Co to jest oscyloskop?

OSCYLOSKOP
Cel
Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, zasady działania i obsługi oscyloskopu oraz sposobów jego właściwego wykorzystania do obserwacji przebiegów czasowych sygnałów elektronicznych.

Wstęp
Oscyloskop jest uniwersalnym przyrządem pomiarowym, stosowanym do obserwacji odkształconych przebiegów elektrycznych i pomiaru ich parametrów. Odpowiednio dobrany układ pracy oscyloskopu pozwala nie tylko mierzyć parametry przebiegu odkształconego ale również zdejmować charakterystyki statyczne i dynamiczne przyrządów elektronicznych, mierzyć przesunięcie fazowe, rezystancję dynamiczną i inne.
Problem obserwacji przebiegów odkształconych
Zanim przystąpi się do bliższego poznawania oscyloskopu należy zastanowić się nad tym, na czym polega problem obserwacji przebiegów odkształconych. W tym celu przedstawiony jest poniższy przykład.
Sformułowanie problemu
Z konstrukcji pewnego urządzenia elektronicznego wynika, że na wskazanym elemencie chwilowe napięcie mierzone w odniesieniu do poziomu 0 (zerowego) będzie zmieniało się w czasie tak jak pokazano to na rys. 1. Interesuje nas określenie wybranych parametrów tego przebiegu takich jak wartość maksymalna i minimalna napięcia w punktach 2 i 3, oraz odstęp czasu między punktami 1 i 4.
Rozwiązanie
Postawiony problem jest przykładem szacowania parametrów przebiegu odkształconego. Po krótkim namyśle potrafimy łatwo wskazać metodę rozwiązania tego problemu. Przedstawiony sygnał należy wrysować w siatkę prostokątną (np. na kartce papieru), której pojedyncza działka osi rzędnych będzie odpowiadała ustalonej wartości napięcia a pojedyncza działka osi odciętych ustalonemu odcinkowi czasu. W przypadku rzeczywistego przebiegu napięciowego należy wysterować pisak w ten sposób, aby przesuwał się on wzdłuż osi odciętych ze stała prędkością, a jego ruch równolegle do osi rzędnych odtwarzał zmiany mierzonego napięcia. Przedstawione rozwiązanie stanowi podstawę konstrukcji urządzeń zwanych rejestratorami.
Rozwiązanie z pisakiem i papierem nie pozwala na ocenę parametrów sygnałów szybkozmiennych. Zmiany sygnału następujące w bardzo krótkim czasie wymagają bardzo szybkiego przesuwania pisaka po papierze. Nie jest to możliwe ze względu na opory ruchu, które są istotnie znaczące w przypadku elementów mechanicznych. Opory ruchu są o wiele mniejsze jeżeli zamiast pisaka użyjemy plamki świetlnej (wiązki elektronów uderzającej w powierzchnię pokrytą luminoforem, pobudzającej luminofor do emisji światła). Plamkę świetlną można łatwiej, a przede wszystkim szybciej, przemieszczać po ekranie odchylając wiązkę elektronów zmiennym polem elektrycznym lub magnetycznym. Rozwiązanie takie pozwala rejestrować sygnały szybkozmienne o krótkich czasach narastania.
Niedogodnością rozwiązania wykorzystującego plamkę świetlną jest fakt, że pobudzony do świecenia luminofor stosunkowo szybko przygasa jeżeli tylko ustaje bombardowanie strumieniem elektronów. Jeżeli rejestrowany sygnał jest powtarzalny w czasie - okresowy (jak np. sygnał na rys. 1, który stanowi wielokrotne powtórzenie w czasie odcinka miedzy punktami 1 i 5), to należy tak wysterować plamkę świetlną aby okresowo powracała w te same punkty ekranu pobudzając je do świecenia. Dzięki temu uzyskany obraz będzie stabilny i umożliwi pomiar parametrów obserwowanego przebiegu odkształconego.
Budowa i obsługa oscyloskopu analogowego
Blokowy schemat oscyloskopu przedstawiono na rys. 2. Na rysunku tym, obok bloków funkcjonalnych składających się na układ poziomego odchylania wiązki w czasie oraz pojedynczy tor pomiarowy (zazwyczaj torów tych jest więcej), zaznaczono podstawowe pokrętła i przełączniki występujące na panelu czołowym większości oscyloskopów. Ich znajomość jest niezbędna dla prawidłowego posługiwania się tym przyrządem. Rolę poszczególnych bloków konstrukcyjnych oraz możliwości regulacji podstawowych nastaw omówiono poniżej (w nawiasach podane jest nazewnictwo angielskie).
Lampa oscyloskopowa
Głównym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa. Na jej ekranie powstaje obraz świetlny obserwowanych sygnałów lub wielkości. Obraz świetlny widoczny na ekranie oscyloskopu jest wynikiem bombardowania ruchomą wiązką elektronów warstwy luminoforu pokrywającej wewnętrzną powierzchnię ekranu. Źródłem wiązki jest działo elektronowe. Katoda emituje elektrony, które następnie przyspieszane są w polu elektrycznym kolejnych anod działa elektronowego. Parametry wiązki takie jak prędkość elektronów w strumieniu i średnica strumienia decydujące o jakości obserwowanego obrazu można regulować pokrętłami panelu czołowego opisanymi jako JASNOŚĆ (INTENSITY) i OSTROŚĆ (FOCUS).
Wyemitowana przez działo elektronowe wiązka jest następnie odchylana zmiennym polem elektrycznym w dwóch układach odchylania: pionowego-Y (VERTICAL) i poziomego-X (HORIZONTAL). Zmiany pola elektrycznego w układach odchylania, wymuszone zmianami napięcia przyłożonego do płytek odchylających, powodują że wiązka elektronów uderza w co raz to inne punkty ekranu powodując ruch plamki świetlnej obserwowany jako obraz oscyloskopowy.

Jak wynika z budowy lampy oscyloskopowej oraz wcześniejszych rozważań nad rejestracją przebiegów odkształconych, dla uzyskania dwuwymiarowego obrazu, potrzebne są dwa układy sterowania wiązką (plamką świetlną), pionowy i poziomy. Z tego względu elementy regulacyjne na płycie czołowej oscyloskopu można podzielić na dwa podstawowe zestawy: zestaw sterujący ruchem plamki świetlnej w pionie (VERtical)- związany z ustawianiem parametrów torów pomiarowych oscyloskopu oraz zestaw sterujący ruchem plamki świetlnej w poziome (HORIZONTAL)- związany z regulacją i wyzwalaniem podstawy czasu. Często w drugim zestawie samo wyzwalanie ujęte jest w osobnym zestawie wyzwalania podstawy czasu (trigger).
Poziomy ruch plamki świetlnej w czasie
Jeżeli przedmiotem pomiaru są parametry przebiegów odkształconych w czasie, to para płytek odchylania poziomego (X) wiązki jest sterowana z układu poziomego odchylania wiązki w czasie. Sygnał napięciowy sterujący odchylaniem wiązki w poziomie jest przebiegiem piłokształtnym pokazanym na rys. 3. Po wystąpieniu impulsu wyzwalającego na wejściu generatora rozciągu, w czasie roboczym plamka świetlna przesuwa się ze stałą prędkością poziomą od lewej do prawej krawędzi ekranu w miarę jak rośnie liniowo napięcie między elektrodami. Po osiągnięciu prawej krawędzi ekranu, plamka świetlna jest wygaszana sygnałem sterującym działem elektronowym, a malejące napięcie między elektrodami powoduje powrót plamki do lewej krawędzi ekranu. Dodatkowy odstęp czasu zarezerwowany jest na wystąpienia stanów nieustalonych. Czas powrotu plamki i rezerwa na stany nieustalone stanowią czas martwy w cyklu pracy układu poziomego odchylania wiązki. Wszystkie impulsy wyzwalające które wystąpią na wejściu generatora podstawy czasu w czasie pracy lub w czasie martwym są ignorowane.
Do nastawiania wartości czasu roboczego służy przełącznik wielopozycyjny rozciągu poziomego czas/dz (TIME/DIV) regulujący częstotliwość drgań generatora podstawy czasu. Skala opisująca ten przełącznik określa ile sekund (milisekund, mikrosekund) potrzeba aby plamka świetlna przemieściła się w poziomie na odległość równą pojedynczej działce (kratce) na osi odciętych. Z przełącznikiem tym związane jest pokrętło potencjometru, zamocowane na wspólnej osi lub niezależnie opisane jako REGULACJA PŁYNNA (VARIABLE). W niektórych rozwiązaniach występuje również przełącznik opisany jako REGULACJA KALIBROWANA/PŁYNNA (CAL/VAR). Elementy te, pokrętło lub przełącznik, decydują o tym czy praca odbywa się z czasem kalibrowanym czy też z nie kalibrowanym. Jeżeli czas jest kalibrowany (zerowe położenie pokrętła lub położenie CAL przełącznika) to jednostkowej działce poziomej ekranu odpowiada odcinek czasu ustawiony na przełączniku rozciągu poziomego (TIME/DIV) i można mierzyć parametry czasowe (lub częstotliwościowe) rejestrowanych przebiegów. Jeżeli czas nie jest kalibrowany (położenie VAR przełącznika lub niezerowe położenie pokrętła) to nie wiadomo jaki odcinek czasu odpowiada pojedynczej poziomej działce ekranu i pomiar czasu nie jest możliwy. Przy pomiarach parametrów czasowych sygnału wygodnie jest przesunąć obraz w poziomie, tak aby wybrane punkty sygnału odpowiadały położeniom działek na ekranie. Do tego celu służy pokrętło pozycjonowanie obrazu w poziomie (horizontal position).
Poziomy ruch plamki świetlnej po ekranie rozpoczyna się od lewej krawędzi po wystąpieniu na wejściu generatora podstawy czasu impulsu wyzwalającego. We współczesnym oscyloskopie analogowym istnieją przynajmniej dwa tryby wyzwalania automatyczny i normalny. Wyboru trybu wyzwalania dokonuje się przełącznikiem tryb wyzwalania (trigger mODE) ustawiając go w pozycji AUTO lub NORM. W trybie automatycznym (auto) impulsy wyzwalające generowane są przez układy automatycznej pracy oscyloskopu. W trybie normalnym (NoRM) impulsy wyzwalające są generowane przez układ wyzwalania generatora rozciągu.
Układ wyzwalania generatora rozciągu formuje impulsy wyzwalające generator podstawy czasu w momentach uzależnionych od wybranego źródła wyzwalania oraz ustawionych: zbocza wyzwalającego i poziomu wyzwalania. Wyboru źródła wyzwalania dokonuje się przełącznikiem źródło wyzwalania (tRiGGer source) ustawiając je w jedną z pozycji WEWN (CH1), ZEWN (EXT), SIEĆ (LINE). Położenie CH1 oznacza że moment wyzwalania będzie uzależniony od charakteru zmienności obserwowanego sygnału (jeżeli oscyloskop posiada kilka torów pomiarowych istnieje możliwość wybrania któregoś z torów jako źródła sygnału wyzwalającego). W ustawieniu EXT momenty wyzwalania będą zdeterminowane własnościami zewnętrznego sygnału podawanego na wejście wyzwalające (EXT TRIG IN) oscyloskopu. Wreszcie w ustawieniu LINE momenty wyzwalania będą zdeterminowane przez własności sygnału sieci zasilającej 220V 50Hz.
Przełącznik źródło wyzwalania (tRiGGer source) pozwala wybrać sygnał, którego własności zadecydują o momentach generowania impulsów wyzwalających. Sam moment wyzwalania jest zdeterminowany pozycją przełącznika ZBOCzE (SLOPE) oraz pokrętła POZIOM (TRIGGER LEVEL). Pokrętło POZIOM decyduje przez jaki poziom musi przejść sygnał wyzwalający aby nastąpiła generacja impulsu wyzwalającego. Przełącznik ZBOCzE decyduje czy będzie to przejście powyżej tego poziomu (na zboczu narastającym) czy poniżej tego poziomu (na zboczu opadającym). Ideę wyboru zbocza i nastawienia poziomu wyzwalania obrazuje rys. 4. Odpowiedni dla danego pomiaru wybór sygnału wyzwalającego oraz ustalenie zbocza wyzwalającego i poziomu wyzwalania są warunkami uzyskania stabilnego obrazu w pomiarach oscyloskopowych sygnałów powtarzalnych. Jeżeli poziom wyzwalania (TRIGger LEVEL) jest zbyt wysoki lub zbyt niski w stosunku do zakresu zmienności sygnału wyzwalającego to w trybie NORM nie następuje generacja impulsów wyzwalających (rys. 4) i nie pojawia się obraz na ekranie oscyloskopu natomiast w trybie AUTO zaczyna pracować układ pracy automatycznej, który generuje impulsy wyzwalające, dzięki czemu obraz na ekranie utrzymuje się choć nie musi być stabilny.
Pionowy ruch plamki świetlnej sterowany rejestrowanym przebiegiem
Przy obserwacji przebiegów odkształconych, rejestrowany sygnał zmienny w czasie jest podawany na płytki odchylania pionowego. Wskutek zmienności w czasie sygnału podawanego na wejście pomiarowe (oznaczone odpowiednio do toru pomiarowego Y1, Y2 lub ch1, ch2; są to wejścia napięciowe) zmienia się pole elektryczne między płytkami odchylania pionowego, co obserwuje się jako ruch plamki świetlnej w kierunku pionowym. W pojedynczym torze pomiarowym można wyróżnić 3 podstawowe bloki funkcjonalne: układ sprzęgania wejścia, tłumik i wzmacniacz sygnału odchylania pionowego.
Regulacja parametrów pojedynczego toru pomiarowego odbywa się za pomocą trzech podstawowych elementów panelu czołowego oscyloskopu. Pierwszym jest potencjometr przesuwania poziomu zera - pozycjonowania w pionie (VERTICAl position). Umożliwia on przesuwanie obrazu w pionie, tak aby wybrane punkty sygnału odpowiadały położeniom działek osi rzędnych na ekranie. Drugi z elementów to przełącznik wielopozycyjny rozciągu pionowego volt/dz (volts/DIV), określany jako czułość (SENSITIVity) Skala opisująca ten przełącznik określa ile volt (milivolt, mikrovolt) obrazowanego napięcia przypada na pojedyncza działkę osi rzędnych ekranu. Z przełącznikiem tym związane jest pokrętło potencjometru, z reguły zamocowane na wspólnej osi pozwalające płynnie zmieniać wartość napięcia odpowiadającą pojedynczej działce (kratce) pionowej ekranu. Położenie tego pokrętła decyduje czy napięcie mierzone jest kalibrowane czy nie. Jeżeli napięcie jest kalibrowane (zerowe położenie pokrętła) to jednej działce pionowej ekranu odpowiada wartość mierzonego napięcia ustawiona na przełączniku rozciągu pionowego (volts/DIV) i można oceniać parametry napięciowe rejestrowanego przebiegu. Jeżeli napięcie nie jest kalibrowane (niezerowe położenie pokrętła) to nie wiadomo jaka zmiana napięcia odpowiada pojedynczej pionowej działce ekranu. Trzecim elementem regulacyjnym jest przełącznik decydujący o sposobie sprzęgania wejścia (COUPLING). Standardowo można go ustawić w jednym z trzech położeń opisanych jako AC, GND, DC. Położenie AC oznacza blokowanie składowej stałej sygnału i jest użyteczne przy obserwacji małych odkształceń sygnałów o dominującej składowej stałej. Po zablokowaniu składowej stałej, małe odkształcenia można obserwować przy ustawionej dużej rozdzielczości napięciowej przez co są one lepiej widoczne. W położeniu GND sygnał z wejścia pomiarowego jest odłączony a wejście toru pomiarowego jest zwarte do masy oscyloskopu. Pozwala to na ustalenie poziomu zerowego na ekranie. W trzecim położeniu DC, sygnał podawany jest bezpośrednio na dalsze układy bez eliminacji składowej stałej ani żadnych innych.
Trzy podstawowe, wymienione wyżej elementy regulacyjne są niezależne dla każdego toru pomiarowego oscyloskopu i powielone tyle razy ile torów pomiarowych posiada oscyloskop. Czasami można spotkać dodatkowe elementy regulacyjne dla wybranych kanałów takie jak przełącznik INWERSJA (NORM/INV) pozwalający na zwierciadlane odbicie sygnału napięciowego względem poziomu 0, lub przełącznik x1/x5 umożliwiający dodatkowe powielenie lub podzielenie sygnału wejściowego w stosunku do nastaw przełącznika rozciągu pionowego.
Pomiary dwukanałowe
Współczesne oscyloskopy posiadają z reguły przynajmniej dwa tory pomiarowe, co umożliwia równoczesną obserwacje dwóch przebiegów. Wyboru obserwowanego sygnału dokonuje się ustawiając odpowiednio przełącznik wyboru toru pomiarowego oznaczany z reguły MODE (w grupie vertical). Bardziej rozbudowane wersje oscyloskopów oprócz pomiarów z pojedynczych kanałów (położenia CH1, CH2 przełącznika MODE), pomiaru z dwóch kanałów jednocześnie (położenie DUAL przełącznika MODE), pozwalają również na wykonywanie pewnych operacji na sygnałach np. ich dodawanie (ADD), odejmowanie, mnożenie itp. Z istnieniem więcej niż jednego kanału pomiarowego wiąże się również zwiększenie liczby położeń przełącznika źródła wyzwalania (TRIGGER SOURCE), tak aby można było wyzwalać oscyloskop z każdego kanału lub pewnym sygnałem wypadkowym.
Z obserwacją dwóch sygnałów jednocześnie związany jest dodatkowy problem konstrukcyjny, występujący przy tworzeniu obrazu dwóch przebiegów na ekranie oscyloskopu. Jeżeli konstrukcja lampy oscyloskopowej umożliwia emisję i sterowanie dwóch strumieni elektronów (dwóch plamek świetlnych) to każdy z kanałów pomiarowych steruje odchylaniem jednego ze strumieni (lampę oscyloskopową o takich własnościach nazywamy lampą dwustrumieniową). Jeżeli oscyloskop nie jest wyposażony w lampę dwustrumieniową, to jest on wyposażony w układ przełączania umożliwiający pracę w jednym z dwóch trybów, przełączanym (ALT) lub siekanym (CHOP) rys. 5. Tryb przełączany oznacza, że pionowym odchylaniem plamki świetlnej steruje, w jednym poziomym przejściu plamki przez ekran, sygnał z toru pomiarowego 1, a w następnym sygnał toru pomiarowego 2. W trybie siekanym, w ramach jednego poziomego przejścia plamki przez ekran sterowanie jest przełączane z dużą częstotliwością pomiędzy torami pomiarowymi 1 i 2. Tryb pracy układu przełączania jest wybierany odpowiednim przełącznikiem na płycie czołowej oscyloskopu (ALT/CHOP) lub może być związany z położeniem przełącznika rozciągu poziomego i zdeterminowany przez wybór podstawy czasu. Jeżeli wybór trybu pracy układu przełączania dokonywany jest niezależnym przełącznikiem płyty czołowej to zaleca się wybór pracy w trybie siekanym dla sygnałów o małej częstotliwości (nastawy przełącznika rozciągu poziomego na wartości powyżej 10 ms/div), a wybór pracy w trybie przełączanym dla sygnałów o dużej częstotliwości (nastawy przełącznika rozciągu poziomego na wartości poniżej 0.1 ms/div). Dla nastaw pośrednich można wybrać jeden z trybów, przy czym tryb siekany daje stabilniejszy obraz. Zalecenia odnośnie wyboru trybu pracy układu przełączania wynikają z możliwości uzyskania stabilnego obrazu.
W oscyloskopach dwukanałowych istnieje z reguły możliwość takiego skonfigurowania przyrządu, aby sygnał jednego toru pomiarowego sterował odchylaniem plamki w pionie, a drugiego toru odchylaniem plamki w poziomie. Ten tryb pracy oscyloskopu (bez wyzwalania podstawy czasu), nazywany XY, jest szczególnie użyteczny w przypadku pomiarów przesunięcia fazowego (figury Lissajous), rezystancji dynamicznej oraz obrazowania charakterystyk statycznych i dynamicznych elementów elektronicznych.
Możliwości pomiarowe oscyloskopów można rozszerzyć również przez zastosowanie odpowiednich sond pomiarowych dołączanych do wejść pomiarowych.
Rodzaje oscyloskopów
Produkowane obecnie oscyloskopy można podzielić na cztery (omówione poniżej) grupy:
Oscyloskopy analogowe
W oscyloskopie analogowym obraz przebiegu jest rysowany na ekranie lampy oscyloskopowej w czasie rzeczywistym, tzn. plamka świetlna porusza się na ekranie śledząc zmiany rejestrowanej wielkości z upływem czasu, lub jednej wielkości w funkcji drugiej wielkości.
Do podstawowych pomiarowych parametrów oscyloskopu analogowego należą:
pasmo oscyloskopu i czas narastania
współczynnik odchylania
współczynnik czasu
liczba torów wejściowych
parametry lampy oscyloskopowej
Większość współczesnych oscyloskopów posiada przynajmniej dwa tory wejściowe (kanały wejściowe) co umożliwia jednoczesną obserwację dwu różnych przebiegów i ich wzajemne porównywanie. Osiąga się to przez zastosowanie jednego z dwu rozwiązań technicznych: dwustrumieniowej lampy oscyloskopowej lub przełącznika elektronicznego, który przełącza lampę oscyloskopową miedzy przebiegami torów. Rejestracja pojedynczych przebiegów, (wyzwalanych jednorazowo) jest możliwa na oscyloskopie analogowym jedynie przy zastosowaniu dodatkowego wyposażenia, np. sprzężonego aparatu fotograficznego.
Oscyloskopy analogowe z lampą pamiętającą
Są to oscyloskopy analogowe wyposażone w lampę o specjalnej konstrukcji (lampę pamiętającą) która oprócz zwykłej obserwacji obrazu (jak w oscyloskopie analogowym) umożliwia zapamiętanie wewnątrz lampy obrazu przebiegu i wyświetlanie go przez pewien czas na ekranie. Podstawowe parametry takiej lampy to:
rodzaj pamięci: bistabilna lub o zmiennym czasie poświaty;
czas pamiętania;
szybkość rysowania wyrażona w cm/m s;
Oscyloskopy próbkujące
Przeznaczone są do pomiarów bardzo szybkich przebiegów okresowych. Działanie oscyloskopu próbkującego polega na sukcesywnym pobieraniu próbek sygnału kolejno z innego fragmentu przebiegu za każdym następnym okresem, a następnie złożeniu obrazu z próbek i wyświetleniu go na ekranie. Umożliwia to poszerzenie pasma oscyloskopu, ale oscyloskopy takie maja z reguły 50W impedancję wejściową (bardziej obciążają obiekt mierzony). Stosowane są trzy metody próbkowania:
próbkowanie sekwencyjne (sequential sampling)
próbkowanie przypadkowe (random sampling)
próbkowanie w czasie rzeczywistym (real time sampling)
Oscyloskopy cyfrowe
Szybki postęp technologiczny w dziedzinie wytwarzania układów cyfrowych o dużym stopniu integracji, a zwłaszcza przetworników analogowo-cyfrowych i mikroprocesorów, otworzył drogę do produkcji oscyloskopów cyfrowych. Działanie oscyloskopu cyfrowego polega na pobieraniu próbek badanego sygnału równych jego wartości chwilowej w momencie próbkowania, oraz po zamianie wartości próbki na słowo cyfrowe zapamiętanie go w pamięci cyfrowej. Dla przebiegów okresowych próbkowanie odbywa się metodami identycznymi jak w przypadku oscyloskopu próbkującego, dla przebiegów pojedynczych nieodzowne jest próbkowanie w czasie rzeczywistym co znacznie ogranicza pasmo oscyloskopu. Sygnał odczytywany z pamięci jest wyświetlany w sposób stabilny na ekranie. Istotnymi zaletami powodującymi ekspansję obszaru zastosowań oscyloskopów cyfrowych są: możliwość matematycznej obróbki zapamiętanych sygnałów i automatyzacji pomiaru różnych cech sygnału (analizatory przebiegów), możliwość zapamiętywania i przesyłania sygnałów na duże odległości, możliwość sprzęgania oscyloskopu z systemami pomiarowymi, możliwość barwnej prezentacji wielu przebiegów na monitorze z kolorową lampą kineskopową i inne. Główne parametry oscyloskopów cyfrowych to:
pasmo dla przebiegów jednorazowych (graniczna częstotliwość próbkowania)
pasmo dla przebiegów powtarzalnych
zdolność rozdzielacza w kierunku osi poziomej i pionowej (rozdzielczość stosowanego przetwornika analogowo-cyfrowego)
Ze względu na znaczne możliwości związane z cyfrową obróbką sygnału i jego zapamiętywaniem oraz malejące ceny układów dużej skali integracji oscyloskopy cyfrowe stają się coraz popularniejsze.
Literatura:
Rydzewski Jerzy, Pomiary Oscyloskopowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1994
Rydzewski Jerzy, Oscyloskop Elektroniczny, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1982
Rrien van Erk, Oscilloscopes, Functional Operation and Measuring Examples, McGraw-Hill Book Company, 1978


Pytania kontrolne

Dla jakich częstotliwości badanego przebiegu właściwa jest praca siekana a dla jakich przełączana?
Jaki tryb wyzwalania należy przyjąć jeśli na wejścia nie podajemy żadnego sygnału a chcemy ustalić oś zera?
Jak powinna przebiegać procedura regulacji oscyloskopu po podłączeniu sygnału na wejście mająca na celu uzyskanie stabilnego obrazu?
Jaka jest różnica pomiędzy trybami wyzwalania AUTO i NORM?
O czym należy pamiętać chcąc odczytać parametry napięciowe i czasowe badanego przebiegu?


Program ćwiczenia

Zapoznać się z rozkładem następujących regulatorów, przełączników i gniazd na płycie czołowej oscyloskopu:
Jaskrawość (INTENSITY) i ostrość(FOCUS)
Blok odchylania pionowego (VERTICAL)
Doprowadzenia sygnału do wzmacniacza pionowego (gniazda) (input) CH1 i X oraz CH2 i Y
Przełącznik wyboru sprzężenia sygnału wejściowego ze wzmacniaczem odchylania pionowego (COUPLING) AC, GND, DC
Regulator czułości wzmacniacza odchylania pionowego (VOLTS/DIV) skokowy i płynny (VARIABLE)
Regulator położenia przebiegu w kierunku pionowym (VERTICAL POSITIOn)
Przełącznik wyboru trybu pracy odchylania pionowego (VERTICAL MODE) CH1, CH2, DUAL, ADD
Blok odchylania poziomego (horizontal)
Regulator wyboru skalowanej podstawy czasu i trybu X-Y (time/DIV)
Regulator ciągłej zmiany podstawy czasu (VARIABLE)
Regulator położenia przebiegu w kierunku poziomym (horizontal POSITIOn)
Blok wyzwalania (trigger)
Przełącznik wyboru trybu wyzwalania (trigger MODE): AUTO, NORM, TV-V, TV-H
Przełącznik wyboru źródła wyzwalania (trigger Source): CH1, CH2, LINE, EXT
Regulator punktu (poziomu) wyzwalania (trigger LEVEL)
Przełącznik wyboru zbocza wyzwalającego odchylanie (trigger SLOPE)
Doprowadzenie zewnętrznego sygnału wyzwalającego do układów wyzwalania (gniazdo) (EXT TRIg IN)
Podłączyć z generatora do wejścia CH1 sygnał sinusoidalny o częstotliwości ok. 1 kHz, amplitudzie ok. 2 V z niewielką dodatnią składową stałą.
Uzyskać na ekranie oscyloskopu stabilny obraz dwóch okresów. Zanotować ustawienia wszystkich regulatorów i przełączników wymienionych w punkcie I. Sprawdzić regulację jaskrawości i ostrości, dobrać warunki optymalne i przerysować przebieg (w przypadku braku obrazu włączyć oscyloskop (sic!)).
Ustawić przełącznik wyboru trybu pracy odchylania pionowego na CH1, a następnie dla tego kanału:
Sprawdzić możliwość regulacji (i jej efekty) czułości skokowej i płynnej wzmacniacza odchylania pionowego oraz ewentualne jej mnożniki (x10, x2, x1 itp.).
Ustawić mnożniki na x1, wyłączyć regulację płynną a skokową ustawić tak aby badany przebieg mieścił się na ekranie.
Ustawić przełącznik wyboru sprzężenia sygnału wejściowego ze wzmacniaczem odchylania pionowego w pozycję GND i regulatorem położenia przebiegu w kierunku pionowym ustawić poziomą linię na najbliższą pełną działkę (w przypadku braku obrazu ustawić tryb wyzwalania na AUTO). Następnie przełączając sprzężenie na AC i DC zaobserwować efekty i dokonać pomiaru amplitudy i składowej stałej sygnału mnożąc odczyty w działkach (DIV) przez ustawioną czułość (VOLTS/DIV).
Pomiary amplitudy i składowej stałej powtórzyć dla kilku różnych ustawień tych parametrów na generatorze.
Przy sprzężeniu AC ustawić przebieg w środkowej części ekranu (w pionie) oraz:
Sprawdzić regulację (i jej efekty) podstawy czasu regulowanej i ciągłej (płynnej) oraz ewentualnych jej mnożników
Ustawić mnożniki na x1, wyłączyć regulację płynną a regulację skokową ustawić tak aby na ekranie widoczny był przynajmniej jeden okres.
Dokonać pomiaru okresu sygnału (przy odczycie skorzystać z regulatora położenia przebiegu w kierunku poziomym) dla kilku różnych wartości częstotliwości ustawianych na generatorze (b. małej, b. dużej i pośrednich).
Przy pośredniej częstotliwości sygnału badanego, trybie pracy odchylania pionowego-CH1, sprzężeniu - AC, trybie wyzwalania - AUTO i źródle wyzwalania - CH1:
Sprawdzić regulację (i jej efekty) poziomu wyzwalania (zwrócić uwagę na początek obrazu sygnału na ekranie).
Przy stabilnym obrazie sprawdzić działanie przełącznika zbocza wyzwalającego.
Przy stabilnym obrazie przełączyć tryb wyzwalania na NORM i ponownie obserwować co daje regulacja poziomem wyzwalania.
Sprawdzić wpływ ustawienia regulatora czułości wzmacniacza odchylania pionowego na regulację poziomu wyzwalania
Przy stabilnym obrazie, w trybie wyzwalania AUTO (a następnie NORM) zmienić źródło wyzwalania. Opisać co się dzieje i dlaczego.
Przy niestabilnym obrazie, w trybie wyzwalania AUTO zmieniać płynnie regulację podstawy czasu. Czy przy pomocy tego pokrętła jest możliwe uzyskanie stabilnego obrazu - uzasadnić odpowiedź.
Podłączyć dwa różne sygnały do wejść CH1 i CH2 a następnie:
Sprawdzić możliwość obserwacji raz jednego raz drugiego i obu na raz (wybór trybu pracy odchylania pionowego)
Sprawdzić możliwość obserwacji jednego kanału przy wyzwalaniu z drugiego. Czy rodzaj sprzężenia ma wpływ na regulację poziomu wyzwalania?
W dwukanałowym (DUAL) trybie pracy odchylania pionowego zaobserwować pracę w trybie ATL i CHOP. Czy musimy zmieniać nastawy jaskrawości czy też nastawione na początku wystarczająco dobrze nadają się do każdych pomiarów?
Sprawdzić jak działa oscyloskop w trybie X-Y
Zebrać nabytą wiedzę i opisać przeznaczenie i działanie każdego z poznanych elementów regulacyjnych oscyloskopu oraz podać sposoby (przykłady) ich wykorzystania np. praca w trybie ALT nadaje się głównie do badania przebiegów o dużych częstotliwościach lub tryb AUTO umożliwia szybką orientację co do położenia (w pionie) i istnienia sygnału, itp.