kategoriler: Öne Çıkan Makaleler » Pratik Elektronik
Görüntülenme sayısı: 124786
Makaleye Yorumlar: 1
Osiloskop Ölçümü Yapma
Dijital bir osiloskop, elbette, geleneksel bir elektronik olandan çok daha mükemmeldir, dalga formlarını hatırlamanıza, kişisel bir bilgisayara bağlanmanıza, sonuçların matematiksel olarak işlenmesine, ekran işaretleyicilerine ve çok daha fazlasına sahiptir. Ancak tüm avantajlarla, bu yeni nesil cihazların önemli bir dezavantajı var - bu yüksek bir fiyat.
Aliexpress'de satılan sadece birkaç bin ruble değerinde “cep” osiloskopları olmasına rağmen, dijital osiloskopu amatör amaçlar için erişilemez kılan kişidir, ancak bunları kullanmak özellikle uygun değildir. Sadece ilginç bir oyuncak. Bu nedenle, elektronik osiloskop kullanarak ölçümler hakkında konuşacağız.
İnternet'teki bir ev laboratuarında kullanmak için bir osiloskop seçme konusunda yeterli sayıda forum bulabilirsiniz. Dijital osiloskopların avantajlarını reddetmeden, birçok forumda daha önce tanıştığımız basit, küçük boyutlu ve güvenilir ev tipi osiloskoplar C1-73 ve C1-101 ve benzerlerini tercih etmeniz önerilir. bu makale.
Oldukça uygun bir fiyata, bu cihazlar çoğu amatör radyo görevini gerçekleştirmenize izin verecektir. Bu arada, bir osiloskop kullanarak genel ölçüm prensiplerini tanıyalım.
Şekil 1. Osiloskop S1-73
Bir osiloskop ne ölçer
Ölçülen sinyal, genellikle 1MΩ gibi büyük bir giriş direncine ve ölçülen sinyale minimum distorsiyon verilmesine izin veren 40pF'den fazla olmayan küçük bir giriş kapasitansına sahip dikey sapma kanalı Y'nin girişine beslenir. Bu parametreler genellikle dikey sapma kanalının girişinin yanında gösterilir.
Şekil 2. Osiloskop C1-101
Yüksek giriş empedansı voltmetrelere özgüdür, bu nedenle osiloskopun voltajı ölçtüğünü söylemek güvenlidir. Harici giriş bölücülerin kullanılması, giriş kapasitansını azaltmanıza ve giriş empedansını artırmanıza olanak tanır. Ayrıca, osiloskopun incelenen sinyal üzerindeki etkisini azaltır.
Giriş empedansı sadece 50 Ohm olan özel yüksek frekanslı osiloskoplar olduğu unutulmamalıdır. Amatör radyo uygulamasında, bu tür cihazlar uygulama bulamaz. Bu nedenle, daha fazla odaklanacağız geleneksel evrensel osiloskoplar.
Kanal Y bant genişliği
Osiloskop çok geniş bir aralıktaki voltajları ölçer: DC voltajlardan yeterince yüksek bir frekansın voltajlarına kadar. Gerilim salınımı onlarca milivolttan onlarca volta kadar ve birkaç yüz volta kadar harici bölücüler kullanırken oldukça farklı olabilir.
Dikey sapma Y db kanalının bant genişliğinin akılda tutulması gerekir. ölçülecek sinyalin frekansından 5 kat daha az olmamalıdır. Yani, dikey sapmanın amplifikatörü, incelenen sinyalin en azından beşinci harmonisini geçmelidir. Bu, özellikle Şekil 3'te gösterildiği gibi birçok harmonik içeren dikdörtgen darbeler üzerinde çalışırken gereklidir. Sadece bu durumda, ekranda minimum bozulma olan bir görüntü elde edilir.
Şekil 3. Harmonik bileşenlerden dikdörtgen sinyalin sentezi
Temel frekansa ek olarak, Şekil 3 üçüncü ve yedinci harmonikleri gösterir. Harmonik sayısı arttıkça, frekansı artar: üçüncü harmoniğin frekansı temelden üç kat daha yüksek, beşinci harmonik beş kat, yedinci yedi, vb. Buna göre, yüksek harmoniklerin genliği azalır: harmonik numarası ne kadar yüksek olursa, genliği o kadar düşük olur. Sadece çok fazla zayıflama olmadan dikey kanalın amplifikatörü daha yüksek harmonikleri özleyebiliyorsa, nabzın görüntüsü dikdörtgen olacaktır.
Şekil 4, yetersiz kanal Y bant genişliğine sahip bir kıvrımın dalga biçimini göstermektedir.
Resim 4
500 KHz frekanslı menderes, 0 ... 25 KHz bant genişliğine sahip OMSh-3M osiloskopun ekranında böyle bir şeye benziyor. Sanki dikdörtgen darbeler entegre bir RC devresinden geçirilmiş gibi. Böyle bir osiloskop, Sovyet endüstrisi tarafından okullarda fizik derslerinde laboratuar çalışması için üretildi. Güvenlik nedeniyle bu cihazın besleme voltajı bile 220 değil, sadece 42V idi. Böyle bir bant genişliğine sahip bir osiloskopun, neredeyse bozulma olmadan 5 kHz'den fazla olmayan bir sinyalin gözlemlenmesini mümkün kılacağı kesinlikle açıktır.
Geleneksel bir evrensel osiloskop için, bant genişliği çoğunlukla 5 MHz'dir. Böyle bir bantta bile, 10 MHz ve daha yüksek bir sinyal görebilirsiniz, ancak ekranda alınan görüntü sadece bu sinyalin varlığını veya yokluğunu değerlendirmenize izin verir. Şekli hakkında bir şey söylemek zor olacak, ancak bazı durumlarda şekil o kadar önemli değil: örneğin, bir sinüs dalgası jeneratörü var ve sadece bu sinüs dalgasının olduğundan emin olmak yeterlidir. Sadece böyle bir durum Şekil 4'te gösterilmiştir.
Modern bilgi işlem sistemleri ve iletişim hatları yüzlerce megahertz sırasıyla çok yüksek frekanslarda çalışır. Bu tür yüksek frekanslı sinyalleri görmek için, osiloskopun bant genişliği en az 500 MHz olmalıdır. Böyle geniş bir bant, osiloskopun fiyatını gerçekten “genişletir”.
Buna bir örnek, Şekil 5'te gösterilmeyen U1610A dijital osiloskopudur. Bant genişliği 100 MHz'dir ve fiyatı neredeyse 200.000 ruble. Katılıyorum, herkes böyle pahalı bir cihazı satın almaya gücü yetmiyor.
Resim 5
Satıcının tüm koordinatları boyanmadığından, okuyucunun bu resmi bir reklam olarak görmemesine izin verin: bu resmin yerinde benzer bir ekran görüntüsü görünebilir.
İncelenen sinyal türleri ve parametreleri
Doğada ve teknolojide en yaygın salınım türü sinüzoiddir. Bu, trigonometri derslerinde okulda tutulan aynı uzun acı çeken Y = sinX işlevidir. Elektronik teknolojide oldukça sık diğer sinyal türleri kullanılmasına rağmen, birçok elektriksel ve mekanik işlem sinüzoidal şekle sahiptir. Bazıları Şekil 6'da gösterilmiştir.
Şekil 6. Elektrik titreşim şekilleri
Periyodik sinyaller. Sinyal Özellikleri
Evrensel bir elektronik osiloskop, periyodik sinyalleri doğru bir şekilde incelemenizi sağlar. Y girişinde, örneğin bir müzikal fonogram gibi gerçek bir ses sinyali gönderirseniz, ekranda rastgele yanıp sönen patlamalar görünür. Doğal olarak, böyle bir sinyali ayrıntılı olarak araştırmak imkansızdır. Bu durumda, dalga formunu kaydetmenizi sağlayan dijital depolama osiloskopunun kullanımı yardımcı olacaktır.
Şekil 6'da gösterilen salınımlar belirli bir süre (T) sonra tekrarlanan periyodiktir. Bu, Şekil 7'de daha ayrıntılı olarak düşünülebilir.
Şekil 7. Periyodik dalgalanmalar
Salınımlar iki boyutlu bir koordinat sisteminde gösterilir: gerilme, sıra ekseni boyunca ölçülür ve zaman apsis ekseni boyunca ölçülür. Gerilim volt cinsinden, saniye cinsinden ölçülür. Elektrik titreşimleri için, zaman genellikle milisaniye veya mikrosaniye olarak ölçülür.
X ve Y bileşenlerine ek olarak, dalga formu Z bileşeni yoğunluğunu da içerir veya sadece parlaklık (şekil 8). Kirişin ileri vuruş zamanı için kirişi açan ve dönüş inme süresi için söndüren kişidir. Bazı osiloskoplar, parlaklığı kontrol etmek için Z girişi adı verilen bir girişe sahiptir. Örnek bir jeneratörden bu girişe bir darbe gerilimi uygularsanız, ekranda frekans etiketlerini görebilirsiniz. Bu, X ekseni boyunca sinyalin süresini daha doğru bir şekilde ölçmenizi sağlar.
Şekil 8. Araştırılan sinyalin üç bileşeni
Modern osiloskoplar, kural olarak, doğru zamanlamaya izin veren zaman ayarlı taramalara sahiptir. Bu nedenle, etiket oluşturmak için harici bir jeneratör kullanmak pratik olarak gerekli değildir.
Şekil 7'nin tepesinde bir sinüs dalgası vardır. Koordinat sisteminin başlangıcında başladığını görmek kolaydır. T (periyot) süresi boyunca bir tam salınım gerçekleştirilir. Sonra her şey tekrar eder, bir sonraki dönem. Bu tür sinyallere periyodik olarak adlandırılır.
Dikdörtgen sinyaller sinüs dalgasının altında gösterilir: kıvrımlı ve dikdörtgen nabız. Ayrıca T periyodu ile periyodiktirler. Nabız süresi τ (tau) olarak gösterilir. Bir menderes durumunda, nabız süresi τ, darbeler arasındaki duraklama süresine eşittir, T periyodunun sadece yarısıdır. Bu nedenle, menderes dikdörtgen bir sinyalin özel bir durumudur.
Görev ve Görev Oranı
Dikdörtgen darbeleri karakterize etmek için görev döngüsü adı verilen bir parametre kullanılır. Bu, darbe tekrar süresi T'nin darbe süresi τ'ya oranıdır. Menderes için görev döngüsü ikiye eşittir - değer boyutsuzdur: S = T / τ.
İngiliz terminolojisinde bunun tam tersi doğrudur. Burada darbeler, görev döngüsü, darbe süresinin görev döngüsüne oranı ile karakterize edilir: D = τ / T. Dolgu faktörü %% olarak ifade edilir. Böylece, kıvrımlı için D =% 50. Aynı darbe parametresini karakterize etseler de, D = 1 / S, görev döngüsü ve görev döngüsünün karşılıklı olarak ters olduğu ortaya çıkıyor. Menderes dalga biçimi Şekil 9'da gösterilmiştir.
Şekil 9. Menderes dalga formu D =% 50
Burada, osiloskopun girişi, şeklin hemen alt köşesinde gösterilen fonksiyonel jeneratörün çıkışına bağlanır. Ve burada özenli bir okuyucu bir soru sorabilir: “1V jeneratörün çıkış sinyalinin genliği, osiloskop girişinin hassasiyeti 1V / div'dir. Ve ekran 2V büyüklüğünde dikdörtgen darbeler görüntüler. Neden? "
Gerçek şu ki, fonksiyonel jeneratör, 0V seviyesine göre, yaklaşık olarak bir sinüzoidle aynı olan, pozitif ve negatif genliklere sahip bipolar dikdörtgen darbeler üretir. Bu nedenle, osiloskop ekranında ± 1V açıklığa sahip darbeler gözlenir. Aşağıdaki şekilde, görev döngüsünü örneğin% 10 olarak değiştiriyoruz.
Şekil 10. Dikdörtgen momentum D =% 10
Nabız tekrar süresinin 10 hücre olduğunu, nabız süresinin sadece bir hücre olduğunu görmek kolaydır. Bu nedenle, D = 1/10 =% 0.1 veya% 10, jeneratörün ayarlarından görülebileceği gibi. Görev döngüsünü hesaplamak için formülü kullanırsanız, S = T / τ = 10/1 = 1 elde edersiniz - değer boyutsuzdur. Burada görev döngüsünün dürtüleri görev döngüsüne göre çok daha açık bir şekilde karakterize ettiği sonucuna varabiliriz.
Aslında, sinyalin kendisi Şekil 9'dakiyle aynı kaldı: 1 V genliğe ve 100 Hz frekansa sahip dikdörtgen bir darbe. Sadece doldurma faktörü veya görev döngüsü değişiyor, sanki biri daha tanıdık ve kullanışlı. Ancak, Şekil 10'daki gözlem kolaylığı için, tarama süresi Şekil 9'a kıyasla yarıya indirilir ve 1 ms / böl'tür. Bu nedenle, sinyal süresi ekranda 10 hücre alır, bu da görev döngüsünün% 10 olduğunu doğrulamayı oldukça kolaylaştırır. Gerçek bir osiloskop kullanıldığında, tarama süresi yaklaşık olarak aynı seçilir.
Dikdörtgen darbe gerilimi ölçümü
Makalenin başında belirtildiği gibi, osiloskop voltajı ölçer, yani. iki nokta arasındaki potansiyel farkı. Tipik olarak, ölçümler ortak bir tel, toprak (sıfır volt) ile ilgili olarak alınır, ancak bu gerekli değildir. Prensipte, minimumdan maksimum sinyal değerlerine (tepe değer, tepe-tepe) ölçmek mümkündür. Her durumda, ölçüm adımları oldukça basittir.
Dikdörtgen darbeler çoğunlukla dijital teknoloji için tipik olan tek kutupludur. Dikdörtgen bir darbenin voltajının nasıl ölçüleceği Şekil 11'de gösterilmiştir.
Şekil 11. Dikdörtgen bir darbenin genliğinin ölçümü
Dikey sapma kanalının hassasiyeti 1V / div ise, şeklin 5.5V voltajlı bir nabız gösterdiği ortaya çıkar. 0.1V / div hassasiyet ile. Gerilim sadece 0.5V olacak, ancak ekranda her iki darbe de tamamen aynı görünüyor.
Dikdörtgen bir dürtüde başka neler görülebilir?
Şekil 9, 10'da gösterilen dikdörtgen darbeler basittir, çünkü Elektronik WorkBench tarafından sentezlenirler. Ve nabız frekansı sadece 100 Hz'dir, bu nedenle görüntünün "kareliği" ile ilgili sorunlar ortaya çıkamaz. Gerçek bir cihazda, yüksek tekrarlama hızında, darbeler bir şekilde bozulur, her şeyden önce, Şekil 12'de gösterildiği gibi kurulum endüktansı nedeniyle çeşitli dalgalanmalar ve patlamalar ortaya çıkar.
Şekil 12. Gerçek Dikdörtgen Dürtü
Bu tür "önemsiz şeylere" dikkat etmezseniz, dikdörtgen dürtü Şekil 13'te gösterilene benzer.
Şekil 13. Dikdörtgen pals parametreleri
Şekil, darbenin ön ve arka kenarlarının hemen görünmediğini, ancak bazı yükselme ve düşme sürelerine sahip olduğunu ve dikey çizgiye göre bir miktar eğimli olduğunu göstermektedir. Bu eğim, mikro devrelerin ve transistörlerin frekans özelliklerinden kaynaklanmaktadır: yüksek frekanslı transistör ne kadar yüksek olursa, atımların daha az "önü" o kadar az olur. Bu nedenle, nabız süresi, tüm aralığın% 50 seviyesi ile belirlenir.
Aynı nedenden dolayı, nabzın genliği% 10 ... 90 seviyesi ile belirlenir. Darbe süresi ve voltaj, yatay ölçeğin bölme sayısının, Şekil 14'te gösterildiği gibi bölme değeri ile çarpılmasıyla belirlenir.
Şekil 14.
Şekilde, menderesden biraz farklı olan dikdörtgen bir darbenin bir periyodu gösterilmektedir: pozitif bir darbenin süresi yatay ölçeğin 3.5 bölümüdür ve duraklama süresi 3.8 bölümdür. Nabız tekrar süresi 7.3 bölümdür. Böyle bir resim, farklı frekanslara sahip birkaç farklı darbeye ait olabilir. Her şey taramanın süresine bağlı olacaktır.
Tarama süresi 1 ms / böl. Daha sonra darbe tekrarlama süresi 7.3 * 1 = 7.3ms'dir, bu da F = 1 / T = 1 / 7.3 = 0.1428KHz veya 143 Hz frekansına karşılık gelir. Tarama süresi 1 µs / div ise, frekans bin kat daha yüksek, yani 143KHZ olacaktır.
Şekil 14'teki verileri kullanarak, darbe görev döngüsünü hesaplamak zor değildir: S = T / τ = 7.3 / 3.5 = 2.0857, neredeyse bir kıvrım gibi çıkıyor. Görev döngüsü görev döngüsü D = τ / T = 3.5 / 7.3 = 0.479 veya% 47.9. Bu parametrelerin hiçbir şekilde frekansa bağlı olmadığı unutulmamalıdır: görev döngüsü ve görev döngüsü sadece dalga formundaki bölümler tarafından hesaplanmıştır.
Dikdörtgen dürtülerle, her şey açık ve basit görünüyor. Ama biz sinüs dalgasını tamamen unuttuk. Aslında, aynı şey var: voltajları ve zaman parametrelerini ölçebilirsiniz. Bir sinüs dalgası periyodu Şekil 15'te gösterilmiştir.
Şekil 15. Sinüs Dalgası Parametreleri
Açıkçası, şekilde gösterilen sinüsoid için, dikey sapma kanalının hassasiyeti 0.5 V / böl'tür. Kalan parametreler, bölünme sayısının 0.5V / böl ile çarpılmasıyla kolayca belirlenebilir.
Sinüs dalgası, örneğin 5V / div gibi hassasiyetle ölçülmesi gereken başka bir dalga olabilir. Sonra 1V yerine 10V elde edersiniz. Bununla birlikte, ekranda, her iki sinüzoidin görüntüsü tamamen aynı görünüyor.
Gösterilen sinüzoidin zamanlaması bilinmemektedir. Tarama süresinin 5 ms / böl olduğunu varsayarsak, süre 20 ms olacaktır, bu da 50 Hz frekansına karşılık gelir. Zaman eksenindeki derece sayıları sinüsoid fazını gösterir, ancak bu tek bir sinüsoid için özellikle önemli değildir. Daha sıklıkla, en az iki sinyal arasında faz kaymasını (doğrudan milisaniye veya mikrosaniye olarak) belirlemek gerekir. Bu en iyi iki ışınlı osiloskop ile yapılır. Bunun nasıl yapılacağı aşağıda gösterilecektir.
Bir osiloskop ile akım nasıl ölçülür
Bazı durumlarda, akımın büyüklüğü ve şeklinin ölçülmesi gerekir. Örneğin, bir kondansatörden akan alternatif akım ¼ periyodu boyunca voltajın ilerisindedir. Daha sonra, küçük bir dirence sahip bir direnç (Ohm'un onda biri) açık devreye dahil edilir. Bu direnç devrenin çalışmasını etkilemez. Bu direnç üzerindeki voltaj düşüşü, kapasitörden akan akımın şeklini ve büyüklüğünü gösterecektir.
Benzer bir gösterge ampermetresi, elektrik devresinin kesilmesine dahil edilecek olan yaklaşık olarak aynı şekilde düzenlenmiştir. Bu durumda, ölçüm direnci ampermetrenin içinde bulunur.
Kondansatörden akımın ölçülmesi için devre Şekil 16'da gösterilmektedir.
Şekil 16. Bir kondansatörden akım ölçümü
XFG1 jeneratöründen (osiloskop ekranındaki kırmızı ışın) 220 V genliğe sahip 50 Hz'lik sinüzoidal voltaj, kapasitör C1'den ve R1 ölçüm direncinden seri devreye verilir. Bu direnç üzerindeki voltaj düşüşü, kapasitörden (mavi ışın) geçen akımın şeklini, fazını ve büyüklüğünü gösterecektir. Osiloskop ekranında nasıl görüneceği Şekil 17'de gösterilmiştir.
Şekil 17. Kondansatörden geçen akım ¼ periyotta voltajın önünde
50 Hz sinüs dalga frekansında ve 5 ms / Div tarama süresinde, bir sinüs dalga periyodu X ekseni boyunca 4 bölüm alır ve bu gözlem için çok uygundur. Mavi ışının X ekseni boyunca dönemin ¼ değerine tekabül eden tam olarak 1 bölünme ile kırmızıdan önde olduğunu görmek kolaydır. Başka bir deyişle, kapasitörden geçen akım, teori ile tamamen tutarlı olan faz voltajının önünde.
Akımı kondansatörden hesaplamak için Ohm yasasını kullanmak yeterlidir: I = U / R. Ölçüm direncinin direnci 0.1 Ohm olduğunda, üzerindeki voltaj düşüşü 7 mV'dir. Bu genlik değeridir. Daha sonra kapasitörden geçen maksimum akım 7 / 0.1 = 70mA olacaktır.
Kondansatörden akımın şeklini ölçmek çok acil bir görev değildir, her şey net ve ölçümler olmadan. Bir kondansatör yerine herhangi bir yük olabilir: indüktör, motor sargısı, transistör amplifikatör aşaması ve çok daha fazlası. Bu yöntemin, bazı durumlarda formda voltajdan önemli ölçüde farklı olan akımı incelemek için kullanılabilmesi önemlidir.
Boris Aladyshkin
Ayrıca bkz. electro-tr.tomathouse.com
: