2

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z :

·       budową,

·       zasadą działania,

·       zastosowaniami pomiarowymi oscyloskopu elektronicznego;

·       metodami pomiaru różnicy faz, pomiaru częstotliwości przy pomocy oscyloskopu,

·       zapoznanie z podstawowymi układami elektronicznymi takimi jak prostownik jedno- i dwupołówkowy,

·       układ całkujący oraz różniczkujący.

Wstęp teoretyczny - zjawisko fizyczne

Oscyloskop elektroniczny jest uniwersalnym przyrządem laboratoryjnym służącym do obserwacji, rejestracji i pomiarów napięć elektrycznych zmieniających się w czasie. Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa. Ponadto w skład budowy oscyloskopu wchodzą : wzmacniacz odchylenia poziomego X i pionowego Y, generator podstawy czasu i urządzenie zasilające (Rys.1).

WY

      Y                                                                              Z                              ~220V             

                                                          S                            

WX                                            O                                                                       

  O - lampa oscyloskopowa

  Y - wzmacniacz odchylenia pionowego

  X - wzmacniacz odchylenia poziomego

  WX ,WY - gniazdka wejściowe wzmacniaczy

  G - generator podstawy czasu

  Z - zasilacz (przewody zasilania oznaczono  

        linią przerywaną)

  S - obwód synchronizacji

      X                                                                              G

Wzmacniacze X oraz Y służą do wzmacniania amplitudy badanych sygnałów w celu umożliwienia obserwacji i pomiarów nawet bardzo słabych sygnałów. Napięcia wyjściowe są przyłożone do odpowiednich par płytek odchylających lampy oscyloskopowej.

Generator podstawy czasu G służy do wytwarzania napięcia okresowo zmiennego o przebiegu piłokształtnym. Napięcie to podczas jednego okresu wzrasta proporcjonalnie do czasu, a następnie możliwie szybko opada.

Urządzenia zasilające oscyloskopu przetwarzają napięcie sieci na napięcie stałe, potrzebne do zasilania wzmacniaczy, generatora podstawy czasu i lampy oscyloskopowej.

Podstawowe zastosowania pomiarowe oscyloskopu elektronowego :

·       obserwacja przebiegów napięciowych o różnym kształcie i pomiar napięć,

·       pomiar czasu i częstotliwości,

·       pomiar różnicy faz dwu przebiegów,

·       badanie układów przekształcających przebiegi ( np. układów różniczkujących i całkujących ),

·       badanie charakterystyk prądowo - napięciowych elementów elektronicznych ( diod,   tranzystorów).

Przyrządy pomiarowe

W ćwiczeniu wykorzystano następujące przyrządy pomiarowe :

·       oscyloskop dwukanałowy OS 9020G

·       generator funkcyjny G 432

·       przesuwnik fazowy RPF 02

·       prostownik jedno- i dwupołówkowy

·       układ różniczkujący

·       układ całkujący

Przebieg ćwiczenia

Obserwacja i pomiar napięcia przemiennego.

W tym celu dołączyliśmy generator funkcyjny, który wytwarza odpowiednio napięcia sinusoidalne, prostokątne i piłokształtne ( trójkątne ).

·      sinusoidalny

wartość amplitudy A = 1dz = 1 cm

- zakres generatora podstawy czasu

Todczyt = t2 - t1   = 1.6 [cm]               - odczytany z wykresu okres przebiegu

stąd  T = Todczyt * Tx  = 1.6 * 2 = 3.2 [ms]

·      prostokątny

wartość amplitudy A  = 1dz = 1 cm

częstotliwość przebiegu : T = 3.2 [ms] oraz f = 312.5 [Hz]

·       piłokształtny

wartość amplitudy A= 0.2 [cm]

częstotliwość przebiegu  T = 1.2 cm * 2 [ms/cm] = 2.4 [ms] skąd  f = 416.7 [Hz ]             

Podstawą działania wielu układów elektronicznych są procesy ładowania i rozładowania kondensatora przez rezystancję. Obserwację takich procesów na ekranie oscyloskopu można przeprowadzić korzystając z układu jak na poniższym rysunku .                           

              Schemat układu różniczkującego, złożony z kondensatora C i rezystora R :

                            A              I                                                                A’

                                                    C             

                              U                                          R                           U1

                            B                                                                      B’

              Do zacisków AA’ doprowadza się impulsy sinusoidalne o amplitudzie U0 , a zaciski BB’ łączy się z wejściem wzmacniacza Y. W wyniku powstają impulsy zdeformowane, w których część narastająca odpowiada procesowi ładowania, a część opadająca - procesowi rozładowania kondensatora C przez rezystor R. Szybkość narastania lub opadania napięcia na kondensatorze zależy od wartości iloczynu RC, tzw. stałej czasowej obwodu t. Dla dostatecznie małych wartości R i C napięcie wyjściowe U1(t) jest proporcjonalne do pochodnej  dU/dt  napięcia wejściowego :

gdzie Q - ładunek zgromadzony na kondensatorze C,

          Uc - napięcie między okładkami kondensatora.

Dla małych wartości R i C, U1<< U, Uc @ U :

              W ćwiczeniu na wejście układu podano napięcia sinusoidalne, prostokątne i piłokształtne. Otrzymane przebiegi przedstawiono na wykresach

Obserwacja i pomiar napięcia przemiennego na wyjściu układu prostowania jedno- i dwupołówkowego.

Schemat układu prostowniczego z filtrem RC wygładzającym tętnienia przedstawia poniższy rysunek :

                                                D1

                                                     |                                                         |                                                        WY

~220                                                                                                         C1              C2  R1    R2

...