Univerzitet u Banjoj Luci Elektrotehnički fakultet Katedra za opštu elektrotehniku

Transcript

1 Univerzitet u Banjoj Luci Elektrotehnički fakultet Katedra za opštu elektrotehniku Laboratorijske vježbe iz predmeta: Osnovi elektrotehnike 2 Šesta vježba Osciloskop DSO1052B Student: Broj indeksa:

2 Osciloskop Elektronska osciloskopija je oblast metrologije koja proučava metode vizuelnog prikazivanja i mjerenja parametara elektronskih kola u vremenskom domenu primjenom osciloskopa. Osciloskop je elektronski mjerni instrument koji ima značajnu primjenu u oblasti elektrotehnike. Npr. osciloskopi imaju mogućnost ispitivanja signala frekvencije do reda gigaherca, a posebni stroboskopski osciloskopi mogu da pomoću transformacije vremenskog intervala imaju radni opseg do nekoliko desetaka gigaherca. Takode, osciloskopi imaju veoma veliku ulaznu impedansu, odnosno zanemarljivo malu potrošnju pa praktično ne opterećuju električno kolo. Pored mogućnosti vizuelnog prikaza signala u vremenskom domenu iz širokog frekventnog opsega, osciloskopi mogu da se koriste za odredivanje nepoznatih frekvencija i faznih pomaka, za snimanje histerezisne petlje feromagnentih materijala, poredenje dva signala, itd. Medutim, najvažniju primjenu osciloskop nalazi prilikom projektovanja i testiranja elektronskih kola kada je potrebno verifikovati rad pojedinih dijelova elektronskih kola i pojedine signale u elektronskom kolu. Katodni osciloskop koristi katodnu cijev da izvrši pretvaranje mjerenog napona u pomjeraj elektronskog mlaza, pa može da registruje vremenske zavisnosti električnih veličina, a može da registuje i medusobne funkcionalne zavisnosti vremenskih veličina. Značajne karakteristike katodnih osciloskopa su: (i) Mogućnost rada u širokom frekventnom opsegu, (ii) velika ulazna otpornost, odnosno veoma mala potrošnja, (iii) mogućnost analize signala u vremenskom domenu, (iv) mogućnosti mjerenja frekvencija, faznih pomaka i poredenja dva signala u vremenskom domenu. Digitalni osciloskopi koriste metode odmjeravanja kontinulanih signala i digitalne obrade signala za prikaz talasnog oblika signala na ekranu. Stoga, pored prikaza mogu da pruže mogućnosti napredne obrade, kao što je brza Furijevoa transformacija tj. prikaza spektralnih komponenata signala 1. Digitalni osciloskopi imaju dodatne mogućnosti u odnosu na katodne osciloskope: (i) Mogućnosti implementacije naprednih algoritama digitalne obrade signala, (ii) mogućnosti memorisanja signala, njegovih karakteristika i postavki za mjerenje, (iii) obrada digitalnih signala, (iv) istovremeni rad sa nekoliko kanala kod višekanalnih osciloskopa, itd. 1 Prostoperiodični naponi i struje su signali koji se najčešće koriste, apredstavljaju sinusne ili kosinusne funkcije na odredenoj frekvenciji. Ovakvi signali predstavljaju prostoperiodične signale i oni sadrže samo jednu spektralnu komponentu. Metode analize složenoperiodičnih signala koji sadrže više spektralnih komponenata prevazilaze sadržaj predmeta Osnovi elektrotehnike 2 i o tome će biti više detalja u predmetu Teorija električnih kola. 1

3 Digitalni osciloskop DSO1052B Digitalni osciloskop DSO1052B je dvokanalni osciloskop sa mogućnosti odmjeravanja signala sa brzinom od 1 GSa/s, što znači da može da prikupi milion odbiraka mjerenog signala u jednoj sekundi. Takode, ovaj osciloskop može da mjeri signale frekvencije do 50 MHz. Osciloskop ima ekran za prikaz signala sa lijeve strane i panel sa tasterima i dugmadima za podešavanje sa desne strane, što je prikazano na Slici 1. Slika 1: DSO1052B DSO1052B ima dva BNC konektora za dva kanala pa može da mjeri dva različita napona u isto vrijeme i jedan konektor za korištenje spoljašnjeg trigera. Sa dugmadima označenim sa 1 i 2 se aktiviraju prvi i drugi kanal, respektivno. Iznad tih dugmadi se nalaze potenciometri za podešavanje naponske rezolucije tj. podešavanja parametra Volt/Div, koji govori koliko volti sadrži jedna jedinica mjere prikazana na ekranu osciloskopa. Ispod dugmadi za aktiviranje kanala se nalaze potenciometri za pozicioniranje signala jednog i drugog kanala na ekranu osciloskopa. Desno pored ekrana osciloskopa se nalazi pet neoznačenih dugmadi, kao i jedno za aktiviranje ili uklanjanje prikaza menija na samom ekranu označeno sa Menu On/Off. Neoznačena dugmad služe za aktiviranje opcija koje se pored njih pojavljuju na ekranu osciloskopa. Na vrhu panela se nalaze komande za podešavanje vremenske ose, tj podešavanje horizontalne ose ili parameta Time/Div, koji govori o dužini vremenskog intervala koji sadrži jedna jedinica mjere prikazana na ekranu osciloskopa. U desnom gornjem uglu se nalazi dugme Run/Stop koje je korisno ukoliko je potrebno zamrznuti sliku na ekranu osciloskopa i naknadno ponovo pokrenuti mjerenja. Veoma korisna može biti mogućnost automatskog podešavanja koje se aktivira pritiskom na dugme Auto Scale. S obzirom na to da digitalni osciloskop automatski vrši mjerenja napona i frekvencije signala, odabiranjem opcije za automatsko skaliranje se ti parametri koriste za optimalan prikaz talasnih oblika. Posebno korisna opcija se aktivira pritiskom na dugme Meas, kojim se dopušta odabir prikaza pojedinih mjerenih parametara na ekranu osciloskopa, kao što je efektivna vrijednost, amplituda, frekvencija, itd. Čuvanje podataka je omogućeno na nekoliko načina i to na eksternu USB memoriju ili internu memoriju. Čuvanjetrenutnogprikazaslikenaekranuosciloskopajemogućeiniciratipritiskomna dugme Save/Recall i odabirom opcije External. Prethodno je poželjno izabrati format podataka koji želi da se sačuva. 2

4 Mjerenje napona i frekvencije Za mjerenje napona i frekvencije potrebno je pritisnuti dugme Meas na desnoj strani panela, što aktivira meni da desnoj strani ekrana osciloskopa. U tom meniju može da se izabere koji kanal se koristi za mjerenje i to odabirom opcije Source, zatim moguće je birati različite opcije za mjerenje napona i vremena. Na Slici 2 je prikazano mjerenje efektivne vrijednosti napona Vrms 2 i frekvencije. Slika 2: Mjerenje efektivne vrijednosti napona i frekvencije Mjerenje faznog pomaka Naponi koji se dovode na dva kanala osciloskopa su funkcije vremena, koje se uobičajeno nazivaju X kanal i Y kanal, x(t) i y(t). Medutim, osciloskop omogućava da se prikaže figura na ekranu koja bi odgovarala parametarskoj zavisnosti u y(x), na osnovu koje može da se mjeri fazni pomak i jedna frekvencija ukoliko je druga nepoznata 3. Da bi se prikazala zavisnost y(x) potrebno je pritisnuti dugme Horiz, pa u opciji Time Base izabrati X Y umjesto Y T. Na Slici 3 je prikazana medusobna zavisnost dva signala iste frekvencije koji imaju fazni pomak od 0 rad, dok je na Slici 4 prikazan slučaj kada je fazni pomak izmedu 0 i π rad. Pretpostavimodasenaprvikanaldovodi napontalasnog oblikax(t) = U x sin(ωt), anadrugi kanal napon y(t) = U y sin(ωt+φ), gdje su U x i U y amplitude napona, ω kružna frekvencija, a φ fazni pomak drugog napona u odnosu na prvi. S obzirom da se na osciloskopu može podešavati naponska rezolucija pokazivanje će biti srazmjerno amplitudama napona: x(t) = A x sin(ωt), y(t) = B y sin(ωt+φ) (1) gdje je A x = s x U x i B y = s y U y. Koeficijenti srazmjernosti s x i s y zavise od podešavanja osciloskopa i nisu bitni za dalju analizu. Ako je ωt = 0, na osnovu jednačina (1) i Slike 5 je B = B x sinφ, odnosno za ωt = π φ je A = A x sinφ. Na osnovu prethodnog se fazna razlika može računati prema jednačinama: φ = arcsin A A x φ = arcsin B B x (2) 2 Voltage Root Mean Square, srednjekvadratna vrijednost. 3 Zavisnost koja jednog napona u odnosu na drugi daje krivu koja se naziva Lisažuova kriva. Na osnovu oblika Lisažuovih krivih moguće je odrediti nepoznatu frekvenciju jednog signala, ako je druga poznata, što se detaljno izučava u predmetu električna mjerenja. 3

5 Slika 3: Naponi dva kanala u fazi Slika 4: Fazna razlika izmedu napona dva kanala Slika 5: Odredivanje fazne razlike izmedu napona dva kanala Primjer 1. Na osnovu jedne od jednačina (2) i Slike 4 možemo da izračunamo trenutni fazni pomak izmedu dva napona: φ = arcsin A = φ = arcsin 12 = rad 45 A x 17 4

6 Rad u laboratoriji Zadaci za rad u laboratoriji: 1. Spojiti signal generator na jedan kanal osciloskopa pomoću BNC kabla. 2. Podesiti mjerenje efektivne vrijednosti napona i frekvencije za upotrebljeni kanal. 3. Pomoću osciloskopa podesiti da generator daje sinusoidalni napon efektivne vrijednosti 2 V i frekvencije 500 Hz, napon trougaonog talasnog oblika efektivne vrijednosti 1,5 V i frekvencije 1000 Hz, te napon pravougaonog talasnog oblika efektivne vrijednosti 5 V i frekvencije 750 Hz. Izvršiti podešavanje osciloskopa tako da se na ekranu vide barem tri perioda signala za svaki od prethodnih slučajeva. 4. Snimiti talasne oblike na eksternu memoriju i priložiti ih u izvještaju. 5. Na drugi kanal osciloskopa priključiti drugi signal generator preko BNC konektora. 6. Na oba kanala dovesti sinusoidalni napon efektivne vrijednosti 3 V i frekvencije 500 Hz i snimiti talasne oblike. 7. Na ekranu osciloskopa prikazati zavisnost y(x) i snimiti krivu u jednom trenutku. 8. Izračunati faznu razliku izmedu napona dva kanala prema jednačinama (2). 5

7 Rezultati i izvodenja 6