Visoka tehni ka škola strukovnih studija, Niš · Visoka tehnička škola strukovnih studija, Niš Merenja u elektronici Mr. Zoran Veličković Oktobar, 2009. Studijski program:

Visoka tehniVisoka tehniččka ka šškola kola strukovnih studija, Nistrukovnih studija, Nišš

Merenja u elektroniciMerenja u elektronici

Mr. Zoran VeliMr. Zoran VeliččkovikoviććOktobar, 2009.Oktobar, 2009.

Studijski program:Studijski program: Komunikacione tehnologijeKomunikacione tehnologije


(10)(10)

OSCILOSKOPIOSCILOSKOPI

Decembar, 2009Decembar, 2009

OSCILOSKOP (1)OSCILOSKOP (1)

U istoriji električnih i elektronskih mernih instrumenata nijedna pojava nekog instrumenta nijenije

imala veći odjek

nego što je to bio slučaj sa osciloskopom.

Razvoj osciloskopa počeo je još

1879. godine kada je William CrookesWilliam Crookes

demonstrirao mogućnost skretanja skretanja

katodnih zrakakatodnih zraka

u vakuumskoj cevi pomoću magneta.

Godine 1897, Karl Ferdinand BraunKarl Ferdinand Braun

je konstruisao prvu preteču osciloskopa, koji je svoj današnji oblik dobio tek 1936. godine.

Osciloskop može svrstati u vrlo brze X - Y registratore tipa plotera, gde se na y-osi nalazi posmatrana veliposmatrana veliččinaina,

dok je na x-osi vremevreme

ili neka druga veličina.


Stoga je osciloskop sa katodnom cevi, pre svega, indikator

koji daje mogućnost prikazivanja vizuelne vizuelne

predstavepredstave

periodičnih, neperiodičnih i slučajnih talasnih oblika

električnih signala u grafigrafiččkom oblikukom obliku, najčesće

kao analitičkih funkcija koordinate vremenakoordinate vremena.

Osciloskop verovatno najuniverzalniji elektronski merni instrument, s obzirom da se sa njim mogu direktno meriti jednosmerni i naizmenijednosmerni i naizmeniččni naponni napon, perioda, perioda, frekvencija, fazna razlikafrekvencija, fazna razlika, i širok spektar karakteristika talasnog oblika signala, kao nelinearno izoblinelinearno izobliččenjeenje, amplitudna modulacijaamplitudna modulacija, vreme uspostavljanja, vreme vreme uspostavljanja, vreme opadanja, premaopadanja, premaššenje,enje,

itd., dok se na indirektan

način

može meriti jednosmerna i naizmenična strujastruja.


U konstruktivnom pogledu postoje četiri

osnovne vrste osciloskopa, i to:

Analogni osciloskopi,

Memorijski osciloskopi,

Osciloskopi sa uzorkovanjem (odbirni, sempling osciloskopi) i

Digitalni osciloskopi.

Broj električnih signala koji se mogu priključiti na osciloskop radi posmatranja ili merenja zavisi od broja zavisi od broja kanalakanala

koje on poseduje.

Osciloskopi imaju jedan

(jednokanalni) do najviše osam kanala, a najcešći su oni sa dva

kanala (dvokanalni

osciloskopi).


Osnovni delovi osciloskopa su:

katodna cev,

vertikalni pojačavač,

horizontalni pojačavač,

vremenska baza,

okidni sklop, i

izvor visokog i niskog napona.

Katodna cev (1)Katodna cev (1)

Katodna cev

je dvodimenzionalni indikatordvodimenzionalni indikator

kod kojeg se slika ostvaruje pretvaranjem kinetipretvaranjem kinetiččke energije ke energije elektronskog mlaza u svetlost u taelektronskog mlaza u svetlost u taččki u kojoj mlaz udara ki u kojoj mlaz udara u fosforu fosfor.

Katodna cev se sastoji od vakuumiziranogvakuumiziranog

staklenog balona unutar kojeg je pritisak manji od 10-4

Pa

.

Osnovne komponente katodne cevi su:

Elektronski top,

Otklonski sistem,

Deo za naknadno ubrzavanje, i

Ekran


Elektronski top

sadrži triodnitriodni

deo koji čine, katodakatoda

K, upravljaupravljaččka reka reššetkaetka

W, i prva anodaprva anoda

za formiranje

elektronskog mlazaelektronskog mlaza

A1, i sistem za fokusiranjefokusiranje

sastavljen od druge i tredruge i trećće anodee anode

A2

i A3.

Termojonska katoda

od nikla presvučena oksidima barijuma, stroncijuma i kalcijuma indirektno se zagrevaindirektno se zagreva

na oko 830°C čime se ostvaruje termojonska emisija elektrona.

Mlaz elektronaMlaz elektrona

se zatim formira prolaskom kroz prvu anodu A1 koja se nalazi na pozitivnom potencijalu od oko 300 V u odnosu na katodu.

Sistem za fokusiranjeSistem za fokusiranje

elektronskog topa i otklonski sistem mogu biti rešeni na dva načina, i to elektrostatičkim

i elektromagnetskim

putem.


Kod mernih osciloskopa se primenjuje katodna cev sa elektrostatielektrostatiččkimkim

rešenjem, što znači da se na elektronski

mlaz deluje elektrielektriččnim poljemnim poljem.

Ovo rešenje se karakteriše:

dobrom linearnošću,

veoma

malom potrošnjom,

širokim frekvencijskim opsegom

i

dimenziono malim ekranom.

Elektromagnetsko rešenje zasnovano na delovanju delovanju magnetskog polja na elektronski mmagnetskog polja na elektronski mllazaz, omogućava veći otklon

elektronskog mlaza, a time i prikazivanje talasnog

oblika signala na znatno veveććem ekranuem ekranu, kao i prikazivanje slike u bojislike u boji, ali uz vevećću potrou potroššnjunju

i sa primenom rastera.

Elektramagnetsko rešenje primenjuje se kod katodnih katodnih cevi za televizorecevi za televizore, alfanumeričke i grafičke displeje.

Izgled katodne ceviIzgled katodne cevi

Otklonski sistem (1)Otklonski sistem (1)

Otklonski sistem

se sastoji od dva para

otklonskih ploča za skretanje elektronskog mlazaskretanje elektronskog mlaza, obeleženih na slickama sa Y

i X, koje su međusobno upravno

postavljene.

Otklonske ploče jednog para mogu biti paralelneparalelne, postavljene pod nekim uglom, delom paralelne a delom postavljene pod uglom, pa čak i krive.

Jedan par

otklonskih ploča se koristi za skretanje elektronskog mlaza u vertikalnom pravcu

(Y), a

drugi u horizontalnom

(X).

Oba para otklonskih ploča su postavljena simetrisimetriččnono

u odnosu na osu cevi, a svaki par pojedinačno predstavlja pločasti kondenzator

kapacitivnosti reda 10pF.

Otklonski sistem (2)Otklonski sistem (2)

Ako na otklonske ploče nije priključen napon, elektronski mlaz udara u centar ekrana.

Ako se na jedan par otklonskih ploča međusobnog rastojanja d dovede napon U, dobiće se električno polje

intenziteta U/d koje je normalno na pravac normalno na pravac

kretanja elektronskog mlazakretanja elektronskog mlaza.

Ako su u pitanju vertikalne otklonske plovertikalne otklonske ploččee, lako se dobija da je skretanje elektronskog mlaza po visiniskretanje elektronskog mlaza po visini

Y.

l – dužina ploča, L-

rastojanje sred. ploča do ekrana

Ldl

UUY

321

UYS S: Statička osetljivost

mm/V

Sistem za fokusiranjeSistem za fokusiranje

Deo Deo za za naknadno ubrzavanjenaknadno ubrzavanje

se primenjuje u cilju povećanja osvetljenosti slike

kod katodnih cevi koje

prikazuju talasne oblike signala frekvencija većih od 10 MHz.

Ekran katodne cevi (1)Ekran katodne cevi (1)

Ekran katodne cevi

je prekriven fosforomfosforom

sa unutrašnje strane i na njemu se prikazuje talasni oblik signalaprikazuje talasni oblik signala

koji

posmatramo, a koji se naziva slika, zapis ili oscilogram.

Fosfor ima osobinu

fluorescencije, tj. kada na njegovu površinu padaju elektroni sa velikom kinetičkom energijom fosfor apsorbuje tu kinetičku energiju i emituje svetlost.

Različite vrste fosfora daju različite boje, od žuto-zelene, preko bele

i plave, do zelene

(fosfor P 31), različitu

efikasnost osvetljenosti, od 15 % do 100 % (P 31) i različitu perzistenciju, tj. vreme za koje osvetljenost vreme za koje osvetljenost pogodene tapogodene taččke na ekranu padne na nuluke na ekranu padne na nulu.

Ekran katodne cevi (2)Ekran katodne cevi (2)

Perzistencija

ili naknadno osvetljavanje je posledica druge osobine fosfora fosforescencije, tj. nastavka nastavka emitovanja svetlostiemitovanja svetlosti

za neki period i nakon prestanka

bombardovanja fosfora elektronima.

KratkoperzistentniKratkoperzistentni

fosfori (perzistencija traje nekoliko mikrosekundi) se koriste za prikazivanje brzopromenljivih brzopromenljivih periodiperiodiččnih i prelaznih pojavanih i prelaznih pojava, dok se dugoperzistentni fosfori (perzistencija traje nekoliko sekundi) primenjuju kod posmatranja signala niske frekvencijesignala niske frekvencije

kada se želi da

slika bude vidljiva i nakon nestanka pojavenestanka pojave.

VeliVeliččina dijagonaleina dijagonale

pravougaonog ekrana katodne cevi kod mernih osciloskopa se kreće najčešće od oko 12 cm do oko 16 cm.

Princip rada osciloskopa (1)Princip rada osciloskopa (1)

Električni signal

čiji se talasni oblik želi prikazati na ekranu osciloskopa dovodi se na vertikalne otklonske ploče (Y).

Ako se pri tome, na horizontalne otklonske ploče (X) ne bi dovodio pogodan oblik napona, na ekranu bi se pojavila samo vertikalna linija

dužine srazmerne srazmerne

trenutnoj amplitudi posmatranog signalatrenutnoj amplitudi posmatranog signala.

Da bi se ovakva slika "razvukla"

po širini ekrana, potrebno je

istovremeno

na horizontalne otklonske

ploče dovoditi napon testerastog oblika.

Ovaj napon linearno rastelinearno raste u toku određenog vremena do maksimalne vrednosti, a zatim

trenutno

pada na

početnu vrednost

jednaku nuli.

Princip rada osciloskopa (2)Princip rada osciloskopa (2)

BBez prikljuez priključčenjaenja

bilo kakvog napona na ulaz osciloskopa, na ekranu se dobija horizontalna linija

po celoj dužini

ekrana kao posledica kretanja elektronskog mlaza od levog ka desnom kraju ekrana

i vraćanja na početak.

Ovoje uobičajena slika

na ekranu osciloskopa po po njegovom njegovom ukuklljujuččenjuenju.

Pri istovremenom dovođenju posmatranog napona na posmatranog napona na vertikalne otklonske plovertikalne otklonske pločče i idealnog testerastog napona e i idealnog testerastog napona na horizontalne otklonske plona horizontalne otklonske ploččee

dobiće se verna slika na

ekranu.

Ako vremenski interval

u kojem testerasti napontesterasti napon

pada sa maksimalne vrednosti na nultu vrednost nije jednak nuli, može pojaviti manje ili vimanje ili višše izoblie izobliččena slikaena slika

posmatranog signala.

Testerasti naponTesterasti napon

Formiranje oscilogramaFormiranje oscilograma

Uslovi stabilne slike (1)Uslovi stabilne slike (1)

Da bi se dobila nepokretna slika

na ekranu osciloskopa potrebno je još

da perioda testerastog napona bude perioda testerastog napona bude

umnoumnožžak celog broja perioda posmatranog signalaak celog broja perioda posmatranog signala.

Ukoliko to nije zadovoljeno, slika se neprekidno kreće manjom ili većom brzinom sa jedne strane ekrana na

drugu i vizuelno posmatranje nije moguvizuelno posmatranje nije moguććee.

Ako je perioda testerastog napona T, i ako na ulaz osciloskopa dovodimo sinusoidni napon jednake periode

T, na ekranu će biti prikazana jedna perioda sinusoidnog signala.

Uslovi stabilne slike (2)Uslovi stabilne slike (2)

Ukoliko je frekvencija sinusoidnog napona dvostruko veća, tj. perioda iznosi T/2, na ekranu će se pojaviti dve sinusoide, i dalje, ako je frekvencija ulaznog sinusoidnog signala n puta veća

od frekvencije testerastog napona, na ekranu će se

pojaviti n sinusoida.

Takođe, ako je frekvencija sinusoidnog signala niža

od frekvencije testerastog napona, na ekranu će se prikazati samo odgovarajući deo jedne sinusoide.

Pored usaglašenosti perioda, potrebno je i da se fazni pomeraj između posmatranog signala i testerastog signala ne menja

za vreme posmatranja.

Potrebna usaglašenost perioda ostvaruje se sinhronizacijomsinhronizacijom, koja se najjednostavnije postiže tako što posmatrani signal automatski reguliše rad generatora testerastog signala.

Posmatranje prelaznih pojavaPosmatranje prelaznih pojava

Da bi se omogućilo prikazivanje kratkotrajnih prelaznih signala koji se ne ponavljaju, ili se neperiodično ponavljaju, potreban je okidni sklop koji startuje

(okida) jednu periodu testerastog napona čim se pojavi posmatrani signal.

Za svako novo startovanje potrebna je nova

pojava posmatranog signala.

U slučaju rada sa okidnim sklopom, slika elektronskog mlaza na ekranu je ugašena

sve dok se posmatrani

signal ne pojavi.

Uspostavljanje mlaza i njegovo skretanje počinje tek sa pojavom signala, tj. kada okidni sklop generiše kratkotrajni impuls potreban za startovanje generatora testerastog napona.

Okidni sklop i posm. signalaOkidni sklop i posm. signala

Kako je za ovaj proces potrebno određeno vreme, a da bi posmatrani signal i testerasti napon bili da bi posmatrani signal i testerasti napon bili sinhronizovanisinhronizovani, mora se predvideti odgovarajuće kašnjenje dovođenja posmatranog signala na na vertikalne otklonske plovertikalne otklonske ploččee.

Stoga, posmatrani signal deluje trenutno na okidni posmatrani signal deluje trenutno na okidni sklopsklop, a preko linije za kaa preko linije za kaššnjenje na vertikalne njenje na vertikalne otklonske plootklonske ploččee.

Analogni osciloskopiAnalogni osciloskopi

Analogni osciloskopi predstavljaju najjednostavnijinajjednostavniji tip osciloskopa i istovremeno najvinajvišše primenjivane primenjivan

tip

u praksi.

Koriste se za prikazivanje talasnih oblika signala frekvencija do

1 GHz.

Analogni osciloskop se sastoji od:

vertikalnog pojačavača,

okidnog sklopa,

vremenske baze,

horizontalnog pojatavača,

linije za kašnjenje i

katodne cevi.

Blok Blok ššema katodnog osciloskopaema katodnog osciloskopa

Vertikalni pojaVertikalni pojaččavaavačč

Okidni sklop (1)Okidni sklop (1)

Okidni sklopOkidni sklop

se sastoji od:

diferencijalnog pojačavača,

Šmitovog okidnog kola,

diferencijatora i

eliminatora pozitivnih ili negativnih impulsa.

Signal za sinhronizaciju

vremenske baze može doći u okidni sklop iz tri pravca što se bira okidnim preklopnikom.

Okidni sklop (2)Okidni sklop (2)

Ako je okidni preklopnik postavljen u položaj EXT, signali za sinhronizaciju dolaze iz nekog spol jnog izvora, u položaju LINE, ovi signali dolaze iz internog izvora naizmeničnog napona male amplitude i frekvencije mreže, tj. 50 Hz, dok u položaju INT

dolaze iz

vertikalnog pojačavača, ššto se u praksi najto se u praksi najččeeššćće koristie koristi.

U ovom poslednjem slučaju, Šmitovo okidno kolo daje pravougaoni impuls koji startuje

u svakom trenutku

kada napon koji dolazi iz vertikalnog pojačavača pređe vrednost podešenog okidnog

nivoa u

diferencijalnom pojačavaču.

Okidni sklopOkidni sklop

Vremenska bazaVremenska baza

Vremenska baza se sastoji od:

bistabilnog kola,

generatora testerastog napona i

kola za zadržavanje.

Generatori testerastog napona izvode se kao Milerov integrator

koji koristi negativnu povratnu spregu, ili kao

Bootstrap integrator koji koristi pozitivnu povratnu spregu.

Negativni impulsiNegativni impulsi

iz okidnog sklopa dolaze na bazu ulaznog tranzistora bistabilnog kola, koji zbog toga prestaje da provodi struju, a provođenje struje preuzima drugi tranzistor.


Usled toga, na izlazu bistabilnog kola se dobija negativan napon koji prouzrokuje da generator testerastog

napona počne da generiše linearno rastući napon.

Kada linearno rastući napon dostigne određenu vrednost, posredstvom kola za zadržavanje on deluje na ulaz bistabilnog kola i vraća ulazni tranzistor u provodno stanje, time bistabilno kolo prouzrokuje prestanak rada generatora testerastog napona

i pad njegovog

izlaznog napona na nulu.


Horizontalni pojaHorizontalni pojaččavaavačč

Horizontalni pojačavač

ima ulogu da pojapojačča izlazni a izlazni signal vremenske bazesignal vremenske baze, kada osciloskor radi u svom uobičajenom režimu rada y-t.

Tada

se prekidač

P1 postavlja u položaj INT, odnosno da pojača

spoljni ulazni signalspoljni ulazni signal

sa X

ulaza.

Kada osciloskop radi u x-y režimu rada, u kom slučaju se prekidač

P1 postavlja u položaj EXT.

U prvom slučaju, osciloskop se koristi za standardno prikazivanje

ili merenje električnog signala priključenog

na Y ulaz osciloskopa, dok se u drugom slučaju koristi za posebna merenja, na primer za prikazivanje Lisažuovih figura.

Horizontalni pojaHorizontalni pojaččavaavačč

Problemi u radu sa analog, osc.Problemi u radu sa analog, osc.

Neke električne pojave koje se javljaju samo jednom

ili se vrlo retko pojavljuju, mogu se na klasičnom analognom osciloskopu, zbog ograničene perzistencije fosfora na katodnoj cevi, posmatrati samo u vremenu njihovog trajanja.

Kako se to vreme kreće od nekoliko mikrosekundi do nekoliko sekundi očigledno je da posmatranje brzih brzih neperiodineperiodiččnih signala u realnom vremenu ne prunih signala u realnom vremenu ne pružža a mogumoguććnostinosti

za njihovo merenje ili ispitivanje.

Slično je i sa periodiperiodiččnim signalimanim signalima

veoma niskih frekvencija, u kom slučaju se na ekranu vidi samo svetla tačka

koja se kreće duž

ekrana, pomerajući se

vertikalno u zavisnosti od ulaznog signala, tako da se na ekranu ne formira

kompletna slika talasnog oblika.

Memorijski osciloskopi (1)Memorijski osciloskopi (1)

Ovaj nedostatak konvencionalnih osciloskopa nadoknađen je razvojem memorijskih osciloskopa, kod kojih je omogućeno zadržavanje slike na ekranu za duži vremenski period, što je pored posmatranja opisanih signala, otvorilo i mogucnost za poređenje

pojava koje

se ne dene deššavaju istovremenoavaju istovremeno.

Postoje dve osnovne vrste memorijskih osciloskopa i to su:

Osciloskopi sa memorijskim katodnim cevima i

Digitalni memorijski osciloskopi.


Osciloskopi sa memorijskim katodnim cevima koriste posebno konstruisane katodne cevi sa produženim

trajanjem slike.

Najviše se upotrebljava bistabilna memorijska katodna cev sa dva stabilna stanja fosfora:

svetlim svetlim

stanjemstanjem

pod dejstvom slike i tamnim stanjemtamnim stanjem

na mestima gde je fosfor ostao neispisan.

Ova cev poseduje dva elektronska topa, top za top za upisivanjeupisivanje

i top za obasjavanjetop za obasjavanje

koji uniformno

bombarduje celu površinu ekrana katodne cevi sa elektronima male energije.

Radi ravnomemog pokrivanja cele površine ekrana ugrađuju se dva

topa za

obasjavanje.


Digitalni memorijski osciloskopi (1)Digitalni memorijski osciloskopi (1)

Kod digitalnih

memorijskih

osciloskopa posmatrani signal se priključuje na ulaz Y, a zatim pojačava u pretpojačavaču koji je izmenjivog tipa (plug-in) radi prilagođenja osciloskopa različitim namenama.

Izlaz iz pretpojačavača priključen je na A/D konvertor, gde se analogni ulazni signal pretvara u digitalni oblikdigitalni oblik

i

zatim smesmeššta u poluprovodnita u poluprovodniččku memorijuku memoriju.

Binarni signal, jednom upisan u memoriju, može se pomoću vertikalnog i horizontalnog D/A konvertora

praktično neograničen broj puta ponovo pretvoriti u ponovo pretvoriti u analogni signalanalogni signal

i prikazati na ekranu katodne ceviprikazati na ekranu katodne cevi, nakon

odgovarajućeg pojačanja u vertikalnom i horizontalnom pojačavaču.

Digitalni memorijski osciloskopi (2)Digitalni memorijski osciloskopi (2)

Kontrolna jedinica

memorisane slike upravlja radom A/D konvertora, memorije i D/A konvertorima, i određuje brzinu izvođenjabrzinu izvođenja

pojedinih operacija.

U poređenju sa analognim memorijskim osciloskopima, katodna cev digitalnih memorijskih osciloskopa je znatno jednostavnija, tj. koristi se konvencionalna katodna cev.

Slika na ekranu digitalnog memorijskog osciloskopa je jasna i svetla, bez bledih ili bleštećih delova, mada se uočava njena digitalna struktura.

Blok Blok ššema dig. mem. osciloskopaema dig. mem. osciloskopa

Osciloskopi sa uzorkovanjem (1)Osciloskopi sa uzorkovanjem (1)

Odnos pojačanje-propusni

opseg vertikalnog pojačavača i smanjenje osvetljenosti

zapisa na ekranu

usled povećanja brzine ispisivanja, osnovni su razlozi koji ograniograniččavaju frekvencijski opseg konvencionalnog avaju frekvencijski opseg konvencionalnog analognog osciloskopaanalognog osciloskopa.

Ako su signali koje želimo posmatrati ponovljivi, tada se primenom metode uzorkovanja

na tehnološko rešenje

osciloskopa frekvencijski opseg može proširiti do 18 GHz.

Metodom uzorkovanja koja se bazira na transpoziciji transpoziciji visokofrekvencijskih signala u niskofrekvencijsko podruvisokofrekvencijskih signala u niskofrekvencijsko područčjeje

zaobilaze se mnogi problemi u mikrotalasnoj tehnici koja obuhvata oblast visokih frekvencija iznad 1 GHz.

Osciloskopi sa uzorkovanjem (2)Osciloskopi sa uzorkovanjem (2)

Digitalni osciloskopi (1)Digitalni osciloskopi (1)

Digitalni osciloskopi

se razvijaju u trenutku kada je razvoj. mikroprocesora to omogućio.

Stoga su digitalni osciloskopi elektronski merni instrumenti novijeg datuma, jer su se pojavili tek 1972.

U početku, karakteristike digitalnog osciloskopa su bile bile ograniograniččene zbog malog propusnog opsega reda 10 kHzene zbog malog propusnog opsega reda 10 kHz, ali sa razvojem brzih A/D konvertora, i uvođenjem novih modela mikroprocesora, uz primenu metode uzorkovanja, frekvencijski opseg je proširen na 2 GHz.

Digitalni osciloskopi se zbog svoje visoke cene

najviše koriste za namene gde nije mogunije mogućće upotrebiti analogne e upotrebiti analogne osciloskopeosciloskope, a to su prikazivanje brzih prelaznih pojava

i kratkotrajnih impulsa

uz memorisanja podataka.


Zahvaljujući ugrađenom mikroprocesoru, digitalni osciloskopi u odnosu na klasične osciloskope imaju dodatne mogućnosti, na primer:

brzo postavljanje posm. signala na ekranu katodne cevi,

proširene merne mogućnosti,

samokalibracija,

mogućnost povećanja i smanjenja prikazanog talasnog oblika.

Rad digitalnog osciloskopa se zasniva na uzorkovanju uzorkovanju ulaznog analognog signalaulaznog analognog signala, njegovom pretvaranju u digitalni oblik, memorisanju i smeštanju u memoriji.

Mikroprocesor potom obrađuje digitalnu informaciju, obavlja određene raraččunske operacijeunske operacije

i numeričke rezultate

dostavlja D/A pretvaračima koji ih ponovo pretvarajuponovo pretvaraju

u analogne veličine i dovode na katodnu cev.


Pored prikazivanja slike na posebnom delu ekrana prikazuju se i alfanumerički rezultati merenja.

Digitalni osciloskop ne obavlja samo obradu signala vezanu za jednostavne računske operacije, kao što su određivanje određivanje periode i frekvencije signala, efektivne i vrperiode i frekvencije signala, efektivne i vrššne vrednosti ne vrednosti posmatranog napona, ili trajanje prednjeg i zadnjeg posmatranog napona, ili trajanje prednjeg i zadnjeg prelaza impulsaprelaza impulsa, već

i daleko složenije.

Tipični digitalni osciloskop ima dvokanalno memorisanje sa frekvencijskim opsegom od 100 MHz i 8-bitnim

A/D

konvertorom u oba kanala puneći 1K x 8

bita memoriju, sa istovremenim uzorkovanjem dva ulazna signala.

Brzina uzorkovanja zavisi od vremenske baze, ali se krece u granicama od 20

uzoraka u sekundi za vremensku bazu

od 5 s/pod, do 100

106 uzoraka u sekundi za 1 ms/pod.


Digitalni osciloskop može da se poveže putem IEC interfejsa sa spoljnim računarom, što mu omogućuje prenos slike na ploter ili štampač, prograrniranja rada i obradu rezultata merenja uz dobijanje različitih pisanih i crtanih dokumenata.

Njegovi osnovni nedostaci su neophodno čekanje na reakciju

nakon promene komande i nedostatak

neposrednosti sa posmatranim signalom, s obzirom da ne radi u realnom vremenu.

U poređenju sa analognim osciloskopom je skuplji i složeniji.


Pored prikazivanja slike na posebnom delu ekrana prikazuju se i alfanumerički rezultati merenja.

Digitalni osciloskop ne obavlja samo obradu signala vezanu za jednostavne računske operacije, kao što su određivanje određivanje periode i frekvencije signala, efektivne i vrperiode i frekvencije signala, efektivne i vrššne vrednosti ne vrednosti posmatranog napona, ili trajanje prednjeg i zadnjeg posmatranog napona, ili trajanje prednjeg i zadnjeg prelaza impulsaprelaza impulsa, već

i daleko složenije.

Tipični digitalni osciloskop ima dvokanalno memorisanje sa frekvencijskim opsegom od 100 MHz i 8-bitnim

A/D

konvertorom u oba kanala puneći 1K x 8

bita memoriju, sa istovremenim uzorkovanjem dva ulazna signala.

Brzina uzorkovanja zavisi od vremenske baze, ali se krece u granicama od 20

uzoraka u sekundi za vremensku bazu

od 5 s/pod, do 100

106 uzoraka u sekundi za 1 ms/pod.

Zadaci (1)Zadaci (1)

Dvokanalnim osciloskopom se meri kašnjenje signala na izlazu (kanal B) u odnosu na ulaz (kanal A)

mernog pojačavača. Prikazani grafik je dobijen za sledeće pozicije preklopnika faktora otklona: kanal A: 2V/pod. i kanal B: 4V/pod.

Koji grafik odgovara kanalu A, a koji kanalu B ?

Koliko je pojačanje mernog pojačavača?

Odrediti kašnjenje izlaznog signala u stepenima za prikazanu

frekvenciju ako se preklopnik vremenske baze nalazi upoložaju 0.02ms/podeoku?



Osciloskopom se meri dvostrano ispravljen sinusni napon. Kolika je srednja vrednost ovog napona ako se preklopnik za faktor otklona nalazi u položaju 0,5 V/cm, a na ekranu katodne cevi se dobija crta dužine 4 cm kada je isključen testerasti napon?

Na vertikalni ulaz osciloskopa doveden je napon . Nacrtati talasni oblik i odrediti periodu testerastog napona horizontalnog otklonskog sistema za prikaz pozitivnog dela periode posmatranog signala. Kolika je vrednost preklopnika faktora otklona hy da bi visina dobijene figure bila h=50mm?


(11)(11)

MERNE SONDE I TRANSDJISERIMERNE SONDE I TRANSDJISERI

Decembar, 2009Decembar, 2009

Merne sonde i transdjiseriMerne sonde i transdjiseri

Merne sonde su međuspoj između osciloskopa i mernog kola.

U najopštijem slučaju pod sondama možemo podrazumevati provodnike kojima se merni signal dovodi do instrumenta, ali u ovom slučaju pod sondama podrazumevamo posebni merni pribor prilagođen određenom urežaju.

Osnovne zahteve koje treba merna sonda da ispuni su sledeći:

Pouzdano ostvarivanje električnog kontakta mernog kola i instrumenta

Veran prenos mernog signala

Zanemarljiva sopstvena potrošnja

Imunost na smetnje


Merne sonde se mogu izrađivati kao

pasivne ili

Aktivne.

Odnos transformacije ulaznog i izlaznog signala može biti najčešće:

10:1,

1:1,

neki drugi što zavisi od potreba merenja.

Ulazna otpornost osciloskopa je tipično 1M šantirana kondenzatorom od 10-30pF.

Za posmatranje signala visokih frekvencija ulazna kapacitivnost ne sme biti veća od 20 –

30pF, što se

postiže specijalnim sondama sa atenuatorom.

Merna sonda 10:1Merna sonda 10:1


Naponski razdelnik sačinjavaju otpornici od 1M

i 9M

i njihov uticaj je dominantan na nižim frekvencijama.

Naponski odnos će biti tačno 10:1 samo ako je odnos kapacitivnosti takođe 10:1.

Ukoliko ovaj uslov nije ispunjen (tj. odnos kapacitivnosti je različit od 10:1) slabljenje na višim frekvencijama će biti nekorektno.

Paralelno sa ulaznim konektorom osciloskopa postavljen je kondenzator 5-30pF za podešavanje odnosa kapacitivnosti na tačnu vrednost.

Ako odnos serijske i šantirane otpornosti nije precizno postavljen na 10:1

frekvencijski odgovor osciloskopa

neće odgovarati ravnoj karakteristici.

Komenzacija mernih sondiKomenzacija mernih sondi

Efekte neprilagođene sonde možemo lako uočiti na impulsima sa vema strmom rastućom ivicom.

Posmatrajući prednju ivicu test impulsa i podešavanjem kompenzacionog kondenzatora možemo postići ravnu frekventnu karakteristiku.

Aktivna sonda sa FETAktivna sonda sa FET--omom

Jedna od vrlo korisnih sondi je i aktivna sonda sa FET tranzistorom.

Naponsko pojačanje ovog FET-a je 1 ali on obezbeđuje pojačanje snage i povećava ulaznu impedansu.

Da bi se dobio željeni efekt, FET se mora montirati direktno na naponsku sondu kako bi se eleiminisao uticaj spojnog koaksijalnog kabla.

FET drajvuje koaksijalni kabl tako da on nije povezan direktno na veliku ulaznu otpornost osciloskopa već

je zatvoren svojom

karakterističnom impedansom, tako da nema izobličenja signala nastalih usled kapacitivnosti kabla.

Nedostatak ove sonde je što joj se mora obezbediti napajanje iz samog osciloskopa.

Aktivna sonda sa FETAktivna sonda sa FET--omom

Strujna sondaStrujna sonda

Strujna sonda omogućava da se izmeri struja kroz provodnik bez fizičkog kontakta sonde i mernog kola.

Neophodno je ovom sondom obuhvatiti strujni provodnik kroz koji može proticati jednosmerna ili naizmenična struja maksimalne frekvencije od 50MHz.

Strujni senzor se sastoji od dva dela:

konvencionalnog transformatora za transformaciju naizmenične struje u napon i

senzora sa Hallovim efektom za konverziju jednosmerne struje u napon

Strujna sondaStrujna sonda

Merenje fazne razlike osciloskopMerenje fazne razlike osciloskopomom

Fazna razlika se može meriti pomoću osciloskopa na dva načina:

direktnim posmatranjem dva signa na dvokanalnom osciloskopu i

merenjem fazne razlike pomoću Lisažuovih figura.

Direktno merenje fazne razlike pomoću osciloskopa obavlja se veoma jednostavno, priključenjem dva signala čija se fazna razlika želi izmeriti na ulaze 1 i 2 dvokanalnog osciloskopa i njihovim posmatranjem na ekranu.

Najpre se meri perioda sinusoidnih signala T, a zatim, vremenski interval kašnjenja tk

(prolazak signala kroz nulu).

Metoda primenjena u vežbi 1.

Pri tome se vremenska baza osciloskopa razvuče što je više moguće. Zašto?

Merenje fazne razlike osciloskopMerenje fazne razlike osciloskopomom

0360Ttk

Merenje frekvencije/periodeMerenje frekvencije/periode

Merenje frekvencije osciloskopom sa relativno velikom greškom (nekoliko procenata) se može obaviti i korišćenjem kalibrisane vremenske baze osciloskopa.

Signal čija

se frekvencija meri dovodi se na ulaz osciloskopa za vertikalno skretanje, a potom se meri dužina u podeocima jednog njegovog ciklusa.

Ova dužina se potom množi sa postavljenom vrernenskom bazom na osciloskopu.

Ako je rastojanje izmedu prve i treće nule sinusoidnog signala

l=6,4 podeljka,

vremenska baza je postavljena na KVb

= 10

ms

/pod,

Perioda ovog signala T= KVb

* l=6.4pod*10ms/pod=64 ms,

Frekvencija f=1/T=1/64 ms = 15 625 Hz.

Merenje frekvencije/periodeMerenje frekvencije/periode

Merenje stepena ampl. modulacijeMerenje stepena ampl. modulacije

%100

babam mUa T 1 mUb T 1

ZadaciZadaci

Dvokanalnim osciloskopom posmatrani su signali na ulazu i izlazu mernog pojačavača. Kada je na ulaz doveden signal frekvencije f=10kHz

izmereno je

kašnjenje izlaznog signala od l=1.5 podeoka. Kolika je fazna razlika između ova dva signala se preklopnik vremenske baze nalazio u položaju 0.25ms/podeoku?

Documents

Visoka tehni ka škola strukovnih studija, Niš · Visoka tehnička škola strukovnih studija, Niš Merenja u elektronici Mr. Zoran Veličković Oktobar, 2009. Studijski program: