Msurri n Electronic i Telecomunicaii
www.comm.pub.ro
2. Osciloscopul
2.1 Prezentare general
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Prezentare general
Osciloscopul este un instrument avnd ca funcie principal vizualizarea semnalelor electrice n funcie de timp.
Tensiune
Timp
Intensitate
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Prezentare general
Clasificare: Osciloscoape fr memorie, care sunt folosite n
principal pentru vizualizarea semnalelor periodice; Osciloscoape cu memorie, care permit
nregistrarea unui semnal ntr-o singur apariie i memorarea lui pentru a fi vizualizat ulterior.
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Prezentare general
n funcie de modul n care se face prelucrarea semnalelor, osciloscoapele pot fi: analogice (osciloscopul clasic); digitale - semnalul este digitizat (transformat n
form numeric), iar apoi poate fi stocat, prelucrat, afiat.
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
www.comm.pub.ro
2. Osciloscopul
2.2 Schema bloc general
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului
Canal Y
Sistem de sincronizare i baz de
timp
Sistem de afiaj
YA
YB
TRG EXT
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului
Sincronizarea imaginii
Imagine nesincronizat Imagine sincronizat
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
www.comm.pub.ro
2. Osciloscopul
2.3 Osciloscopul analogic
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Osciloscopul analogic
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului analogic
BT
TRG EXT
Tub catodic TK
Canal X
Canal Y YA YB
PAX
ADX
X EXT
Z EXT AZ CS Surse i alimentare TK
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Tubul catodic
Zona de postaccelerare
A1 A2 A3 DY
Tun electronic
Zona de focalizare
Zona de deflexie
APA
F
DX
K G
P
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Deflexia pe vertical
Funcionarea sistemului de deflexie se bazeaz pe micarea electronului n cmp electrostatic.
ham.elcom.pub.ro/metc comm.pub.ro/preda/metc Moodle (platforma veche)
d
uy
l L
y(l+L)
Ey
z
y
( )2
22y
z
Uq zy zm d v
=
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Deflexia pe vertical
Sensibilitatea sistemului de deflexie pe vectical.
0 2y AClLS
dU( )
0yy
y l LS
U+
=
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Deflexia pe vertical
Mrirea raportului l /d ar fi o cale pentru mrirea sensibilitii. Apare ns pericolul ca electronii sa loveasc plcile de deflexie. Aceast situaie se poate evita prin modificarea formei plcilor:
0 2y AClLS
dU
poligonale trapezoidale paraboidale
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Osciloscopul analogic
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Ecranul
Ecranul este format din stratul luminiscent P, din fosfor, depus pe faa interioar a tubului.
Transform energia cinetic a electronilor n energie luminoas cu un randament ct mai bun.
Fenomenele care stau la baza funcionrii ecranului: Fluorescen emisie luminoas pe durata bombardrii
cu electroni; Fosforescen emisie luminoas care continu dup
ncetarea bombardamentului cu electroni.
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Ecranul
Persistena imaginii intervalul de timp n care luminozitatea scade de la 90% la 10% din cea iniial dup terminarea bombardamentului cu electroni. Persisten redus (sub 1 ms) fosfor P11 (culoare
albastr); Persisten medie (1ms 2s) fosfor P31 (culoare
galben verzuie) foarte frecvent la osciloscoape; Persisten mare (mai mare de 2 ms) fosfor P33
(culoare oranj) pentru radare, analizoare de spectru.
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Graticula (caroiajul)
Gril gradat n diviziuni i subdiviziuni, pe orizontal i pe vertical.
n mod frecvent, sunt: Nx=10 diviziuni pe orizontal Ny= 8 diviziuni pe vertical.
Graticula poate fi: Intern - zgriat pe sticla ecranului Extern - realizat pe o plac de plexiglas plasat n
faa ecranului.
T
e
n
s
i
u
n
e
Timp
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului analogic
BT
TRG EXT
Tub catodic TK
Canal X
Canal Y YA YB
PAX
ADX
X EXT
Z EXT AZ CS Surse i alimentare TK
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului analogic
Canalul X (baza de timp) pe plcile de deflexie orizontal, n modul y(t), trebuie
aplicat un semnal care s asigure deplasarea pe orizontal a spotului cu vitez constant deoarece se dorete s se msoare timpul.
se aplic o tensiune liniar variabil (cresctoare), pe durata unei curse directe, generat de baza de timp (BT).
t
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului analogic
Canalul X (baza de timp) O alt funciune a bazei de timp const n generarea
unui semnal care s asigure stingerea spotului pe durata cursei inverse (ntoarcerea spotului).
t
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului analogic
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului analogic
Amplificatorul deflexiei pe orizontal (ADX) preia semnalul dat de BT n modul de lucru Y(t) sau semnalul dat de un preamplificator (PAX)
n cazul cnd se lucreaz n modul Y(X).
BT Canal X
PAX
ADX
X EXT
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului analogic
Amplificatorul de luminozitate (AZ) Permite controlul strlucirii imaginii vizualizate prin
reglarea tensiunii aplicate grilei tubului catodic.
Circuitele de control al strlucirii (CS) stingerea spotului pe durata cursei inverse, utiliznd
semnalul furnizat de BT. posibilitatea controlului strlucirii
prin intermediul unui semnal extern, aplicat la borna
Rolul CS const n combinarea celor dou tipuri de semnale.
BT
Z EXT AZ CS
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului analogic
EXEMPLU: pe intrarea Z se aplic un semnal dreptunghiular, iar semnalul vizualizat este de tip sinusoidal
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
www.comm.pub.ro
2. Osciloscopul
2.4 Schema bloc a osciloscopului digital
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului digital
TS
CS
Sistem de sincronizare i baz de timp
Calculator
YA
YB
TRG EXT
E/M CAN
Monitor LCD
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Schema bloc a osciloscopului digital
Blocul de eantionare/memorare (E/M).
TS
t
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Digitizarea semnalului
0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000
UM
-UM
0000 0010 0100 0101 0110 0111 0110 0101
Pas de cuantizare
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
www.comm.pub.ro
2. Osciloscopul
2.5 Canalul Y
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Rolul i funciunile canalului Y
asigur impedana de intrare de valoare ridicat realizeaz amplificarea n tensiune pentru
sistemul de deflexie (osciloscopul analogic) sistemul de conversie CAN (osciloscopul numeric);
amplificarea este calibrat; trecerea de la intrarea nesimetric i ieirea simetric; asigur protecia la supratensiuni; extragerea semnalului pentru sincronizare intern; reglaje i selecii, urmrind vizualizarea i ncadrarea
convenabil n ecran a imaginii.
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Reglaje i selecii n canalul Y
Selecia modului de cuplaj al semnalului de intrare (Coupling) Cuplaj n curent continuu (DC) Cuplaj n curent alternativ (AC) Conectarea la mas a intrrii (GND ground)
a) DC
Uc componenta continu
b) AC
c) GND
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Reglaje i selecii n canalul Y
Coeficientul de deflexie pe vertical reprezint raportul dintre tensiunea Uy aplicat la
intrarea Y i deviaia rezultat a spotului, exprimat prin numrul de diviziuni Ny
Valorile calibrate ntlnite la majoritatea osciloscoapelor sunt:
Cy=5-10-20-50-100-200-500 mV/div, 1-2-5 V/div.
yy
y
UC
N=
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Reglaje i selecii n canalul Y
Exemplu: pentru Cy = 1V/div rezult amplitudinea semnalului de 1,5V suprapus peste o tensiune continu Uc = 2,5V
a) CC
Uc componenta continu
b) CA
c) GND
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Reglaje i selecii n canalul Y
Coeficientul de deflexie pe vertical Exist posibilitatea reglrii continue a coeficientului de
deflexie pe vertical de exemplu: cnd dorim s ncadrm o imagine
ntre anumite gradaii ale scrii gradate. Atenie! Dac utilizm reglajul continuu, nu mai
putem citi nivele de tensiune pe gradaia ecranului. n cazul osciloscoapelor numerice, scrile calibrate
pot fi uneori mai dese, Reglajul continuu poate fi nlocuit cu unul fin (n
trepte foarte dese, de exemplu 1 : 1,1 : 1,2 : etc.)
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Reglaje i selecii n canalul Y
Poziia (deplasarea) pe vertical a imaginii -POZ Y Utilizarea acestui reglaj este
echivalent cu suprapunerea unei tensiuni continue peste semnalul msurat.
Acest fapt poate s conduc la erori n msurarea tensiunilor continue suprapuse peste semnal.
Pentru a le evita este indicat ca mai nainte de efectuarea msurtorii s se verifice i eventual s se ajusteze n mod convenabil poziia spotului pe ecran, cu comutatorul modurilor de cuplaj pe poziia GND.
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Reglaje i selecii n canalul Y
Selecia polaritii imaginii +/ Permite vizualizarea semnalului y sau y
Selecia modului de vizualizare simultan a semnalelor de pe cele dou (sau mai multe) intrri. Pentru un osciloscop cu dou canale avem opiunile: CH1 (numai semnalul YA); CH2 (numai semnalul YB); ALT (ambele semnale, n modul alternat); CHOP (ambele semnale, n modul comutat); ADD (suma canalelor de pe cele dou canale, sau diferena lor,
dac polaritatea unuia este inversat).
Msurri n Electronic i Telecomunicaii
Caracteristici i performane ale canalului Y
Sensibilitatea osciloscopului Poate fi caracterizat prin inversul coeficientului de
deflexie pe vertical minim, Cym. Pentru osciloscoapele obinuite = 5 sau 10 mV/div. Limitarea inferioar este cauzat de existena
zgomotului, inerent oricrui circuit electric. Pentru trepte mai coborte, (1 sau 2 mV/div), acestea
se realizeaz cu preul reducerii lrgimii de band a osciloscopului (de exemplu la 5-10 MHz) pe acele trepte, prin introducerea unui filtru trece jos, care limiteaz puterea zgomotului.