laboratorium podstaw..

Rok akademicki
2010/2011
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
Poniedziałek
1415 – 1700
Dorota Kokosińska
Przemysław Dzięgielewski
Ćwiczenie wykonano w dniu:
14 XI 2011
Ocena:
Ćwiczenie 5
Zastosowania oscyloskopu
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia było zapoznanie z parametrami i obsługą oscyloskopu.
2. Schematy pomiarowe.
Rys 1. Układ pomiarowy z mostkiem Greatza
Rys 2. Układ pomiarowy – charakterograf.
3. Przyrządy pomiarowe.
Do pomiarów wykorzystaliśmy :
- oscyloskop OS-9020P
- zasilacz HM 8030-2
- transformator i autotransformator
- miernik uniwersalny METEX M-3610
4. Cześć teoretyczna.
Oscyloskop jest rodzajem zaawansowanego woltomierza, który pozwala na obserwację
zmian napięcia i przebiegów prądu w postaci wykresów na ekranie urządzenia. Oscyloskop
działa na zasadzie termoemisji elektronów, których tor można odchylać przy pomocy
specjalnego układu w zależności od aktualnego napięcia na badanym układzie. Dodatkowym
zastosowaniem poza pomiarem napięcia i obserwacją sygnałów jest możliwość zastosowania
urządzenia jako charakterografu. Używając dwóch kanałów można wykreślać zależności
dwóch wielkości i obserwować kształt wykresu w układzie XY.
Podstawowe parametry oscyloskopu:
Odchylanie pionowe:
Szerokość pasma (-3dB):
Wejście DC
Wejście AC
Tryby pracy
Współczynnik odchylania
Dokładność
Impedancja wyjściowa
Mak. napięcie wyjściowe
Czas narastania
Odchylanie poziome
Tryby wyświetlania
Podstawa czasu A
Czas zatrzymania
Rozciągniecie linii podstawy
czasu
Dokładność
Do 20MHz normalne
Do 7MHz rozciągnięte
10Hz do 20MHz normalne
10Hz do 7MHz rozciągnięte
CH1, CH2, ADD, DUAL, CHOP( dla Time/Div w pozycjach 0,2s
– 5ms), ALT (dla Time/Div pozycjach 2ms - 2μs)
5mv/Div do 5V/Div w 10 skalowanych stopniach;
Dla X5 MAG: 1mV/Div do 1 V/Div w 10 skalowanych stop.
Normalne: +/-3%
Rozciągnięte: +/-5%
Ok. 1MΩ z podłączonymi 25pF równolegle
Stałe: 250V (DC+ wartość szczytowa AC)
Nie większy od 17,5ns (na X5 MAG< 50ns)
A, X-Y
0,2 μs/div do 0,2 s/div w 19 skalowanych stopniach
Regulowane regulatorem czasu zatrzymania
10 razy (maksymalna szybkość odchylania 20ns/DIV)
+/-3%; +/-5% (0 d0 50⁰C), po rozciągnięciu pogorszenie +/- 2%
Wyzwalanie
Tryby
Źródła
Sprzężenie
Zboacze
Czułość 1 pasmo dla Auto i Norm
Impedancja wejścia wyzw. Zewnętrznego
Maksymalne napięcie wejściowe
Praca X-Y
Oś X
Oś Y
AUTO, NORM
CH1, CH2, LINE, EXT
AC (przebiegi zmienne)
+ lub 20 Hz – 2MHz; 2MHz- 20 MHz
1 MΩ równolegle z 30pF
250V (DC + szczytowe AC)
Jak dla CH1 poza:
Współczynnik odchylania: jak dla CH1
Dokładność: +/-5%
Częstotliwości: DC do 500kHz (-3dB)
Jak dla CH2
5. Wyniki pomiarów.
Oscyloskop podłączyliśmy do układu mostkowego Graetza i zaobserwowaliśmy następujące
wykresy:
- przełącznik AC – DC
tryb AC
tryb DC
- przełącznik zakresu U
zakres U=2V
- przełącznik podstawy czasu
zakres U=1V
Podstawa czasu 2ms
- przełącznik poziomu wyzwalania
podstawa czasu 1ms
potencjometr LEVEL w 1 pozycji
- przełącznik zmiany zbocza
potencjometr LEVEL w 2 pozycji
Zbocze +
zbocze Dla danego układu możemy obliczyć wartość średnią i skuteczną napięcia ze wzorów
𝑇
1
𝑈ś𝑟 = ∫ 𝑢(𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0
𝑇
1
𝑈𝑅𝑀𝑆 √ ∫ 𝑢2 (𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0
Wartość międzyszczytowa napięcia wynosi 4,8 V.
Ponieważ możemy potraktować nasz sygnał w przybliżeniu jako sinusoidalny znając
współczynnik kształtu zastosujemy wzory:
𝑈ś𝑟 =
2𝑈0
= 3,06𝑉
𝜋
𝑈𝑅𝑀𝑆 =
𝑈0
√2
= 3,39𝑉
Przebiegi wyjściowe z generatora zależą od rodzaju sygnału, jakiego używamy. Mogą
przyjmować kształt sinusoidalny, trójkąty oraz prostokątny.
Oscyloskop jako charakterograf:
Z nieznanej przyczyny nie udało nam się wykonać do końca tej części ćwiczenia.
Otrzymaliśmy następujący obraz na ekranie oscyloskopu:
Pozostałe rachunki wykonaliśmy na podstawie charakterystyk zamieszczonych w skrypcie.
Konduktancję wyznaczam ze wzoru 𝑔𝑚 =
𝜕𝐼𝑑 10𝑚𝐴
=
𝜕𝑈𝐺𝑆 11𝑉
= 9,9𝑚𝑆
Prąd 𝐼𝐷𝑆𝑆 = 𝐼𝑑 = 2,5𝑚𝐴dla 𝑈𝐺𝑆 = 0 – prąd maksymalny uzyskany dla Ugs=0
Napięcie 𝑈𝐺𝑆𝑜𝑓𝑓 = 𝑈𝐺𝑆 𝑑𝑙𝑎 𝐼𝑑 = 0 - napięcie dla którego tranzystor przestaje przewodzić –
nie sposób wyznaczyć bez pomiaru, ale na pewno 𝑈𝐺𝑆𝑜𝑓𝑓 < −2,5𝑉
Opór 𝑟𝐷 =
𝜕𝑈𝐷𝑆 𝑢𝑑𝑠 9𝑉
= 𝑖 =4𝑚𝐴
𝜕𝐼𝐷
𝑑
= 2,250𝑘𝛺 w punkcie ID=4mA, UGS=-1,5V
6. Rachunek błędów.
- przełącznik AC/DC
Błędy wielkości odczytanych z ekranu oscyloskopu:
1
ΔUL =const dla różnych wartości 𝑑𝑈𝐿 = 4 ∗ 1𝑉 = 0,25𝑉
Błąd odczytu szacujemy na wartość ćwierci podziałki.
Rozdzielczość pionowej podziałki oscyloskopu: 1V
Błędy wielkości pochodnych dla odczytu z oscyloskopu:
𝑑𝑈ś𝑟 =
2𝑑𝑈0
= 0,16𝑉
𝜋
𝑑𝑈𝑅𝑀𝑆 =
𝑑𝑈0
√2
= 0,18𝑉
Zatem:
𝑈ś𝑟 = (3,06 ± 0,16)𝑉
𝑈𝑅𝑀𝑆 = (3,39 ± 0,18)𝑉
Dla charakterografu rachunek błędów nie ma sensu, gdyż wartości odczytaliśmy w wykresu
załączonego w skrypcie i nie wiemy na jakim sprzęcie i przy jakich parametrach został wykonany.
7. Wnioski.
Oscyloskop jest urządzeniem bardzo praktycznym gdyż pozwala wyświetlać przebieg sygnałów w
czasie zarówno prądu przemiennego jak i stałego(ze składową zmienną - przełącznik AC/DC), różną
ilość okresów czy części okresów przebiegu(przełącznik zakresów podstawy czasu), przy różnych
wielkościach początkowych napięcia(potencjometr poziomu wyzwalania - LEVEL) i różnych
podstawach czasu(ET/INT). Pozwala nam też obserwować zależności fazowe między sygnałami dzięki
posiadaniu wielu kanałów
Oscyloskop może pracować również jako charakterograf, który z dobrym skutkiem pomaga
odczytywać charakterystyki układów czy elementów zewnętrznych, jak w tym przypadku tranzystora
polarnego. Wielkości, które udaje nam się zmierzyć przy jego użyciu nie są tak dokładne jak w
przypadku woltomierza, jednak zupełnie wystarczające do jakościowego opisu zjawisk. Oscyloskopy
cyfrowe inaczej niż analogowe pozwalają na pomiar z większą dokładnością.
Z nieznanych przyczyn nie udało nam się wykonać zasadniczej części ćwiczenia. Na podstawie
wykresu, który uzyskaliśmy podejrzewamy, że błąd polegał na zamienionej polaryzacji w jednym z
elementów obwodu. Drugą prawdopodobną przyczyną jest uszkodzenie tranzystora przy dołączaniu
go do układu np. poprzez dotknięcie go wilgotnymi palcami.