ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 2 Ο Παλμογράφος. Δρ. M.Χανιάς Αν.Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 2 Ο Παλμογράφος Δρ. M.Χανιάς Αν.Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης ΚΑΒΑΛΑ

2 Oscilloscope Fundamentals For Electrical Engineering and Physics Undergraduate Students

3

4

5 Cathode Ray Tubes Variation in potential difference (voltage) placed on plates causes electron beam to bend different amounts. Sweep refers to refreshing repeatedly at a fixed rate.

6

7 Low-frequency/DC Model Passive 10:1 Probe Model Low-frequency/DC Model: Simplifies to a 9-MΩ resistor in series with the scope s 1-MΩ input termination. Probe Attenuation Factor: Some scopes such as Agilent s 3000 X-Series automatically detect 10:1 probes and adjust all vertical settings and voltage measurements relative to the probe tip. Some scopes such as Agilent s 1000 Series require manual entry of a 10:1 probe attenuation factor. Dynamic/AC Model: Covered later and during Lab #4.

8 Probing Basics Probes are used to transfer the signal from the device-undertest to the oscilloscope s BNC inputs. There are many different kinds of probes used for different and special purposes (high frequency applications, high voltage applications, current, etc.). The most common type of probe used is called a Passive 10:1 Voltage Divider Probe.

9 Passive 10:1 Voltage Divider Probe Passive 10:1 Probe Model Passive: Includes no active elements such as transistors or amplifiers. 10-to-1: Reduces the amplitude of the signal delivered to the scope s BNC input by a factor of 10. Also increases input impedance by 10X. Note: All measurements must be performed relative to ground!

10 How does an Analog Scope work?

11 How does a Digital Scope work?

12 Triggering Stabilizes a Repeating Waveform

13 Waveform shapes tell you a great deal about a signal

14 If a signal repeats, it has a frequency. The frequency is measured in Hertz (Hz) and equals the number of times the signal repeats itself in one second

15 Voltage, Current, & Phase

16 Pulse and Rise Time Measurements

17 Oscilloscope Performance Specifications Bandwidth is the most important oscilloscope specification Oscilloscope Gaussian Frequency Response All oscilloscopes exhibit a low-pass frequency response. The frequency where an input sine wave is attenuated by 3 db defines the scope s bandwidth. -3 db equates to ~ -30% amplitude error (-3 db = 20 Log ).

18

19

20 V p-p V max Making Measurements by visual estimation The most common measurement technique Horizontal = 1 µs/div Ground level (0.0 V) indicator Vertical = 1 V/div Period Period (T) = 5 divisions x 1 µs/div = 5 µs, Freq = 1/T = 200 khz. V p-p = 6 divisions x 1 V/div = 6 V p-p V max = +4 divisions x 1 V/div = +4 V, V min =?

21 X1 Cursor X2 Cursor Making Measurements using cursors Y2 Cursor Y1 Cursor Manually position A & B cursors to desired measurement points. Scope automatically multiplies by the vertical and horizontal scaling factors to provide absolute and delta measurements.

22 Making Measurements using the scope s automatic parametric measurements Select automatic parametric measurements with a continuously updated readout.

23 Primary Oscilloscope Setup Controls Horizontal Scaling (s/div) Horizontal Position Trigger Level Vertical Scaling (V/div) Vertical Position Input BNCs Agilent s DSO1000 Series Oscilloscope

24 Properly Scaling the Waveform Initial Setup Condition (example) Optimum Setup Condition - Too many cycles displayed. - Amplitude scaled too low. Trigger Level Adjust V/div knob until waveform fills most of the screen vertically. Adjust vertical Position knob until waveform is centered vertically. Adjust s/div knob until just a few cycles are displayed horizontally. Adjust Trigger Level knob until level set near middle of waveform vertically. Setting up the scope s waveform scaling is an iterative process of making front panel adjustments until the desired picture is displayed on-screen.

25 Selecting the Right Bandwidth Input = 100-MHz Digital Clock Response using a 100-MHz BW scope Response using a 500-MHz BW scope Required BW for analog applications: 3X highest sine wave frequency. Required BW for digital applications: 5X highest digital clock rate. More accurate BW determination based on signal edge speeds (refer to Bandwidth application note listed at end of presentation)

26 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΣ ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΣ 1. Ανοίξτε τον Παλμογράφο. Οι περιστροφικοί διακόπτες τέρμα δεξιά. Όλα τα κουμπιά έξω. Ρυθμίστε την ένταση της δέσμης και την εστίαση. Φέρτε το σταυρόνημα στο κέντρο. 2. Μέτρηση DC Τάσης. Συνδέστε την μπαταρία στο κανάλι 1. Μετρήστε την Τάση από την οθόνη και τον κατακόρυφο ενισχυτή. Μετρήστε την Τάση της Μπαταρίας με πολύμετρο Βρείτε το επι της % σχετικό σφάλμα ως προς την τάση του πολυμέτρου. 3. Κατασκευάστε με την γεννήτρια συχνοτήτων ένα ήμιτονικό σήμα πλάτους 1V και συχνότητας 1kHz. Συνδέστε την έξοδο της γεννήτριας στην είσοδο του παλμογράφου. Βρείτε την τάση Vpp το πλάτος Vp την ενεργό τιμή Vrms την περίοδο Τ και την συχνότητα f. Serial Applications March 2010

27 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΣ ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΣ 3. Βρείτε το επί της % σφάλμα της Vrms από τον παλμογράφο ως προς την Vrms από το πολύμετρο. Βρείτε το επί της % σφάλμα της f από τον παλμογράφο ως προς την f από το πολύμετρο. 4. Συνδέστε στο Καναλι 2 την μπαταρία. Προσθέστε τα δύο σήματα. Σχεδιάστε την εικόνα. Αφαιρέστε τα δύο σήματα Σχεδιάστε την εικόνα 5. Συνδέστε στο κανάλι 2 σήμα πλάτους 1V και συχνότητα 500Hz. Θέσατε σε λειτουργία ΧΥ τον παλμογράφο Παρατηρείστε τα σχήματα Lissajous. 6. Τοποθετήστε στο Κανάλι 2 μία γεννήτρια άγνωστης συχνότητας. Με την βοήθεια των σχημάτων Lissajous βρείτε την άγνωστη συχνότητα Serial Applications March 2010

28 Serial Applications March 2010

29 7. Συνδέστε το κανάλι 1 στα άκρα του κυκλώματος RC. Συνδέστε το κανάλι 2 στα άκρα της αντίστασης. Βρείτε την διαφορά φάσης. Αλλάξτε την κυματομορφή από ημιτονική σε τετραγωνική Τι παρατηρείτε; 8. Αλλάξτε την θέση της αντίστασής με τον πυκνωτή. Επαναλάβετε το βήμα 7 Serial Applications March 2010