horizontalni sustavBrzina “otklona” ovisi o trajanju vremenske baze (s/DIV) Promjena s/DIV mijenja fS
zaslon: 512 S, 50 S/DIV 10,24 DIV
Rekonstrukcija signalaNyquist: fS > 2·fmax
Osciloskop: za rekonstrukciju signala fS mora biti veća Ovisi o rekonstrukcijskom filtru
Bez rekonstr.: dot modeLinearna, sinusna (sinx/x)
Osciloskop 25
DSO – načini uzorkovanja
Real timePodaci se uzimaju onim redoslijedom kojim se i pojavljuju na zaslonu
PeriodičkoPodaci se uzimaju tijekom više uzastopnih periodaSlučajno – precizno mjerenje razlike između tekućeg uzorka i okidnetočkeSlijedno – na svaku slijedeću pilu dodaje se precizno Δt
Osciloskop 26
DSO – načini prikaza
Refresh modeRoll mode: kao registracijski instrument, podaci se odmah kopiraju u memoriju za prikazEnvelope mode (Peak detect):
Radi s fsmax
Pohranjuje min i max vrijednostIzbjegavanje aliasinga
Average modeSingle shotPokaznici: CRT, LCD, magnetski otklonusrednjavanje
Osciloskop 27
DPO i SODPO
Paralelni ustroj obrade podataka3-D prikaz: amplituda, vrijeme i razdioba amplituda u vremenu
SOPrvo uzorkovanje pa onda pojačavanjeUzorkovanje u ekvivalentnom vremenuOgraničeno dinamičko područje
Osciloskop 28
Pitanja za provjeru
Čemu služi osciloskop?Koji su osnovni dijelovi analognog osciloskopa?Kojoj se elektrodi mijenja potencijal pri ugađanju svjetline mrlje na zaslonu?Kojoj se elektrodi mijenja potencijal pri ugađanju oštrine?Čemu služi elektroda za naknadno ubrzavanje?Kako se na zaslonu katodne cijevi s jednim otklonskim sustavom mogu promatrati istodobno dva signala?Čemu služi okidni sklop?Što se postiže linijom za kašnjenje?Koji tipovi digitalnih osciloskopa postoje?
Osciloskop 29
Literatura
D. Vujević, B. Ferković: Osnove elektrotehničkih mjerenja II. dio, poglavlje 8.3, Školska knjiga Zagreb, 1996.D. Ilić, I. Kunšt: Mjerenja u elektrotehnici, Prilog predavanjima, Zagreb 2003.