آزمایش 1 :آشنایی با نحوهی کار اسیلوسکوپ

Transcript

1 آزمایش 1 :آشنایی با نحوهی کار اسیلوسکوپ هدف در اين آزمايش با نحوه كار و بخشهاي مختلف اسيلوسكوپ آشنا مي شويم. ابزار مورد نياز منبع تغذيه اسيلوسكوپ Function Generator شرح آزمايش 1-1 اندازه گيري DC با اسيلوسكوپ گام اول اسيلوسكوپ را در مد CH1 قرار دهيد و با قرار دادن در حالت GND سطح ولتاژ صفر در كانال 1 اسيلوسكوپ را با استفاده از پيچ تنظيم موقعيت )Position( تنظيم كنيد گام دوم براي مد CH2 اسيلوسكوپ نيز قسمت فوق را انجام دهيد. سپس كليد سلكتور Time/Div را روي 1.1 ثانيه قرار دهيد. آنچه را كه مي بينيد رسم كنيد و آن را در حالت 1ms نيز تكرار كنيد و شكل موج را در همان شكل با رنگ متفاوت رسم كنيد. چرا وقتي كليد سلكتور Time/Div ر يو حالت 1ms است شكل موج آن با شكل موج در حالت 1.1 ثانيه متفاوت است گام سوم با قرار دادن كانال 1 اسيلوسكوپ در حالت DC ولتاژ يك منبع ولتاژ DC را بر روي صفحه اسيلوسكوپ مشاهده كنيد و با استفاده از مقياس ولتاژ اسيلوسكوپ مقدار دقيق ولتاژ را اندازه گيري كنيد و با تغيير پيچ مقياس ولتاژ (Volts/Div) اثرات آنرا مشاهده كنيد و يادداشت كنيد گام چهارم منبع ولتاژ DC را روي 11 ولت قرار داده و پيچ تنظيم ولتاژ (Volts/Div) را يك بار روي 2 ولت و يك بار هم روي 5 ولت قرار دهيد و نتيجه را مشاهده كنيد و يادداشت كنيد. اگر پيچ تنظيم ولتاژ را روي ميلي ولت قرار دهيم چه اتفاقي مي افتد

2 آزمايش اول:آشنايی با نحوهی کار اسيلوسکوپ 2-1 اندازه گيري AC با اسيلوسكوپ گام اول پروب كانال 1 اسيلوسكوپ را به خروجي كاليبراسيون اسيلوسكوپ ( قسمت 4 در شكل ) 1 وصل كرده و شكل موج آنرا بر روي صفحه اسيلوسكوپ مشاهده كنيد و با استفاده از مقياس ولتاژ و فركانس اسيلوسكوپ مقدار دقيق دامنه و فركانس آنرا اندازه گيري و يادداشت كنيد و با مقدار نوشته شده بر روي اسيلوسكوپ مقايسه كنيد و از صحت كاليبراسيون اسيلوسكوپ اطمينان حاصل كنيد گام دوم كانال 1 اسيلوسكوپ را در حالت AC قرار دهيد. با استفاده از مولد سيگنال Generator) (Function يك سيگنال سينوسي توليد كرده و آنرا بر روي صفحه اسيلوسكوپ مشاهده كنيد و با استفاده از مقياس ولتاژ اسيلوسكوپ مقدار دقيق دامنه ولتاژ سينوسي را اندازه گيري و يادداشت كنيد و شكل خروجي را رسم كنيد گام سوم با استفاده از مقياس زمان اسيلوسكوپ مقدار دقيق فركانس ولتاژ سينوسي را اندازه گيري و يادداشت كنيد و با تغيير پيچ مقياس زمان (Time/Div) اثرات آنرا مشاهده كنيد. مقدار فركانس اندازه گيري شده بر روي صفحه اسيلوسكوپ را با مقدار فركانس نمايش داده شده بر روي مولد سيگنال Generator) (Function مقايسه و يادداشت كنيد گام چهارم با تغيير پروب از حالت x1 به حالت x10 اثر آنرا برروي صفحه اسيلوسكوپ مشاهده كنيد و علت را توضيح دهيد گام پنجم با قرار دادن كانال 1 اسيلوسكوپ در حالت DC مقدار آفست ولتاژ سينوسي ورودي را اندازه گيري كنيد و با تغيير مقدار آفست ولتاژ ورودي اثر آنرا بر روي صفحه اسيلوسكوپ مشاهده كنيد. شكل موج ديده شده را هم رسم كنيد. 3-1 تريگر كردن اسيلوسكوپ گام اول يك سيگنال سينوسي را به كانال 1 اسيلوسكوپ وصل كرده ولي سورس تريگر ( قسمت 3 در شكل 1( را كانال 2 قرار دهيد. چه تغييري در شكل موج بر روي صفحه اسيلوسكوپ مشاهده مي شود توضيح دهيد گام دوم با تغيير پيچ Level چه تغييري در شكل موج حاصل مي شود 2-1

3 آزمايش اول:آشنايی با نحوهی کار اسيلوسکوپ گام سوم كاربرد دكمه SLOPE چيست گام چهارم اگر مد تريگر را به جاي AUTO بر روي NORM قرار دهيم چه اتفاقي مي افتد تفاوت اينها در چيست گام پنجم دو مد TV-V و TV-H در چه مواقعي استفاده مي شوند 4-1 اندازه گيري دو كاناله با اسيلوسكوپ گام اول پروب كانال 1 اسيلوسكوپ را به خروجي كاليبراسيون اسيلوسكوپ وصل كرده و بطور همزمان يك سيگنال سينوسي با فركانس 511 هرتز را به كانال 2 اسيلوسكوپ متصل كنيد گام دوم اسيلوسكوپ را در مد Dual قرار دهيد و هر دو كانال را بطور همزمان بر روي صفحه اسيلوسكوپ مشاهده كنيد. شكل موج خروجي را رسم كنيد گام سوم با تغيير سورس تريگر از كانال 1 به كانال 2 چه تغييري بر روي صفحه اسيلوسكوپ مشاهده مي كنيد كاربرد مدهاي LINE و EXT چيست گام چهارم در صورتيكه قادر به مشاهده هر دو شكل بطور ثابت نيستيد اسيلوسكوپ را در حالت ALT قرار دهيد و در قسمت تريگر TRIG ALT را فشار دهيد گام پنجم با تغيير از حالت ALT به حالت CHOP چه تغييري در شكل موج حاصل مي شود تفاوت ALT و CHOP در چيست گام ششم اسيلوسكوپ را در مد ADD قرار دهيد وشكل حاصل را مشاهده كنيد. در صورت نياز از پيچ Level براي تريگر كردن استفاده كنيد.كاربرد مد ADD را توضيح دهيد. براي تفاضل دو شكل موج چه راهي پيشنهاد مي كنيد. 3-1

4 آزمايش اول:آشنايی با نحوهی کار اسيلوسکوپ شكل 1-1 نماي اسيلوسكوپ و بخشهاي مختلف بخش : 1 بخش تنظيمات مربوط به مقياس ولتاژ مد و حالتهاي كاري كانالهاي 1 و 2 اسيلوسكوپ بخش : 2 بخش تنظيمات مربوط به مقياس زماني ( محور افقي ) اسيلوسكوپ بخش : 3 بخش تنظيمات مربوط به تريگر كردن اسيلوسكوپ بخش : 4 خروجي كاليبراسيون اسيلوسكوپ 4-1

5 آزمایش 2 :تعیین مشخصات دیود پیوندی PN هدف در اين آزمايش مشخصات ديود پيوندي PN را بدست آورده و مورد بررسي قرار مي دهيم. وسايل و اجزای مورد نياز ديودهاي 1N4002 1N4001 1N4148 و يا 1N4004 و همچنين ديود زنر با ولتاژ شكست بين 4 تا 7 ولت. مقاومتهاي.100KΩ,10KΩ,1KΩ,560Ω,100Ω,10Ω منبع تغذيه اسيلوسكوپ فانكشن ژنراتور بردبورد مولتي متر و سيم. پيش گزارش 1. مدار زير را در نظر بگيريد: شكل 1-2 الف( مشخصه انتقال ( نمودار تغييرات V O بر حسب V in ) را رسم كنيد. ب( منحني مشخصه تقريبي ديود ( D I بر حسب ) V D را رسم كنيد. مقدار معكوس شيب نمودار در نقطه كار را بدست آوريد. اين مقدار مقاومت ديناميكي ديود ناميده مي شود. ج( فرض كنيد ولتاژ ورودي يك سيگنال سينوسي با دامنه 6 ولت و فركانس 1 كيلوهرتز باشد. با در نظر گرفتن ولتاژ 1.6 ولت به عنوان ولتاژ آستانه هدايت ديود (v V ) شكل =γ 0.6 موج ولتاژ خروجي O(t) V را رسم كنيد.

6 د( ديود را با يك ديود زنر با ولتاژ شكست 7 ولت و ولتاژ آستانه هدايت 4 ولت جايگزين كنيد. مشخصه انتقال ( نمودار بر حسب V O تغييرات I D ) و منحني مشخصه تقريبي ديود ( V in V Z بر حسب ) را رسم كنيد. ه( يكبار ديگر منبع ورودي را يك منبع سينوسي مطابق قسمت )ج( قرار داده و شكل موج خروجي O(t) V را رسم كنيد. 2. مدار زير را در نظر بگيريد. اين مدار را مي توان به عنوان يكسوكننده ولتاژ به كار برد اگرچه براي عملكرد صحيح مدار مي بايست اثر مقاومت بار را در نظر گرفت. ( ولتاژ آستانه هدايت ديودها را برابر با 1.6 ولت و مقاومت R L 1kΩ فرض كنيد( را برابر با شكل 2-2 الف( مشخصه انتقال ( نمودار تغييرات V O بر حسب V in ) را بدون در نظر گرفتن مقاومت R L و با در نظر گرفتن مقاومت R L بطور جداگانه رسم كرده و دو نمودار را با يكديگر مقايسه كنيد و توضيح دهيد كه آيا اين مدار براي بارهاي بزرگ مناسب است يا خير 8V) (Vin = 0V to ب( با جابجا كردن شاخه ديودي با ديود زنري با مشخصات ( V γ = 0.6 v و ) V break = 4 v قسمت اول را دوباره تكرار كنيد و توضيح دهيد كدام مدار )قسمت الف يا ب ) مناسب تر مي باشند. ( مقدار حداكثر جريان معكوس ديود زنر را برابر با 51 ميلي آمپر در نظر بگيريد.(. نحوه جايگزيني شاخه ديودي با ديود زنري را نيز توضيح دهيد. شرح آزمايش 2-2 تعيين مشخصات استاتيك ديود در اين قسمت مشخصات استاتيك ديود را با استفاده از بدست آوردن مشخصه ديود از طريق مد XY اسيلوسكوپ بدست مي آوريم. 2-2

7 گام اول مدار شكل 3-2 را ببنديد. ديود را از نوع 1N4148 و ورودي را يك ولتاژ سينوسي با دامنه 6 ولت و فركانس 1 كيلوهرتز قرار دهيد. تذكر : خط روي بدنه ديود نشان دهنده كاتد آن است. شكل گام دوم زمين اسيلوسكوپ را به نقطه شماره 2 وصل كنيد و پروب هاي كانال 1 و 2 را به نقاط 1 و 3 متصل كنيد و اسيلوسكوپ را در مد XY قرار داده و مشخصه ديود را مشاهده كرده و رسم كنيد. مقدار V γ را بدست آوريد. نتيجه را با قسمت پيش گزارش مقايسه كنيد. ( توجه : ابتدا هر دو را در GND قرار دهيد و زمين آنها را تنظيم نماييد. فراموش نكنيد كه اندازه گيري شما در مد DC انجام مي شود. ) گام سوم قسمت قبل را براي ديود 1N400X تكرار كنيد. بار ديگر قسمت قبل را براي ديود زنري با ولتاژ شكست بين 4 تا 7 ولت تكرار كنيد. مقادير ولتاژ آستانه هدايت )γ V( و ولتاژ شكست معكوس break( V( را از روي مشخصه هاي به دست آمده براي ديودهاي مختلف را تعيين كنيد. نحوه به دست آوردن مقادير را نيز توضيح دهيد گام چهارم مدار شكل 3-2 را دوباره با استفاده از ديود 1N4148 ببنديد. ورودي را يك ولتاژ سينوسي با دامنه 6 ولت و فركانس 111 هرتز قرار دهيد. زمين اسيلوسكوپ را به نقطه شماره 3 وصل كنيد و ولتاژ نقاط 1 و 2 را به عنوان ورودي و خروجي مشاهده كرده و رسم كنيد. علت تفاوت دامنه هاي مثبت را توضيح دهيد. تذكر: اسيلوسكوپ را از مد XY خارج كرده و روي Dual قرار دهيد. 3-2

8 گام پنجم در حالت قبل فركانس سينوسي ورودي را به تدريج خيلي زياد كنيد و تغييرات مشاهده شده در شكل موج خروجي را بيان كنيد و علت آن را نيز شرح دهيد. نكته : در ديود خازن هاي پيوندي وجود دارد كه مقادير آنها با افزايش فركانس كاهش مي يابد گام ششم ولتاژ سينوسي را با ولتاژ مربعي جايگزين كنيد و تغييرات مشاهده شده را شرح دهيد گام هفتم همزمان با مشاهده ولتاژ خروجي فركانس ورودي را تغيير داده و مقادير تاخير روشن شدن و تاخير خاموش شدن ديود را بدست آوريد گام هشتم ديود را با ديود زنري با ولتاژ شكست بين 4 تا 7 ولت جايگزين كنيد و در فركانس 111 هرتز شكل موج خروجي را رسم كنيد و تغييرات مشاهده شده در فركانس هاي باال را بيان كرده و علت آن را شرح دهيد. 3-2 مقاومت ديود و محدود كنندگي ولتاژ گام اول در مدار شكل 3-2 ولتاژ ورودي را يك ولتاژ DC قرار دهيد. ( مدار شكل 4-2 ) شكل گام دوم ولتاژ ورودي را 5 ولت قرار داده و دو نقطه كار نزديك )d V( d, I را به دست آوريد. توجه داشته باشيد كه ولتاژهاي (1)d V و (2)d V حدود 51 ميلي ولت با يكديگر اختالف داشته باشند. در اين بخش براي دقت بيشتر در اندازه گيري از مولتي متر 4-2

9 شكل 5-2 نمودار مشخصه ديود بجاي اسيلوسكوپ استفاده كنيد. براي اندازه گيري جريان ديود بطور غير مستقيم مي توانيد از ولتاژ دو سر مقاومت R استفاده كنيد. ( اخطار: به هيچ عنوان از آمپرمتر استفاده نكنيد! ) بر طبق مشخصه ديود مشابه شكل فوق كمي تغيير در مقدار مي بايست تا حد امكان مقدار V d تغيير قابل مالحظه اي در مقدار I d V d بطور دقيق اندازه گيري شود. ايجاد مي كند. بنابراين گام سوم r V I D2 d = D2 V I D1 D1 با استفاده از رابطه زير مقدار r d را محاسبه كنيد گام چهارم با استفاده از مقدار I مقدار d1 r d را از رابطه زير به دست آوريد. V (η=1 and VT=26mA فرض كنيد ) r d = I D T (مقاومت ديناميكي : d (r دو نتيجه به دست آمده را با هم مقايسه كنيد. كداميك دقيقتر هست و چرا گام پنجم مدار شكل 6-2 را با استفاده از ديودهاي 1N400X و مقاومت 111 اهم ببنديد. 5-2

10 شكل گام ششم انتظار داريد كه ولتاژ خروجي 2.1 ولت ثابت باشد. بر اساس مقادير مختلف ولتاژ ورودي طبق جدول زير مقادير ولتاژ خروجي را به دست آوريد. جدول volt 4 volt 3.5 volt 3 volt 2.5 volt 2 volt 1.5 volt V I V O گام هفتم نمودار آوريد. V O بر حسب V I را رسم كنيد.مقدار رگوالسيون خطي ديود )I V ( O / V را براي قسمت خطي جدول باال به دست گام هشتم با ثابت نگاه داشتن ولتاژ ورودي در مقدار 5 ولت مقاومت بار را به مدار اضافه كنيد. براي اين منظور يك مقاومت با مقادير مختلف بر طبق جدول زير را موازي با شاخه ديودي ( بين V O و زمين ) قرار داده ومقادير مقاومت بار مقدار درصد ولتاژ رگوالسيون را بر طبق رابطه زير به دست آوريد. S load = 100 [(V noload V fullload )/ V noload ] V O جدول 2-2 را اندازه گيري كنيد. براي هر R (Ω) 10k 1k Vo Sload 6-2

11 4-2 مقاومت مستقيم و معكوس ديود زنر گام اول در مدار شكل 4-2 ديود را از نوع زنر و بطور مستقيم قرار داده و دو نقطه كار (d1, I (V z1, I d2) و (V z2 را بدست آوريد. مشابه قسمت مقاومت ديناميكي ديود زنر را به دست آورده و با مقاومت ديناميكي ديود 1N4148 مقايسه كنيد گام دوم ديود زنر را بصورت معكوس در مدار قرار دهيد و ولتاژ ورودي را طوري تنظيم كنيد كه يكبار جريان ديود 4 ميلي آمپر و بار ديگر 5 ميلي آمپر باشد و در هر بار ولتاژ دو سر ديود را اندازه گيري كرده و از رابطه زير مقاومت ديناميكي معكوس را به دست آورده و با مقاومت ديناميكي مستقيم مقايسه كنيد. r V I Z 2 d = D2 V I Z1 D1 = r d = V I D T آيا مي توانيم براي محاسبه مقاومت ديناميكي معكوس از رابطه استفاده كرد چرا 5-2 محدود كننده ولتاژ با ديود زنر در مدار شكل 6-2 به جاي شاخه ديودي يك ديود زنر به صورت معكوس ( مطابق شكل تمرين بعدي ) قرار داده و بارهاي مقاومتي را مطابق جدول قسمت به مدار اضافه كنيد )ولتاژ ورودي را روي 5 ولت قرار دهيد ولي در صورتي كه ولتاژ شكست ديود زنر بيش از اين مقدار بود سطح ولتاژ ورودي را افزايش دهيد(. جدول 2-2 را يك بار ديگر براي اين حالت پر كنيد. 6-2 مساله در مدار زير محدوده مقاومت R L را به منظور عملكرد صحيح مدار بدست آوريد. شكل