Οδηγίες χειρισμού παλμογράφου

Transcript

1 Οδηγίες χειρισμού παλμογράφου Οι σημειώσεις αυτές στόχο έχουν την εξοικείωση του φοιτητή με το χειρισμό του παλμογράφου. Για εκπαιδευτικούς λόγους θα δοθούν οδηγίες σχετικά με τον παλμογράφο Hameg HM που φαίνεται στο σχήμα 1. Οι προσόψεις των παλμογράφων του εργαστηρίου δεν είναι ίδιες, αλλά τα χειριστήρια και οι λειτουργίες που εκπονούν οι παλμογράφοι όλων των εταιρειών είναι πάντα ίδιες. Διαφορά μεταξύ των οργάνων υπάρχει ως προς τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά τα οποία είναι ενδεικτικά των δυνατοτήτων των οργάνων, π.χ. παλμογράφος 20 MHz με δυνατότητα μέτρησης έως και 20 MHz και παλμογράφος 60 MHz με δυνατότητα μέτρησης έως και 60 MHz. Σχήμα 1: Πρόσοψη παλμογράφου Hameg HM Ο παλμογράφος απεικονίζει τάση στον άξονα Υ σε συνάρτηση με το χρόνο στον άξονα Χ, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Σχήμα 2: Η οθόνη του παλμογράφου

2 Η οθόνη του παλμογράφου χωρίζεται σε 8 τετράγωνα καθέτως και σε 10 οριζοντίως. Τα τετράγωνα αυτά ονομάζονται πρωτεύουσες υποδιαιρέσεις και είναι ένα εκατοστό η κάθε μία. Ο κεντρικός κάθετος και οριζόντιος άξονας χωρίζονται σε πέντε μικρότερες υποδιαιρέσεις που ονομάζονται δευτερεύουσες υποδιαιρέσεις δίνοντας τη δυνατότητα της ακριβέστερης μέτρησης ως εξής: θεωρώντας ότι η πρωτεύουσα υποδιαίρεση (ένα τετράγωνο) αντιστοιχεί στη μονάδα η κάθε μικρότερη υποδιαίρεση αντιστοιχεί στο 1/5 της μονάδος δηλαδή σε 0,2. Η ελάχιστη αυτή υποδιαίρεση μέτρησης (0,2) ονομάζεται «ακρίβεια μέτρησης» του παλμογράφου. Κάθε όργανο μετράει σε πολλαπλάσια της ακρίβειάς του. Δεν υπάρχει παραδείγματος χάρη για τον παλμογράφο μέτρηση 0,3 αλλά 0,2 ή 0,4. Επίσης, το «σφάλμα ανάγνωσης» για κάθε όργανο μέτρησης ορίζεται ως: η ακρίβεια μέτρησης επί την κλίμακα μέτρησης του οργάνου. Ο παλμογράφος έχει δύο κανάλια, δηλαδή μπορεί ταυτόχρονα να απεικονίζει στην οθόνη του δύο κυματομορφές τάσης. Το πρώτο κανάλι ονομάζεται INPUT Ι ή CH1 ή Υ και το δεύτερο κανάλι INPUT 2 ή CH2 ή Χ. Χειριστήρια παλμογράφου on/off switch: πατώντας το κουμπί ο παλμογράφος ανοίγει. Η ενδεικτική πράσινη λυχνία ανάβει. X-Y control: κανονικά βρίσκεται στη θέση ΕΚΤΟΣ. Όταν είναι πατημένο ΕΝΤΟΣ, ο παλμογράφος δεν απεικονίζει γραφική παράστατη τάσης συναρτήσει χρόνου. Αντ αυτού απεικονίζει την είσοδο του καναλιού Υ σε συνάρτηση με την είσοδο του καναλιού Χ. Απεικονίζει δηλαδή τάση συναρτήσει τάσης. Το κουμπί X-Y χρησιμοποιείται για την απεικόνιση χαρακτηριστικών καμπυλών ή σχήματα Lissajous. (Στον παλμογράφο του εργαστηρίου δεν υπάρχει χωριστό κουμπί. Η λειτουργία Χ-Υ επιλέγεται στην δεξιότερη θέση του επιλογέα TIME/DIV).

3 TV-separation: Ο παλμογράφος έχει την δυνατότητα να ανιχνεύσει κυματομορφές από συστήματα τηλεόρασης. Το κουμπί αυτό κύλισης επιτρέπει η οθόνη να συγχρονίζεται με τηλεοπτικά συστήματα ώστε να μπορούν να συγκριθούν σήματα από διαφορετικά σημεία. Η σωστή θέση είναι ΕΚΤΟΣ. Η διερεύνηση τέτοιων σημάτων είναι επικίνδυνη λόγω της υψηλής τους τάσης. TIME / DIV: Αλλάζει την οριζόντια βαθμονόμηση της γραφικής παράστασης V=f(t), δηλαδή βαθμονομεί τον χρόνο. Κάθε οριζόντια πρωτεύουσα υποδιαίρεση αντιστοιχεί στα επιλεγμένα από τον μεταγωγό seconds (στο παράδειγμα 0.1s). Το κουμπί κύλισης HOLD OFF επιτρέπει μία καθυστέρηση σε σχέση με το σημείο σκανδαλισμού ώστε διαφορετικά μέρη του σήματος να είναι ορατά. Κανονικά το κουμπί HOLD OFF πρέπει να βρίσκεται στην μικρότερη θέση, όπως φαίνεται στο σχήμα.

4 Αποκτώντας μεγαλύτερη εμπειρία χρησιμοποιώντας τον παλμογράφο, μπορείτε να αναπτύξετε μία σαφή εικόνα των λειτουργίων και της σημασίας των κουμπιών σκανδαλισμού και να τα χρησιμοποιείται αποτελεσματικά. trigger controls: Η ομάδα αυτή των κουμπιών συγχρονίζει την απεικόνιση του παλμογράφου με το προς διερεύνηση σήμα. Όταν το κουμπί AT/NORM είναι στη θέση ΕΚΤΟΣ, ο σκανδαλισμός ( triggering) γίνεται αυτόματα. Αυτό συμβαίνει για τα περισσότερα σήματα. Αν πατηθεί το κουμπί AT/NORM, το πιθανότερο είναι ότι το σήμα θα εξαφανιστεί από την οθόνη του παλμογράφου. Εντούτοις, με περιστροφή του κουμπιού LEVEL, το σήμα θα εμφανιστεί πάλι. Το κουμπί LEVEL ξεκινάει την απεικόνιση από διαφορετικό σημείο της κυματομορφής. Αυτό καθιστά δυνατό την λεπτομερή παρατήρηση οποιουδήποτε μέρους της κυματομορφής. Το κουμπί EXT κανονικά είναι στη θέση ΕΚΤΟΣ. Όταν είναι πατημένο ο σκανδαλισμός (triggering) συμβαίνει από το σήμα που είναι συνδεδεμένο στην είσοδο TRIG INP. Το κουμπί κύλισης αριστερά του TIME/DIV δίνει επιπλέον επιλογές σκανδαλισμού. Η AC θέση είναι η κανονική θέση για τις περισσότερες κυματομορφές. Στη θέση DC, και με τη χρήση του κουμπιού LEVEL επιλέγεται μία συγκεκριμένη DC τάση στην κυματομορφή όταν συμβαίνει σκανδαλισμός. Το κουμπί +/- σηματοδοτεί την κλίση του σκανδαλισμού. Όταν είναι πατημένο επιλέγεται αρνητική κλίση σκανδαλισμού.

5 Η ενδεικτική πράσινη λυχνία TRIG ανάβει όταν ανιχνεύεται ένα σημείο σκανδαλισμού. Η θέση HF δίνει σκανδαλισμό που αντιστοιχεί σε σήματα υψηλής συχνότητας, η θέση LF δίνει αντίστοιχα σε χαμηλής συχνότητας και η θέση δεικνύει ότι ο σκανδαλισμός θα συμβεί στα 50 Hz. Οι περισσότερες θέσεις του κουμπιού αυτού δεν χρειάζονται. Μερικές φορές όμως με την μετακίνησή τους επιτυγχάνεται καθαρότερο σήμα. Intensity (φωτεινότητα) και Focus (εστίαση): Το περιστροφικό κουμπί INTENSITY προσαρμόζει την φωτεινότητα του σήματος στην οθόνη. Το κουμπί FOCUS χρησιμοποιείται για να παραχθεί εστιασμένο και καθαρό ίχνος (trace). Το TR (Trace Rotation) είναι κουμπί ρυθμιζόμενο από βιδολόγο (μικρό κατσαβίδι) και χρησιμεύει για την διόρθωση της θέσης της κυματομορφής όταν αυτή εμφανίζεται υπό γωνία και όχι ακριβώς οριζόντια. Η διόρθωση γίνεται ώστε το ίχνος να είναι ακριβώς οριζόντιο όταν στον παλμογράφο δεν είναι συνδεδεμένο κάποιο σήμα. Y-POS I και Y-POS II: Το περιστροφικό κουμπί Y-POS 1 μετακινεί κάθετα στην οθόνη του παλμογράφου την κυματομορφή του καναλιού 1 (αντίστοιχα για το κανάλι 2, υπάρχει το Y-POS 2).

6 Χ-POS: Το περιστροφικό κουμπί Χ-POS μετακινεί οριζόντια στην οθόνη του παλμογράφου τις κυματομορφές και των δύο καναλιών. Χ-MAG: Όταν είναι πατημένο, η οριζόντια κλίμακα της παράστασης V=f(t) πολλαπλασιάζεται επί 10 (σε πολλούς παλμογράφους ο πολλαπλασιαστής διαφέρει από το παρόν μοντέλο, π.χ. είναι επί 5). Για παράδειγμα, αν το TIME/DIV είναι στο 1 ms ανά υποδιαίρεση και το X-MAG είναι πατημένο, η κλίμακα αλλάζει σε 0.1ms ανά υποδιαίρεση. CAL outputs: Η επάνω επιλογή δίνει 0.2V από κορυφή σε κορυφή τετραγωνικό παλμό, ενώ η κάτω 2V από κορυφή σε κορυφή τετραγωνικό παλμό, και οι δύο στα 50Hz. Τα σήματα των εξόδων αυτών χρησιμεύουν για να επιβεβαιωθεί η σωστή λειτουργία του παλμογράφου. Component tester: Η έξοδος αυτή παρέχει τη δυνατότητα απεικόνισης των χαρακτηριστικών καμπυλών κυκλωματικών στοιχείων (component characteristic curves). Όταν βρίσκεται στη θέση IN, ο παλμογράφος απεικονίζει το γράφημα V = f(v) και τότε η τάση δοκιμής στοιχείων είναι συνδεδεμένη εσωτερικά στο όργανο ώστε να παρέχεται στον οριζόντιο άξονα.

7 Για κανονική λειτουργία κατά την οποία απεικονίζεται το γράφημα V = f(t) αυτό το κουμπί πρέπει να βρίσκεται στη θέση OUT. invert: Όταν το κουμπί αυτό είναι πατημένο, το αντίστοιχο σήμα στην οθόνη του παλμογράφου αντιστρέφεται. Η λειτουργία αυτή φαίνεται χρήσιμη στην περίπτωση σύγκρισης σημάτων. CH I και CH II είσοδοι: Στις εισόδους αυτές (κανάλια) συνδέονται τα προς απεικόνιση σήματα στις BNC υποδοχές εισόδου χρησιμοποιώντας BNC βίσματα. Η μικρότερη υποδοχή δίπλα στην υποδοχή εισόδου BNC παρέχει έναν επιπλέον ακροδέκτη γείωσης (μηδενική στάθμη αναφοράς δυναμικού 0V). VOLTS / DIV: Αλλάζει την κάθετη βαθμονόμηση της γραφικής παράστασης V=f(t), δηλαδή βαθμονομεί την τάση. Κάθε κάθετη πρωτεύουσα υποδιαίρεση αντιστοιχεί στα επιλεγμένα από τον μεταγωγό Volts (στο παράδειγμα 1V). Η κάθετη βαθμονόμηση των καναλιών Ι και ΙΙ (CH I και CH II) μπορεί να προσαρμοσθεί ανεξάρτητα, λόγω της ύπαρξης ενός μεταγωγού για κάθε κανάλι.

8 DC/AC/GND διακόπτης κύλισης (slide switches): Στη θέση DC το σήμα εισόδου συνδέεται απευθείας στον ενισχυτή Y του αντίστοιχου καναλιού Ι ή ΙΙ (CH I ή CH II). Στην θέση AC, παρεμβάλλεται ένας πυκνωνωτής στη διαδρομή του σήματος ώστε να αποκόπτεται πιθανή DC συνιστώσα. Στη θέση GND (ground γείωση), η είσοδος του ενισχυτή Y στη στάθμη μηδενικής αναφοράς 0V. Αυτό επιτρέπει τον έλεγχο και την τοποθέτηση της στάθμης 0 V στην οθόνη του παλμογράφου. Η θέση DC είναι σωστότερη για τα περισσότερα σήματα. Διακόπτες επιλογής ίχνους (trace selection switches): Οι ρυθμίσεις αυτών των διακοπτών ρυθμίζουν ποιά ίχνη εμφανίζονται στην οθόνη του παλμογράφου.

9 Στον πίνακα 1 που ακολουθεί δίνεται το αποτέλεσμα των διαφορετικών συνδυασμών των διακοπτών επιλογής ίχνους. Η κανονική λειτουργία είναι με όλους τους διακόπτες στη θέση ΕΚΤΟΣ. Σκιασμένα δίνονται οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες επιλογές. Πίνακας 1: Αποτέλεσμα συνδυασμού διακοπτών επιλογής ίχνους

10 Ρυθμίσεις αρχικής χρήσης Παλμογράφου Στη συνέχεια δίνονται τα βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν όταν τίθεται σε λειτουργία για πρώτη φορά ο παλμογράφος, προκειμένου να ελεγχθεί ότι λειτουργεί σωστά. 1. Πριν θέσετε σε λειτουργία για πρώτη φορά τον παλμογράφο, ελέγξτε ότι όλα τα κουμπιά του είναι στην κανονική τους θέση. Για τον παλμογράφο Hameg HM 203-6, αυτό σημαίνει: 2. Τοποθετείστε τον μεταγωγό VOLTS/DIV στο 1 V/DIV και τον TIME/DIV στη μικρότερη δυνατή θέση, δηλαδή στα 2 s/div. 3. Θέσατε σε λειτουργία τον παλμογράφο (POWER ON).

11 4. Ρυθμίστε το Y-POS 1 ώστε το εμφανιζόμενο ίχνος να τρέχει οριζόντια στο κέντρο της οθόνης 5. Ρυθμίστε τα INTENSITY και FOCUS ώστε το ίχνος να είναι φωτεινό και καθαρό. 6. Επειδή το TIME/DIV είναι ρυθμισμένο στα 0.2 δευτερόλεπτα ανά υποδιαίρεση (s/div) και η οθόνη του παλμογράφου έχει 10 οριζόντιες πρωτεύουσες υποδιαιρέσεις, ελέγξτε αν το εμφανιζόμενο ίχνος διανύει την οθόνη σε 2 δευτερόλεπτα (0.2 x 10 = 2s). Ρυθμίστε τώρα το TIME/DIV στο 0.1 s/div και ελέγξτε αν το ίχνος διανύει την οθόνη σε 1 δευτερόλεπτο. Συνεχίστε να περιστρέφεται το TIME/DIV δεξιόστροφα. Σε κάθε νέα ρύθμιση το ίχνος μετακινείται γρηγορότερα. Περίπου στα 10 ms/div το ίχνος δεν διακρίνεται σαν οντότητα, αλλά εμφανίζεται μία φωτεινή οριζόντια γραμμή. Αυτό συμβαίνει γιατί η οθόνη παραμένει φωτεινή για σύντομο χρονικό διάστημα και μετά την πάροδο του ίχνους από αυτήν. Το ίχνος συνεχίζει να διανύει την οθόνη, αλλά κινείται τόσο γρήγορα που αυτό δεν γίνεται πλέον αντιληπτό. Όσο μετακινείται δεξιότερα τον μεταγωγό, η γραμμή γίνεται πιο αμυδρή, αφού η ταχύτητα κίνησης του ίχνους είναι πολύ μεγάλη. 7. Ρυθμίστε το VOLTS/DIV στο 1 V/DIV και ελέγξτε ώστε οι ρυθμιστές που αφορούν στο κανάλι 1 να βρίσκονται στις θέσεις που φαίνονται στο σχήμα 3.

12 Σχήμα 3: Θέσεις ρυθμιστών καναλιού 1 του παλμογράφου Hameg HM προκειμένου να ελεγχθεί η ομαλή λειτουργία του Ο παλμογράφος Hameg HM έχει ενσωματωμένη πηγή σημάτων ώστε να επιτρέπει τον έλεγχο της ομαλής λειτουργίας του. Με το ειδικό ομοαξονικό καλώδιο συνδέεται στην είσοδο του καναλιού 1, με την BNC υποδοχή, η ειδική έξοδος του παλμογράφου του τετραγωνικού παλμού 2 V, με το κόκκινο κροκοδειλάκι, όπως φαίνεται στο σχήμα 4 (το μαύρο κροκοδειλάκι μένει στον αέρα).

13 Σχήμα 4: Σύνδεση για έλεγχο ομαλής λειτουργίας του παλμογράφου Hameg HM Ρυθμίζοντας τα VOLTS/DIV και TIME/DIV στην οθόνη θα πρέπει να εμφανίζεται ένα τετραγωνικό σήμα πλάτους 2 V, όπως στο σχήμα 5. Σχήμα 5: Τετραγωνικός παλμός 2 V

14 Σύνδεση με γεννήτρια Στο σχήμα 6 φαίνεται η γεννήτρια Thandar TG101 που είναι μία τυπική γεννήτρια και μπορεί η πρόσοψή της να είναι διαφορετική με τις άλλες, αλλά οι λειτουργίες είναι ακριβώς ίδιες. Σχήμα 6: Πρόσοψη γεννήτριας Thandar TG101 Η γεννήτρια λειτουργεί πατώντας το On/Off κουμπί (σε μερικές γεννήτριες το κουμπί αυτό βρίσκεται στο πίσω μέρος τους) και κουμπιά αφής για την επιλογή της μορφής του σήματος, που μπορεί να είναι ημιτονοειδής, τετραγωνική ή τριγωνική. Έχει περισσότερες από μία εξόδους διάφορων εσωτερικών αντιστάσεων. Συνήθως χρησιμοποιείται η έξοδος των 600 Ω (στο εργαστήριο η χρησιμοποιούμενη έξοδος είναι των 50 Ω). Η έξοδος αυτή συνδέεται σε μία είσοδο του παλμογράφου χρησιμοποιώντας ένα ομοαξονικό καλώδιο BNC-BNC, όπως φαίνεται στο σχήμα 7. Σχήμα 7: Σύνδεση εξόδου γεννήτριας με είσοδο παλμογράφου

15 Αφού συνδεθεί η γεννήτρια με τον παλμογράφο, παράγεται ένα ορατό σήμα στην οθόνη του παλμογράφου ρυθμίζοντας κατάλληλα το κουμπί LEVEL. Για καθαρό σήμα θα πρέπει να ρυθμιστούν κατάλληλα και τα TIME/DIV και VOLTS/DIV. Η συχνότητα επιλέγεται από τον περιστρεφόμενο ρυθμιστή FREQUENCY σε συνδυασμό με τον διακόπτη RANGE (στις γεννήτριες του εργαστηρίου το RANGE αποτελείται από κουμπιά αφής). Για παράδειγμα τα 50 Hz επιλέγονται με τον ρυθμιστή FREQUENCY στη θέση 0.5 και το RANGE στη θέση 100 (0.5x100). Το πλάτος του παραγόμενου σήματος ρυθμίζεται από το περιστροφικό κουμπί AMPLITUDE. Καθώς αλλάζουν οι ρυθμίσεις της συχνότητας και του πλάτους από τη γεννήτρια θα πρέπει αντίστοιχα να αλλάζουν και οι ρυθμίσεις των TIME/DIV και VOLTS/DIV στον παλμογράφου προκειμένου το σήμα V = f(t) να απεικονίζεται καθαρά στην οθόνη του. Οι υπόλοιπες ρυθμίσεις της γεννήτριας δεν χρησιμοποιούνται συχνά. Ο διακόπτης DC Offset και το κουμπί Offset επιτρέπουν να προστίθεται στο σήμα DC συνιστώσα παράγοντας μία σύνθετη κυματομορφή. Ο διακόπτης κύλισης OUTPUT LEVEL για κανονική λειτουργία τίθεται στα 0 db: Η επιλογή αυτή δίνει σήμα εξόδου της τάξεως των μερικών Volts. Στη θέση -40 db το πλάτος εξόδου είναι της τάξεως των μερικών millivolts. Τέτοια σήματα χρησιμοποιούνται για έλεγχο κυκλωμάτων ενισχυτών. Η έξοδος TTL παράγει παλμούς μεταξύ 0 V και 5 V στην επιλεγμένη συχνότητα και χρησιμοποιείται για τον έλεγχο λογικών κυκλωμάτων.