ΟΡΓΑΝΑ & ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ Η γεννήτρια συχνοτήτων Η γεννήτρια συχνοτήτων που θα χρησιμοποιήσετε είναι το μοντέλο TG315 της εταιρίας TTi. Αυτή η γεννήτρια παρέχει μια εναλλασσόμενη τάση (AC) εξόδου με δυνατότητα ρύθμισης του πλάτους και της συχνότητάς του. Η συχνότητα και το πλάτος του σήματος εμφανίζονται στην οθόνη LCD. Μόνον ορισμένα πλήκτρα χρησιμοποιούνται σε αυτή την άσκηση, τα οποία υπογραμμίζονται στο σχήμα 1. Επιλογή περιοχής συχνοτήτων Επιλογέας συνάρτησης Ρύθμιση Συχνότητας Ρύθμιση Πλάτους Έξοδος Σήματος Σχ.1 Η γεννήτρια συχνοτήτων TG315 της εταιρίας TTi. Σύντομη περιγραφή των πλήκτρων ελέγχου της γεννήτριας Διακόπτης λειτουργίας (Power switch): Βρίσκεται στο πίσω μέρος του οργάνου. Επιλογέας συνάρτησης (Function switch): Επιλέξτε τον τετραγωνικό παλμό για την άσκηση-1 και την συνάρτηση ημιτόνου για τις ασκήσεις-2 και -3. Ρυθμιστής πλάτους (Amplitude): Περιστρέψτε τον επιλογέα μέχρι να εμφανιστεί στο δεξί μέρος της οθόνης LCD το επιθυμητό πλάτος σε Volts. DC OFFSET: Να είναι στην ένδειξη μηδέν. Επιλογή Περιοχής Συχνοτήτων (FREQUENCY RANGE): Πιέστε το διακόπτη που αντιστοιχεί στην τάξη μεγέθους της συχνότητας που θα χρησιμοποιήσετε. Επιλογή Συχνότητας (FREQUENCY CONTROL): Περιστρέψτε τον επιλογέα μέχρι να εμφανιστεί στο αριστερό μέρος της οθόνης LCD η επιθυμητή συχνότητα.
Γείωση Ως γείωση (grounding) ορίζεται το τμήμα ενός ηλεκτρικού ή ηλεκτρονικού κυκλώματος που εμφανίζει μηδέν διαφορά δυναμικού σε σχέση με τη γη. (α) Σειριακή μονού σημείου, (β) παράλληλη μονού σημείου, και (γ) παράλληλη πολλαπλών σημείων. Η σειριακή γείωση μονού σημείου έχει πρόβλημα εξαιτίας της σειριακής παρεμβολής των σύνθετων αντιστάσεων από τα καλώδια σύνδεσης των προηγούμενων στοιχείων στη γείωση. Αυτό το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με την παράλληλη γείωση μονού σημείου στις χαμηλές συχνότητες (<10 MHz). Στις υψηλές συχνότητες (>10 MHz) οι γειώσεις πολλαπλών σημείων είναι προτιμότερες γιατί η ολική σύνθετη αντίσταση που παρεμβάλλεται μεταξύ της γείωσης και καθενός στοιχείου του κυκλώματος είναι μικρότερη. Ανάλογα με το σημείο σύνδεσης της γείωσης στις πηγές σήματος κατηγοριοποιούνται είτε ως πηγές σήματος γειωμένες (grounded) ή επιπλέουσες (floating): (α) (β) (α) Γειωμένη και (β) επιπλέουσα πηγή σήματος
Ομοαξονικό καλώδιο και BNC I. Ομοαξονικό καλώδιο (coaxial cable) είναι ένα ηλεκτρικό καλώδιο με ένα εσωτερικό και ένα εξωτερικό κυλινδρικό αγωγό που διαχωρίζονται από ένα μονωτικό υλικό. Ο αγώγιμος πυρήνας μεταφέρει το ηλεκτρικό σήμα ενώ το εξωτερικό αγώγιμο πλέγμα αφενός συνδέεται στη γείωση και αφετέρου θωρακίζει τον πυρήνα από ηλεκτρονικό θόρυβο και παρεμβολές. Μονωτής Εξωτερικό αγώγιμο πλέγμα Αγώγιμος πυρήνας Μονωτικό περίβλημα Η ευρύτερα χρησιμοποιούμενη οικογένεια τυποποιημένων ομοαξονικών καλωδίων έχει τον κωδικό RG-58. Το χαρακτηριστικό τους γνώρισμα είναι η σύνθετη αντίσταση (impedance) των 50 Ω. Η σύνθετη αντίσταση εκφράζει την αντίσταση του καλωδίου στη ροή AC ρεύματος. II. Ο BNC συνδετήρας (connector) ονομάζεται έτσι από τα ακρωνύμια των τριών εφευρετών του, των Bayonet-Neill-Councelman, που κατοχύρωσαν την πατέντα τους το έτος 1951. Το BNC είναι μια διάταξη σύνδεσης των ομοαξονικών καλωδίων που συγκολλείται με ειδικό τρόπο στα άκρα τους και χρησιμοποιείται στους ακροδέκτες εισόδου και εξόδου ηλεκτρικών σημάτων στα επιστημονικά όργανα. Με αυτή τη διασύνδεση αποφεύγεται η εισαγωγή ηλεκτρονικού θορύβου ή παρεμβολών στα σημεία σύνδεσης των ομοαξονικών καλωδίων. Αρσενικό (male) BNC Θυληκό (female) BNC III. Όλα τα σήματα που μετρούνται με παλμογράφο παραμορφώνονται σημαντικά από ηλεκτρονικό θόρυβο όταν δεν διοχετεύονται με κατάλληλα θωρακισμένο καλώδιο μέχρι και την είσοδό τους στον παλμογράφο. Το ευρύτερα χρησιμοποιούμενο θωρακισμένο καλώδιο σε μετρήσεις με παλμογράφο είναι το ομοαξονικό καλώδιο με BNC συνδετήρες, που ονομάζεται BNC καλώδιο:
BNC καλώδιο παθητικού ακροδέκτη τάσης (Passive Voltage Probe) Οι παλμογράφοι για τη σύνδεση του μετρούμενου σήματος με την είσοδό τους διαθέτουν ειδικούς ακροδέκτες (probes). Σκοπός των ακροδεκτών είναι να φορτίζουν ελάχιστα το μετρούμενο κύκλωμα και να μεταφέρουν το σήμα στο όργανο με τη μικρότερη δυνατή παραμόρφωση. Οι ακροδέκτες αποτελούνται από ένα ομοαξονικό καλώδιο, με BNC συνδετήρα στο άκρο σύνδεσης με την είσοδο του παλμογράφου. Οι ακροδέκτες αυτοί ονομάζονται παθητικοί (passive probes) και διακρίνονται σε τέσσερα κύρια είδη: Ακροδέκτες 1:1 (1X). Ακροδέκτες εξασθένησης 10:1 (10X). Ακροδέκτες υψηλής τάσης 100:1 (100X) και 1000:1 (1000X). Ακροδέκτες με διακόπτη, οι οποίοι ανάλογα με τη θέση του διακόπτη λειτουργούν ως ακροδέκτες 1:1 είτε 10:1 (1X/10X). Στο εργαστήριο διατίθενται οι ακροδέκτες εξασθένησης 10X. BNC καλώδιο BNC ακροδέκτης που συνδέεται στις BNC υποδοχές εισόδου (κίτρινο ή γαλάζιο) του παλμογράφου ακροδέκτης με άγκιστρο που συνδέεται στο ένα άκρο στοιχείου κυκλώματος (αντίσταση ή πυκνωτή) και μεταφέρει το σήμα της τάσης μέσω του αγώγιμου πυρήνα του καλωδίου BNC Αγωγός της γείωσης που συνδέεται στο ένα άκρο στοιχείου κυκλώματος (αντίσταση ή πυκνωτή) από την πλευρά της γείωσης
Βασικές λειτουργίες του παλμογράφου TBS1000B-EDU της TEKTRONIX Κάθε παλμογράφος έχει δύο διαφορετικά κανάλια εισόδου (CH1, CH2) που απεικονίζουν, ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, την χρονική μεταβολή του ηλεκτρικού δυναμικού (τάσης) των 2 σημάτων εισόδου. Ο παλμογράφος δεν μετρά ρεύμα, και επομένως κάθε κανάλι του πρέπει να συνδέεται όπως ένα βολτόμετρο (παράλληλη σύνδεση). Η οθόνη ενός παλμογράφου απεικονίζει στον κατακόρυφο άξονα (yάξονα) το πλάτος της τάσης σε κάθε κανάλι και στον οριζόντιο άξονα (x-άξονα) τον χρόνο σάρωσης της δέσμης ηλεκτρονίων του παλμογράφου. Οι βασικότερες λειτουργίες αφορούν τα εξής: Ρυθμίσεις κάθετου & οριζόντιου άξονα Κάθετος έλεγχος: Για κάθε κανάλι υπάρχουν τα εξής κουμπιά: #1 MENU: όταν πιεστεί εμφανίζει στην οθόνη το σήμα εισόδου από το κανάλι-ch1 Position: Στρέφοντάς το ρυθμίζεται την κάθετη μετατόπιση του σήματος στην οθόνη (μετακινεί και τη στάθμη του Scale: μηδέν του πλέγματος. Ρυθμίζει την κλίμακα του κάθετου άξονα (τάσης). Αν τεθεί σε μια ένδειξη, πχ "1 Volt/Div.", τότε σε κάθε τετράγωνο στην κάθετη κλίμακα της οθόνης αντιστοιχεί η υποδιαίρεση 1 Volt. Οριζόντιος έλεγχος Ελέγχουν τον άξονα του χρόνου. Position: Στρέφοντάς το ρυθμίζετε την οριζόντια μετατόπιση του σήματος στην οθόνη. Scale: Ρυθμίζει την κλίμακα χρόνου. Αν τεθεί σε μια ένδειξη, πχ 1μsec/Div, τότε σε κάθε τετράγωνο στην οριζόντια κλίμακα αντιστοιχεί η υποδιαίρεση 1μsec. Υποδοχές συνδέσεων εισόδου Υπάρχουν 2 BNC υποδοχές για 2 κανάλια (CH1, CH2) εισόδου (CH1-κίτρινο & CH2-γαλάζιο) όπου συνδέονται οι BNC συνδετήρες των παθητικών ακροδεκτών τάσης που μεταφέρουν το σήμα τάσης από τα άκρα του στοιχείου κυκλώματος (την αντίσταση ή τον πυκνωτή). Ο τρίτος BNC υποδοχέας (Ext Trig) δεν χρησιμοποιείται στις εργαστηριακές ασκήσεις του μαθήματος. PROBE COMP: παρέχει τη δυνατότητα σύνδεσης: 1) με την γείωση του παλμογράφου (στο κάτω) και 2) με ένα τετραγωνικό σήμα εξόδου με αμετάβλητο πλάτος και συχνότητα (στο πάνω).
Οθόνη Στην οθόνη εμφανίζονται εκτός από τις κυματομορφές των μετρήσεων και πληροφορίες τόσο για τις ρυθμίσεις ελέγχου του παλμογράφου όσο και για τα στοιχεία των μετρούμενων κυματομορφών. Όταν πιέζετε ένα κουμπί εμφανίζεται στο δεξί άκρο της οθόνης (με γαλάζιο) ο αντίστοιχος κατάλογος (menu) με τις διαθέσιμες επιλογές. Πιέζοντας το αντίστοιχο πλήκτρο δίχως επιγραφή που βρίσκεται στο ύψος της κάθε μιας από τις 4 επιλογές (με γαλάζιο) εμφανίζεται ο αντίστοιχος υπο-κατάλογος με τις διαθέσιμες ρυθμίσεις. Μια υποδιαίρεση (division) είναι ένα τετραγωνάκι στην οθόνη του παλμογράφου. Πλήκτρα καταλόγου και ελέγχου Run/Stop: Πιέζοντάς το την πρώτη φορά εμφανίζει στην οθόνη διαρκείς σαρώσεις του σήματος εισόδου από το CH1 ή το CH2 (αλλιώς δεν εμφανίζεται το σήμα εισόδου στην οθόνη), και πιέζοντάς το πάλι τις σταματά, παγώνοντας στην οθόνη το σήμα για να μπορέσουν να γίνουν οι απαραίτητες μετρήσεις του εμφανιζόμενου σήματος. Single: Πιέζοντάς το εκτελεί μια μόνον σάρωση, εμφανίζοντας ένα στιγμιότυπο του σήματος εισόδου στην οθόνη, και μετά σταματά. Autoset: Πιέζοντάς το μια φορά, ρυθμίζει αυτόματα τον παλμογράφο ώστε να εμφανιστεί στην οθόνη το σήμα εισόδου. Χρησιμεύει για να εμφανιστεί στην οθόνη το σήμα εισόδου την πρώτη φορά που το μετράμε. Help: Εμφανίζει τον κατάλογο βοήθειας (Help Menu). Default Setup: Ανακαλεί της εργοστασιακές ρυθμίσεις του παλμογράφου. Utility: Εμφανίζει τον κατάλογο χρηστικότητας (Utility Menu). Χρησιμοποιείται για την εμφάνιση σχημάτων Lissajous από τον συνδυασμό των 2 τάσεων εισόδου, με την επιλογή XY. Cursor: Πιέζοντάς το ανοίγει ένα menu στην δεξιά πλευρά της οθόνης. Από το TYPE επιλέξτε voltage ή time αν θέλετε να κάνετε μια μέτρηση τάσης ή χρόνου αντίστοιχα. Από το SOURCE επιλέξτε CH1 ή CH2. Multipurpose: Πιέστε το για να ενεργοποιηθεί (όταν είναι ON το διπλανό του LED είναι φωτεινό). Η λειτουργία του καθορίζεται από τον εμφανιζόμενο κατάλογο ή την επιλεγμένη ενέργεια από τον κατάλογο. Για παράδειγμα, όταν είναι ενεργοποιημένο το Multipurpose και από το menu η επιλογή Cursor τότε στρέφοντας το κουμπί Multipurpose μπορείτε να τοποθετήσετε στην επιθυμητή θέση τον cursor για να μετρήσετε είτε την στάθμη της τάσης σε κάποιο σημείο στον κάθετο άξονα ή τον χρόνο σε κάποιο σημείο στον οριζόντιο άξονα.