1

Osciloskop

Ak. god. 2009/2010

Osciloskop 2

Na kraju sata student treba biti u stanju:

Nabrojati osnovne dijelove osciloskopaObjasniti i opisati principe rada pojedinih dijelova osciloskopaObjasniti kompenzaciju mjerne sondeIzračunati vrijeme porasta signala

Osciloskop 3

OsciloskopOmogućuje:

2-D prikaz trenutnih vrijednosti promjenjivih električnih veličina u ovisnosti o vremenuMjerenje U, I, P, F, itd.

Analogni i digitalni2-D: mjereni signal i pilasti naponSlika se generira pomoću snopa elektronaOsnovni dijelovi:

Katodna cijev (dual beam, dual trace)Sustav za vertikalni otklonSustav za horizontalni otklonIzvor napajanja

Osciloskop 4

Osciloskop – blok–shema

Osciloskop 5

Katodna cijev

Vakumirani stakleni balonElektrode:

KatodaUpravljačka elektroda (Wehneltov cilindar)Anode:

Za predubrzavanjeZa ubrzavanjeZa fokusiranje

Osciloskop 6

Faktor otklonaHorizontalna brzina:Vertikalna brzina

Vertikalan otklon:

Otklonska osjetljivost (mm/V):

Faktor otklona: 1/SOvisi o omjeru l/d

dU

qEqFd

UE y

yyy

y ⋅=⋅== ;z

yyy

yy v

ldm

Uqtav

mF

a ⋅⋅

⋅=⋅== ;

mUqv a

z⋅⋅

=2

a

y

z

ydU

LlUvv

LtgLD2

... ==⋅=⋅= α

ay dULl

UDS

2==

Osciloskop 7

Primjer

Priključenjem pravokutnog izmjeničnog napona na ulaz pojačala za vertikalni otklon osciloskopa, uz isključenu vremensku bazu, dobiven je pravac duljine 9 cm. Prethodno smo ustanovili da priključak točno poznatog istosmjernog napona od 2 V daje vertikalni pomak zrake od 12 mm. Kolika je efektivna vrijednost mjerenog napona?

Osciloskop 8

Svjetlina mrlje i zaslon

Svjetlina mrlje i S suprotni zahtjevi na UaAnoda za naknadno ubrzavanje

Zaslon, osnovno svojstvo materijala:Persistencija – vrijeme potrebno da se svjetlina mrlje smanji na 10%; 1 % ili 0,1 % (P31)

Fluorescencije – isijavanje svjetlosti pri udaru elektronaFosforescencija – isijavanje svjetlosti nakon udara elektrona

Učinkovitosti 10 % (opasnost pregrijavanje)Oznake na zaslonu

Osciloskop 9

Osciloskop – blok–shema

Osciloskop 10

Sustav za vertikalni otklon -djelilo

AC-GND-DC preklopkaDjelilo:

frekvencijski neovisno

Od mV do V, u koracima 1-2-5Mogućnost neprekinutog ugađanja (nekalibrirano)

221121 CRCRRR =⇒=ττ

Osciloskop 11

Sonda

Nesimetrični ulaz (jedan kraj uzemljen)Suosni kabel + BNC konektorPasivne i aktivne (FET) sonde, strujne s.Mogućnost smanjenja napona –dodavanjem predotpora Rs

x1; x10; x100Kompenzacija mjerne sonde pomoću trimer kondenzatora Cs i pomoćnog pravokutnog napona

( )koossso CCRCRRR +⋅=⇒=ττ

Osciloskop 12

Primjer

Na osciloskop, ulaznog otpora 1 MΩ i njemu paralelnog kapaciteta 20 pF, priključuje se sonda 10:1. Koliki mora biti kapacitet sonde da bi ona bila frekvencijski kompenzirana ako je kapacitet koaksijalnog kabela sonde 75 pF?

Osciloskop 13

PretpojačaloZa postizanje odgovarajućeg otklona i svjetline mrljePojačanje od 1000-5000Frekvencijski opseg: DC – fguzrokuje

Izobličenje signalakonačno vrijeme porasta signala, za pojačalo prvog reda:

35,0=⋅ gRP fτ 22RPRSRO τττ +=

Osciloskop 14

Primjer

Osciloskopom koji ima gornju graničnu frekvenciju 25 MHz, izmjerili smo vrijeme porasta nekog signala tro= 64 ns. Koliko je stvarno vrijeme porasta tog signala?Sinusni napon frekvencije 20 MHz dovodi se iz naponskog izvora na ulaz osciloskopa granične frekvencije fg = 20 MHz. Kolika je efektivna vrijednost napona ako je ukupna visina slike na zaslonu, pri isključenoj vremenskoj bazi i pri faktoru otklona 0,5 V/cm, 6 cm?

Osciloskop 15

Pojačalo i linija za kašnjenje

Pojačalo:Simetričan izlazNapaja kapacitivno opterećenje

Linija za kašnjenje:Omogućuje prikaz prvog dijela signalaLjestvičasti niz LC kombinacije (v=sqrt(LC))Suosni kabel (distribuirani LC)

Osciloskop 16

Elektronička preklopkaOmogućuje prikaz dva signalaDva načina rada

Sinkrono (ALT – alternatemode)

Problemi s malim frekvencijama

Asinkrono (CHOP –chopped mode)

Problemi s velikim frekvencijama

Osciloskop 17

Osciloskop – blok–shema

Osciloskop 18

Sustav za horizontalni otklon –okidni sklop

Omogućuje SINKRONIZACIJU promatranog signala i pilastog naponaUpravlja stvaranjem pilastog naponaPoticanje mjerenim signalom, signalom dovedenim izvana ili naponom mrežeMogućnost podešenja nagiba i razine okidanja (level/slope)

Osciloskop 19

Sustav za horizontalni otklon –generator pilastog napona

Osnovna karakteristika: linearan porast nabijanje kondenzatora stalnom strujomVrijeme porasta (rise time), pada (fall time i zadržavanja (hold off)Vrijeme porasta od 10-8 s do 1 s (1-2-5 omjeri)Horizontalno pojačalo:

Uži frekvencijski pojas od vertikalnog p.Omogućuje rastezanje signala 10x

Osciloskop 20

Primjer

Na zastoru katodne cijevi osciloskopa dobivene su preko čitave širine (10 cm) 4 periode sinusoide. Kolika je frekvencija promatrane pojave ako je preklopkavremenske baze u položaju 0,2ms/cm?

Osciloskop 21

Prednja ploča osciloskopa

Osciloskop 22

Digitalni osciloskopi

Podjela:DSO: digital storage oscilloscope

Uzorkovanje u stvarnom vremenuUzorkovanje u ekvivalentnom vremenu

DPO: digital phosphor oscilloscopeSO: sampling oscilloscope

Osciloskop 23

DSO – blok shema

UzorkovanjeVertikalno razlučivanje: 8 bitaBrzina uzorkovanja: 20 MS/s do 5 GS/s

MemorijaMemorija za prihvat podataka, za prikaz podatakaCirkularno polje, podaci se zapisuju u memoriju dok se ne zadovolje okidni uvjeti

Osciloskop 24

DSO – horizontalni sustav i rekonstrukcija signala

Horizontalni sustavBrzina “otklona” ovisi o trajanju vremenske baze (s/DIV) Promjena s/DIV mijenja fS

zaslon: 512 S, 50 S/DIV 10,24 DIV

Rekonstrukcija signalaNyquist: fS > 2·fmax

Osciloskop: za rekonstrukciju signala fS mora biti veća Ovisi o rekonstrukcijskom filtru

Bez rekonstr.: dot modeLinearna, sinusna (sinx/x)

Osciloskop 25

DSO – načini uzorkovanja

Real timePodaci se uzimaju onim redoslijedom kojim se i pojavljuju na zaslonu

PeriodičkoPodaci se uzimaju tijekom više uzastopnih periodaSlučajno – precizno mjerenje razlike između tekućeg uzorka i okidnetočkeSlijedno – na svaku slijedeću pilu dodaje se precizno Δt

Osciloskop 26

DSO – načini prikaza

Refresh modeRoll mode: kao registracijski instrument, podaci se odmah kopiraju u memoriju za prikazEnvelope mode (Peak detect):

Radi s fsmax

Pohranjuje min i max vrijednostIzbjegavanje aliasinga

Average modeSingle shotPokaznici: CRT, LCD, magnetski otklonusrednjavanje

Osciloskop 27

DPO i SODPO

Paralelni ustroj obrade podataka3-D prikaz: amplituda, vrijeme i razdioba amplituda u vremenu

SOPrvo uzorkovanje pa onda pojačavanjeUzorkovanje u ekvivalentnom vremenuOgraničeno dinamičko područje

Osciloskop 28

Pitanja za provjeru

Čemu služi osciloskop?Koji su osnovni dijelovi analognog osciloskopa?Kojoj se elektrodi mijenja potencijal pri ugađanju svjetline mrlje na zaslonu?Kojoj se elektrodi mijenja potencijal pri ugađanju oštrine?Čemu služi elektroda za naknadno ubrzavanje?Kako se na zaslonu katodne cijevi s jednim otklonskim sustavom mogu promatrati istodobno dva signala?Čemu služi okidni sklop?Što se postiže linijom za kašnjenje?Koji tipovi digitalnih osciloskopa postoje?

Osciloskop 29

Literatura

D. Vujević, B. Ferković: Osnove elektrotehničkih mjerenja II. dio, poglavlje 8.3, Školska knjiga Zagreb, 1996.D. Ilić, I. Kunšt: Mjerenja u elektrotehnici, Prilog predavanjima, Zagreb 2003.