Osciloskop. Na kraju sata student treba biti u stanju: Osciloskop. Ak. god. 2008/2009

Transcript

1 Osciloskop Ak. god. 2008/ Na kraju sata student treba biti u stanju: Nabrojati osnovne dijelove osciloskopa Objasniti i opisati principe rada pojedinih dijelova osciloskopa Objasniti kompenzaciju mjerne sonde Izračunati vrijeme porasta signala Osciloskop 2 Osciloskop Omogućuje: 2-D prikaz trenutnih vrijednosti promjenjivih električnih veličina u ovisnosti o vremenu Mjerenje U, I, P, F, itd. Analogni i digitalni 2-D: mjereni signal i pilasti napon Slika se generira pomoću snopa elektrona Osnovni dijelovi: Katodna cijev (dual beam, dual trace) Sustav za vertikalni otklon Sustav za horizontalni otklon Izvor napajanja Osciloskop 3

2 Osciloskop blok shema Osciloskop 4 Katodna cijev Vakumirani stakleni balon Elektrode: Katoda Upravljačka elektroda (Wehneltov cilindar) Anode: Za predubrzavanje Za ubrzavanje Za fokusiranje Osciloskop 5 U y U y Ey = ; Fy = q Ey = q d d Faktor otklona q U Horizontalna brzina: v a z = 2 m Vertikalna brzina Fy q U y l ay = ; vy = ay t = m m d vz Vertikalan otklon: vy LlU y D = L tgα = L =... = vz 2dUa Otklonska osjetljivost (mm/v): D Ll S = = U y 2dU a Faktor otklona: 1/S Ovisi o omjeru l/d Osciloskop 6

3 Primjeri Na zastoru katodne cijevi osciloskopa dobivene su preko čitave širine (10 cm) 4 periode sinusoide. Kolika je frekvencija promatrane pojave ako je preklopka vremenske baze u položaju 0,2ms/cm? Priključenjem pravokutnog izmjeničnog napona na ulaz pojačala za vertikalni otklon osciloskopa, uz isključenu vremensku bazu, dobiven je pravac duljine 9 cm. Prethodno smo ustanovili da priključak točno poznatog istosmjernog napona od 2 V daje vertikalni pomak zrake od 12 mm. Kolika je efektivna vrijednost mjerenog napona? Kolika je dinamička osjetljivost katodne cijevi ako se, uz izmjenični napon faktora oblika ξ=i tjemenog faktora σ=i isključenu vremensku bazu, na zaslonu cijevi dobiva linija duljine 50 mm, a voltmetar za istosmjerni napon, s diodom u seriji, pokazuje 8 V? Diodu pretpostaviti idealnu. Osciloskop 7 Svjetlina mrlje i zaslon Svjetlina mrlje i S suprotni zahtjevi na U a Anoda za naknadno ubrzavanje Zaslon, osnovno svojstvo materijala: Persistencija vrijeme potrebno da se svjetlina mrlje smanji na 10%; 1 % ili 0,1 % (P31) Fluorescencije isijavanje svjetlosti pri udaru elektrona Fosforescencija isijavanje svjetlosti nakon udara elektrona Učinkovitosti 10 % (opasnost pregrijavanje) Oznake na zaslonu Osciloskop 8 Sustav za vertikalni otklon - djelilo AC-GND-DC preklopka Djelilo: frekvencijski neovisno τ =τ R 1 R2 R1C 1= R2C2 Od mv do V, u koracima Mogućnost neprekinutog ugađanja (nekalibrirano) Osciloskop 9

4 Sonda Nesimetrični ulaz (jedan kraj uzemljen) Suosni kabel + BNC konektor Pasivne i aktvne (FET) sonde, strujne s. Mogućnost smanjenja napona dodavanjem predotpora R s x1; x10; x100 Kompenzacija mjerne sonde pomoću trimer kondenzatora C s i pomoćnog pravokutnog napona ( ) R o Rs RsCs = Ro Co + Ck Osciloskop 10 τ =τ Primjer Na osciloskop, ulaznog otpora 1 MΩ i njemu paralelnog kapaciteta 20 pf, priključuje se sonda 10:1. Koliki mora biti kapacitet sonde da bi ona bila frekvencijski kompenzirana ako je kapacitet koaksijalnog kabela sonde 75 pf? Osciloskop 11 Pretpojačalo Za postizanje odgovarajućeg otklona i svjetline mrlje Pojačanje od Frekvencijski opseg: DC f g uzrokuje Izboličenje signala konačno vrijeme porasta signala, za pojačalo prvog reda: τ R f g = 0,35 Osciloskop 12

5 Primjer Osciloskopom koji ima gornju graničnu frekvenciju 25 MHz, izmjerili smo vrijeme porasta nekog signala t ro = 64 ns. Koliko je stvarno vrijeme porasta tog signala? Sinusni napon freqkvencije 20 MHz dovodi se iz naponskog izvora na ulaz osciloskopa granične frekvencije f g = 20 MHz. Kolika je efektivna vrijednost napona ako je ukupna visina slike na zaslonu, pri isključenoj vremenskoj bazi i pri faktoru otklona 0,5 V/cm, 6 cm? Osciloskop 13 Pojačalo i linija za kašnjenje Pojačalo: Simetričan izlaz Napaja kapacitivno opterećenje Linija za kašnjenje: Omogućuje prikaz prvog dijela signala Ljestvičasti niz LC kombinacije (v=sqrt(lc)) Suosni kabel (distribuirani LC) Osciloskop 14 Elektronička preklopka Omogućuje prikaz dva signala Dva načina rada Sinkrono (ALT alternate mode) Problemi s malim frekvencijama Asinkrono (CHOP chopped mode) Problemi s velikim frekvencijama Osciloskop 15

6 Sustav za horizontalni otklon okidni sklop Omogućuje SINKRONIZACIJU promatranog signala i pilastog napona Upravlja stvaranjem pilastog napona Poticanje mjerenim signalom, signalom dovedenim izvana ili naponom mreže Mogućnost podešenja nagiba i razine okidanja (level/slope) Osciloskop 16 Sustav za horizontalni otklon generator pilastog napona Osnovna karakteristika: linearan porast nabijanje kondenzatora stalnom strujom Vrijeme porasta (rise time), pada (fall time i zadržavanja (hold off) Vrijeme porasta od 10-8 s do 1 s (1-2-5 omjeri) Horizontalno pojačalo: Uži frekvencijski pojas od vertikalnog p. Omogućuje rastezanje signala 10x Osciloskop 17 Prednja ploča osciloskopa Osciloskop 18

7 Literatura V. Bego:, 9. izdanje, Graphis, Zagreb, D. Vujević, B. Ferković: Osnove elektrotehničkih mjerenja I. i II. Dio, Školska knjiga Zagreb, D. Ilić, I. Kunšt:, Prilog predavanjima, Zagreb Osciloskop 20