1

Lucrarea Nr. 2 Aparatura de laborator-II

Scopul lucrarii: - Deprinderea utilizrii aparatelor de laborator (generator de semnal, osciloscop catodic) necesare studiului experimental a unor dispozitive i circuite electronice. - nelegerea principiului de funcionare al osciloscopului catodic. Osciloscopul catodic Noiuni generale

Osciloscopul este un aparat electronic ce permite vizualizarea pe ecranul unui tub catodic a curbelor ce reprezint variaia n timp a diferitelor mrimi sau a curbelor ce reprezint dependena dintre dou mrimi. Imaginile obinute pe ecran se numesc oscilograme. Osciloscopul poate fi utlizat pentru: -vizualizarea variaiei n timp a tensiunilor electrice, precum i msurarea parametrilor acestora: valoare vrf la vrf, amplitudine, valoarea componentei continue, perioada (frecvena); -vizualizarea relaiei dintre dou tensiuni variabile n timp, putnd determina raportul frecvenelor tensiunilor i defazajul dintre ele. -trasarea curbelor caracteristice ale unor dispozitive sau materiale (caracteristici statice ale unor dispozitive sau circuite electronice, ciclu de histerezis al materialelor feromagnetice, etc.) Principiul de funcionare Schema bloc a unui osciloscop catodic este prezentat n Fig. 1. AtX,AtY- atenuatoare pentru semnale vx,vy; micoreaz semnalele prea mari nainte de a fi aplicate amplificatoarelor Ax, Ay Ax, Ay- amplificatoare pentru semnalele vx, vy; amplific semnalele de studiat prea mici nainte de a fi aplicate pcilor de deflexie Px, Py GBT - generatorul bazei de timp (generatorul de baleaj); genereaz tensiunea liniar variabil n timp (dinte de fierstru) ce se aplic plcilor de deflexie Px pentru lucrul n modul Y-t CSi- circuitul de sincronizare, sincronizeaz baza de timp fie cu semnalul de vizualizat, fie cu un alt semnal din exterior CSt-circuitul de stingere; asigur stingerea spotului pe durata cursei de ntoarcere Px, Py- placile de deflexie pe orizontal, respectiv pe vertical TC- tub catodic E- ecranul fluorescent al tubului catodic

2

K- catod termoemisiv

Fig. 1. Schema bloc a osciloscopului catodic Partea esenial a osciloscopului catodic este tubul catodic TC, reprezentat simplificat n Fig. 1. Acesta este un tub cu vid n care se formeaz prin emisie termoelectronic un fascicul de electroni orientat axial. Electronii emii de catodul K bombardeaz ecranul fluorescent E, care transform energia lor cinetic n energie luminoas, astfel nct n punctul de impact apare o pat luminoas numit spot. Dup ncetarea bombardrii unui punct al ecranului luminozitatea lui mai persist un anumit timp, numit remanena ecranului. La tuburile catodice uzuale, remanena ecranului este foarte mic, de ordinul fraciunilor de secund. n drumul lor de la catodul K la ecranul E, electronii trec printre dou placi metalice Py i printre dou plci metalice Px, cele dou perechi de plci fiind dispuse perpendicular una pe alta (Fig. 1). Cu ajutorul plcilor se poate comanda traectoria electronilor, deviindu-i de la direcia axial; astfel se comand poziia spotului pe ecran. Pentru devierea spotului dup direcia orizontal OX se aplic o tensiune Vx plcilor Px, crendu-se ntre ele un cmp electric orizontal. Pentru devierea spotului dup direcia vertical OY se aplic o tensiune Vy plcilor Py, crendu-se ntre ele un cmp electric vertical. Deoarece timpul n care ajung electronii de la plci la ecran este neglijabil de mic, deviaiile x i y ale spotului pe ecran sunt n fiecare moment proporionale cu valorile instantanee ale tensiunilor Vx, respectiv Vy:

x t Sx Vx t( ) ( )= y t Sy Vy t( ) ( )=

(Sx i Sy sunt constante i reprezint sensibilitatea tubului catodic pe orizontal, respectiv pe vertical; ele se exprim n cm/V). Relaiile de mai sus reflect propietatea fundamental pe care se bazeaz funcionarea osciloscopului catodic. Ca urmare spotul se va deplasa dup direciile OX i OY n acelai ritm n care variaz tensiunile Vx i Vy. Osciloscopul poate funciona n dou moduri: - modul Y-t : pe ecran apare curba y(t) - modul Y-X : pe ecran apare o curb ce reprezint relaia y(x), prin eliminarea timpului ntre cele dou variaii x(t) i y(t). Modul Y-t Pentru ca traiectoria ce apare pe ecran s reprezinte curba y(t), este necesar ca plcilor Px s li se aplice o tensiune proporional cu timpul:

Vx k tX= Tensiunea Vx este o tensiune periodic liniar variabil (dinte de fierstru) (Fig. 2.) obinut de la generatorul bazei de timp cu comutatorul C pe poziia 1 (Fig. 1.)

At Ay

CS GB

At A

CSt

Py Vy P

Vx

0

Y

X E

TC K

C 1

2

Vy

Vx

3

n intervalul [t1, t2] spotul se deplaseaz de la stnga spre dreapta, pe ecranul osciloscopului. Dac la intrarea Y a oscilocopului se aplic o tensiune variabil, spotul va avea o deplasare i pe vertical, descriind curba y(t). n intervalul [t2, t3] are loc revenirea spotului n partea stng a ecranului. Pentru ca traiectoria de revenire s fie invizibil pe ecran se folosete un circuit de stingere ce reduce la zero intensitatea fasciculului de electroni n intervalul [t2,t3]. Imaginea pe ecran va fi stabil i clar dac perioada semnalului de vizualizat va fi un submultiplu ntreg al perioadei bazei de timp:

Tk

T k NVY VX= 1

;

Pentru realizarea acestei condiii, generatorul bazei de timp are frecvena reglabil i exist posibilitatea sincronizrii ( momentul nceperii pantei cresctoare a fiecrui dinte de fierstru) ei prin circuitul de sincronizare, fie cu semnalul de vizualizat, fie cu un semnal din exterior. Pentru semnalele Vx i Vy din Fig. 3. se obine oscilograma din Fig. 4.

Generatorul bazei de timp poate funciona (la alegere ) fie n mod continuu (automat), fie n mod declanat. La funcionarea n mod continuu se genereaz semnal liniar variabil (dinte de fierstru) tot timpul, indiferent dac exist sau nu semnal de intrare, pe cnd n mod declanat semnalul de studiat va declana generarea fiecrui dinte de fierestru (i deci a baleajului ) atunci cnd el atinge un anumit nivel nivel (level) ce se poate regla cu ajutorul unui poteniometru. Fig. 3. Tensiunile pe plcile Py i Px Fig. 4. Oscilogram Observaie: n modul de lucru cu baza de timp declanat, dac la intrare nu se aplic semnal, spotul nu baleiaz ecranul (baza de timp nu genereaz dinte de fierestru ), deci pe ecranul osciloscopului nu apare trasa (linie luminoas orizontal de culoare verde).

t1 t2

t

Vx

Fig. 2 Tensiune liniar variabil

Vy

t

t

V

4

Modul X-Y n acest mod de lucru baza de timp se decupleaz (comutator C n poziia 2, Fig. 1.) i pe plcile Px se aplic un semnal din exterior. Pe ecran se obine o curb y(x) care nu depinde de timp. Acest mod de lucru se folosete pentru ridicarea caracteristicilor statice ale unor dispozitive sau circuite electronice. Elemente de comand, semnalizare i acces ale osciloscopului Hameg 303-6

ELEMENT NUME

/ NUMR

FUNCIE ELEMENT

Buton pornit-oprit

POWER 1

Prin apsarea butonului osciloscopul este alimentat cu tensiune de 220V c.a.

Luminozitate INTENS 2

Prin rotirea poteniometrului se controleaz intensitatea trasei

Focalizare FOCUS 4

Prin rotirea poteniometrului se controleaz focalizarea spotului

Deplasarea pe orizontal

X-POS 11

Deplasarea oscilogramei spre dreapta sau stnga

Deplasarea pe vertical

Y-POS I/II 5/8

Deplasarea oscilogramei pe vertical pe canalul CH I, respectiv CH II

Extindere X X-MAG 12

Dilatarea oscilogramei pe orizontl (x10) dac butonul este apasat

Extindere Y

Y-MAG 6/7

Dilatarea oscilogramei pe vertical (x5) pentru canalul CH 1, respectiv CH 2

5

Atenuator pe vertical

VOLTS/DIV 13/18

Reglaj n trepte al coeficientului de deviaie vertical pe fiecare din cele dou canale

Atenuator pe vertical

14*,19*

Reglaj fin al coeficientului de deviaie pe vertical pe fiecare din cele dou canale (calibrare, masurri prin comparaie)

Polaritate INV 35

Semnalul de intrare pe cele 2 canale este afiat deasupra/sub linia de referin

Baza de timp TIME/DIV 24

Reglaj n trepte al coeficienilor de deviaie pe orizontal pentru ambele canale

Baza de timp

VAR 25*

Reglaj fin al coeficienilor de deviaie pe orizontal (calibrare, masurri prin comparaie)

Modul de cuplare al

semnalului de intrare

AC/DC 29/33

Pe fiecare canal, amplificatorului pe vertical i se aplic : DC: direct semnal de intrare AC: semnalul de intrare trece printr-un condensator ce elimin componenta continu

Deconectarea butonului de

la intrare

GD

30/34

Pe fiecare canal, amplificatorului pe vertical i se aplic un potenial egal cu potenialul de referin (mas) al osciloscopului (, GND)

Mod de lucru XY 26

Relaxat: modul de lucru Y- t; Apsat: modul de lucru Y(CH II)-X (CH I);

Afiare simultan

DUAL 16

- Relaxat: afiare doar a CH I; - Apsat: semnalele de pe ambele canale sunt afiate simultan prin comutarea de la un canal la altul cu o frecven fix; -n combinatie cu ADD (17) afiare simulan n modul chopped; -Numai ADD (17) apsat: sumare algebric; -n combinatie cu INV diferen;

Intrare pentru sincronizare

extern

TRIG EXT

36

Intrare BNC la care se aplic semnal de sincronizare extern

Sincronizare (TRIGGER)

TRIG EXT

27

Apsat: ca i semnal de sincronizare se folosete semnal aplicat la intr. TRIG EXT; Relaxat: se foloseste pentru sincronizare unul din semnalele aplicate la intrarea celor 2 canale n funcie de poziia butonului 15:

Palier TR SLOPE 9

Alegerea pantei pozitive sau negative a semnalului de sincronizare

Nivel de sincronizare

LEVEL 10

Reglarea nivelului tensiunii cu care se face sincronizarea

Aplicare semnal intrare

IMPUT CH I / CH II

28/32

Intrri BNC la care se aplic semnalul de intrare prin intermediul sondelor (conductor ecranat)

Masa 31 Born de mas legat att la asiul aparatului ct i la mpmntare

Calibrare

CALIBRA-TOR 39,40

Ieire pentru semnal dreptunghiular cu frecvena de 1KHz/1MHz i amplitudinea 0.2Vpp

6

Testare componente

Comp.Tester 37/38

Conversia osciloscopului in modul testare componente.

* Dac poteniometrele nu sunt pe poziia calibrat (maxim dreapta), indicaiile comutatoarelor pentru reglajul n treapte nu sunt valabile (necalibrare). Sistem modular HM 8001 Suporta diferite module: surs de alimentare, generator de semnal, frecvenmetru, etc.

Generatorul de semnal Hameg 803X

Principalii parametrii ai semnalului generat de generatorul de semnal sunt:

1. Form de und

2. Amplitudine

3. Frecven

Generatoarele de semnal HAMEG 8032 furnizeaz numai semnale sinusoidale!

7

HAMEG 8032 POWER Buton pornire (HM 8001) OUTPUT 50 6 Iesire de semnal (rezistenta iesire 50) - BNC OUTPUT 600 5 Iesire de semnal (rezistenta iesire 600) - BNC AMPL 7 Potentiometru de reglaj fin al amplitudinii

semnalului generat ATTENUATOR 4 Comutatoare ce reduc (atenueaz) amplitudinea

semnalului generat: -20dB = 1/10 -10dB 1/3

FREQUENCY 2 Comutator de selectie a gamei de frecventa VARIABLE 3 Potentiometru de reglaj fin al frecventei in

interiorul gamei selectate LCD 1 Afiseaza valaore frecventei semnalului generat

8

Generatorul de semnal HAMEG 8030-6 permite setarea formei de und dorite, furniznd un semnal triunghiular, dreptunghiular, respectiv sinusoidal, n funcie de starea comutatorului FUNCTION.

HAMEG 8030-6 POWER Buton pornire (HM 8001) ON / OFF 9 Cupleaza / Decupleaza componenta continu OUTPUT 50 10 Iesire de semnal (rezistenta iesire 50) - BNC TRIG. OUTP.

(TTL) 7 Iesire compatibila TTL sincrona cu semnalul de

iesire AMPLITUDE 12 Potentiometru de reglaj fin al amplitudinii

semnalului generat ATTENUATOR 11 Comutatoare ce reduc amplitudinea semnalului

generat: -20dB = 1/10

OFFSET 8 Potentiometru de reglare a componentei continue/factorului de umplere (funcie de 9)

FREQUENCY 3 Potentiometru de reglaj fin al frecventei in interiorul gamei selectate

4 Butoane de selectie a gamei de frecventa LCD 1 Afiseaza valaorea frecventei semnalului generat

9

Modul de lucru

1. Studiul calibrrii Osciloscopului Conectnd fiecare din sondele Osciloscopului la ieirea de semnal de referin (39), verificai dac parametrii caracteristici ai semnalului vizualizat sunt cei asteptai pentru ambele poziii ale butonului (40). 2. Ajustarea parametrilor semnalului generat Conectnd direct ieirea generatorului de semnal la Osciloscop (setat la o sensibilitate pe Y de 0.2V/div i cu o baz de timp de 20us/div), ajustai parametrii semnalului generat astfel nct sa obinei un semnal sinusoidal cu frecvena de 10KHz i o amplitudine de 1Vpp. 3. Vizualizarea optim a formelor de und Pentru o poziie oarecare a poteniometrelor/butoanelor generatorului de semnal HM8032/8030-6, setai osciloscopul pentru o buna vizualizare a formei de und care sa permit msurarea cu o ct mai bun precizie a parametrilor semnalului generat (frecven, amplitudine). 4. Efectul rezistenei de ieire a generatorului de semnal Se va realiza montajul din figura urmatoare:

Figura 5. Circuitul de test pentru A4

Generatorul este setat exact ca la punctul anterior, R1=1k. Vizualizai/msurai parametrii semnalului generat mai nti n gol (fr R1) i apoi cu generatorul conectat la R1, prelund semnalul de la generator mai nti de la ieirea de 50 i apoi de la ieirea de 600. Explicai diferenele observate. 5. Evaluarea comportrii n frecvent a unui filtru Se va realiza montajul din figura urmatoare, cu Rg=50, R1=1k i C=33nF:

Figura 6. Circuitul de test pentru A5

10

Generatorul va fi setat astfel nct sa genereze un semnal cu amplitudinea de 500mVpp la frecvena de 100Hz. Studiai evoluia amplitudinii tensiunii de pe condensator la variaia frecvenei ntre 100Hz i 1MHz. Cum evolueaz semnalul de la ieirea generatorului pentru acelai domeniu de frecven?

Rezultatele experimentale vor fi trecute ntr-un formular de tipul urmator:

Lucrarea Nr. 2 - Rezultate

A3. Parametrii semnalului generat: Vm = ?[V] f = ?[Hz]

A4.

Vm[V] Rg=50 Rg=600 R1= (n gol) R1=1k

A5.

f[Hz] 100 300 500 1k 3k 5k 10k 30k 100k 500k 1M Vcm[mV] 250 Vgm[mV] 250