1

Vizualizarea şi măsurarea semnalelor electrice cu ajutorul

osciloscopului

1. Obiective

Familiarizarea cu osciloscopul catodic, aparat foarte des intalnit în practica de laborator

şi cea medicală.

Obţinerea şi observarea unui semnal electric în curent alternativ (AC)

Determinărea caracterisiticilor (frecvenţa şi amplitudinea unui semnal electric)

Observarea şi caracterizarea sunetelor

Observarea figurilor Lissanjous

2. Norme de protecţia muncii în laborator

Utilizarea acestui aparat şi a unor surse cu frecvenţe joase nu necesită măsuri speciale de

protecţie. Se lucreaza cu osciloscopul şi sondele de conectare ale acestuia numai pe bancul de

lucru dedicat, care nu este situat în apropierea unei surse de ape. Se vor conecta la osciloscop

doar sursele şi cablurile indicate de îndrumatorul de lucrari.

Se va evita orice contact cu substanțe corozive (HCl, H2SO4) sau apa.

Se va verifica ca prizele la care se conectează aparatul sa fie în stare buna de functionare.

În momentul pornirii aparatului se asteaptă până când acesta îşi face toate setările.

2

Noțiuni fundamentale

Osciloscopul catodic este un instrument electronic de măsura care permite vizualizarea formei de variaţie

în timp a unei tensiuni periodice, sub forma unui grafic bidimensional (voltaj versus timp) pe ecranul unui

tub catodic. O altă funcţie principală a osciloscopului este vizualizarea formei de variaţie în timp a unei

tensiuni în raport cu altă tensiune.

Se masoara practic un curent alternativ. Curentul alternativ îşi schimba amplitudinea şi directia. Forma cea

mai comună a curentului alternativ este semnalul sinusoidal generat de un generator de frecvenţe.

Semnalul sinusoidal este descris de urmatoarea ecuatie: 𝑉(𝑡) = 𝑉0 sin(𝜔𝑡); se numeşte viteza angulară

𝜔 = 2𝜋f unde f este frecvenţa (numărul de cicluri în unitatea de timp) semnalului în Hz şi reprezintă

inversul perioadei. În figura O1este figurat semnalul aşa cum apare pe ecranul osciloscopului. Valoarea

vârf la vârf a unui semnal, notată Vp-p în fig. O1, este diferenţa dintre valoarea maximă şi valoarea minimă

a semnalului, iar A este amplitudinea semnalului sinusoidal.

Figura O1. Tensiunea semnalului de la vârf la vârf (peak to peak) este Vp-p , perioada este T, iar

frecvenţa se calculează 1/T. Amplitudinea semnalului este notata cu A.

Semnalele din curent alternativ (AC) nu se pot măsura cu un ampermetru datorita modificarilor de sens şi

frecvenţa . Ecranul osciloscopului figurează amplitudinea (tensiunea, voltajul) unui semnal în timp. Toate

osciloscoapele conţin câteva comutatoare de baza conform Figurii O2. La cele mai multe osciloscoape

există posibilitatea de a conecta două sau mai multe generatoare simultan. Cele mai importante butoane

care permit vizualizarea corectă a semnalului sunt urmatoarele:

3

Figura O2. Panoul frontal al osciloscopului cu principalele comenzi.

Butonul “Autoscale” (1) care permite setarea automată a scalelor verticale şi orizontale pentru afişarea

semnalului.

Butoanele “Volts/Div”(2) seteaza scala verticală. Pentru vizualizarea unor semnale de amplitudine mică se

roteşte acest buton spre dreapta, în timp ce pentru semnale cu amplitudine mare se învârte spre stânga.

Osciloscoapele au o limite (maxime şi minime) de detecţie a semnalelor.

Butonul “SEC/DIV” (3) care determină viteza de baleiere. Întoarcerea acestui buton în sensul acelor de

ceasornic (mai multe diviziuni pe unitatea de timp) permite afişarea semnalelor mai rapide, în timp ce

rotirea lui în sens invers acelor de ceasornic (mai putine diviziuni pe unitatea de timp) permite vizualizarea

semnalelor cu frecvenţa mai mică.

Butonul “Delay” (4). Acest buton permite mutarea semnalului către dreapta sau către stânga permiţând

vizualizarea altor părţi din semnal.

Unităţi de măsură: 1000 mV=1V; 1 KHz = 1000 Hz; 1 s=1000 ms

4

3. Materiale

Pentru măsurarea semnalului este nevoie de:

Un osciloscop cu tub catodic

Generator de frecvenţe

Generator de sunete

Cabluri de conexiune BNC

Sonda pentru osciloscop

4. Metode de lucru

1. Generatorul de joasă frecvenţa EO501 se reglează la frecvenţe de 2 Hz (x1 pe butonul de

amplificare din stânga) şi la tensiunea de 0.4 V din butonul din partea dreapta pe care este

figurată tensiunea maxima de 1.5 V.

2. Se conectează generatorul de semnale cu ajutorul cablurilor la canalul 1 (CH1) al

osciloscopului conform figurii O3. Se apasă butonul CH1 pentru asigurarea că trasa de pe acest

canal este vizibilă.

O3. Conexiunea generatorului de frecvenţă la osciloscop se realizează prin intermediul sondelor speciale.

5

3. Se conectează osciloscopul la reţeaua de alimentare apoi se porneşte aparatul de la

comutatorul din partea superioară. Comutatorul SEC/DIV se fixează pe o poziţie mediană (între

0.1ms/div şi 1ms/div).

4. Dupa ce aparatul îşi face toate setarile, apare pe ecran o trasă (o linie orizontală). Utilizând

reglajele POSITION, trasa se poziţionează central pe una dintre liniile orizontale ale ecranului.

5. Se stabilizează semnalul prin fixarea scalei de măsură din butoanele corespunzatoare

canalului la care s-au facut conexiunile. Butonul VOLTS/DIV controlează scala verticală.

Butonul SEC/DIV controleaza scala orizontală. Încercaţi să obţineţi o oscilaţie completă pe tot

ecranul. Important: Butoanele de reglare a scalelor nu afectează semnalul în niciun fel. Trebuie

privite ca şi comenzi “zoom in” “zoom out”.

4.1. Exercitiul A -Caracterizarea unui semnal electric în current alternativ (AC)

1. Modificati semnalul conform tabelului şi completati Fişa nr. 1 (a,b sau c):

2. Variaţi frecvenţa undelor generate prin rotirea butonului mare de pe generatorul de

frecvenţe. Valoarea frecvenţelor generate este dată de valoarea scrisă pe buton.

3. Măsuraţi perioada (T) a oscilaţiilor prin numărarea diviziunilor orizontale

# nr de divizuni * SEC/DIV = T (s)

4. Calculaţi frecvenţa semnalului (în Hz) pe ecran din perioada obţinută la punctul 4, unde

𝑓 =1

𝑇

Comparaţi cu frecvenţa setată de generator. Daca apar diferenţe explicaţi-le.

5. Măsuraţi amplitudinea undelor prin numărarea diviziunilor verticale.

# of diviziuni * VOLTS/DIV = tensiune (voltaj) (V).

6. Variaţi tensiunea semnalului conform tabelor şi completati Fişa nr. 2. Utilizaţi butonul de

divizare a valorii tensiunii şi explicaţi în scris cum aţi facut setările (1V=1000 mV).

6

4.2. Exercitiul B- Caracterizarea undelor sonore (AC)

1. Conectaţi generatorul de sunete conform imaginii O4, la canalul 2 (CH2).

Figura O3. Conectarea generatorului de sunete la osciloscop.

2. Setaţi frecvenţele şi amplitudinile conform fişei nr. 3.

3. Setaţi scalele astfel încât pe ecranul osciloscopului să fie afisat un semnal clar, uşor de

măsurat.

4. Fixaţi imaginea cu ajutorul butonului RUN/STOP

5. Desenaţi semnalele diferite şi treceti pe fiecare desen tensiunea şi perioada semnalului.

6. Puteţi asculta sunetele generate conectând casca la mufa indicată pe aparat.

4.3. Exercitiul C- Figurile Lissanjous

1. Conectaţi ambele generatoare (de frecvenţe joase şi de sunet pe câte un canal).

2. Modificati frecvenţele şi amplitudinile semnalelor provenite din ambele aparate.

3. Apasati butonul display.

4. Comutaţi din butoanele marginale pe modul XY. Aceast mod impune un semnal pe axa X

iar celalat pe axa Y, astfel încât se poate determina raportul dintre cele două frecvenţe ale

semnalelor. În acest fel se poate determina un semnal cu o frecvenţă necunoscută folosind

un semnal cu frecvenţă cunoscută.

7

5. Conform Fişei Nr. 4 determinati frecvenţele necunoscute.

4.1. Exercitiul D- Determinarea unui semnal vocal prin intermediul unui microfon

1. Conectaţi un microfon la mufa “EXT TRIG”

2. Fluierati în microfon. Incercaţi sa obtineţi un semnal.

3. Ridicaţi tonul. Ce se intamplă? Descrieţi calitativ datele obtinute.

4. Vorbiţi mai repede.

5. Descrieţi ce anume din modularea vocii modifică amplitudinea şi/sau frecvenţa semnalului.

8

FISA NR.1

a)

Frecvenţa

Setata la aparat

(Hz)

#DIV

orizontală

setare

SEC/DIV

Perioda

(s)

Frecvenţa

măsurata pe

osciloscop

#DIV

verticală

setare

VOLT/DIV

Vpp

(V)

amplitudine

(V)

1

2

3

3X102

3X103

3X104

Frecvenţa maxima detectabila

b)

Frecvenţa

Setata la aparat

(Hz)

#DIV

orizontală

setare

SEC/DIV

Perioda

(s)

Frecvenţa

măsurata pe

osciloscop

#DIV

verticală

setare

VOLT/DIV

Vpp

(V)

amplitudine

(V)

1

1.8

2.5

2.5X102

2.5X103

2.5X104

Frecvenţa maxima detectabila

c)

9

Frecvenţa

Setata la aparat (Hz)

#DIV

orizontală

setare

SEC/DIV

Perioda

(s)

Frecvenţa

măsurata pe osciloscop

#DIV

verticală

setare

VOLT/DIV

Vpp

(V)

amplitudine

(V)

2

4

6

6X102

6X103

6X104

Frecvenţa

maxima detectabila

10

FISA NR. 2

Tensiunea

Setata la aparat

(mV)

setare

VOLT/DIV

Vpp

(V)

amplitudine

(V)

Tensiunea

măsurata pe

osciloscop

#DIV

verticală

#DIV

orizontală

setare

SEC/DIV

1 mV

20 mV

200 mV

0.5 V

1 V

1.5 V

b)

Tensiunea

Setata la aparat

(mV)

setare

VOLT/DIV

Vpp

(V)

amplitudine

(V)

Tensiunea

măsurata pe

osciloscop

#DIV

verticală

#DIV

orizontală

setare

SEC/DIV

3 mV

30 mV

300 mV

0.6 V

1 V

1.5 V

11

FISA NR. 3

a)

Frecvenţa

Setata

Tensiunea (~)

setata la aparat

(mV)

setare

SEC/DIV

setare

VOLT/DIV

Semnal obtinut

50 Hz 1

12

b)

Frecvenţa

Setata

Tensiunea (~)

setata la aparat

(V)

setare

SEC/DIV

setare

VOLT/DIV

Semnal obtinut

100 Hz 1

13

c)

Frecvenţa

Setata

Tensiunea (~)

setata la aparat

(mV)

setare

SEC/DIV

setare

VOLT/DIV

Semnal obtinut

4 kHz 2

14

d)

Frecvenţa

Setata

Tensiunea (~)

setata la aparat

(mV)

setare

SEC/DIV

setare

VOLT/DIV

Semnal obtinut

10 kHz 3

15

e)

Frecvenţa

Setata

Tensiunea (~)

setata la aparat

(V)

setare

SEC/DIV

setare

VOLT/DIV

Semnal obtinut

1.5 kHz 4

16

FISA NR. 4

Figura obţinută Frecvenţa generatorului de frecvenţe joase (CH1)

Frecvenţa asteptata a generatorului de sunet

Frecvenţa măsurata a generatorului de sunet

17

5. Teste grille

GO1 Un semnal sinusoidal are amplitudinea de 5 V. Pentru măsurarea tensiunii de la vârf la

vârf cand setarea VOLTS/DIV este 5 pe osciloscop va fi urmatorul număr de diviziuni:

(A) 5

(B) 2,5

(C) 10

(D) 1

Răspuns corect: (D)

GO2 Un semnal sinusoidal are amplitudinea de 10 V. Pentru măsurarea tensiunii de la vârf la

vârf cand setarea VOLTS/DIV este 5 pe osciloscop va fi urmatorul număr de diviziuni:

(A) 2

(B) 2,5

(C) 10

(D) 1

Răspuns corect: (A)

GO3 Un semnal sinusoidal are amplitudinea de 8 V. Pentru măsurarea tensiunii de la vârf la

vârf cand setarea VOLTS/DIV este 2 pe osciloscop va fi urmatorul număr de diviziuni:

(A) 2

(B) 2,5

(C) 4

(D) 1

Răspuns corect: (C)

18

GO4 Un semnal sinusoidal are amplitudinea de 800 mV. La cat este setarea VOLTS/DIV cand

pe osciloscop sunt două diviuni pe axa verticală de la vârf la vârf :

(A) 0,4 V

(B) 0,5 V

(C) 1 V

(D) 8 V

Răspuns corect: (A)

GO5. Setarea VOLTS/DIV este la 2 V, iar pe osciloscop sunt 3 diviziuni pe axa verticală de la

vârf la vârf . Semnalul sinusoidal are amplitudinea:

(A) 6 V

(B) 5 V

(C) 1 V

(D) 3 V

Răspuns corect: (D)

GO6 Un semnal sinusoidal are frecvenţa de 5 Hz. Cand setarea SEC/DIV este 200 ms, pe

osciloscop va fi urmatorul număr de diviziuni pe axa orizontală de la vârf la vârf :

(A) 5

(B) 2,5

(C) 10

(D) 1

Răspuns corect: (H)

GO7 Un semnal sinusoidal are frecvenţa de 100 Hz. Pentru măsurarea perioadei cand setarea

SEC/DIV este 1 ms pe osciloscop va fi urmatorul număr de diviziuni:

(A) 2

(B) 2,5

(C) 10

(D) 1

19

Răspuns corect: (C)

GO8 Un semnal sinusoidal are perioada de 20 ms. Pentru măsurarea frecvenţei cand setarea

SEC/DIV este 1 ms, pe osciloscop va fi urmatorul număr de diviziuni pe axa verticală:

(A) 2

(B) 2,5

(C) 4

(D) 1

(E) Niciuna din situatiile de mai sus

Răspuns corect: (E)

GO10 Modificarea setarii osciloscopului de la 1 SEC/DIV la 5 SEC/DIV va modifica frecvenţa

semnalului de la 1 Hz la:

(A) 5 Hz

(B) 2,5 Hz

(C) 10 Hz

(D) 2 Hz

(E) niciuna din situatiile de mai sus

Răspuns corect: (E)

GO11. Daca setarea VOLTS/DIV este de

0,2 ce amplitudine are semnalul din figura?

(A) 2 V

(B) 300 mV

(C) 10 V

(D) 3 V

Răspuns corect: (B)

20

GO12. Daca setarea VOLTS/DIV

este 10 ce valoarea de la vârf la vârf are semnalul din figura?

(A) 20 V

(B) 200 mV

(C) 2 V

(D) 5 V

Răspuns corect: (A)

GO13. Daca semnalul are 800 mV

de la vârf la ce setare VOLTS/DIV este?

(A) 8 V

(B) 200 mV

(C) 1 V

(D) 0.4 V

Răspuns corect: (D)

GO14. Daca semnalul are 50 Hz la

ce setare SEC/DIV este

osciloscopul?

(A) 1 s

(B) 20 ms

21

(C) 5 s

(D) 100 ms

Răspuns corect: (B)

GO15. Daca setarea VOLTS/DIV este de 2

ce valoare de la vârf la vârf are semnalul

din figura?

(A) 2 V

(B) 300 mV

(C) 6 V

(D) 3 V

Răspuns corect: (C)

22

În tabelul de mai jos sunt figurile Lissanjous obtinute prin conectarea a două semnale

dintre care unul cu frecvenţa cunoscută (pe axa OX) . Determinaţi frecvenţa semnalului

necunoscut de pe axa OY.

Figura Lissanjous Frecvenţa cunoscuta

(Hz)

Frecvenţa

necunoscuta

(raspuns correct)

(Hz)

GO16

30 30

GO17

20 40

GO18

5 15

GO19

10 30

GO20

100 50

23

6. Referinte

Oscilloscope Lab http://www2.hawaii.edu/~jmcfatri/labs/oscilloscope.html