Vežba 8 Osciloskop Uvod U prvom delu vežbe ispituju se karakteristike realnih pasivnih i aktivnih filtara. U drugom delu vežbe demonstrira se mogućnost osciloskopa da radi kao jednostavan akvizicioni sistem. Zadatak i uputstvo za merenje Zadatak analiza karakteristika pasivnih i aktivnih filtara Za filtar propusnik niskih frekvencija, slika, granična frekvencija propusnog opsega se može odrediti kao vrednost frekvencije za koju je vrednost amplitudske karakteristike puta manja u odnosu na maksimalnu vrednost (3 db granična frekvencija). Za filtar propusnik niskih frekvencija, može se odrediti kao Zc j ω C U U jωc Ic U R + Z c R + + jωcr jωc Ic Zc jωc U U + jωcr jω C + jωcr U + j ω CR U + ( ωcr) + ω ω gcr ω g CR ( gcr) odnosno, zavisi od proizvoda RC. Parametar RC može se odrediti merenjam trajanja usponske ivice napona na kondenzatoru kada se kolo pobudi povorkom pravougaonih impulsa.. Povezati kolo prema slici za RR i CC3. Talasni oblik ulaznog napona podesiti na povorku pravougaonih impulsa, amplitude 5 V i osnovne frekvencije khz. Na analognom osciloskopu odrediti trajanje usponske ivice, i na osnovu toga odrediti vrednost RC. Uobičajeno je da se trajanje usponske ivice definiše kao vremenski interval
Δ t τ τ 90 0 gde je τ0 trenutak u kome signal dostiže 0% svoje krajnje vrednosti, a τ90 trenutak u kome signal dostiže 90% svoje kranje vrednosti, slika. Za izmerenu vrednost Δt, parametar RCΔt/(ln9). v/vmax [%] Slika. Slika. Ponoviti merenje na digitalnom osciloskopu, koriteći merenje pomoću kursora. a. Podesiti podelu po vremenskoj osi (kx [s/div]), tako da se na ekranu vidi usponska ivica signala. b. Podesiti podelu po naponskoj osi (ky [V/div]) i položaj slike po vetikalnoj osi na ekranu osciloskopa (Vertical position) tako da je ukupan raspon po amplitudi (00%) otprilike 5 podeoka c. Pritisnuti dugme kojim se aktivira meni kanala d. Podesiti kontrolu V/div na fine e. Podesiti ukupan raspon po amplitudi (00%) na tačno 5 podeoka f. Pomeranjem po vertikalnoj osi (Vertical position) centrirati signal po vertikali, odnosno podesiti signal tako da je nulti nivo signala.5 podeoka ispod centralne linije graduacije ekrana g. Pritisnuti dugme Cursor kojim se aktivira meni kursora h. Pritisnuti dugme Type. Iz pop-out menija izabrati Time (koristeći višenamensko dugme, Multipurpose knob) i. Pritisnuti dugme Source. Iz pop-out menija izabrati ch (koristeći višenamensko dugme, Multipurpose knob) j. Pritisnuti dugme Cursor k. Koristeći višenamensko dugme, (Multipurpose knob) podesiti položaj kursora tako da odgovara tački u kojoj signal seče drugu liniju ispod centralne linije graduacije ekrana (0%) l. Pritisnuti dugme Cursor m. Koristeći višenamensko dugme, (Multipurpose knob) podesiti položaj kursora tako da odgovara tački u kojoj signal seče drugu liniju iznad centralne linije graduacije ekrana (90%) n. Pročitati vrednost Δt iz Cursor menija.. Na analognom osciloskopu posmatrati istovremeno napon na izlazu generatora i napon na kondenzatoru, za sinusni ulazni napona amplitude 4 V. Menjati frekvenciju napona generatora i uočiti trenutak kada amplituda napona kondenzatora padne na manju vrednost u odnosu
na amplutudu napona generatora. Da li se dobijeni rezultat poklapa sa proračunatom vrednošću? 3. Na analognom osciloskopu posmatrati Lisažuovu figuru koja se dobija kada se ulazni napon (napon generatora) posmatra na kanalu a napon kondenzatora na kanalu. Odrediti faznu razliku (sin(φ)x0/x), slika 3. Slika 3. 4. Povezati kolo prema slici 4 za RaRbRR i CC3. Otpornici i kondezatori nisu već povezani u okviru makete, nego ih treba spolja povezati. Uizlaz Rb jωca U R + jωc R ulaz a a b Napajanje povezati prema šemi sa slike 5, korišćenjem dva nezavisna neuzemljena napajanja od +5 V (izvor i izvor ). Priključak referentog potencijala makete (masa) povezati sa priključkom označenim sa 0 V, slika 5. Voditi računa o polaritetima napajanja (-5 V treba dovesti na plavi priključak na maketi). Pre uključivanja napajanja, šemu treba da proveri dežurni asistent. Ponoviti merenja iz tački i 3. U čemu je razlika između karakteristike aktivnog filtra (slika 4) i pasivnog filtra (slika )? Slika 4
+ - + - Izvor Izvor +5 V +5 V +5 V 0 V -5 V Slika 5. 5. Povezati kolo prema slici 4 za Ra R, RbR3 i CC3. Podesiti frekvenciju generatora na 00 Hz. Menjati amplitudu ulaznog napona i odrediti amplitudu ualznog napona za koju dolazi do izobličenja signala na izlazu. Objasniti. 6. Povezati redno (kaskadno) dva ista filtra sa slike (izlaz sa prvog filtra se vodi na ulaz drugog). Ponoviti merenja iz tački i 3, za prvi filtar RR i CC3, za drugi filtar RR i CC3. 7. Povezati redno (kaskadno) dva ista filtra sa slike 4 (izlaz sa prvog filtra se vodi na ulaz drugog). Ponoviti merenja iz tački i 3, za prvi filtar RaRbRR i CC3, za drugi filtar RaRbR3R4 i CC. 8. Da li se rezultati dobijeni u tačkama 6 i 7 razlikuju? Zašto? Zadatak osciloskop kao jednostavan akvizicioni sistem Meri se vrednost relativno malog jednosmernog napona u prisustvu šuma. Digitalni osciloskop omogućava de se određeni broj odbiraka signala sačuva i naknadno obrađuje na računaru. Osciloskop koji je na raspolaganju može da snimi 500 odbiraka signala (što odgovara prikazu na jedanom ekranu, bez obzira na podešavanje vremenske ose). Signal se može iz interne memorije osciloskopa preneti na računar serijskom/usb vezom. a) Digitalnim osciloskopom snimiti 500 odbiraka signala. b) Statistički obraditi izmerene vrednosti. c) Odrediti mernu nesigurnost merenja i prikazati rezultat merenja. Uputstvo za rad: Povezati kolo prema šemi sa slike 6. Razdelnik napona je već realizovan u crnoj kutiji (ne treba spolja vezivati otpornike). Na banana konektore treba priključiti napon napajanja. Osciloskopom se meri napon označen sa Um. Oscilokop se vezuje na BNC konektor sa iste strane gde je priključen i ulazni napon (ukoliko cela kutija ima dva nezavisna razdelnika, odnosno dva crvena konektora). Slika 6. Razdelnik napona
Napon napajanja podesiti na 5 V. Povezati napon Um na kanal (Ch) oscilokopa. Na osciloskopu pritisnuti ACQUIRE dugme. Na meniju u desnom delu ekrana proveriti da li je izabran Sample mod rada (što znači da se na ekranu direktno prikazuju izmerene vrednosti). Podesiti vrednosti vertikalne i horizontalne podele na 5 mv/div odnosno 5 ms/div (proveriti da li je u meniju s desne strane ekrana za kanal za sondu podešeno X što je odgovarajuća vrednost kada se koristi kabl). Pokrenuti OpenChoice Desktop program koji služi za komunikaciju računara i osciloskopa. Kliknuti na Select Instrument, a zatim dva puta brzo na uređaj povezan na USB. Sačekati da se u polju ispod Select Instrument ispiše TBS000B-EDU, što je oznaka modela osciloskopa. Pritisnuti dugme Waveform Data Capture, a zatim dugme Get Data kojim se pokreće proces kojim se jedan ekran s osciloskopa prenosi na računar, serijskom/usb vezom. Kada se iscrta ceo ekran osciloskopa znači da je prenos signala uspešno obavljen. Pritisnuti dugme Save as i snimiti podatke pod imenom podaci.csv u folder D:/ELMER/Vezba_8 (prepisati preko već postojećef fajla). Otvoriti nov Excel dokument definisan templejtom statistika (kliknuti na shortcut Statistika na desktopu). Po otvaranju obnoviti podatke (meni data, opcija refresh all), (ovim se učitavaju podaci iz podaci.csv). Na osnovu 500 izmerenih vrednosti određuju se srednja vrednost i standardna devijacija merenja. Na grafiku se prikazuje normalizovani histogram merenja (vrednosti iz kolone Procena gustine verovatnoće u intervalu ) kao i Gausova kriva koja se dobija za srednju vrednost i standardnu devijaciju koje su određene na osnovu rezultata merenja. Na osnovu statističke analize može se proceniti merna nesigurnost tipa A. Merna nesigurnost tipa B se procenjuje na osnovu specifikacija mernog instrumenta. Merna nesigurnost tipa A određuje se na osnovu podataka iz Excel fajla. Merna nesigurnost tipa A može da se, u datom slučaju, proceni kao standardna devijacija srednje vrednosti rezultata merenja: u A n ( x x) i σ σ SV n M ( n ) n, gde je σsv standardna devijacija srednje vrednosti rezultata merenja, σm standardna devijacija rezultata merenja (vrednost se čita iz Excel fajla), n500, broj merenja, x - srednja vrednost rezultata merenja. Za konkretan slučaj iz specifikacija osciloskopa se uzimaju podaci o tačnosti merenja Δx. Podatak koji daje proizvođač je da je tačnost 3%. Pod pretpostavkom da je greška ima uniformnu raspodelu, merna nesigurnost tipa B može se proceniti kao: u B Δ x, pa je kombinovana merna nesigurnost 3 u u + u. C A B Koja komponenta merne nesigurnosti je dominantna? Odrediti konačan rezultat merenja napona.