2 Osciloscopul. 2.2 Schema bloc generală. 2.1 Prezentare generală MĂSURĂRI ÎN ELECTRONICĂ ŞI TELECOMUNICAŢII. Osciloscopul 13

Transcript

1 Osciloscopul 3. Schem loc generlă Osciloscopul. Prezenre generlă Osciloscopul ese un insrumen vând c funcţie principlă vizulizre şi măsurre semnlelor elecrice în domeniul imp. Semnlul ese reprezen pe un ecrn, c un grfic idimensionl, vând pe x orizonlă (X) impul, ir pe x vericlă (Y) ensiune. Aces ese modul cel mi frecven de uilizre osciloscopului, Y(). O lă uilizre osciloscopului consă în vizulizre dependenţei unui semnl funcţie de l semnl - funcţionre în modul Y(X). Exisă în prezen pe piţă o vriee desul de mre de osciloscope. O primă clsificre le poe împărţi în două cegorii: Osciloscope fără memorie. Acese sun folosie în principl penru vizulizre semnlelor periodice, cre po gener o imgine silă pe ecrn, su penru urmări evoluţi unor semnle cu vriţie fore lenă; Osciloscope cu memorie, cre permi înregisrre unui semnl înr-o singură priţie şi memorre lui penru fi vizuliz ulerior. În funcţie de modul în cre se fce prelucrre semnlelor osciloscopele po fi: nlogice (osciloscopul clsic ); digile. Semnlul ese digiiz (rnsform în formă numerică), ir poi poe fi soc, prelucr, fiş. În ces cz, osciloscopul ese implici cu memorie. Domeniul de frecvenţă coperi ese până l câev sue de MHz penru osciloscopele oişnuie (numie şi de imp rel ), dr poe junge până l zeci de GHz în czul osciloscopelor cu eşnionre, cre se zeză pe crcerul repeiiv l semnlelor vizulize. O schemă loc fore generlă, vlilă â penru un osciloscop nlogic câ şi penru unul digil, ese dă în figur.. Se pun în evidenţă rei locuri principle: Cnlul Y, l cărui rol ese de reliz condiţionre (prelucrre) semnlelor sudie. Mjorie osciloscopelor exisene permi vizulizre două semnle, plice pe inrările noe în schemă cu Y A, respeciv Y B. Fore frecven ele sun inscripţione pe ecrn prin CH şi CH (CH de l Chnnel). Exisă şi osciloscope ce permi nliz simulnă mi mulor semnle, de exemplu 4. În modul de lucru Y(X) inrre Y B şi circuiele ferene po fi comue penru prelucr semnlul uiliz penru x X. Y Y TRG EXT Cnl Y Sisem de sincronizre şi ză de imp 3 Sisem de fişj Figur.. Schem loc generlă osciloscopului Blocul iniul Sisem de sincronizre şi ză de imp îndeplineşe o dulă funcţionlie: o Pe de o pre, sigură sincronizre imginii. Cum s- mi ră, osciloscopul fără memorie ese frecven uiliz penru vizuliz semnle periodice. Pe un ecrn ese reprezen un segmen de dură limiă l semnlului, ir fişre se rei l numie inervle de imp. Penru cre o imgine silă, l fiecre relure fişării, r reui să fie reprezen celşi conţinu. Lucrul ces ese posiil, vând în vedere periodicie semnlului, dcă fişre începe de fiecre dă în celşi momen de imp l periodei semnlului. În figur. sun reprezene o imgine nesincroniză şi un sincroniză. Penru relizre sincronizării poe fi uiliz unul din cele două semnle vizulize, livr de cnlul Y (sincronizre inernă), su un semnl plic l orn rigger exern TRG EXT (sincronizre exernă).

2 4 Osciloscopul 5 Tun elecronic Zon de foclizre Zon de deflexie Zon de P posccelerre F Imgine nesincroniză Imgine sincroniză Figur.. Imgine nesincroniză/sincroniză pe ecrnul osciloscopului o Pe de l pre, ese necesr să se creeze o referinţă de imp penru se pue reliz o scră de imp pe x orizonlă. Sisemul de fişj ese cel cre reuie să relizeze imgine, pe un ecrn grd, corelând informţiile primie de l cele două locuri precedene. Uneori, în fră de imgine propriu-zisă mi po fi fişe şi unele informţii referiore l semnlul vizuliz su l seările prului. Diferă mul în funcţie de ipul osciloscopului (în czul osciloscopului nlogic se uilizeză un fişj cu u codic, în imp ce în czul osciloscopului numeric, fişjul ese de fp un monior de clculor, reliz cu ecrn cu crisle lichide (LCD)).3 Osciloscopul nlogic. Schem loc Cum s- ră, în ces cz vizulizre se fce uilizând un u codic. Având în vedere rolul esenţil pe cre îl re ces în funcţionre prului, vom prezen pe scur srucur şi principiul de funcţionre l cesui..3. Tuul codic Dispoziivul uiliz penru fişre imginii în czul osciloscopului nlogic ese uul codic (TK). Ese consiui dinr-un nsmlu de elecrozi siuţi înr-o incină vidă de siclă, vând o porţiune cilindrică şi un ronconică (Figur.3). Disingem 4 zone: Tunul elecronic Zon de foclizre; Zon de deflexie; Zon de posccelerre K G A A A3 DY DX APA Figur.3. Tuul codic l unui osciloscop Tunul elecronic Are rolul de gener un fscicol de elecroni cu energii cineice ridice. Se compune din urmăorele elemene: Filmen (F); Cod (K). Fiind încălzi de filmen, genereză fscicolul de elecroni; Gril (G). Are rolul de conrol inensie fscicolului de elecroni, şi prin ces, srălucire imginii. Ese polriză l un poenţil negiv în rpor cu codul. Prin modificre cesui poenţil se regleză srălucire. Anodul de ccelerre ( A ). Are rolul de cceler fscicolul de elecroni, în cre scop ese polriz l o ensiune înlă (3-5V) de oicei fixă în rpor cu codul. Zon de foclizre După ieşire din unul elecronic, fscicolul re endinţ de împrăşiere. Rolul cesei zone ese de concenr fscicolul, oţinându-se o convergenţă l nivelul ecrnului. Ese consiuiă din doi nozi, vând form cilindrică. Anodul (A) ese polriz l o ensiune mi mică decâ nodul A (ipic -7V). Prin modificre cesei ensiuni se relizeză regljul de foclizre. Anodul (A 3 ) ese folosi penru reglre efecului de sigmism (spoul devine ovl în numie porţiuni le ecrnului). Aces fenomen se doreză în specil diferenţei de poenţil înre nodul A 3 şi poenţilul mediu l plăcilor de deflexie. În consecinţă poenţilul nodului A 3 se regleză l poenţilul mediu l plăcilor de deflexie. 4 5

3 6 Osciloscopul 7 Poenţilul cesui elecrod ese propi de l nodului de ccelerre şi ese de oicei reglil. Zon de deflexie Acesă zonă ese lcăuiă din perechile de plăci de deflexie vericlă şi respeciv deflexie orizonlă. Rolul său ese de reliz deviere fscicolului de elecroni şi în consecinţă deplsre spoului l nivelul ecrnului. Exisă în principiu două posiiliăţi de reliz deflexi: cu juorul unui câmp mgneic su l unui câmp elecric. Prim soluţie, presupunând uilizre unor oine de deflexie siue în fr uului, ese folosiă l uurile codice din elevizore su moniore TV. În czul osciloscopelor se foloseşe deflexi elecrosică doriă posiiliăţii de lucr l frecvenţe mri. Se consideră penru exemplificre sudiul sisemului de deflexie pe vericlă, penru sisemul de deflexie orizonlă rţionmenul fiind semănăor. Funcţionre sisemului de deflexie se zeză pe mişcre elecronului în câmp elecrosic. În figur.4 ese prezenă mişcre unui elecron cre inră, cu vieză v z l momenul =, în sisemul de deflexie. Înre plăci se plică ensiune u. d l u E α L (l+l) Figur.4. Sisemul de deflexie pe vericlă Doriă plicării ensiunii u înre plăci v exis un câmp elecric uniform: u E = (.) d Aces v cţion supr elecronului cu o forţă: F = qe (.) z u F = q d (.3) Accelerţi imprimă pe direcţi v fi: d = d (.4) d u F m q d d (.5) Penru rezolvre ecuţiei diferenţile vom presupune condiţiile iniţile: ( ) =, d = v ( ) = d = (.6) Vom consider czul în cre ensiune u ese consnă şi eglă cu U. Prin rezolvre ecuţiilor de mişcre, rezulă: q U () = m d (.7) z () = v z su eliminând impul înre cele două ecuţii se oţine q U z ( z) m d vz (.8) Rezulă că în ineriorul sisemului de deflexie elecronul se mişcă pe o riecorie prolică. După ieşire din cesă zonă, elecronul îşi coninuă mişcre în virue inerţiei pe o riecorie recilinie, pe direcţi ngenei l prolă, deci su un unghi d q U l gα= = dz z= l m d vz (.9) Ne inereseză deplsre l nivelul ecrnului cre v ve deci două componene: q U l l ( L+ l) = ( l) + Lgα= L + m d vz (.) Viez v z ese deermină de ensiune de ccelerre U AC, conform ecuţiei mvz qu AC = qu AC vz = m (.) Se defineşe sensiilie sisemului de deflexie pe vericlă în regim sic l ( L) l l ll S = + = + L U du du (.) AC AC 6 7

4 8 Osciloscopul 9 Din relţi sensiiliăţii se oservă urmăorele: Mărire ensiunii de ccelerre re efec negiv supr sensiiliăţii. Rezulă de ici necesie posccelerării deorece ccelerre în zon nodului A nu poe fi măriă fore mul. Mărire sensiiliăţii se poe fce prin mărire lui L, dică prin lungire uului. Deorece se doreşe o sensiilie mi mre penru sisemul de deflexie pe, plăcile de deflexie vericlă se dispun înine celor de deflexie orizonlă. Mărire rporului l/d r fi o cle penru mărire sensiiliăţii. Apre însă pericolul c elecronii s lovescă plăcile de deflexie.acesă siuţie se poe evi prin modificre formei plăcilor (figur.5). poligonle rpezoidle proidle Figur.5. Plăci de deflexie De semene mărire lui l conduce l creşere impului de zor l elecronilor în ineriorul sisemului de deflexie. Acesă re un impc negiv supr enzii de frecvenţe uului codic (scde sensiilie l frecvenţe înle). Zon de posccelerre În czul uurilor desine funcţionării l frecvenţe mi mri de MHz, viez de deplsre fscicolului în plnul ecrnului ese fore mre, dur incidenţei cu un numi punc l ecrnului şi deci şi energi cineică rnsmisă srului luminiscen ese mică, rezulând o scădere srălucirii imginii. Penru evi ces fenomen, ese uilă o mărire suplimenră energiei cineice elecronilor după sisemul de deflexie. Acesă se oţine prin inroducere unui nod de posccelerre (APA) polriz cu o ensiune fore înlă (5 5 kv). Aces nod se relizeză prinr-o depunere melică de formă elicoidlă şi cu rezisenţă fore mre (de ordinul sue de MΩ) pe suprfţ ronconică uului. Form elecrodului ese sfel lesă încâ câmpul să prezine suprfeţe echipoenţile sferice, cre nu modifică riecori elecronului în zon de posccelerre. Elecrodul elicoidl se coneceză l cpăul dinspre sisemul de deflexie l un poenţil propi de cel l plăcilor de deflexie, ir l cpăul dinspre ecrn l poenţilul de posccelerre. Ecrnul Ecrnul ese form din srul luminiscen P, depus pe fţ inerioră uului. Rolul cesui sr ese de rnsform energi cineică elecronilor în energie luminosă cu un rndmen câ mi un. Elemenul de ză penru relizre ecrnului îl consiuie fosforul. Două sun fenomenele cre su l z funcţionării ecrnului: Fluorescenţă emisie luminosă pe dur omrdării cu elecroni; Fosforescenţă emisie luminosă cre coninuă după încere omrdmenului cu elecroni. O crcerisică impornă unui u codic, deermină de proprieăţile srului de fosfor, ese persisenţ imginii inervlul de imp în cre luminozie scde de l 9% l % din ce iniţilă după erminre omrdmenului cu elecroni. Câev exemple: Persisenţă redusă (su ms) fosfor P (culore lsră); Persisenţă medie (ms s) fosfor P3 (culore glen verzuie) fore frecven l osciloscope; Persisenţă mre (mi mre c ms) fosfor P33 (culore ornj) penru rdre, nlizore de specru, vouloscope. Gricul (croijul) Penru pue măsur nivele de ensiune su inervle de imp, ese necesră exisenţ unei grile grde în diviziuni şi sudiviziuni, pe orizonlă şi pe vericlă. În mod frecven, sun N x = diviziuni pe orizonlă şi N = 8 diviziuni pe vericlă. Gricul poe fi: Inernă (zgâriă pe sicl ecrnului); Exernă (reliză pe o plcă de plexigls plsă în fţ ecrnului. 8 9

5 Osciloscopul.3. Schem loc osciloscopului nlogic YA YB TRG EXT X EXT Z EXT Cnl Y BT PAX Cnl X CS ADX AZ Tu codic TK Surse şi limenre TK semnlul cre ese vizuliz (sincronizre inernă), fie un semnl exern, plic l orn TRG EXT (rigger exern). O lă funcţiune zei de imp consă în generre unui semnl cre să sigure singere spoului pe dur cursei inverse (înorcere spoului). Amplificorul deflexiei pe orizonlă (ADX) prei semnlul d de BT în modul de lucru ( ) su pe cel d de un premplificor (PAX) în czul când se lucreză în modul ( x ). PAX mplifică semnlul plic l inrre X EXT. Amplificorul de luminozie (A Z) Permie conrolul srălucirii imginii vizulize prin reglre ensiunii plice grilei uului codic. Circuiele de conrol l srălucirii (CS) O primă funcţiune oligorie consă în singere spoului pe dur cursei inverse, uilizând semnlul furniz de BT. În fră de ces, unele osciloscope mi u şi posiilie conrolului srălucirii prin inermediul unui semnl exern, plic l orn Z EXT. Rolul CS consă în cominre celor două ipuri de semnle. Deorece din vriţi inensiăţii imginii vizulize puem oţine informţii despre semnl, inensie ese văzuă c o rei dimensiune (Z). În figur.7 ese prezenă imgine cre pre pe ecrnul osciloscopului când pe inrre Z se plică un semnl drepunghiulr, ir semnlul vizuliz ese de ip sinusoidl. Figur.6. Schem loc unui osciloscop nlogic Cnlul Y - Aces loc prei semnlele de l inrre (în figură s- presupus un osciloscop cu două cnle, deci exisă două inrări noe cu YA şi YB), pe cre le prelucreză penru produce ensiune necesră sisemului de deflexie pe vericlă. Toodă el livreză şi un semnl penru sincronizre inernă penru z de imp (BT). Cnlul X (z de imp) Dcă pe plăcile de deflexie pe vericlă s- plic semnlul cre se doreşe fi vizuliz, pe plăcile de deflexie orizonlă, în modul de lucru norml l osciloscopului (vizulizre vriţiei emporle semnlului ()), reuie plic un semnl cre să sigure deplsre pe orizonlă spoului. Deorece pe orizonlă se doreşe să se măsore impul, mişcre spoului de elecroni pe cesă direcţie reuie să se fcă cu vieză consnă (curgere impului ese liniră). În consecinţă pe plăcile de deflexie orizonlă reuie să fie plică o ensiune linir vriilă (crescăore) pe dur unei curse direce. Blocul cre genereză cesă ensiune ese z de imp (BT). În nsmlu ensiune generă de z de imp re o formă de ip dine de fierăsrău. Bz de imp mi re de semene rolul de sigur sincronizre imginii vizulize, folosind drep semnl de sincronizre fie Figur.7. Semnl drepunghiulr plic pe Z

6 Osciloscopul 3.4 Osciloscopul digil. Schem loc Y A Y B TRG EXT CS Sisem de sincronizre şi ză de imp E/M T S CAN Clculor Figur.8. Schem loc unui osciloscop digil Monior LCD O schemă simplifică ese dă în figur.8. În cesă schemă CS ese un loc nlogic de condiţionre semnlelor de inrre. Funcţiunile sle sun fore semănăore cu cele le cnlului Y din schem osciloscopului nlogic. Urmeză un loc de eşnionre/memorre (E/M). Aces eşnioneză semnlul nlogic de inrre l inervle egle de imp (T S ) c în figur.9. T S Figur.9. Semnl eşnion Eşnionele sfel oţinue sun plice unui converor nlog numeric (CAN). Aces compră mpliudine fiecărui eşnion cu un ps de cunizre. Rporul celor două mărimi, rounji l un număr înreg, ese rezulul conversiei. În ces fel semnlul v fi reprezen prinr-o succesiune de numere, scrise înr-un cod inr. Se spune că semnlul ese digiiz (exprim în formă numerică) şi su cesă formă ese plic unui microclculor. Aces mi primeşe şi informţiile de imp şi de sincronizre de l sisemul de sincronizre şi ză de imp. Sisemul ces lucreză c şi în czul osciloscopului nlogic pornind de l semnlul de sincronizre nlogic, dr funcţionre s diferă în mule privinţe de cee locului omolog din czul preceden. Bz de imp furnizeză şi semnlul de c T S cu cre fce eşnionre locul E/M. Microclculorul poe efecu operţii de memorre unui număr de forme de undă, prelucrări de semnl penru îmunăăţire cliăţii imginii, clculul unor prmeri i semnlului (vlorre mximă, minimă, eficce, medie, frecvenţ de repeiţie, poziţiile cursorilor de imp su de ensiune ec.), sigurre operţiilor de inerfţă cu uilizorul su cu un clculor. Afişre se fce pe un monior video cu crisle lichide monocrom su color. Având în vedere posiiliăţile de fişre pe ecrn, elemenele de reglj nu mi sun de regulă inscripţione pe pnoul prului, ci sun fişe direc pe ecrn..5 Cnlul Y Aces prgrf se referă l cnlul Y l osciloscopului nlogic, cre prei semnlul de l inrările Y A, Y B şi livreză ensiune penru sisemul de deflexie pe vericlă, dr şi l pre nlogică cnlului Y l osciloscopului numeric, cre furnizeză ensiune necesră sisemului de conversie nlog numerică..5. Rolul şi funcţiunile cnlului Y. Asigură impednţ de inrre de vlore ridică osciloscopului;. Relizeză mplificre în ensiune, necesră penru pue duce ensiune de inrre l vlore necesră sisemului de deflexie (în czul osciloscopului nlogic) su sisemului de conversie CAN (în czul osciloscopului digil); 3. Acesă mplificre ese cliră, ş încâ să exise o relţie cunoscuă înre dimensiune imginii pe ecrn şi vlore ensiunii de l inrre; 4. Fce recere de l inrre de regulă nesimerică (înre un punc `cld` şi msă) şi ieşire simerică, spre plăcile de deflexie su sisemul de conversie CAN; 5. Asigură proecţi l suprensiuni; 6. Permie exrgere semnlului penru sincronizre inernă; 7. Permie relizre unor reglje şi selecţii, urmărind vizulizre şi încdrre convenilă în ecrn imginii..5. Reglje şi selecţii în cnlul Y. Selecţi modului de cuplj l semnlului de inrre, cu urmăorele posiiliăţi: Cuplj în curen coninuu (CC) Cuplj în curen lerniv, cu locre componenei coninue (AC); 3

7 4 Osciloscopul 5 Conecre l msă inrării (GND ground), de exemplu penru vede poziţi spoului pe ecrn fără semnl. Efecul cesui comuor ese ilusr în figur... Coeficienul de deflexie pe vericlă reprezină rporul dinre ensiune U plică l inrre Y şi deviţi rezulă imginii pe ecrn, exprimă prin numărul de diviziuni n : U C = (.3) n Vlorile clire înâlnie l mjorie osciloscopelor sun: C = mv/div, --5 V/div. U c componen coninuă ) CC ) CA c) GND Figur.. Efecul comuorului de cuplj EXEMPLU: Să presupunem că în exemplul din figur., vizulizre ese făcuă cu C = V/div. Rezulă că semnlul ese o sinusoidă cu mpliudine de,5v, suprpus pese o ensiune coninuă U c =,5 V. În fră de regljul în repe, exisă şi posiilie reglării coninue coeficienului de deflexie pe vericlă uilă, de exemplu, unci când dorim să încdrăm o imgine înre numie grdţii le scării grde. Aenţie! Dcă uilizăm regljul coninuu, nu mi puem cii nivele de ensiune pe grdţi ecrnului! În czul osciloscopelor numerice, scările clire po fi uneori mi dese, ir regljul coninuu poe fi înlocui cu unul fin (în repe fore dese, de exemplu :, :, : ec.) 3. Poziţi (deplsre) pe vericlă imginii (POZ Y). Uilizre cesui reglj ese echivlenă cu suprpunere unei ensiuni coninue pese semnlul măsur. Aces fp poe să conducă l erori în măsurre ensiunilor coninue suprpuse pese semnl. Penru le evi ese indic c mi înine de efecure măsurăorii să se verifice şi evenul să se 4 juseze în mod convenil poziţi spoului pe ecrn, cu comuorul modurilor de cuplj pe poziţi GND. 4. Selecţi polriăţii imginii +/.Permie vizulizre semnlului su. 5. Selecţi modului de vizulizre simulnă semnlelor de pe cele două (su mi mule) inrări. Penru un osciloscop cu două cnle, sun uzule urmăorele opţiuni: CH (numi semnlul YA); CH (numi semnlul YB); ALT (mele semnle, în modul lern); CHOP (mele semnle, în modul comu); ADD (sum cnlelor de pe cele două cnle, su diferenţ lor, dcă polrie unui ese inversă). În czul osciloscopelor numerice, dcă exisă două cnle CAN nu se mi pune prolem selecării unui dinre cele moduri de reprezenre simulnă lern/comu. Exisă însă şi osciloscope cu un singur sisem de conversie, vând în vedere preţul ridic l cesui sisem. În ces cz, converorul poe lucr în modul lern (se efecueză succesiv chiziţi câe unui din cele două semnle) su comu (de exemplu chiziţionând un eşnion l cnlului A, poi unul l cnlului B şi ş mi depre)..5.3 Crcerisici şi performnţe le cnlului Y. Sensiilie osciloscopului poe fi crceriză prin inversul coeficienului de deflexie pe vericlă minim, C m. Penru osciloscopele oişnuie, ces ese 5 su mv/div. Limire inferioră ese cuză de exisenţ zgomoului, ineren oricărui circui elecric. Aunci când exisă repe mi coorâe, de exemplu su mv/div, cese se relizeză cu preţul reducerii lărgimii de ndă osciloscopului (de exemplu l 5- MHz), pe cele repe, prin inroducere unui filru rece jos, cre limieză puere zgomoului. Amplificre în ensiune cnlului l frecvenţe jose, A. În czul unui osciloscop nlogic, cunoscând sensiilie deflexiei pe vericlă S şi vlore minimă lui C, C m, A = (.4) S C 5 EXEMPLU: Penru un u vând S =,div/v şi un osciloscop cu 3 C m = mv/div, rezulă A =. m

8 6 Osciloscopul 7 În czul unui osciloscop numeric, cunoscând ensiune mximă l inrre CAN, U M şi vând în vedere că ces reuie să corespundă ensiunii necesre penru coperire înregului ecrn pe rep de C, rezulă U A = (.5) N M C Crcerisicile de frecvenţă. Amplificre în ensiune cnlului Y, poe fi proximiv reprezenă în ermenii rnsformei Lplce prin expresi Aω As ( ) = (.6) s +ω din cre se deduce dependenţ de frecvenţă jϕω ( ) Aω A( jω ) = A( jω ) e = (.7) j ω+ω Modulul mplificării Aω A A( jω ) = = (.8) ω +ω ω + ω indică dependenţ mplificării de frecvenţă, deci reprezină crcerisic mpliudine frecvenţă cnlului Y. Penru o redre fără disorsiuni semnlului, r reui c cesă crcerisică să fie consnă în oă nd de frecvenţe semnlului vizuliz. Consăm însă o scădere cu frecvenţ mplificării. În figur. ese reprezenă cesă crcerisică în decieli: ω A( jω ) = log A( jω ) = log A log + db (.9) ω A [db] A 3 [db] A(ω)[dB] m su în db: log = log = 3dB. Aces pre l ω=ω. Accepând cesă scădere vom pue firm că lărgime de ndă l 3dB cnlului Y şi implici osciloscopului, ω ese f3db = f =. π Se oservă că puem reprezen proximiv crcerisic mpliudinefrecvenţă ţinând sem de urmăorele proximări: o Penru frecvenţe ω<<ω, A( jω) log db A o Penru frecvenţe ω>>ω, ω A( jω) log A log db (.) ω Uilizând penru grficul de mi sus o scră logrimică de frecvenţe în scisă, crcerisic se proximeză deci cu o drepă, vând o scădere de db l o creşere frecvenţei de l ω l ω (-db/decdă). ϕω ( ) indică defzjul inrodus de mplificor, penru un semnl sinusoidl de frecvenţă ω. Acesă funcţie reprezină deci crcerisic fză-frecvenţă. Uneori, în locul crcerisicii fză frecvenţă se preferă crcerisic imp de înârziere de grup-frecvenţă, impul de înârziere de dϕω ( ) grup fiind d de τg ( ω ) =. Penru c mplificorul să nu producă dω disorsiuni, în fră de condiţi referiore l crcerisic mpliudine frecvenţă, r mi reui c impul de înârziere de grup să fie consn în oă nd de frecvenţe semnlului (su, echivlen, crcerisic fză frecvenţă să vrieze linir cu frecvenţ). Răspunsul l impuls repă. În mod idel, plicând l inrre o repă r reui să rezule l ieşire o o repă, vând o numiă înârziere şi o modificre mpliudinii fţă de ce de l inrre. A I A O Figur.. Crcerisic de frecvenţă Se oişnuieşe să se considere ccepilă o scădere cu ω ω,77 =, Figur.. Răspunsul, în czul idel, l impulsul repă Două elemene pr c disorsiuni în czul rel 6 7

9 8 o Exisenţ unor oscilţii morize în vecinăe rnziţiei. Sun de nedori în czul osciloscopului şi po fi evie prinr-o proiecre şi relizre decvă; o Trnziţi înre cele două nivele nu se mi fce insnneu ci înr-un imp de creşere (dur fronului). A I Figur.. Răspunsul, în czul rel, l impulsul repă Să evluăm ces fenomen în czul modelului simplific dop penru expresi mplificării. Semnlul de inrre ese deci un impuls repă x( ) =σ ( ) vând rnsform Lplce X( s) =. Trnsform s Lplce ieşirii ese Aω Y( s) = (.) s( s+ω) ( ) ( ω = A e ) σ ( ) (.) reprezen în figur.3. A O Osciloscopul 9, f = ln9 = (.5) ω ω su,35 f = (.6) f Se consă că dur fronului ese invers proporţionlă cu lărgime de ndă mplificorului. De exemplu, penru f = MHz rezulă = 3,5ns. f Dcă semnlul plic l inrre nu ese o repă perfecă, ci re o dură fronului s, dur fronului vizuliz poe fi deermină proximiv cu formul empirică = + (.7) v s f Măsurre făcuă ese vlilă fără fce cesă corecţie, v s, dcă v >> f. Dcă însă v şi f sun comprili, penru clculul lui s reuie plică formul de mi sus. Impednţ de inrre x()=σ() () R i C i A,9A,A Figur.3. Răspunsul osciloscopului l impuls repă Dur fronului v fi f =, unde rezulă din ω ( ) = A( e ) =,A = ln (.3) ω,9 ir de unde ω ( ) = A( e ) =,9A = ln (.4) ω, Figur.4. Schem echivlenă impednţei de inrre osciloscopului Are o componenă rezisivă şi un cpciivă (figur.4) În mod frecven, Ri = MΩ, Ci = 8 pf. L frecvenţe mri, componen cpciivă inde să şuneze componen rezisivă şi impednţ de inrre devine puernic dependenă de frecvenţă. De cee, osciloscopele desine funcţionării l frecvenţe mri (pese MHz) u uneori şi o inrre de impednţă mică (5 su 75 ohmi)..5.4 Blocurile funcţionle le cnlului Y S- consider czul unui osciloscop cu două cnle (Y A, Y B ). Schem loc cnlului Y ese prezenă în figur

10 3 Osciloscopul 3 Y A Y B CC GND CA ACY PAY C [V/div] C POZ Y INV SINCR CC ADY Zi ( ) ω. Cum însă inrre oricărui enuor r pue fi conecă chir l inrre osciloscopului, ir impednţ de inrre osciloscopului nu reuie să depindă de rep de enure, v fi necesr c Zip ( ω) = Zio ( ω) = Zi ( ω ). În plus, enureà fiecărei celule reuie să fie independenă de frecvenţă. Să presupunem enuorul c un divizor rezisiv (figur.6) reliz cu rezisorele R şi R şi vând drep srcină impednţ de inrre în premplificor Zip ( ω ). În ces cz, funcţi de rnsfer în ensiune ese R Zip ( ω) H ( ω) = (.8) R + R Z ω ip ( ) Figur.5. Cnlul Y l osciloscopului R Principlele componene funcţionle sun: Comuorul modurilor de cuplj (CC, AC, GND) Aenuorul clir (ACY) Premplificorul cnlului Y (PAY) Comuorul de cnle (CC) Amplificorul de deflexie pe vericlă (ADY) Comuorul modului de cuplj permie vizulizre semnlului cu su fără componenă coninuă su, pe poziţi GND (Ground), permie vizulizre nivelului de zero (figur.7). U R Eviden, deorece Zip ( ) cpciive, şi ( ) R ip C ip U Figur.6. Aenuor rezisiv ω scde cu frecvenţ din cuz componenei H ω v ve o endinţă de scădere. Penru compens cesă endinţă se poe inroduce un condensor C în prlel cu R, cre să fvorizeze recere frecvenţelor înle. Se junge l schem din figur.7. Aenuorul clir permie modificre în repe clire coeficienului de deflexie pe vericlă. Dcă se doreşe relizre unui enuor cu repele C = mv/div, --5 V/div, vor fi necesre enuările din elul U R C R C U C mv/div mv/div 5 mv/div mv/div mv/div 5 mv/div V/div V/div 5 V/div Aenure / / /5 / / /5 / / /5 Figur.7. Srucur unui enuor Se oservă că oe cese enuări po fi relize uilizând dor pru enuori elemenri, cu enuările /, /5, /, / şi conecându-i în mod convenil în cscdă, când ese necesr. De exemplu, enure /5 se poe reliz conecând în cscdă un enuor / cu unul /5. Fiecre enuor elemenr r pue fi reliz c un divizor rezisiv. Impednţ de srcină unui enuor poe fi impednţ Z ω su impednţ de inrre lui enuor, de inrre în premplifcor ( ) ip unde Funcţi de rnsfer circuiului ese dă de relţi U Z ( ω) H ( ω ) = = U Z ω + Z ω ( ) ( ) (.9) 3 3

11 3 Osciloscopul 33 R R Z( ω ) = R = =, τ = RC jω C + jω RC + jωτ (.3) R R Z( ω ) = R = =, τ = RC jω C + jω RC + jωτ ş încâ U R( + jωτ ) R + jωτ H ( ω ) = = = (.3) U R + R + jω( Rτ + Rτ ) R + R Rτ + Rτ + jω R + R L frecvenţe jose R H ( ) = k R R = (.3) + Ese de dori c funcţi de rnsfer să nu depindă de frecvenţă, cee ce se înâmplă dcă Rτ + Rτ τ = =τ (.33) R + R cee ce implică τ =τ =τ (.34) Aces ese condiţi de compensre perfecă enuorului. Ese fore imporn c cesă condiţie să fie îndepliniă. Îndeplinire ei presupune nu numi consnţ enuării cu frecvenţ, ci şi fpul că răspunsul enuorului l un semnl complex nu ese disorsion. De exemplu, u =σ v fi o răspunsul enuorului compens l semnlul repă ( ) ( ) un impuls repă ponder cu vlore k, kσ ( ) ). În czul în cre τ τ, enure nu mi ese consnă cu frecvenţ, deci vor păre erori în măsurre mpliudinii unor semnle sinusoidle. În plus, semnlele cu o formă mi complexă vor fi disorsione. C exemplu, în czul impulsului repă plic l inrre, se poe ră că semnlul de l ieşire enuorului se oţine în ces cz τ τ u () kσ () e τ = + σ () (.35) ( C + C )( R + R ) 3 Sun posiile două siuţii: τ >τ enuor sucompens; în ces cz enuorul defvorizeză semnlele de frecvenţe mri, ir în răspunsul l repă, ermenul l doile ese negiv, vând l efec o disorsionre fronului. τ <τ enuor suprcompens; enuorul fvorizeză semnlele de frecvenţe înle, ir în răspunsul l repă, ermenul l doile ese poziiv, conducând l o suprcreşere. În figur.6 ese reprezen răspunsul în cele rei czuri (enuor compens, suprcompens şi sucompens). x()=σ() C C + C R R + R C C + C 33 () τ =τ - compens Figur.8. Răspunsul enuorului τ <τ - suprcompens τ >τ - sucompens EXEMPLU: În figur.9 sun prezene imginile cre se oţin pe ecrnul osciloscopului, când l inrre s se plică un semnl drepunghiulr periodic, în cele rei czuri în cre se poe fl enuorul, din puncul de vedere l condiţiei de compensre. Aenuor compens Aenuor sucompens Figur.9. Aenuor suprcompens Premplificorul cnlului Y Relizeză o ună pre din funcţiunile specifice cnlului Y: relizeză o primă mplificre semnlului de l ieşire enuorului fce recere de l inrre simerică l ieşire simerică (diferenţilă) necesră penru sisemul de deflexie; sigură o impednţă de inrre mre (R in =MΩ, C in = 8pF); sigură proecţi l suprensiuni plice pe orn de inrre; exrgere unui semnl penru sincronizre inernă. În ces loc se relizeză regljele şi selecţiile specifice cnlului Y, mi puţin repele penru C, relize în enuorul clir. Comuorul de cnle Ese necesr în czul în cre osciloscopul re mi mule cnle (posiilie de fiş simuln mi mule semnle, cel mi frecven două). În ces cz, dcă osciloscopul nu re decâ un singur fscicol de elecroni, nu

12 34 Osciloscopul 35 po fi fişe mi mule imgini simuln. Penru permie ouşi vizulizre simulnă semnlelor de pe mi mule cnle, ese folosi locul de comure cnlelor. Aces re rolul de muliplex semnlele cre reuie vizulize. Exisă două moduri de vizulizre mi mulor cnle: modul lern (ALT) modul comu (chopper - CHOP) Amplificorul de deflexie Amplificor diferenţil de ndă lrgă Are mplificre fix Funcţioneză l nivel mre. Modul lern Semnlele sun fişe lern. L fiecre cursă se fişeză un semnl. De exemplu, în czul unui osciloscop cu două cnle, l cursele impre ese fiş semnlul de pe cnlul, ir l cursele pre ese fiş semnlul de pe cnlul. Să noăm cu T d period desfăşurărilor. Insemnă că imgine corespunzăore unui dinre cnle ese fişă cu o periodă de T d. Dcă p > Td, unde p ese persisenţ ecrnului, ochiul percepe cele două imginii c fiind fişe simuln. Aces mod de lucru ese uil penru semnle de frecvenţe mri (periodă mică). În ces cz period de fişre ese mică şi implici lernre celor două imgini ese fore rpidă. In czul semnlelor de frecvenţe jose, ese posiil să nu mi fie îndepliniă relţi de mi sus şi imgine pre pâlpâiore, lernre devenind viziilă.. Modul comu Pe ecrn sun fişe eşnione (frgmene) din cele două imgini. Comuorul de cnle comuă de l o imgine l l cu o frecvenţă de ordinul suelor de khz. Dcă cesă comure se fce cu o frecvenţă suficien de mre, mi precis cu o periodă Tc << Td, şi sincron cu desfăşurre, disconinuie imginilor fişe pe ecrn nu ese sesiză de ochi. Modul de lucru comu ese uil penru frecvenţe jose, unde ineglie de mi sus poe fi uşor îndepliniă. Aces mod de lucru ese în mod curen mrc pe osciloscope prin prescurre CHOP (de l. Engleză chopped). Curs n Curs n Curs n+ Curs n Modul ALT Modul CHOP Figur.. Modurile de fişre lern şi comu 34 35