Zaklady prace s osciloskopem

1 Cıle merenı

Cılem toho merenı je seznamit se s generatorem funkcı a naucit se pracovat s osciloskopem.

Pracovnı ukoly

1. Zobrazenı casoveho prubehu signalu pomocı osciloskopu. Merenı napetı a periody.

2. Sestavenı a promerenı jednocestneho usmernovacıho mustku

2 Pomucky

3 Zakladnı pojmy a vztahy:

3.1 Generator funkcı

(a)

(b)

Obrazek 1: a)Generator funkcı a b) schema ovladacıch prvku.

1

Jak jiz nazev napovıda, generator funkcı slouzı k vytvarenı periodickych elektrickych signalu.Vetsina generatoru je schopna vytvaret minimalne tri typy signalu – tzv. sinusovy, pilovy a obdelnıkovy.Ovladacı prvky na obr. 1b nastavujı frekvenci (3-hrube nastavenı, 5-jemne nastavenı), amplitudu (9) atyp signalu (4,7). Generator je take schopen menit symetrii generovane amplitudy a frekvence (6) ,tj.napr. u pilovite funkce mohou byt meneny uhly na vrcholech prubehu. Dale je mozne nastavit tzv. off-set, ktery umoznuje menit strednı hodnotu napet’oveho prubehu, tj. k zakladnımu periodickemu signalupricte konstantnı clen (8). Generator na obr. 1a a 1b ma nekolik konektoru typu BNC (11,12,13). Zdecasto dochazı k chybnemu zapojenı. Zatımco (11) a (13) jsou vystupy generovaneho signalu, konektor(12) je vstup signalu nızkeho napetı, ktere umoznuje externe rıdit frekvenci generatoru. Konektor (11)je vystup generovaneho signalu pozadovaneho tvaru podle nastavenı (4). Konektor (13) je pak vystupTTL logiky. To znamena, ze bez ohledu na nastavenı tvaru signalu (4)vzdy generuje pouze obdelnıkovytvar o amplitude 5V. Pripojenı na vystup (13) namısto (11) tak muze byt matoucı. Blizsı informaceo nami pouzıvanem generatoru lze nalezt na: .

3.2 Analogovy osciloskop

Zakladnı funkcı osciloskopu je sledovanı prubehu rychle se menıcıch elektrickych signalu. Principialnıschema analogoveho osciloskopu je na obr. 2. Tvorı jej obrazova elektronka s elektronovou tryskou, dvapary vychylovacıch desticek a stınıtko. Elektrony jsou urychlovany smerem ke stınıtku a prochazejıdvema pary vychylovacıch desticek. Zde jsou vychylovany z prımeho smeru podle prilozeneho napetına destickach vlivem elektrickeho pole bud’ v horizontalnım aneb o ve vertikalnım smeru.

Obrazek 2: Princip fungovanı analogoveho osciloskopu.

Elektrony se na stınıtku obrazovky vysvıtı a jejich vychylka od stredu je slozenım vychylky vesmeru x dıky napetı Ux na vstupu X a vychylky ve smeru y dıky napetı Uy na vstupu Y. Tabulka naobr. 3 znazornuje nekolik zakladnıch pozic bodu na obrazovce podle prilozeneho napetı.

Nova moznost osciloskopu se ukaze tehdy, privedeme-li na vstup X tzv. pilove napetı. Tabulkana obr. 4 dokumentuje takovouto situaci pro tri frekvence piloveho napetı. Vidıme, ze takovymtozpusobem se bude paprsek ve smeru X opakovane posunovat konstantnı rychlostı. Dıky tomu lzesledovat prubeh resp. ”rozmıtat”napetı na vstupu Y. Tato funkce je tak vyznamna, ze osciloskopymajı uvnitr zabudovan zdroj piloveho napetı s promennou frekvencı (tzv. casovou zakladnu). Taktofunguje tak zvany t-Y mod resp. cas-Y mod.

Analogovy osciloskop, v nasem prıpade Voltcraft AO-610, je zakladnı jednokanalovy osciloskop,ktery vsak obsahuje vsechny zakladnı prvky, ktere jsou pro merenı s osciloskopem dulezite: obrazovku,Y-vstup, vertikalnı zesilovac, rızenı frekvence casove zakladny, spoustenı vykreslovanı (

”trigger“), ex-

ternı casovou zakladnu.Z predchozıho popisu vyplyva, ze osciloskop muze pracovat ve dvou zakladnıch modech:

2

Obrazek 3: Zakladnı pozice bodu na obrazovce osciloskopu podle prubehu napetı na vstupu Ux a Uy.

X-Y mod: Sledujeme bod na obrazovce, jehoz pohyb ve vertikalnım smeru je rızen velikostı napetı na vstupuY (cıslo 18 na obrazku 2) a horizontalnı pohyb je rızen napetım na vstupu X (cıslo 13 na obrazku2). Pozorujeme tedy aktualnı situaci koncoveho bodu vektoru (Ux(t),Uy(t)) v grafu s osami Ux

a Uy .

t-Y mod (resp. cas-Y mod): Sledujeme bod na obrazovce, jehoz pohyb ve vertikalnım smeru je rızennapetım na vstupu Y, zatımco horizontalnı pohyb je rızen vnitrne tak, aby se bod opakovanev pravidelnych intervalech pohyboval zleva doprava (tzv. casova zakladna). Tımto se na obra-zovce objevı casova zavislost napetı Uy(t) v grafu s osami t, Uy. Ustaleny obrazek vidıme alejen tehdy, pokud jde o rychle periodicke deje vhodne sesynchronizovane s casovou zakladnou.K synchronizaci signalu a casove zakladny slouzı spoustec vykreslovanı (anglicky

”trigger“, cıslo

9 na obrazku 5b)..

3

Obrazek 4: Casove rozmıtanı napetı Uy pomocı piloveho prubehu napetı Ux.

(a) (b)

Obrazek 5: a) Osciloskop Voltcraft AO-610 a b) schema ovladacıch prvku.

4 Postup merenı

Ukol 1. - Nastaveni osciloskopu

• Odpojte jakekoliv kabely od vstupu 18 a 13. Zapnete osciloskop.

• Pokud je treba, muze nynı, nebo kdykoliv jindy upravit intenzitu a zaostrenı stopy na stınıtku

4

pomocı regulatoru 3 a 4. Nastavte stopu na intenzitu dostacujıcı pro dane svetelne podmınky.Zbytecne nevypalujte obrazovku.

• Ujistete se, ze osciloskop je ve vhodnem nastavenı, tj. prepınace jsou v polohach:

– 11”AUTO“ zobrazı vodorovnou linii pro nulovou hodnotu napetı.

– 10”+“ spoustenı vycıtanı na nabezne (stoupajıcı) hrane signalu (vysvetlıme pozdeji)

– 17”DC“ zobrazuje hodnoty signalu bez odectenı nızkofrekvencnı slozky (take vyzkousıme

pozdeji)

– 12”INT.“ pro rozmıtanı osy X budeme pouzıvat vnitrnı casovac, ktery se ovlada tlacıtky

6,7 a 8.

– 8 a 16 maximum do polohy”CAL“

• Nastavte horizontalnı casovou zakladnu: Pomocı knoflıku 6 nastavte casovou zakladnu (osa X)na 2ms/dılek. Knoflık 8 by mel byt v pozici CAL.

• Nastavenı vertikalnı skaly:

– Pomocı knoflıku 14 nastavte rozlisenı osy Y na 5V/dılek. Knoflık 8 by mel byt v pozici

”CAL“.

– Prepnete 17 na”GND“. Tım privedete signal na urovni zeme, tj. nulovy potencial.

– Pomocı knoflıku 15 nastavte linku vertikalne na stred obrazovky do zakrytu s osou X.Pomocı knoflıku 7 ji vycentrujte vodorovne.

– Pokud ani nynı neuvidıte svetlou linku na stredu obrazovky, pozadejte o pomoc asistenta.

– Pozor! Prepnete 17 zpet na”DC“ pro nasledujıcı merenı.

Ukol 2. - Zobrazenı prubehu signalu

• Zapnete generator funkcı a pripojte jej pomocı BNC kabelu ke vstupu osy Y (18). Generatornastavte:

– Zvolte sinusovou vlnu.

– Zvolte zakladnı frekvenci 1kHz

– Nalad’te libovolnou frekvenci v teto oblasti pomocı knoflıku FINE (5 na obr.1b).

– Nastavte vychozı napetı na priblizne 3V pomocı knoflıku 9 (knoflık bude priblizne v polovinerozsahu).

– Nastavte konstantnı slozku vystupnıho napetı na 0 pomocı knoflıku 8. To provedete jehozatlacenım.

• Pomocı knoflıku 6”TIME/DIV“ nastavte casovou zakladnu tak, abyste na obrazovce videli neco

mezi jednım a dvema cykly. Nynı vyzkousıme funkci spoustece zobrazovanı (9), ktery slouzıke stabilizaci (angl.

”triggering“) vykreslovanı. Nastavte knoflık

”LEVEL“ (9) do maximalnı

polohy. Postupne otocte knoflık 9 zpet, az dojte ke stabilizaci obrazu. Otacejte dal a pozorujtepocatek krivky na leve strane. Prepnete prepınac 10 na

”-“. V cem je rozdıl pri nastavenı 10 na

”+“ nebo

”-“?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

• Nynı odectenım z obrazovky osciloskopu zmerte frekvenci signalu:

– Velikost jednoho cyklu v poctu dılku (knoflık 6): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

– Cas na jeden dılek stupnice: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

– Perioda: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

– Frekvence: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

• Nynı vyzkousıme rozdıl mezi DC a AC vazbou na vstupu nastavitelnou pomocı prepınace 17. DCje z anglickeho

”direct current“ – stejnosmerny proud a AC a

”alternating current“ – strıdavy

proud. Jak si ukazeme, nastavenı AC umoznuje od signalu odecıst stejnosmernou slozku napetıa zobrazovat pouze tu cast, ktera se menı v case. Proved’te nasledujıcı:

– Na generatoru funkcı tahem aktivujte knoflık “OFFSET” mente jeho nastavenı

– Co se stalo?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

• Prepnete prepınac 17 na AC. Jaka je nynı strednı velikost mereneho signalu? . . . . . . . . . . . . . . . . .

• Jak se zmenı pri manipulaci s ovladacem “OFFSET” (knoflıku 8) na generatoru? . . . . . . . . . . . . .

• Nastavte zpet konstantnı slozku signalu na 0 - zatlacte knoflıku 8.

Ukol 3. - Stavba rektifikacnıho mustku

• Odpojte generator od osciloskopu.

• Postavte jednocestny usmernovacı mustek dle obrazku. Pro hezky vizualnı efekt pouzijte cervenou(!)LED diodu.

Proc je LED dioda jinak ale nevhodna pro realnou aplikaci?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

• Jak velky odpor pouzijete? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

• Ukazte asistentovi postaveny obvod, tak aby bylo jasne, ze je spravne zapojen.

• Nastavte osciloskop na DC. Pripojte generator signalu, nastavte maximalnı napetı signalu azacnete merit. Nakreslete vysledny signal:

• Zkuste snızit frekvenci zdroje na uroven jednotek Hz. Co se stane?

• Zkuste menit nastavenı OFFSET na generatoru.

Bonusove:

6

• Zmerte rozdıl maximalnı napetı usmerneneho signalu. Proc nenı stejne velky jako rozdıl napetına zdroji?

• Postupne zvysujte frekvenci signalu z generatoru (o cele rady pomocı hrubeho nastavenı). Copozorujete? S jakou vlastnostı diod to souvisı?

7