Osciloskop (a jeho blokové schéma) - Rutar
Osciloskop (a jeho blokové schéma) - Rutar
Osciloskop (a jeho blokové schéma) - Rutar
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Osciloskop</strong> (a <strong>jeho</strong> <strong>blokové</strong> <strong>schéma</strong>)<br />
-podává informaci o měřené veličině ve formě křivky na stínítku obrazovky<br />
-křivka odpovídá představě rozvinutého průběhu<br />
-zobrazuje časový průběh měřené veličiny, převážně periodického průběhu<br />
-měřené napětí přivádíme na vstupní svorky zesilovače Y pro svislé vychylování<br />
-zesilovač napětí zesílí na velikost dostatečnou pro výchylku na stínítku obrazovky<br />
-současně zesilovač dává signál pro synchronizační obvody ČZ (interní, vnitřní synchronizace)<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 1<br />
<strong>Osciloskop</strong> se skládá z: Obrazovky<br />
Vertikálního zesilovače vstupního (měřeného) signálu Y<br />
Horizontálního zesilovače signálu ČZ<br />
Časové základny (generátoru pilovitých kmitů pro horizontální zesilovač X)<br />
Synchronizačních obvodů<br />
Napájecí části<br />
Dvoj a vícekanálový pak ještě z elektronického přepínače<br />
<strong>Osciloskop</strong>y známe: servisní, přenosné, dílenské, laboratorní<br />
elektronkové, tranzistorové, integrované, paměťové<br />
jednokanálové, dvojkanálové, vícekanálové, (někdy se jim říká …stopé)<br />
analogové, vzorkovací, digitální<br />
Podle rozhodujících vlastností vertikálního (měřícího) zesilovače dále rozdělujeme:<br />
-pro rozdělení osciloskopů je rozhodující přenášená šířka pásma vertikálního (měřícího) zesilovače<br />
1) NF osciloskopy použitelné do f = 100kHz<br />
2) Univerzální osciloskopy, šířka pásma do 100MHz<br />
3) Širokopásmové, šířka pásma cca 10.000MHz<br />
Oscilograf (zapisovač) – zapisuje průběh signálu na papír (pro archivaci), rozsah jednotky kHz<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 1
2 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong><br />
Přepínač AC/DC<br />
-přepíná stř/ss měření<br />
-kapacita C při stř. měření odděluje ss složku signálu<br />
Vstupní dělič (V/div)<br />
-vícestupňový kalibrovaný napěťový dělič pro dělení velkého vstupního signálu (amplitudy)<br />
-upraví velikost vstupního napětí, aby nebyl příliš malý ani velký na stínítku obrazovky<br />
Vstup Y<br />
-k připojení přímo měřeného signálu přes koaxiální konektor<br />
-při vf měření se používá měřící sonda<br />
-koaxiální vedení vede signál středovým vodičem<br />
-vnější oplet koaxiálního vedení z Cu drátků je spojen se zemí, tvoří stínění proti cizím el. i magnet. polím<br />
-při měření vyšších napětí se používá poměrová sonda<br />
-obsahuje napěťový dělič (1:10 nebo 1:100) tvořený odpory a pro vf měření i kondenzátory<br />
-vstupní odpor osciloskopu (zatěžujeme jím měřený obvod) je cca 1MΩ s malou kapacitou (30pF)<br />
-k tomu se přiřazuje paralelně kapacita koaxiálního vedení měřící sondy<br />
-při vyšších kmitočtech pak tyto kapacity ovlivňují negativně měření (dělící poměr sondy)<br />
-tento vliv kompenzuje kapacitní trimr v poměrové sondě<br />
-nastavuje se tak, aby dělení odpory = dělení kapacitami<br />
-lze nastavit při obdélníkových vstupních pulzech, tak aby na obrazovce byly pulzy nezkreslené<br />
Zdroj<br />
-dodává potřebná AC i DC napětí<br />
-50Hz pro synchronizaci, žhavení obrazovky<br />
-napájecí obvody elektronických obvodů<br />
-vysoké anodové napětí obrazovky<br />
2 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong>
<strong>Osciloskop</strong>ická obrazovka<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 3<br />
-k zobrazení průběhu střídavých napětí, která se přivádějí na vychylovací destičky<br />
-skleněná baňka kuželového tvaru s válcovým krkem<br />
-vzduchoprázdná, takže elektronům nestojí v cestě žádné molekuly plynů<br />
-v krku obrazovky je žhavená katoda emitující elektrony a další elektrody (tzv. elektronová tryska)<br />
-katoda je tvořena niklovou trubičkou, ve které je stočen odporový drát nepřímého žhavení<br />
-povrch katody je pokryt emisní vrstvou oxidu baria nebo stroncia<br />
-tyto oxidy emitují dostatek elektronů již při rudém žáru 800°C<br />
-emitující svazek elektronů z katody je zaostřen do úzkého svazku elektronovou tryskou<br />
-vychylován dvěma elektrostatickými vychylovacími systémy<br />
-paprsek tak může dopadnout na kterýkoliv bod stínítka obrazovky<br />
-kde vyvolá na fotoemisí vrstvě luminoforu vyzáření světla<br />
-el.statické vychylování umožňuje zpracovat větší šířku pásma, vyšší frekvence<br />
-(než obrazovky s elmagnetickým vychylováním u TV)<br />
-mají však malý vychylovací úhel 30°(TV 110°)<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 3
4 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong><br />
Elektronová tryska<br />
-má za úkol zformovat proud elektronů do tenkého paprsku směřujícího ke stínítku<br />
-tvoří ji soustava elektrod, různě dlouhé trubičky v určité vzdálenosti za sebou<br />
-procházející svazek elektronů reaguje na různý potenciál těchto elektrod<br />
-některé z elektrod dovolují navíc průchod pouze malým otvorem uvnitř přepážky<br />
-na počátku stojí nepřímo žhavená katoda obklopena řídící elektrodou g1<br />
-g1 je ve tvaru hrnce s otvorem ve dně pro výstup elektronového paprsku (Wehneltův válec)<br />
-g1 má vůči katodě záporný potenciál, elektrony tedy brzdí a některé vrací i zpět na katodu<br />
-řídí tak intenzitu elektronového paprsku, množství elektronů, proud obrazovkou, jas obrazu<br />
-vystupující elektronový paprsek z Wehneltova válce se skládá ze (-) nabitých elektronů<br />
-ty se tak vzájemně odpuzují, paprsek se rozptyluje, musí být zaostřen<br />
-proto je mezi dvěma urychlovacími elektrodami (kladné předpětí) prstencová elektroda zaostřovací<br />
-fokus = ostření<br />
4 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong>
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 5<br />
Časová základna (a synchronizace)<br />
Pomocí pilovitého průběhu napětí na vychylovacích destičkách X nám rozvine signál ze zesilovače Y<br />
(amplitudový signál) do příslušného tvaru ve vodorovném směru (v čase t). Jinak by se zobrazila pouze svislá<br />
kmitající přímka (čára shora dolů)<br />
Pomocí vychylovacích destiček X posouvá (vychyluje) paprsek vodorovně, ve směru X<br />
Požaduje se, aby rychlost rozvinutí zleva doprava byla nastavitelná v čase a vychylování proběhlo lineárně<br />
(Time/div)<br />
Zpětný pohyb zprava doleva musí být co nejrychlejší a <strong>jeho</strong> dráha se nesmí na stínítku zobrazit, tzv. zhášení<br />
(potlačení) zpětného běhu<br />
Pilovitý průběh napětí ČZ proměnného kmitočtu a s možností synchronizace vyrábí generátor ČZ na principu<br />
nabíjení (a vybíjení) kondenzátoru stálým proudem<br />
Má-li průběh střídavého napětí na stínítku obrazovky zůstat v klidu, nepohybovat se zleva doprava nebo<br />
opačně, musí být zasynchronizován. ČZ musí pracovat synchronně s kmity sledovaného napětí (
6 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong><br />
Činnost spouštěné časové základny<br />
-neběží samočinně, každý cyklus pilovitého signálu je vyvolán<br />
novým spouštěcím impulsem z SKO, <strong>jeho</strong>ž spouštěcí úroveň je<br />
možno nastavit<br />
-opakovací kmitočet ČZ je ovládán řízením začátku činného běhu<br />
-dovoluje nezávisle na synchronizaci měnit rychlost změny napětí<br />
činného běhu a tím tak zkracovat nebo roztahovat zobrazený časový<br />
úsek (takřka libovolné roztahování a stlačování děje na stínítku<br />
obrazovky)<br />
Volně běžící a spouštěná ČZ<br />
Zásadní rozdíl mezi oběma ČZ je v tom, že spouštěná ČZ neběží<br />
samočinně, ale každý cyklus je vyvolán spouštěcím impulsem na rozdíl<br />
od volně běžící ČZ, jejíž chod je synchronizován ve zpětném běhu.<br />
Opakovací kmitočet spouštěné ČZ je ovládán řízením začátku<br />
zpětného běhu.<br />
Porovnání obou způsobů synchronizace je na vedlejším obrázku.<br />
Přednosti spouštěné ČZ<br />
Umožňuje takřka libovolné roztažení sledovaného děje na stínítku<br />
obrazovky tím, že dovoluje nezávisle na synchronizaci měnit rychlost<br />
změny napětí činného běhu, a tím zkracovat, popř. prodlužovat<br />
zobrazený časový úsek.<br />
Názorně to ukazuje vedlejší obrázek, v němž pro zjednodušení<br />
ztotožňujeme synchronizační impulsy přímo s pozorovaným<br />
průběhem.<br />
6 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong>
Vychylovací obvody (a zesilovače)<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 7<br />
Zesilovače osciloskopu<br />
-zesilují napětí pro vychylovací destičky, horizontální a vertikální<br />
-požadavky: velký vstupní odpor, malá kapacita, co nejmenší zkreslení, co největší kmitočtové pásmo<br />
-není-li na
8 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong><br />
-využívá se fyzikálního principu, kdy elektrony jsou přitahovány nebo odpuzovány nejen elektrostatickým<br />
polem jako v případě vychylování u osciloskopů, ale též i magnetickým polem<br />
-magnetické pole je vytvářeno pomocí cívek<br />
-místo vychylovacích destiček se tak používá dvou párů vychylovacích cívek<br />
-barevná obrazovka má tři elektronové trysky a tři luminofory (pro každou základní barvu-red, blue, green<br />
8 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong>
Současné sledování několika průběhů<br />
-pro vzájemné porovnání více současných periodických signálů<br />
-na obrazovce sledujeme dva i více průběhů současně<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 9<br />
Dvou a více (několika) paprskový osciloskop<br />
-má více vstupů Y<br />
-má speciální obrazovku s více elektronovými tryskami, s více zesilovači a více vychylovacími destičkami Y<br />
-stínítko obrazovky je společné pro všechny elektronové trysky a vychylovací systémy<br />
-ČZ je obvykle společná, neboť požadujeme jen fázové porovnání sice více průběhů, ale za stejný čas<br />
-osciloskop je dražší, vhodný pro vyšší kmitočty<br />
Dvou a více (několika) kanálový osciloskop<br />
-má více vstupů Y<br />
-má klasickou jednopaprskovou obrazovku<br />
-má elektronický přepínač,<br />
-střídavě přepíná vstupní kanály k vychylovacím destičkám Y<br />
-přepíná je postupné v určitém rytmu<br />
-oba vstupní signály střídavě ovlivňují vychylování paprsku<br />
-obvod vertikálního vychylování Y je tak střídavě buzen výstupy z obou (více) kanálových zesilovačů Y<br />
-přepínání se děje vysokým kmitočtem z elektronického přepínače, takže to lidské oko nezachytí<br />
Elektronický přepínač<br />
-funkci generátoru přepínacího kmitočtu vykonává AKO<br />
-dodává impulsní napětí vzájemně posunutá o 180° na T1 a T2<br />
-trazistory T1 a T2 se tak střídavě otvírají a zavírají<br />
na kT1 přijde (+) impuls<br />
-T1 není připraven, aby vedl<br />
-kT1 = (+) a současně přes D1 je na bT1 = (+) �T1 spolehlivě zavře<br />
-signál U1 nemůže přes zavřený T1 projít na výstup<br />
na kT2 je v té době (-) impuls<br />
-T2 je připraven, aby vedl<br />
-kT2 = (-) a současně (-) nemůže projít přes D2 na bT2<br />
-T2 může být otvírán vstupním napětím do bT2<br />
-(rezistor R4 zajišťuje nastavení pracovního bodu otevření T2) �U2 prochází na výstup<br />
když je T2 otevřen (T1 uzavřen), výstupní napětí úměrné U2 je na výstupu T2� (eT2 – emitorový sledovač),<br />
tedy na společném emitorovém odporu R5<br />
Toto napětí UR5 budí bT3 �výstupní napětí je pak na eT3 (R6) odkud se odvádí jako Uvýst k buzení<br />
vychylovacích destiček �Uvýst ~ U1<br />
Vzorkovací režim elektronického přepínače (chopper)<br />
�oba vstupní signály mají nízký kmitočet (jsou dlouhé periody)<br />
-elektronický přepínač je nastaven na velkou přepínací frekvenci<br />
-(50kHz-500kHz)<br />
-průběh signálu je tak rozsekán na malé části a postupně zobrazován<br />
-přepínací kmitočet by měl být 10x vyšší než kmitočet vstupního signálu<br />
-(aby bylo možno oba průběhy zřetelně rozlišit)<br />
Střídavý režim elektronického přepínače (alternace)<br />
�oba vstupní signály mají vysoký kmitočet (jsou krátké periody)<br />
-elektronický přepínač je nastaven na malou přepínací frekvenci<br />
-(ne nižší jak 20Hz, blikání obrazu)<br />
-průběh signálu je pak zobrazován vcelku<br />
V praxi to řešíme prostým přepnutím do té či oné polohy, vybereme kvalitnější obraz<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 9
10 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong><br />
Měření pomocí osciloskopu<br />
-měří jen napětí proti zemi (kostře), před měřením je třeba propojit zem měřeného objektu se zemí osciloskopu<br />
-kryt osc. bývá spojen s PE vodičem sítě, proto je někdy nutné připojit měřený objekt k síti přes odděl. trafo<br />
-měří jen napětí, všechny měřené či zobrazované veličiny jsou proto převáděné na odpovídající napětí<br />
-vstupní signál se přivádí na Y-vstup a zem (GND)<br />
Měření DC napětí (přepínač měření v poloze DC)<br />
-nastavíme nejprve vodorovnou časovou osu o takové světlosti, aby byla ještě dobře vidět (nepřesvětlovat)<br />
-při velkém jasu může dojít k poškození luminoforu, bez vodorovného vychylování může paprsek vypálit bod<br />
-DC napětí vychýlí paprsek dle polarity nahoru nebo dolů<br />
-pro (+)napětí (výchylka nahoru) nastavíme nulovou osu ČZ na nejspodnější linku rastru (pro větší rozlišení)<br />
-pro měření (-)napětí (výchylka dolů) nastavíme nulovou osu ČZ na nejhornější linku rastru<br />
-velikost výchylky odečteme na rastru obrazovky (např. 5,2cm)<br />
-skutečná velikost napětí je pak součin několika dalších veličin<br />
-odečtené délky x rozsah měření (V/div) x poměrový činitel sondy<br />
-5,2cm x 3V/cm x (10:1) = 156V<br />
-vysoký vstupní odpor osciloskopu prakticky nezatěžuje měřený objekt<br />
-obyčejně bývá 1MΩ a s měřící sondou 10:1 kolem 10 MΩ<br />
Měření AC napětí (přepínač měření v poloze AC)<br />
-AC napětí vychyluje paprsek střídavě nahoru a dolů<br />
-nulovou osu ČZ nastavíme doprostřed rastru<br />
-velikost výchylky i skutečnou hodnotu určíme jako u DC měření<br />
-můžeme měřit okamžitou hodnotu střídavého signálu (např. špičku)<br />
-nebo hodnotu špička – špička (špička – min), tj. rozdíl nejvyšší a nejnižší výchylky<br />
Zobrazení střídavých veličin<br />
-ČZ a její spouštění (synchronizace) se musí nastavit tak, aby obraz signálu byl ustálen, nepohyboval se<br />
-průběh proudu lze měřit nepřímo jako úbytek napětí na malém odporu<br />
Měření kmitočtu<br />
-vychází se z měření periody (f = 1/T)<br />
-nastaví se jemná regulace ČZ, přepínač „Variable“ do polohy „Calibration“<br />
-přepínačem Time/div nastavíme ČZ tak, aby jedna perioda měřeného signálu zabírala co největší část rastru<br />
-„Levelem“ nastavíme práh spouštění ČZ (synchronizaci) tak, aby průběh začínal při průchodu nulou<br />
-odměříme na rastru délku periody (7,5cm), zjistíme nastavenou rychlost ČZ na Time/div (0,3ms/cm)<br />
-f = 1/T � f = 1 / (7,5cm x 0,3ms/cm) = 444Hz<br />
Měření fázového posunu<br />
-dva signály současně můžeme zobrazit jen na dvou či více paprskovém nebo kanálovém osciloskopu<br />
-na vstupy obou kanálů jsou přivedeny periodické signály (téže frekvence), jejichž fázový posun chceme měřit<br />
-první napětí na Y1 – celkové napětí na sériovém zapojení R a L<br />
-druhé napětí na Y2 – napětí na odporu R<br />
-tento úbytek napětí je úměrný proudu, který teče obvodem<br />
-na obrazovce pak měříme odstup ∆t (v cm)<br />
-ten podělíme délkou společné periody T (v cm)<br />
-fázový posun mezi celkovým napětím a proudem potom je<br />
φ = 360° x ∆t/T<br />
10 <strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong>
Kruhová časová základna (Lissajousův obrazec)<br />
Na oba páry vychylovacích destiček (X i Y) přivedeme<br />
sinusové napětí stejného kmitočtu i amplitudy,<br />
fázově posunuté o 90°<br />
Realizujeme dvěma stejnými sinusovými generátory nebo<br />
generátorem sinusového napětí a fázovacím můstkem<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 11<br />
Zobrazování charakteristik<br />
-u dvoukanálového osciloskopu můžeme přepnout druhý kanál na vodorovné vychylování (namísto ČZ)<br />
-pak je možno libovolně měnit měřítka v obou osách<br />
Zobrazení charakteristiky diod<br />
-jde o vztah mezi napětím na diodě a proudem tekoucím diodou<br />
-UR na vstupu kanálu I vychyluje svisle<br />
-tento úbytek napětí je úměrný proudu, který teče diodou<br />
-UD na vstupu kanálu II vychyluje vodorovně<br />
-jde o úbytek napětí na diodě<br />
-elektronový paprsek pak kreslí charakteristiku diody zrcadlově<br />
-oblast propustnosti diody se znázorní ve II. kvadrantu diagramu<br />
-čárkovaná čára v obrázku<br />
-protože je zem osc. připojena na střed sériového spojení R a D, stojí UD pro osciloskop „na hlavě“ UII = -UF<br />
-přepneme-li na obrácení fáze („Invert“) na II. kanále, zobrazí se charakteristika diody v běžné podobě<br />
-plná čára v obrázku<br />
-je-li hodnota R desítkový násobek 1Ω (100Ω, 1kΩ), pak může být měřítko svislé osy pro ID lehce vypočteno<br />
-při odečítacím měřítku 2V/cm a R=1kΩ je měřítko 2V/cm / 1000Ω = 2mA/cm<br />
Zobrazení charakteristiky tranzistorů<br />
-zobrazují se statické charakteristiky tranzistorů<br />
-snímání závislosti I a U dvojice elektrod tranzistoru, přičemž se mění I nebo U třetí elektrody<br />
-napětí na dvojici elektrod měřeného tranzistoru u, vychyluje paprsek horizontálně<br />
-napětí na R, kterým teče proud i, vychyluje paprsek vertikálně<br />
-v synchronním sledu s periodickou změnou snímacího napětí se stupňovitě mění hodnota parametru soustavy<br />
charakteristik<br />
-jako snímací napětí se nejčastěji používá dvojcestně usměrněné napětí síťového kmitočtu stavitelné velikosti<br />
-počet hodnot a velikost parametru soustavy charakteristik a proudový odběr ze zdroje snímacího napětí jsou<br />
volitelné<br />
<strong>Rutar</strong> Jaromír, <strong>Osciloskop</strong> 11
Change language