1

(C) Canalul X

( ) 00

0

1 t

c

Iu t I dt t

C C= =

(1)

Canalul X baza de timp BT sau GTLV – Generator de Tensiune Liniar VariabilăPozițiile comutatorului K:• K=1 cursă directă CD (încărcare C prin R1) I0 = E0/R1Tensiune crescătoare, după ec. (1) liniară; coresp pantei crescătoare de pe grafic• K=2 cursă inversă CI (descărcare C prin R2) coresp. pantei descrescătoare de pe grafic.• tCD >> tCI → R1 >> R2OBS: comutatorul este comutat automat la fiecare baleiere.•Q1: cum transformăm o sursă de tensiune constantă în sursă de curent constant?•Q2: unde am mai văzut încărcarea condensatorului la tensiune constantă ?

(C) Canalul X

A1: de la Bazele Elth: sursa de curent constant (c.c.) are rezistență ∞Alegînd o valoare R1 suficient de mare transformăm sursa de tensiune în sursă de c.c.

A2. Vezi capitolul cu răspunsul la impuls al canalului Y.

CD, CI:• în timpul CD ecranul este baleiat de la stînga la dreapta, formînd imaginea. Spotul

este APRINS. Timpul acesteia tb să fie calibrat TX=NXCX =10CX.

Deci R1, C tb să-și schimbe valoarea în funcție de CX ales de user !

• în timpul CI spotul se întoarce de la dreapta la stînga, oricît de rapid (nu contează timpul, nu este calibrat). Spotul este STINS pt. a nu vedea această mișcare pe ecran.

următiți aici: https://www.youtube.com/watch?v=8GR_6QH3uZk la momentul 6:52:• Reglajul CX (sec/div) este la 50ms/div deci o C.D. durează 10div*50ms/div=500ms• se vede spotul baleind de la stg. la dr. în 0.5 s• (sînt 2 canale pe modul ALT deci imaginea fiecărui canal durează 0.5s)• de la dreapta la stînga întoarcerea pare instantanee și nu se vede• acesta este rolul bazei de timp BT !

1

2

2

(C) Canalul X

Concluzii BT:

• pe plăcile Y se aplică tensiunea de intrare, dată de utilizator• pe plăcile X se aplică tensiunea generată local de BT, care are rolul de a baleia

ecranul în timpul calibrat• la osc. digitale nu există baleiere a unui fascicol de electroni. Desfășurarea pe X este

simulată prin afișarea cu o viteză controlată prin software, care este tot dependentă de CX. Puteți vedea aici:

https://www.youtube.com/watch?v=Iq4QlfH-oqkla mom. 7:14 baleierea lentă pe osciloscop analogic & digital.

• Canalul X și canalul Y nu sînt complet intependente. CH.X generează impulsurile de Trigger pe baza semnalului preluat de pe CH.Y semnale „ID” (impulsuri de declanșare sau trigger) pe slide următor. Pe schema bloc, se vede că semnalul provine de la PAY.

Canalul X – forme de undă (sgn. periodic)

• Datorită ID (sincronizare) → Ecran1=Ecran2=Ecran3=Ecran4• durata ecran = durata CD = durata TLV• Mod: Auto sau Normal• Q: Identificați fiecare f.u. pe schema bloc• osc digital: afişare u(t) şi ID sînt la fel, lipsesc doar CD şi TLV.

3

4

3

Canalul X – forme de undă (sgn. periodic)Explicarea formelor de undă:• CD și TLV știm deja; ID=impuls de declanșare (engl Trigger Pulse). Apare

cînd nivelul de trigger (engl Trigger Level, rom. Up=tensiune de prag) desenat cu linie punctată, intersectează semnalul.

• Aceasta este semnif. săgeților verticale rotunjite, desenate în dreptul Ecran 2 de sus în jos între formele de undă: intersecția sinus cu UP produce IDcare produce CD care produce TLV. De aceea cele 4 forme de undă sedesenează neapărat una sub alta, aliniate precis (4 grafice pe aceeași axă a timpului! )

• Dacă ID are loc mereu în același punct pe semnalul periodic, imaginile se suprapun perfect și userul vede o singură imagine. Asta înseamnă că afișarea este sincronizată. Condiție: tb să existe intersecția între semnal și Up nivelul Up tb să nu fie deasupra sau dedesuptul semnalului, așa cum știți din laborator!

• durata ecranului=durata TLV și CD; TLV=0stînga, TLV=maxdreapta.• aici: https://www.youtube.com/watch?v=ybzxM0GCgpAla mom. 4:31, prin rotirea butonului (deplasarea nivelului) Trigger Level în afara semnalului, imaginea nu mai e sincronizată. Formele de undă apar în continuare, dar încep la momente aleatoare și nu se mai suprapun (acest video este pt. osciloscop digital, pt. a demonstra că principiul nu se schimbă).

Canalul X – forme de undă (sgn. periodic)Obs. importantă: formele de undă precedente arată că momentul de trigger corespunde începutului afișării și deci, marginii din stînga a ecranului!

Acesta este specificul osc. analogic și ține de modul de funcționare descris anterior – momentul de trigger nu este reglabil !La osc. digital, momentul de trigger poate fi reglat din horizontal position șipoate fi oriunde (implicit este la mijlocul ecranului, nu la început).

5

6

4

Canalul X – schema bloc analogică

Culorile identifică blocurile logice:• Cuplaj trigger: CC,CA, LF Reject (oprește frecv joase FTS), HF

Reject (oprește frecv înalte FTJ); intern (PAY) sau extern• AS =Amplif. Sincroniz.: reglaj nivel (trigger level), selectare front (slope)• CF=Circuit Formare: generează semnalul ID (impulsuri Sy)• CDA=Circuit Declanșare Automată: selecţie AUTO/NORM, generare

semnal AUTO în lipsa ID pe modul AUTO• CP=Circ. Poartă, CR=Circ. Reținere , GTLV=Generator TLV=baza de

timp; CD=CS (comanda strălucire, aprinderea spotului pe ecran)

OBS: nu confundaţi CA,CC din cuplajul triggerului cu cel din cuplajul CA/CC din CH. Y (CH1/CH2 ) ! Primul este în Trigger Menu și nu l-ați folosit la lab, al doilea este în CH1/CH2 menu și l-ați folosit mai des !

INTCC

FTJ

FTS

CA

LF REJ

PAY

EXT

HF REJ

AS

NIVEL

CF

CDA

CP

NORM AUTO CONT MONO

ARM

tRET

Cx

+

–

FRONT CR

GTLV

ADX

EXT X

y(t)

y(x)

PAX

CS

CDSy sau ID

RET

uf(t)

AUTO

TRG EXT

Canalul X – schema bloc analogicăExplicații:• urmăriți de la stînga la dr. efectul reglajelor și setărilor de pe schemă, pe

acest video, la diferite momente MM:SShttps://www.youtube.com/watch?v=OFGm-Pel4Hg

• OBS: la osc. din lab comutatoarele fizice sînt înlocuite de selecții în meniu• comutatorul INT-EXT, pt un osc. cu 2 canale CH1-CH2-EXT, selectează de

pe ce canal se ia semnalul care va fi folosit ca trigger; notat Trigger Sourcela 2:30. Poz. Norm alege automat ch. activ (a nu confunda cu Auto/Norm)

• comutatorul de cuplaj Trigger Coupling - CC,CA,LF rej, HF rej: 5:10 . Semnalul selectat pt trigger ( u(t) sinusoidal pe pozele Ecran 1 – Ecran 2 etc) trece prin această selecție; dacă de ex. este DC, trece și comp. continuă și vedeți efectul din video. HF REJ (high frequency reject) permite rejectarea unor frecvențe înalte deranjante, pe care se află zgomot. De obicei, așa cum ați văzut în lab, acest comutator este mai rar folosit.

• reglajele Nivel, Front (Trigger Level, Slope) 4:52

• reglajul AUTO (9:46) /NORM (10:30)– pe AUTO, în lipsa triggerului (de ex. dacă Trig Level e prea sus/prea jos), circ. de

declanș. automată CDA detectează că nu este semnal de trigger și generează semnalul AUTO care va porni CD și TLV a.î. userul să vadă totuși o imagine, chiar dacă nu e sincronizată. Deci CD e pornit fie de ID fie de Auto.

– pe NORM, în lipsa triggerului userul nu vede nimic, căci CD e pornit doar de ID;

7

8

5

Canalul X - modul AUTO

Modul AUTO în lipsa semnalului (ecran 3, ecran 4)

• Bloc: CDA; generează UCOMP, compară cu UCOMP max

• UCOMP crescător, adus la 0 de impulsurile ID• Expirare timp (UCOMP>UCOMP max) → generare semnal AUTO → pornire CD

Canalul X - modul AUTOAceste formă de undă ilustrează funcționarea modului AUTO/NORM• pe AUTO, se pornește o tensiune TLV secundară, numită Ucomp, care

crește lent dar este resetată de orice ID• dacă nu apar ID, Ucomp crește un timp, pînă la atingerea pragului de

comparație Ucomp max. În acel moment se generează semnalul Auto menționat anterior

• deci, dacă dispare semnalul care era pe Ecran1, Ecran 2, observăm cănu avem ID și de aceea Ecran 3 este gol. Dar, după expirarea timpului, Auto generează o nouă CD și ecranul 4 va avea imagine; aceasta reprezintă semnalul curent – nivelul de 0, deci o linie dreaptă – principala

utilizare a modului AUTO !

• Pe NORM, nu există semnale Auto deci nici CD în lipsa ID, deci nu se poate vizualiza niv. de 0 în lipsa semnalului.

• OBS: la osc. digitale, pe NORM imaginea nu dispare, ci rămîne afișată (de obicei cu gri) ultima imagine afișată.

• OBS2: acest principiu se aplică uneori la locomotive sub forma unei „dead

man’s pedal”. Dacă o pedală nu este apăsată periodic, la cîteva zeci de scel mult, se consideră că mecanicul este mort și se frînează automat.

9

10

6

Reglajul de trigger - exemplu

Forma de undă de mai jos corespunde semnalului electrocardiogramei (EKG)R R

P T P T

Q S Q S Momentele marcate cu P,Q,R,S,T corespund unor etape ale activității cardiace; de

exemplu, complexul Q-R-S corespunde contracției ventriculare, care pompează sîngele în artere și se simte sub formă de puls. Analiza EKG este esențială pentru diagnosticarea problemelor cardiace, care se văd ca modificări față de forma de undă de referință (normală, sănătoasă). De exemplu, un segment ST mai ridicat față de nivelul de 0 (linia izoelectrică) este o indicație pt infarct (STEMI – ST ElevatedMiocardial Infraction).

Q: Alegeți reglajele unui osciloscop (X,Y,trigger) pentru a vizualiza mai mult de o perioadă EKG (văzînd o singură perioadă nu puteam aprecia periodicitatea unui semnal), pe o parte cît mai mare din ecran, știind că imag. e desenată pe hîrtiemilimetrică, pe X avem 1mm=40ms și pe Y avem 1mm=0.1mV. Desenați imaginea și ecranul corespunzător reglajelor calibrate alese.

Reglajul de trigger - exempluA: cf fig, TX=durata R-R = 25mm * 40ms/mm = 1s (puls 1/s sau 60/min)față de niv. de 0, înălțimea diferitelor porțiuni de formă de undă:- P: +2mm = + 0.2mV R: +19mm = +1.9mV T: +4mm = +0.4mV- Q: -1mm = -0.1mV S: -4mm = -0.4mVReglajul pe X:

CX= TX / 10div = 1s/10div = 100ms/div vedem exact o perioadăPt a vedea mai mult de o perioadă, alegem CX următor ( secv. 1-2.5-5): 250ms/div

vedem 2.5 perioade,Reglajul pe Y:

de la vf. negativ S la vf. pozitiv R avem valoarea v-la-v 1.9-(-0.4)= 2.3mVVV.Cy optim = 2.3mV / 8div = 0.28mV/div, val. necalibrată; alegem val. imediat următoare (secv. 1-2-5) Cy=0.5mV/div imag. va ocupa Ny=Uy/Cy = 2.3mVVV/ 0.5mV = 4.6 div din cele 8 disponibile; aceasta este „cea mai mare parte” din ecran posibilă.

(evident, nu se vede decît imaginea dincadrul celor 10x8 div,nu și ce depășește)

11

12

7

Reglajul de trigger - exempluReglajul de Trigger: momentan imag. precedentă începe „la întîmplare” căci nu amdefinit nivelul și frontul de trigger.Q: Putem alege momentele P,Q sau T ca trigger ?A: Un moment poate fi ales ca trigger dacă amplitudinea sa este suficient de mare (în valoare absolută) pt a fi un eveniment unic într-o perioadă. De ex, P nu corespunde, căci un trigger de +0.5mV ar fi întîlnit atît la vîrful lui P, cît și pe panta crescătoare a lui R sau T, deci s-ar putea obține oricare din cele 3 imag. de mai jos (nu putem ști care):

începe cu P începe cu R începe cu T(linia albastră = nivelul de trigger = 0.2mV )Imag. începe cînd semnalul intersectează nivelul de trigger, am ales pe front pozitiv.

Reglajul de trigger - exempluAșadar, pt. reglajul de Trigger alegem un eveniment care să fie o singură dată într-operioadă:- fie unda R: un nivel > 0.4mV (existent și pe unda T, nu numai R) dar < 1.9mV a.î. să

nu depășească unda R, pe front pozitiv; de ex, nivel=1mV:

- fie unda S: un nivel între (-0.4 ; -0.1mV) care corespunde numai undei S (unda Q se oprește la -0.1mV); de exemplu un nivel de -0.3mV, pe front negativ sau pozitiv (aproape că nu contează căci unda S este foarte îngustă):

13

14

8

Reglajul de trigger - exemplu

Concluzie: nivelul și frontul de trigger se aleg a.î. să corespundă unui eveniment unic

într-o perioadă. În acest caz, acest eveniment determină începutul afișării și imaginea este previzibilă.

Dacă evenimentul ales nu este unic, se poate obține în continuare o imagine stabilă (nu e același lucru ca atunci cînd triggerul e complet în afara imaginii și aceasta este instabilă), dar nu știm care, depinde de momentul cînd cuplăm osciloscopul la semnal.

Canalul X – modul single sweep

Operare în modul single sweep (single shot, Mono, desfăşurare singulară) versus modul continuu (Cont)

• ARM=1 validează generarea unui singur ID cînd se satisfac condiţiile de sincro; următoarele ID sînt ignorate (BT inhibată)

• Q: Utilitate ?

15

16

9

Canalul X – modul single sweep

Modul Single Sweep asigură o singură baleiere a imaginii, atunci cîndapare un ID.

• După aceea, CD este blocat pînă la apăsarea unui buton ARM sau „Push to Reset” 11:34

• În această stare (ARM=1) nu se afișează nimic, în așteptarea unui ID

• un ID determină o nouă afișare și trecerea din nou în ARM=0

Utilitate ? 1) fotografierea ecranului, la osc. analogice. La osc. digital, este mai

puțin util, căci acesta poate memora imaginile oricît de scurte.2) pt. imag complexe, apare o singură imag. nu se pot suprapune

imagini elimină situația în care imag. diferite se suprapun și nu pot fi citite (efect similar cu Holdoff pe slide următor)

Canalul X - holdoff

se introduce un timp reglabil de holdoff (tret)• în timpul tret BT (GTLV) e inhibat (ignoră impulsurile ID)• la sf. tret GTLV e validat (va porni la următorul ID)• al doilea și al 4-lea ID nu au nici un efect – nu produc imagine

17

18

10

Canalul X - holdoffHoldoff este un reglaj de întîrziere a CD-urilor, chiar în prezența ID-urilor:• pe slide precedent, primul ID produce CD și imaginea Ecran 1• dupa sfîrșitul curselor CD și CI, se intră într-un Timp de Reținere tret (engl.

timp de holdoff) în care ID-urile sînt ignorate și nu generează CD – Ecran2 este gol. Pînă acum acet timp tret era 0, un nou CD putînd porni oricînd.

• după expirarea tret , se cheamă că BT este validată adică poate primi noi ID-uri pt. generarea de CD, dar nu pornește automat pînă cînd acest ID nu vineefectiv. Deci, timpul de la sf. holdoff pînă la un nou CD s.n. timp așteptare liberă. Primul ID determină un CD și deci Ecran3 are imagine.

Utilitatea Holdoff este pt semnale complexe, vezi slide următor: cu cifrele 1,2,3,... sînt ID-uri și deci momente posibile de pornire a afișării. Dacă pe primul ecran imaginea pornește cu 1, apoi dacă ar porni cu 4, cele 2 imagini suprapuse sînt greu de distins (ecranul din dreapta, în care cu negru este imaginea care pornește cu 1 și cu albastru este imaginea care pornește cu 4)

Dacă însă putem „sări” peste 4, și pornim cu 5, imaginea care începe cu 5 este aceeași ca imaginea care începe cu 1 și deci avem o imagine clară și stabilă. Este suficient să „sărim” peste mom. 4, tholdoff plasat oriunde >4 dar <5 e OK.

Canalul X - holdoff

De ce holdoff?

• Exemplu: 1,2,3,4,5,... momente posibile de sincronizare• fără holdoff → după momentul 1 se foloseşte momentul 4 → a doua

imagine (cu albastru) e diferită de prima (cu negru)• cu holdoff → după momentul 1 se foloseşte momentul 5 → imagini

identice, stabile. Momentul 4 inhibat căci este în tHOLDOFF

imagine cu holdoff imagine fără holdoff

19

20

11

Canalul X - holdoff

https://www.youtube.com/watch?v=OFGm-Pel4Hg• Alt exemplu Holdoff: la 12:19 forma de undă apare suprapusă și nu

se înțelege• La 12:46 este trecut în Single Sweep și se vede forma de undă în

mod clar, dar foarte scurt (fiind o singură declanșare, nu se pot suprapune mai multe declanșări)

• după reglarea Holdoff la 13:10, putem obține imaginea stabilă chiar și în modul de afișare continuă. Se obs. că Holdoff se reglează prin încercări pînă la o imagine stabilă, de aceea nici nu e marcat (nu știm cît e timpul de Holdoff).

Canalul X – schema bloc analogicăContinuare descriere schemă bloc:• CP (circuit poartă) generează semnalul CD dacă primește fie ID, fie Auto,

dar cu condiția să nu primească semnalul de reținere RET. Deci, în timpul de reținere, acest semnal este activ, și inhibă CP

• CR (circ. reținere) generează semnalul RET în unul din cazurile: sîntem pe modul Single Sweep („mono”) în loc de afișare continuă („cont”), sau sîntemîn timpul de holdoff.

• semnalul CD=cursa directă este legat direct la CS (controlul strălucirii) tubului catodic. Deci, imaginea este aprinsă doar în timpul CD

• Mai departe CD comandă pornirea GTLV. Timpul în care crește uTLV între 0și maxim este variabi (depinde de CX ) prin urmare:– începutul CD cauzează începutul TLV– sfîrșitul TLV cauzează sfîrsitul CD și nu invers aceasta este semnificația săgeților

care arată dependența între formele de undă:

21

22

12

Canalul X – modul XYmodul XY = scoaterea din funcţiune a BT; Vx aplicată din exterior ca şi Vy deci

timpul nu mai este o variabilă. Cele 2 tensiuni au următorul efect asupra poziției spotului:

• curbă închisă ↔ figură Lissajous

VX = -V VX = 0 VX = +V (val. maximă)

Spotul la stîngaecranului

Spotul la centrul ecranului

Spotul la dreapta ecranului

Vy = -V Vy = 0 Vy = +V

Spotul în partea de jos a ecranului

Spotul în centrul ecranului

Spotul în dreapta ecranului

Canalul X – modul XY• demonstrație Lissajous : https://www.youtube.com/watch?v=t6nGiBzGLD8• 1:15: trecerea butonului bazei de timp în modul „XY”• 1:35: se aplică același semnal pe ambele canale uX(t)=uY(t)= Usin ωt• 2:21: în acest caz, cele 2 tensiuni vor evolua continuu între limitele: -V, 0, +V, 0, -V, etc • deci cf. tabelelor precedente, spotul va urma traseul: stînga jos, centru, dreapta sus, centru, stînga jos, etc• se trasează deci prima bisectoare• 2:31: se modifică perioada semnalului la 1s (f=1Hz); se observă că acum

mișcarea spotului este vizibilă, un „traseu dus-întors” durează exact 1 perioadă=1s.

• 3:49 aplicăm al doilea semnal defazat cu 180 grd prima bisectoare devine a doua bisectoare

• 4:28 aplicăm uX(t)=Usin ωt, uY(t)=Ucos ωt (semnale defazate cu 90 grd) obținem un cerc

• 5:07: scăzînd de la 90 la 0 grade, extremele sînt un cerc și o dreaptă, între ele este o elipsă din ce în ce mai „subțire”

23

24

13

Canalul X – modul XY• 7:28 pînă acum cele 2 semnale aveau frecv. fX=fY dar erau defazate. Acum

modificăm frecvența a.î fX =2fY și observăm că în loc de cerc obținem aprox. cifra 8; imag. similare se obțin pt. alte rapoarte.

• în general: fie NX, NY nr de intersecții cu o dreaptă orizontală, respectiv verticală. Atunci rap. frecv fX / fY = NX / NY

• în imagine fX / fY = 6/8 = 3/4

Canalul X – modul XY• 8:47 dacă raportul frecvențelor nu este exact 2:1 ci de exemplu 2.001 : 1,

imaginea nu mai e stabilă

• În general, aceasta este o aplicație practică a fig. Lissajous: se acordează 2 sisteme pe frecvențe precise, multiple una de alta, și se afișează ieșirile sub forma unei figuri Lissajous stabile. Dacă însă un sistem se „dezacordează” față de primul (de exemplu, din cauza încălzirii), se vede imediat că figura nu mai e stabilă.

• Fig. Lissajous sînt în general bazate pe curbe închise (cercuri, elipse etc) dar pot fi orice imagini geometrice, dacă se generează forme de undă suficient de complexe, cum e cazul aici:

https://www.youtube.com/watch?v=344oEu9vo7w

25

26

14

Canalul X – modul XY

Cum se desenează manual figura Lissajous în funcție de formele de undă?• împărțim axa timpului în momente (1,2,3 etc) • la fiecare moment desenăm poziția spotului, de ex: 1: UX=+V, UY=+V

dreapta sus• unim punctele prin linii; săgeata arată sensul deplasării spotului

t

t t

1

X

Y t

X

Y

1 2 3 4 5 6

1 2

3 4

5 6

2 3 4 5 6 7

1

2

3

4

5 6

7

27