Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék Elektrotechnika alapjai Mérési útmutató 1. mérés Ismerkedés az oszcilloszkóppal Dr. Nagy István előadásai alapján és vezetésével írta Zabán Károly 2009.
Tartalomjegyzék 1.1 A mérés célja... 2 1.2 Kötelező irodalom... 2 1.3 Ajánlott irodalom... 2 1.4 A felkészültség ellenőrzése... 2 1.5 A mérés elméleti alapjai... 2 1.5.1 Az analóg oszcilloszkópok működési elve... 3 1.5.2 Amplitúdó és a periódusidő (frekvencia) mérése oszcilloszkóppal... 4 1.6 Az oszcilloszkópok kezelőfelülete és üzemmódjai... 6 1.6.1 Az oszcilloszkópok típusai... 9 1.7 A függvénygenerátorok... 9 1.8 Mérési feladatok... 11 1.8.1 Az oszcilloszkóp kezelő felületének megismerése... 11 1.8.2 Adott periódikus jel jellemzőinek (amplitúdó, periódusidő )... 11 mérése oszcilloszkóppal... 11 1.9 Ellenőrző kérdések... 12 MELLÉKLET... 13 2.M A mérés mérőműszerei... 13 2.M.1 Az OX520B és OX530 típusú oszcilloszkópok... 13 2.M.2 Az OX800 típusú oszcilloszkóp... 16 2.M.3 Az MXG-9802 típusú függvénygenerátor... 18 2.M.4 Az EMG 12564 típusú függvénygenerátor... 21 1
1.1 A mérés célja Az elektrotechnikai gyakorlatban a jelalakok mérésére leggyakrabban használt mérőműszerek, az oszcilloszkópok, valamint a mérések elvégzéséhez szükséges függvénygenerátorok működési elvének megismerése és kezeléstechnikájának elsajátítása néhány villamos jellemző megmérése útján. 1.2 Kötelező irodalom A jelen Mérési útmutató. Más nincs. 1.3 Ajánlott irodalom Varsányi Pál: Villamos műszerek és mérések, Műegyetemi Kiadó, Bp., 1997, 541060 sz. Szűcs Tamás, Zimányi Péter: Elektronikus műszerek (Elektrotechnika mérési segédlet), Műegyetemi Kiadó, Bp.1997,541038 sz. Zoltán István: Méréstechnika, Egyetemi tankönyv, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1997 Jelek és rendszerek méréstechnikája, Főszerkesztő: Dr. Schnell László, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985 Radnai Rudolf: Oszcilloszkópos mérések, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985. 1.4 A felkészültség ellenőrzése A felkészültség ellenőrzésének alapját a jelen mérési leírás tartalmazza, beleértve mind a mérés elméleti alapjait, mind a mérés során elvégzendő feladatok ismeretét. 1.5 A mérés elméleti alapjai Az oszcilloszkópok feszültség jelalakok megjelenítésére alkalmas műszerek. A megjelenített jelalakok különböző jellemzőit a képernyőn látott ábráról könnyen meg lehet határozni. Megfelelő jelátalakítók alkalmazásával, amelyek adott nem villamos mennyiséget át tudnak alakítani villamos jellé, végeredményben tetszőleges időben változó jelet is lehet mérni az oszcilloszkóppal. Ennek következménye, hogy nem csak a villamosmérnökök használják elterjedten az oszcilloszkópot, hanem pl. a gépészmérnökök (pl. nyomás, tömegáram, hőmérséklet mérése) vegyészmérnökök, fizikusok, orvosok, stb. 2
1.5.1 Az analóg oszcilloszkópok működési elve A következőkben az elektrosztatikus kitérítésű oszcilloszkópokkal foglalkozunk, de megemlítjük, hogy a kitérítés mágneses is lehet. Az 1.5.1 ábrán az oszcilloszkóp legfontosabb részét, a katódsugárcső felépítését láthatjuk, amelyben nagyfokú vákuum van. Az izzó katód folyamatosan nagyszámú elektront emittál, amelyeket az elektron optika összegyűjt, majd nagy sebességű koherens elektronsugarat bocsát ki. Az elektronsugarat vízszintes és függőleges irányban, a sík lemezpárokra kapcsolt u és u feszültség hatására létrejövő, E és E villamos térerősség téríti el, hiszen mint x y x tudjuk a Q töltésre QE x ill. QE y erő hat. A vízszintes, illetve a függőleges eltérítés az u x illetve az u feszültség pillanatértékével arányos. Mind a két feszültség a műszer fémházához y képest értendő, mert a lemezpárok egy-egy lemeze testelt, ami azt jelenti, hogy közös un. földpotenciálú pontra van kötve. A vízszintes és a függőleges eltérítés után a megfelelően fókuszált elektronok az ernyőbe ütköznek, ahol energiájukat átadják az ernyő fluoreszkáló anyagának, amely a becsapódási pontban bizonyos ideig fényt bocsát ki. y 1.5.1 ábra. A katódsugárcső felépítése. Az analóg oszcilloszkópok elsősorban periodikus jelek vizsgálatára szolgálnak. Az állókép létrehozásának elvét a 1.5.2 ábra mutatja. Időfüggvény vizsgálata esetén a vízszintes eltérítő lemezekre kapcsolt u fűrészjelet az oszcilloszkópba beépített, változtatható frekvenciájú jelgenerátor adja [a.) ábra], az x u y a vizsgált jel [b.) ábra]. A c.) [ill. a d.)] ábra esetében csak a függőleges (ill. a vízszintes) sugár eltérítést eredményező jelet, vagyis u y -t (ill. u x -et) kapcsoljuk az eltérítő lemezekre, míg az e.) ábra esetén mind a két jel be van kapcsolva. Az e.) ábra esetében a beállítás olyan, hogy az 5-től a 6-ig tartó időszak a képernyőn egybeesik az 1-től a 2-ig tartó időszakkal. A sugár az 5-ödik időpontban visszaugrik 1-be. Ilyen módon álló képet kapunk, amit vizsgálhatunk, feltéve, ha u és u periódusideje pontosan megegyezik, vagyis T x Ty. Ezt x x y T beállításával érjük el, amelyet folyamatosan változtatni tudunk. E műveletet szinkronozásnak hívjuk. Feszültség-feszültség függvény vizsgálata esetén a vízszintes eltérítő lemezekre a fűrészjeltől független, külső jelet kapcsolunk, vagyis két külső 3
jel, u x és u y szabja meg az elektronsugár által rajzolt ábrát. Az oszcilloszkópok a mérendő hálózatból kis teljesítményt vesznek fel (mert bemeneti impedanciájuk, vagyis szinuszos jeleknél értelmezett ellenállásuk igen nagy). A bemenő jelek az oszcilloszkópokban több fokozaton keresztül felerősítve, vagy leosztva (csökkentve) kerülnek az eltérítő lemezekre. 1.5.2 ábra. Az állókép megjelenítésének elve. 1.5.2 Amplitúdó és a periódusidő (frekvencia) mérése oszcilloszkóppal Az oszcilloszkópos méréstechnikában legtöbbször feszültséget mérünk, illetve a mérendő jellemzőt feszültséggé alakítjuk át. Meg kell jegyezni, hogy a korszerű oszcilloszkópok alkalmasak áram közvetlen vizsgálatára is. A vizsgált jelnek meghatározhatjuk többek között periodikus jel esetén az amplitúdóját, U y -t, a periódusidejét, Tp -t (frekvenciáját f p 1/ Tp -t) és a fázisszögét. A vizsgált jelalak (görbe) kiértékelése, illetve számszerű adatok meghatározása a képernyőre rajzolt skála segítségével történik (1.5.3 és 1.5.4 ábrák). A függőleges kitérés (amplitúdó) pontos és kényelmes leolvashatósága érdekében a vizsgált jelet (görbét) úgy célszerű beállítani a képernyőn a sugár függőleges helyzetét változtató gombbal (potenciométerrel), hogy az egyik leolvasási pontot (a 1.5.3 ábrán az alsót) helyezzük valamelyik vízszintes skálavonalra, a másik leolvasandó jelrésznek megfelelőt (a 1.5.3 ábrán a felső csúcspontot) pedig a vízszintes helyzet beállításával úgy, hogy az kerüljön a középső - finomosztással is ellátott - függőleges skálavonalra. Az oszcilloszkóppal szinuszos jel esetén csúcstól-csúcsig terjedő feszültséget ( U 2 U ) célszerű mérni. A vizsgált feszültség értéke U p p au y [V], p p y 4
ahol U a feszültség csúcstól-csúcsig mért értéke, V-ban (az amplitúdó kétszerese); u p p a az oszcilloszkóp függőleges eltérítésének skálafaktora V/osztás-ban; (Az osztás alatt a képernyőn kb. 1cm távolságra levő vonalakat értjük, régebben az V/osztás helyett a V/cm skálafaktort használták.) y a képernyőn leolvasott függőleges kitérés (a jel alsó és felső csúcsa közötti távolság) ernyőskála osztásban. Vízszintes eltérítés (idő) mérésekor a jelet (görbét) úgy célszerű beállítani, hogy időtengelye (amelynek két pontja közötti távolságot akarjuk megmérni) az oszcilloszkóp finom osztással ellátott vízszintes skálavonalára essen. (1.5.4 ábra). A vízszintes eltérítés linearitása erősen romlik a képernyő két szélső osztásánál, ezért a szokásos 10 osztásos skálánál a középső nyolc osztást célszerű használni. Például az 1.5.4 ábra szerint beállított szinuszjel periódusidejét megkapjuk, ha a képernyőn leolvasott x (osztásban mért) értékét szorozzuk az oszcilloszkópon beállított vízszintes eltérítés skálafaktorával, at -vel [s/osztás]: Tp at x [s]. Mind az amplitúdó, mind az idő mérésekor ügyelni kell arra, hogy az oszcilloszkóp függőleges és vízszintes eltérítés kezelőgombjainak "finom" beállítói kalibrált állásban legyenek. (A VAR =variable gomb alaphelyzetbe legyen állítva, mivel a és a csak ilyenkor hiteles.) u t 1.5.3 ábra. A vizsgált görbe beállítása a függőleges kitérés leolvasásához 1.5.4 ábra. A vizsgált görbe beállítása a vízszintes eltérítés (idő) leolvasásához. 5
1.6 Az oszcilloszkópok kezelőfelülete és üzemmódjai A következőkben röviden összefoglaljuk az oszcilloszkóp kezelőfelületének főbb részeit, és kitérünk az oszcilloszkóp fontosabb üzemmódjaira is. A műszer be- ill. kikapcsolása a POWER (Teljesítmény) nyomógombbal történik. Az INTENSITY potenciométerrel a kép fényerejét lehet változtatni. A FOCUS potenciométerrel a kép élességét lehet változtatni. Egyidejűleg két bemenő jelet, u y1 -t és u y2 -t tudunk felrajzolni a képernyőre. A megjelenített jelalakokat a POSITION (Helyzet) potenciométerekkel lehet mozgatni a képernyőn. Függőlegesen a két bemeneti csatorna jelét külön-külön, vízszintesen pedig egyszerre a két jelet (mivel u x közös) tudjuk mozgatni. A két bemeneti jelet a CH1 és CH2 BNC-dugós csatlakozásokra kell kötni. Az AC DC GND kapcsoló működése (1.6.1 ábra) a következő: - DC állásban: a bemenetre kapcsolt jel közvetlenül megjelenik a képernyőn. (DC = Direct Current = egyenáram. Az elnevezés arra utal, hogy a DC komponens is (!), tehát a teljes jelalak megjelenítésre kerül.) - AC állásban: A bemenetre kapcsolt jelnek csak a váltakozó komponense jelenik meg a képernyőn (mivel a bemenő feszültség egy kondenzátoron keresztül kapcsolódik az erősítő fokozatra, így az egyenfeszültségű összetevő leválasztódik). (AC = Alternating. Current = váltakozó áram). - GND állásban: a bemenetre kapcsolt jeltől függetlenül a 0V feszültség kerül a függőleges eltérítő lemezekre. Ezt az állást a képernyőn a zérus vonatkoztatási szint megállapításához használjuk. (GND = Ground = föld.) 1.6.1 ábra. Az AC-DC-GND kapcsoló működése. A megjelenített jel(ek) kiválasztása: CH1 ALT CHOP ADD CH2 TEST - A képernyőn megjelenhet csak az egyik bemeneti jel: a CH1 1. csatorna jele, vagy a CH2 2. csatorna jele. - Két bemeneti jel megjelenítésénél az a probléma, hogy általában egy elektronoptika és ezért egy elektronsugár van a katódsugárcsőben. Ha mind a két bemeneti jelet egyidejűleg kívánjuk látni, akkor két lehetőség áll rendelkezésre: kis frekvenciás jel esetén 5-10 khz-ig a CHOP (CHOPPER = szaggató), nagyfrekvencián 5-10 khz-től az ALT (ALTERNATE = váltakozó) kijelzési módokat állítjuk be. 6
CHOP: Egy időeltérítésen belül az egyetlen elektronsugár egy rövid ideig (kb. l/ s) az egyik csatorna jelét rajzolja, majd ugyanennyi ideig a másik csatorna jelét, és így tovább. Tehát megszaggatja a bemeneti jeleket. Kisfrekvenciás jelek esetén a szaggatás olyan sűrű, hogy két folytonos jelet látunk. ALT: Az egymást követő időeltérítések során az egyetlen elektronsugár (a fűrészjel egy lefutása, periódusa alatt) periódusonként felváltva hol az egyik, hol a másik csatorna jelét rajzolja fel a képernyőre. Nagyfrekvenciás jelek esetén az ernyő utánvilágítási ideje hosszabb, mint a T x periódusidő, és így egyszerre két megfelelő fényerősségű jelet láthatunk. Mint látható, mind a két esetben a képernyőn egyszerre látható mind a két bemenet jele. A korszerűbb oszcilloszkópoknál a két jel egyszerre jelenik meg, és ha csak az egyiket akarjuk látni, akkor másik csatornát egyszerűen csak ki kell kapcsolni. - ADD: Ebben az állásban a két csatorna jelének összege jelenik meg a képernyőn. - XY: Ebben az üzemmódban feszültség-feszültség függvény jelenítődik meg. Most a fűrészjel helyett külső jel kerül a vízszintes eltérítő lemezekre. Az egyik külső jelet (X) a CH1 csatornára, a másik külső jelet (Y) a CH2 csatornára kell kötni. (Régebbi típusú oszcilloszkópoknál az egyik külső jelnek külön BNC dugós csatlakozása volt (HOR. IN = Horizontal Input = vízszintes bemenet)). - TEST: Az üzemmód egy alkatrészvizsgáló funkció, az i=f(u) függvényt jelzi ki XY üzemmódban (X=u, Y=i) A VOLT/DIV és TIME/DIV választókapcsolókkal az oszcilloszkóp függőleges és vízszintes eltérítésének skálafaktorát lehet beállítani. A két csatornára külön van egy-egy VOLT/DIV kapcsoló. A TIME/DIV kapcsolóval a két csatorna, CH1 és CH2 idő skálafaktorát, a -t tudjuk változtatni. Szinkronozás. A képernyőn álló kép megjelenítésének elengedhetetlen feltétele a vizsgálandó jellel, jelekkel azonos frekvenciájú jel kiválasztása. Ezek (SOURCE kiválasztó gomb) a következők lehetnek: - CH1: az első bemeneti csatornára kapcsolt jel. - CH2: a második bemeneti csatornára kapcsolt jel. - ALT: két csatornás módban felváltva a két csatorna jelei. - LINE: a hálózati 50Hz-es jel. - EXT: külső jel. A külső jelet külön csatlakozóra (EXT nevű csatlakozóra) kell kötni. Az fűrészjel indítása, TRIGGERELÉS (Indítás) Egy periódikus jel vizsgálatánál akkor kapunk folyamatos állóképet, ha az elektronsugár a vizsgált jelnek mindig ugyanazon pontjáról indul. Azt, hogy honnan induljon a megjelenítés az un. trigger szint (egyenfeszültség) változtatásával lehet beállítani. Azon a ponton, ahol a trigger szint megegyezik a vizsgált jellel periódusonként egy impulzusszerű jel, a triggerjel képződik, amely indítja a vízszintes eltérítést előidéző fűrészjelet (1.6.2 ábra). A trigger szint (LEVEL vagy TRIG. LEVEL kezelő gombok) folyamatosan változtatható. Állókép kialakításának feltétele, hogy a trigger szintnek és a vizsgált jelnek legyen közös pontja (A pont). t 7
1.6.2 ábra. A trigger szint és a trigger jel. Ki lehet választani a COUPLING kiválasztó gombbal, hogy az indítás a vizsgált jel ill. annak váltakozó áramú összetevőjének felfutó vagy lefutó élére történjen. (DC ill. AC és + ill. - kiválasztás.) A korszerűbb oszcilloszkópoknál a felfutó vagy lefutó él kiválasztás nem mindig található meg. Normál és automatikus fűrészjel indítás: AUTO nyomógomb: - A nyomógomb kiengedett állapotában normál indítási üzemmód működik (ld. a fent leírtakat). A LEVEL (trigger szint) forgatógombbal kézzel lehet beállítani, hogy az triggerjel, mely ponton indítsa a fűrészjelet, azaz a képet. A triggerjel a triggerelési szint és a vizsgált jel metszéspontjánál keletkezik. Ha triggerjel nem érkezik, mivel nincs közös pont, a képernyőn nincs ábra. - A nyomógomb benyomott állapotában automatikus indítási üzemmód működik. Ha van vizsgált jel a működés azonos a normál üzemmóddal. Ha vizsgált jel és így triggerjel sincs, szabadonfutó állapot áll elő, a fűrészjel automatikusan indul és egy fűrészjel lefutása indítja a következő fűrészjel felfutását. Így jel nélküli állapotban is látható vízszintes vonal!!! Nem megfelelő indítás esetén állókép helyet un. futó képet kapunk. (1.6.3 ábra) 1.6.3ábra. Futó kép nem megfelelő indítás esetén. 8
1.6.1 Az oszcilloszkópok típusai Az oszcilloszkópoknak két fő típusa van: az analóg oszcilloszkópok, és a digitális tárolós oszcilloszkópok. Régebben gyártottak un. analóg tárolós oszcilloszkópokat is, amelyek a képernyő utánvilágításával rövid ideig (kb. 1 perc) meg tudták a jelet a képernyőn őrizni, azonban, ezeket az amúgy nem olcsó műszereket kiváltották teljes mértékben a digitális oszcilloszkópok. A digitális oszcilloszkópoknál bizonyos időközönként periódikusan megmérik a vizsgált jel pillanatértékét, más szavakkal mintavételezik. Az így mintavételezett értéket A/D (analóg/digitális) átalakítóval digitális jellé (bináris kóddá) alakítják. Az átkódolt jelet a műszer memóriájában eltárolják, majd a memória tartalmat megjelenítik egy LCD (Liquid Crystal Display) képernyőn. Az analóg oszcilloszkópokra jellemző. hogy kb. 50 Hz környékén, illetve ennél kisebb frekvenciákon a jel megjelenítése és kiértékelése nehézkes. A digitális oszcilloszkópoknál tetszőleges jelek, többek között nem periodikus, tranziens és alacsony frekvenciás jelek is megjeleníthetők és kiértékelhetők. A megjeleníthető legnagyobb frekvenciás jel mind a két oszcilloszkópnál, az oszcilloszkóp jellemzője, ami árban is megjelenik. (Minél nagyobb az oszcilloszkóp sávszélessége, annál drágább.) 1.7 A függvénygenerátorok A függvénygenerátorok által leggyakrabban előállított jelalakokat, jellemzőikkel együtt a 1.7.1 ábra mutatja. Általában a generátorok az előállított jelekhez egy egyáramú (DC) összetevőt is hozzáadnak. Pl. szinuszos jel esetén u( t) U0 Um sin( t ), ahol U 0 a jel egyenáramú (DC) összetevője. A függvénygenerátorok közös jellemzője, hogy változtatható a kimenőjelük amplitúdója, a frekvenciája és az egyenáramú összetevője. Megjegyzés: Az amplitúdót néha szokás decibelben (db) megadni, amely egy alapértékre vonatkoztatott relatív amplitúdót (erősítést) jelent, a következő képlet szerint: U A [ db] 20lg, ahol U 0 az alapérték. U 0 U /U 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 1 / 2 2 A [db] -60-40 -20 0 20 40 60-3 3 9
1.7.1 ábra. Függvénygenerátorok jellemző jelalakjai. 10
1.8 Mérési feladatok 1.8.1 Az oszcilloszkóp kezelő felületének megismerése Az 1.8.1 mérési feladatot a mérésvezető irányítása mellett kell elvégezni. A felhasznált műszerek kezelő felületének pontos leírása a Mellékletben megtalálható. 1. Állítsa össze a 1.8.1 ábrán látható kapcsolást, de a CH2 csatornát ne kösse be. Az ábrán az oszcilloszkóp mellett a függvénygenerátor és a soros R-C kör látható. 2. Állítson be a függvénygenerátoron egy nem nulla középértékű szinuszos jelet! 3. Az előző 1.6 pontban bemutatott kezelő gombok állítgatásával, figyelje meg, hogy mit tapasztal. Használja azokat a kezelő gombokat is, amelyek két jel megjelenítésére szolgálnak (CHOP, ALT, SOURCE (triggerforrás kiválasztása), stb. ). 4. A mérés végén fogalja össze, hogy milyen beállításokat kell elvégezni az oszcilloszkópon, hogy adott jel esetén kiértékelhető képet kapjunk valamint, hogy a beállításoknál mire kell különösképpen odafigyelni. 5. Állítsa össze a 1.8.1 ábrán látható kapcsolást, de most már kösse be a CH2 csatornát is! 6. Állítson be a függvénygenerátoron egy nulla középértékű szinuszos jelet! 7. Ismételje meg 3. és a 4. pontban megfogalmazott feladatokat, de most már két mérendő jel esetére! 8. Ismételje meg a fenti feladatokat más jelalakokkal is (1.7.1.ábra). 1.8.1 ábra. Mérési összeállítás az oszcilloszkóp kezelő felületének megismeréséhez. 1.8.2 Adott periódikus jel jellemzőinek (amplitúdó, periódusidő ) mérése oszcilloszkóppal Az 1.8.2 mérési feladatot önállóan kell elvégezni. 1. Állítsa össze a 1.8.2 ábrán látható kapcsolást! 2. Határozza meg a mérésvezető által a függvénygenerátoron beállított szinuszos jel jellemzőit: amplitúdó, periódusidő, frekvencia, egyenfeszültségű összetevő. 3. A 2. pontba megfogalmazott feladatot ismételje meg még kétszer! 11
4. Oszcilloszkóp segítségével állítsa be a következő jelalakokat: 4.1 u ( t) 2sin( t) [V], ahol f 100kHz 4.2 u ( t) 2. 6sin( t) [V], ahol f 60kHz 4.3 u ( t) 1 2sin( t) [V], ahol f 2kHz 4.4 u ( t) 1. 2 1. 8sin( t) [V], ahol f 750Hz 1.8.2 ábra. Mérési összeállítás elrendezés egy adott jel jellemzőinek megméréséhez. 1.9 Ellenőrző kérdések 1. Ismertesse a periodikus villamos jel jellemzőit! 2. Ismertesse röviden az oszcilloszkóp működési elvét! 3. Mi a feladata az oszcilloszkópban a fűrészjelet előállító generátornak? 4. Hogyan lehet meghatározni a vizsgált jel amplitúdóját és periódusidejét oszcilloszkóp segítségével? 5. Mit jelent az oszcilloszkóp kezelőszerveinek kalibrált állása? 6. Hogyan lehet az oszcilloszkóppal vizsgált jel egyen és váltakozó áramú összetevőjét szétválasztani? 7. Ismertesse az oszcilloszkóp CHOPPER üzemmódját! 8. Ismertesse az oszcilloszkóp ALTERNATE üzemmódját! 9. Mikor használjuk az oszcilloszkóp CHOPPER, és mikor az ALTERNATE üzemmódját? Indokolja válaszát! 10. Mi a triggerelés (indítás) lényege? 11. Melyek az oszcilloszkóp indító (trigger) jeleinek forrásai? 12. Melyek a függvénygenerátorok által előállított leggyakoribb jelalakok? 13. Rajzolja fel az oszcilloszkóp kezelő felületének megismeréséhez szükséges mérési összeállítást! 14. Rajzolja fel egy adott jel jellemzőinek megméréséhez szükséges mérési összeállítást! 15. Melyek a függvénygenerátorok által előállított leggyakoribb függvényalakok? 12
MELLÉKLET 2.M A mérés mérőműszerei A mérés során analóg oszcilloszkópokkal kell megismerkedni. A tanszéken jelenleg a francia Metrix cég analóg oszcilloszkópjait használjuk. Az OX520B és az OX800 típusú oszcilloszkópok sávszélessége 20MHz, az OX530 sávszélessége 30MHz. Az OX520B és az OX530 működése és kezelő felülete teljesen megegyezik. Az OX800 működése és kezelő felülete némileg eltér az előző kettőtől, az előző kettőhöz képest jobban hasonlít a régebbi típusú oszcilloszkópokhoz. A méréshez szükséges jelalakokat függvénygenerátorral állítjuk elő. A használt függvénygenerátorok a magyar gyártmányú EMG 12564 típusú analóg függvénygenerátor, valamint a tajvani gyártmányú Metex MXG-9802 típusú digitális függvénygenerátor. 2.M.1 Az OX520B és OX530 típusú oszcilloszkópok Az OX520B és az OX530 típusú oszcilloszkópok kezelő felülete megegyezik. Az oszcilloszkópok kezelőfelülete a 2.M.1 ábrán látható. No. Kezelő gombok / csatlakozók / kijelzők Funkció 1. FOCUS Potenciométer a fókuszbeállításához 2. TRACE ROTATION Potenciométer a görbe vízszintességének beállításához 3. INTENSITY Potenciométer a görbe fényerejének a beállításához 4. AUTOSET/ ABORT Érintkező gomb az AUTOSET funkció indításához vagy az AUTOSET eredményének érvénytelenítéséhez (ABORT) 5. VOLT/DIV CHI Volt/osztás választókapcsoló a CH1 csatornához, ill. a CH1 csatorna kikapcsolása 6. POSITION Potenciométer a CH1 csatorna jelének függőleges mozgatásához a képernyőn. 7. ADD A gomb aktiválja a CHI és CH2 csatorna összegének megjelenítését 8. POSITION Potenciométer a jelek vízszintes mozgatásához a képernyőn. (A két csatorna jelét egyszerre mozgatja.) 9. - CH2 Választógomb a CH2 csatorna invertálásához 10. POSITION Potenciométer a CH2 csatorna jelének függőleges mozgatásához a képernyőn. 13
11. VOLT/DIV CH2 Volt/osztás választókapcsoló a CH2 csatornához, ill. a CH2 csatorna kikapcsolása 12. x10 A vízszintes kiterjedést választó kapcsoló, benyomásával a két csatorna jele vízszintesen a tízszeresére nyúlik meg. 13. LEVEL Potenciométer a triggerszint beállításához. (Álló jelalak képet lehet vele előállítani.) 14. A trigger oldalirányt választó gomb 15. T/DIV XY idő(s, ms)/osztás választókapcsoló, két csatornára egyidejűleg érvényes, az XY üzemmód kiválastása. 16. AUTO Az automatikus eltérítő mód választógombja. Megnyomva az oszcilloszkóp a triggereléshez szükséges belső jeleit a bemeneti jelekből és a beállítások alapján automatikusan álltja elő, egyébként a triggerelést a LEVEL potenciométerrel kívülről kell elvégezni (kézi MANUAL üzemmód). 17. SOURCE A triggerforrás kiválasztása balról jobbra. 18. COUPLING A triggerszürő kiválasztása balról jobbra. 19. EXT Külső triggerjel bemenete. 20. COUPLING A triggerszürő kiválasztása jobbról balra. 21. SOURCE A triggerforrás kiválasztása jobbról balra. 22. VAR CH2 Potenciométer a CH2 csatornafüggőleges erősítésének beállításához. A VAR potenciométernek csak a CAL (Calibrated = Kalibrált állásában érvényesek a VOLT/DIV választókapcsoló beállítása (!). 23. CH2 (Y) A CH2 ill. az XY módban az Y csatorna BNC bemeneti dugós csatlakozása. 24. AC-GND-DC CH2 Gomb a bemeneti kapcsolás lekérdezéséhez vagy a CH2 csatornareferencia választásához. 25. PROBE ADJUST A kalibrálójel kimenete. 24. AC-GND-DC CH1 Gomb a bemeneti kapcsolás lekérdezéséhez vagy a CH1 csatornareferencia választásához. 27. COUPLING CH2 Gomb a bemeneti kapcsolás lekérdezéséhez vagy a CH2 csatornareferencia választásához. 28. VAR CH1 Potenciométer a CH1 csatornafüggőleges erősítésének beállításához. A VAR potenciométernek csak a CAL (Calibrated = Kalibrált állásában érvényesek a VOLT/DIV választókapcsoló beállítása (!). 29. ON/OFF Be/Ki ellenőrző lámpa 30. POWER Be/Ki kapcsoló 14
2.M.1 ábra. Az OX520B típusú oszcilloszkóp kezelőfelülete. 15
2.M.2 Az OX800 típusú oszcilloszkóp No. Kezelő gombok / csatlakozók / kijelzők Funkció 1. FOCUS Potenciométer a fókuszbeállításához 2. TRACE ROTATE Nyomszabályozó a görbe vízszintességének beállításához. (Csavarhúzóval állítható.) 3. BEAM FIND Sugárkereső gomb 4. INTENSITY Potenciométer a görbe fényerejének a beállításához 5. POSITION Potenciométer a CH1 csatorna jelének függőleges mozgatásához a képernyőn. 6. CH1-ALT-CHOP-ADD- CH2-TEST Kijelzési mód választó nyomógomb (balról-jobbra) 7. POSITION Potenciométer a jelek vízszintes mozgatásához a képernyőn. (A két csatorna jelét egyszerre mozgatja.) 8. CH1-ALT-CHOP-ADD- CH2-TEST Kijelzési mód választó nyomógomb (jobbról-balra) 9. POSITION Potenciométer a CH2 csatorna jelének függőleges mozgatásához a képernyőn. 10. - CH2 Választógomb a CH2 csatorna invertálásához 11. HOLDOFF Az idő folyamatos állítása egymást követő letapogatások között. Ez a szabályozógomb arra használható, hogy megakadályozza a nem kívánt triggereseményeket (több triggerfeltétel a megfigyelés alatt lévő jel egy periódusában). Normál használatban a gombot az óramutató járásával ellenkező irányban ütközésig el kell forgatni. 12. P-P Csúcstól-csúcsig triggerelés. A referencia-triggerszint (LEVEL szabályozógombbal specifikált beállítás) automatikusan beáll a jel alacsony és magas csúcsai között, biztosítva így a triggerelést tekintet nélkül a forrásjel amplitúdójára vagy DC összetevőjére) 13. x10 A vízszintes kiterjedést választó kapcsoló, benyomásával a két csatorna jele vízszintesen a tízszeresére nyúlik meg. 14. LEVEL Potenciométer a triggerszint beállításához. (Álló jelalak képet lehet vele előállítani.) 15. Triggermeredekség. A LED világít: trigger a negatívan futó élen van. A LED nem világít: trigger a pozitívan futó élen van. 16
16. VAR Folyamatos letapogatási sebességállítás. Ha a gomb az óramutató járásával ellenkező irányban elforgatva, reteszelve van, az UNCAL (kalibrálatlan) LED nem világít. 17. AUTO Az automatikus eltérítő mód választógombja. Megnyomva az oszcilloszkóp a triggereléshez szükséges belső jeleit a bemeneti jelekből és a beállítások alapján automatikusan álltja elő, egyébként a triggerelést a LEVEL potenciométerrel kívülről kell elvégezni (kézi MANUAL üzemmód). 18. T/DIV Idő(s, ms)/osztás választókapcsoló. A két csatornára egyidejűleg érvényes. 19. SOURCE A triggerforrás kiválasztása balról jobbra. 20. SOURCE A triggerforrás kiválasztása jobbról balra. 21. COUPLING A triggerszűrő kiválasztása balról jobbra. 22. COUPLING A triggerszűrő kiválasztása jobbról balra. 23. EXT A külső triggerjel BNC bemeneti dugós csatlakozása. 24. S DLY Triggerkésleltetési mód választó nyomógomb. Normál mód: S és DLY kikapcsolva; SEARCH (kereső) mód: S bekapcsolva; DElAZ (késleltető mód): DLY bekapcsolva. 25. DELAY Triggerkésleltetés 26. CH2 (Y) A CH2 ill. az XY módban az Y csatorna BNC bemeneti dugós csatlakozása. 27. AC-GND-DC CH2 Gomb a bemeneti kapcsolás lekérdezéséhez vagy a CH2 csatornareferencia választásához. 28. VAR CH2 Potenciométer a CH2 csatornafüggőleges erősítésének beállításához. A VAR potenciométernek csak a CAL (Calibrated = Kalibrált állásában érvényesek a VOLT/DIV választókapcsoló beállítása (!). 29. VOLT/DIV CH2 Volt/osztás választókapcsoló a CH2 csatornához, ill. a CH2 csatorna kikapcsolása 30. PROBE Négyszögjel-kimenet (2V csúcstól csúcsig; f=1 khz). Ez a jel mérőfej kompenzálásra, vagy a függőleges eltérítés- és időalap erősítők ellenőrzésére használható. 31. CH1 (X) A CH1 ill. az XY módban az X csatorna BNC bemeneti dugós csatlakozása. 32. AC-GND-DC CH1 Gomb a bemeneti kapcsolás lekérdezéséhez vagy a CH1 csatornareferencia választásához. 17
33. VAR CH1 Potenciométer a CH1 csatornafüggőleges erősítésének beállításához. A VAR potenciométernek csak a CAL (Calibrated = Kalibrált állásában érvényesek a VOLT/DIV választókapcsoló beállítása (!). 34. VOLT/DIV CHI Volt/osztás választókapcsoló a CH1 csatornához, ill. a CH1 csatorna kikapcsolása 35. COMPONENT TESTER Alkatrészvizsgáló (jelpont) 36. COMPONENT TESTER Alkatrészvizsgáló (földpont) 37. POWER Be/Ki kapcsoló 2.M.3 Az MXG-9802 típusú függvénygenerátor No. Kezelő gombok / csatlakozók / kijelzők Funkció 1. LED 8 számjegyű LED kijelző. 2. FUNCTION Hullámalak választó. 3. FREQUENCY Frekvenciatartományok kiválasztása. 4. AMP Az amplitúdót állító potenciométer 5. OFFSET A kimenőjel egyenfeszültségű eltolása. 6. SYM A szimmetria beállítása. 7. SWEEP Frekvencia pásztázás szélességét állító gomb. 8. SWEEP Frekvencia pásztázás arányát állító gomb. 9. ATTEN (LPF-A) Bemeneti osztó (CH A) 10. FREQ Frekvenciamérés üzemmód (ill. RESET üzemmód). 11. HOLD Adatrögzítés. 12. GATE Kapuidő kapcsoló. 13. CHAN Bemeneti csatornaválasztó (CH A vagy CH B) kapcsoló. 14. FREQ Frekvencia beállító gomb. 15. POWER Hálózati kapcsoló. 16. FC/FG Frekvenciamérő bemeneti jelválasztó. 17. CH C A C csatorna csatlakozója. 18. CH A Az A csatorna csatlakozója. 19. VCF Az oszcillátort vezérlő külső feszültség csatlakozója. 20. TTL TTL szintű kimeneti csatlakozó. 21. F/G A generátor kimeneti csatlakozója. 22. Kihajlítható láb 18
2.M.2 ábra. Az OX520B típusú oszcilloszkóp kezelőfelülete. 19
2.M.3 ábra. Az MXG-9816A típusú függvénygenerátor kezelőfelülete. 20
2.M.4 Az EMG 12564 típusú függvénygenerátor 2.M.4 ábra. Az EMG 12564 típusú függvénygenerátor kezelőfelülete. Az előállítható periodikus jelek a következők (lásd a módválasztó forgatógomb mellé rajzolt ábrákat) lehetnek: kétféle impulzus-sorozat, négyszögjel, háromszögjel, szinuszjel, és kétféle fűrészjel.. A beállítható frekvencia 0,0001 Hz - 1 MHz között állítható, részint fokozatosan a FREQ kapcsolóval, részint folyamatosan a középső forgatógombbal. Az OUT csatlakozón kapjuk meg a kimenő jelet, amelynek maximális értéke 10 Vpp (0 db). Az amplitúdó az AMPLITUDE forgatógombbal leosztható a db-skála szerint. Az OFFSET forgatógomb segítségével a kimenő jel egyenáramú összetevőjének nagysága változtatható kb. -6V és +6V között. 21