Pracownia Elektryczna i Elektroniczna

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna
Rok szkolny:
Sprawozdanie z ćwiczenia nr
Temat: Badanie i poznanie budowy oscyloskopu.
Ćwiczenie wykonano: r.
I.
II.
Ocena:
Cel ćwiczenia: poznanie budowy, właściwości, zasady działania oscyloskopu.
Zapoznanie się z budową i obsługą oscyloskopu:
1. Budowa i zasada działania lampy oscyloskopowej:
Opis do rysunku:
G – grzejnik; K – katoda; S – siatka sterująca; A1, A2 – anody; Y – płytki odchylania
pionowego; X – Płytki odchylania poziomego; E – ekran; D – dzielnik napięć
zasilających
2.
Schemat blokowy oscyloskopu:
3. Wnioski:
Lampa oscyloskopu składa się z:
- wyrzutni elektronowej,
- układu odchylającego,
- ekranu.
Wyrzutnia elektronowa składa się z:
- grzejnika,
- katody,
- siatki sterującej (tzw. cylindra Wehnelta),
- dwóch anod.
Układ odchylający składa się z:
- pytki odchylania pionowego „Y”,
- płytki odchylania poziomego „X”.
Ekran pokryty jest zielonym lub niebieskim luminoforem, który pod wpływem
bombardowania elektronami świeci.
Potencjał anody pierwszej decyduje o ostrości plamki i reguluje się go za
pomocą pokrętła potencjometru o nazwie „FOCUS”. Potencjał anody drugiej
decyduje o jasności plamki i reguluje się go za pomocą pokrętła potencjometru o
nazwie „BRILL”.
Podziałka na ekranie lampy jest kwadratowa, a każda krawędź boku tych
kwadratów ma długość 1cm i wzdłuż niej zaznaczone są punkty - co 2mm.
W tym punkcie badany był sam oscyloskop podłączony do zasilania o wartości
skutecznej napięcia zmiennego równej 220V. Zadaniem naszym było
zidentyfikowanie pokręteł i przełączników na przednim panelu oscyloskopu oraz
zapoznanie się ze sposobem odczytu wartości wyświetlanych na ekranie i
zapoznanie się ze sposobami regulacji plamki.
Oscyloskop elektroniczny stosuje się do obserwacji i rejestracji przebiegów w
bardzo szerokim paśmie częstotliwości. Najczęściej służą one do obserwacji zmian
wielkości badanej w czasie. Zarejestrowanie wyników pomiarów wymaga urządzeń
dodatkowych: aparatu fotograficznego lub kamery filmowej.
Główną częścią oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa. Ma ona postać
szklanej rury opróżnionej z powietrza. Z jednej strony znajduje się zespół elektrod
wytwarzających, ogniskujących i odchylających wiązkę elektronów, a z drugiej strony
(stożkowo rozszerzonej) – ekran pokryty od strony wewnętrznej materiałem
luminescencyjnym. Źródłem elektronów jest katoda tlenkowa (zbudowana głównie z:
tlenku baru lub strontu) nagrzewana pośrednio izolowanym grzejnikiem do
temperatury ok. 800°C. Siatka sterująca ma względem katody potencjał ujemny i
działa skupiająco na wiązkę elektronów, a także wpływa na liczbę elektronów, jaka w
jednostce czasu opuszcza katodę w kierunku anod. Anoda pierwsza ma względem
katody potencjał dodatni (np. 1000V) i działa przyspieszająco na elektrony wiązki.
Jednocześnie kształt anody pierwszej powoduje ogniskowanie wiązki, działając jako
soczewka elektrostatyczna. Zmieniając potencjał anody pierwszej zmienia się
wymiary i ostrość plamki świetlnej na ekranie. Anoda druga o potencjale znacznie
wyższym od anody pierwszej (np. 2000V) powoduje dalsze przyspieszenie i
ogniskowanie wiązki. Jej potencjał wpływa przede wszystkim na jasność plamki.
Zespół elektrod (katody, siatki sterującej i obydwu anod) stanowi wyrzutnię
elektronów i służy do wytworzenia oraz uformowania wiązki elektronów skupionej w
ten sposób, aby plamka świetlna była ostra i odpowiednio jaskrawa. Po opuszczeniu
wyrzutni wiązka elektronów przebiega między dwoma parami płytek odchylających.
Płytki poziome „Y” odchylają w kierunku pionowym, a płytki pionowe „X” – w
poziomym. Odchylanie strumienia elektronów jest proporcjonalne do natężenia pola
elektrycznego, a więc do przyłożonego do płytek napięcia. Warstwa fluorescencyjna
ekranu świeci w miejscu bombardowania elektronami.
Przebieg badany wprowadza się na płytki odchylania poziomego przez
szerokopasmowy wzmacniacz pomiarowy o bardzo małych zniekształceniach.
Współczynnik wzmocnienia może być zmieniany w szerokich granicach za pomocą
przełącznika skokowego zaopatrzonego w podziałkę w jednostkach czułości
napięciowej Sy (mm/V). Czułość oznacza liczbę milimetrów odchylenia plamki na
ekranie na jeden wolt napięcia wejściowego. Płytki odchylania poziomego „X” zasila
się z generatora podstawy czasu napięciem piłokształtnym. Jest to napięcie
okresowe o wartości wzrastającej liniowo w ciągu prawie całego okresu, a następnie
zanikające. Częstotliwość podstawy czasu można nastawiać odpowiednim
przełącznikiem. Podziałka przełącznika jest skalowana w jednostkach częstotliwości
(Hz) lub jednostkach prędkości poziomej plamki na ekranie (mm/s). Specjalny obwód
siatki sterującej umożliwia synchronizację częstotliwości generatora z częstotliwością
przebiegu badanego, co jest konieczne, jeśli obraz na ekranie ma być nieruchomy.
Wprowadzając jednocześnie odchylenie pionowe przebiegiem badanym oraz
poziome zsynchronizowaną podstawą czasu, otrzymuje się na ekranie wynik
odchylenia wypadkowego, będący obrazem odchylenia wypadkowego w czasie.
Oprócz obserwacji kształtu krzywej napięcia badanego można również wyznaczyć
wartość szczytową oraz okres przebiegu, mierząc długość „ly” oraz „lx”. Napięcie
międzyszczytowe, będące podwójną wartością maksymalną przebiegu wynosi:
Uss = 2Us = ly Error!
ly – wysokość obrazu [mm]; Sy – czułość pionowa [mm/V]
Okres przebiegu jest równy okresowi generatora podstawy czasu:
Ts = TG = Error!
Może on być odczytany wprost z podziałki skalowanej w sekundach lub hercach.
Przy niektórych badaniach nie korzysta się liniowej podstawy czasu, natomiast
odchylenie poziome przeprowadza się za pomocą przebiegu zewnętrznego.
Wszystkie zespoły oscyloskopu zasilane są ze wspólnego zasilacza sieciowego.
Dostarcza on potrzebne napięcie przemienne oraz napięcia stałe, wytworzone przez
prostowanie i odpowiednie filtrowanie napięć przemiennych.

III.
4. Zestaw przyrządów użytych w doświadczeniu:
Oscyloskop elektroniczny: typ: ST – 315A II SUPPLY; zakres napięć
przemiennych do 220V; zakres częstotliwości: 50 – 400Hz; moc pozorna:
45VA; zakres napięcia stałego do 12V; moc czynna: 25W; nr seryjny: 784259
Wyznaczanie czułości oscyloskopu przy napięciu stałym:
1. Schemat układu pomiarowego:
2.
Tabela pomiarowa:
ly
mm
0
11
22
34
45
3.
SUy
mm/V
0
2,75
4,40
5,67
6,43
Wzory do obliczeń:
SUy = Error! = Error! = 0mm/V
oscyloskopu
4.
U
V
3
4
5
6
7
- czułość napięciowa
Wnioski:
Układ pomiarowy zmontowany był z: zasilacza stabilizowanego, rezystora
suwakowego, woltomierza cyfrowego oraz oscyloskopu elektronicznego. Z zasilacza
stabilizowanego podawane było napięcie stałe o wartości 10V. Napięcie na
oscyloskopie regulowane było za pomocą rezystora suwakowego, a jego wartość
była bezpośrednio odczytywana z woltomierza cyfrowego. Oscyloskop do wszystkich
pomiarów był nastawiony na stałą czułość 1V/cm, a generator podstawy czasu na
2ms/cm. Zwiększenie wartości napięcia za pomocą rezystora suwakowego
powodowało zmianę obrazu wyświetlanego na ekranie. Przebieg obrazowany przez
oscyloskop podnosił się, a więc wskazywał wzrost napięcia. Napięcie jest różnicą
potencjałów, więc zwiększenie jego wartości powodowało obniżenie się wartości
niskiego potencjału i podwyższenie się wartości wysokiego potencjału. Wysoki
potencjał przyłożony był do górnej płytki odchylnia pionowego, w związku z czym
jego wzrost powodował podwyższenie się przebiegu wyświetlanego na ekranie.
Działo się tak, ponieważ wysoki potencjał to inaczej biegun dodatni, a ładunki
różnoimienne przyciągają się, czyli strumień elektronów został po prostu
przyciągnięty w stronę górnej płytki odchylania pionowego. Wykres wyświetlany na
ekranie oscyloskopu był płaski (czasami wykazywał niewielkie tętnienia
spowodowane zakłóceniami z sieci elektrycznej), ponieważ mierzone było napięcie
stałe.
5.




Zestaw przyrządów użytych w doświadczeniu:
Oscyloskop elektroniczny: typ: ST – 315A II SUPPLY; zakres napięć
przemiennych do 220V; zakres częstotliwości: 50 – 400Hz; moc pozorna:
45VA; zakres napięcia stałego do 12V; moc czynna: 25W; nr seryjny: 784259
Woltomierz: uniwersalny miernik cyfrowy
Zasilacz stabilizowany: PROTEC DC POWER SUPPLY MODEL 3003
Rezystor suwakowy: zakrez:0 – 280Ω; wytrzymałość prądowa: 0 – 1,2A