 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ZmiĹme se nynĂ o pĹĂstroji, kterĂ˝ patĹĂ ve vĂ˝bavÄ elektronickĂŠ laboratoĹe k zĂĄkladnĂm pĹĂstrojĹŻm. Je to analogovĂ˝ osciloskop. VĂ˝voj osciloskopu proĹĄel nÄkolika stadii od ÄistÄ elektronkovĂŠho pĹĂstroje, pĹes kombinaci elektronek a polovodiÄovĂ˝ch prvkĹŻ aĹž ke dneĹĄnĂm konstrukcĂm, kde jedinou vakuovou souÄĂĄstkou je obrazovka. Je dnes moĹžnĂŠ poĹĂdit si doplnÄk k osobnĂmu poÄĂtaÄi, kterĂ˝m si mĹŻĹžeme poÄĂtaÄ pĹevĂŠst na jednoduchĂ˝ osciloskop (tento pĹĂdavek ale nepracuje analogovÄ, ale na principu vzorkovĂĄnĂ napÄtĂ, kterĂ˝ si vysvÄtlĂme nĂĹže), kterĂ˝m mĹŻĹžeme studentĹŻm gymnasia pĹedvĂŠst napĹ. prĹŻbÄh stĹĂdavĂŠho proudu po usmÄrnÄnĂ, akustickĂ˝ signĂĄl, fĂĄzovĂŠ vztahy mezi napÄtĂmi apod. Jedinou limitacĂ je ĹĄĂĹka pĂĄsma, kterĂĄ u tÄchto doplĹkovĂ˝ch zaĹĂzenĂ nepĹesahuje nÄkolik desĂtek kHz. VĂ˝bÄr vhodnĂŠho modelu ponechĂĄm na vaĹĄĂ volbÄ, zde si vysvÄtlĂme jen principiĂĄlnÄ, co analogovĂ˝ osciloskop obsahuje a jak se mĹŻĹže pouĹžĂt k mÄĹenĂ.
BlokovĂŠ schĂŠma osciloskopu vidĂme na obrĂĄzku 2.6. ZĂĄkladnĂ souÄĂĄstkou je obrazovka s elektrostatickĂ˝m vychylovĂĄnĂm elektronovĂŠho paprsku. ElektrostatickĂŠ vychylovĂĄnĂ je pouĹžito proto, aby bylo vychylovĂĄnĂ rychlĂŠ, souÄasnĂŠ ĹĄpiÄkovĂŠ analogovĂŠ osciloskopy v tzv. reĂĄlnĂŠm Äase pracujĂ do kmitoÄtu 1 GHz a vychylovĂĄnĂ paprsku to âmusĂ stihnoutâ. NevĂ˝hodou elektrostatickĂŠho vychylovĂĄnĂ oproti magnetickĂŠmu, pouĹžitĂŠmu napĹ. v televizorech, je nutnost vÄtĹĄĂho napÄtĂ na vychylovacĂch elektrodĂĄch a nemoĹžnost tak velkĂŠho vychylovacĂho Ăşhlu (u ÄernobĂlĂ˝ch televiznĂch obrazovek bÄĹžnÄ 110° u barevnĂ˝ch bÄĹžnÄ 90°). OsciloskopickĂŠ obrazovky jsou proto mnohem delĹĄĂ (vzhledem k velikosti stĂnĂtka) neĹž televiznĂ. PodobnÄ jako televiznĂ obrazovka potĹebuje osciloskopickĂĄ obrazovka ĹžhavenĂ katody, ostĹicĂ elektrody a zdroj vysokĂŠho napÄtĂ na urychlenĂ elektronovĂŠho paprsku, aby po dopadu na luminofor, nanesenĂ˝ z vnitĹnĂ strany stĂnĂtka, vytvoĹil svĂtĂcĂ stopu. Obrazovka osciloskopu mĂĄ dva vychylovacĂ systĂŠmy, pro osu x a pro osu y. Na oba tyto vychylovacĂ systĂŠmy se pĹivĂĄdĂ zesĂlenĂŠ napÄtĂ ze zesilovaÄe pro osu x a pro osu y. Na vstup zesilovaÄe pro osu x je navĂc moĹžnĂŠ pĹipojit vnitĹnĂ generĂĄtor lineĂĄrnÄ vzrĹŻstajĂcĂho napÄtĂ ve tvaru zubu pily, kterĂŠ pak mĹŻĹže rozmĂtat elektronovĂ˝ paprsek podĂŠl osy x (zleva doprava, pĹi zpÄtnĂŠm bÄhu je elektronovĂ˝ paprsek zatemnÄn). ZesĂlenĂ jak vertikĂĄlnĂho zesilovaÄe (pro osu y), tak horizontĂĄlnĂho zesilovaÄe (pro osu x) je moĹžnĂŠ mÄnit a navĂc je moĹžnĂŠ mÄnit rychlost vzrĹŻstu pilovitĂŠho napÄtĂ pouĹžĂvanĂŠho na rozmĂtĂĄnĂ v ose x a tak mÄnit ÄasovĂŠ mÄĹĂtko rozmĂtĂĄnĂ; proto se generĂĄtoru pilovitĂŠho napÄtĂ ĹĂkĂĄ ÄasovĂĄ zĂĄkladna osciloskopu. PĹivĂĄdĂme-li na vertikĂĄlnĂ zesilovaÄ ĹeknÄme sinusovĂŠ napÄtĂ, musĂme start generĂĄtoru pilovitĂŠho napÄtĂ synchronizovat tak, aby tento generĂĄtor startoval vĹždy v definovanĂŠ fĂĄzi sinusovĂŠho signĂĄlu pĹivĂĄdÄnĂŠho na osu y; jinak neuvidĂme na obrazovce osciloskopu sinusovku, ale mnoho sinusovek pĹeloĹženĂ˝ch pĹes sebe, protoĹže kaĹždĂ˝ probÄh ÄasovĂŠ zĂĄkladny zobrazĂ sinusovku pĹiloĹženĂŠho napÄtĂ s jinou poÄĂĄteÄnĂ fĂĄzĂ. VĂ˝sledkem bez synchronizace ÄasovĂŠ zĂĄkladny je tedy zelenĂ˝ ĹĄirokĂ˝ pruh na obrazovce, jehoĹž výťka je rovna dvojnĂĄsobnĂŠ amplitudÄ sinusovĂŠho signĂĄlu (to se nÄkdy hodĂ, chceme-li napĹ. prĂĄvÄ tuto veliÄinu mÄĹit, ale obvykle to je neŞådoucĂ). KaĹždĂ˝ generĂĄtor ÄasovĂŠ zĂĄkladny osciloskopu mĂĄ proto moĹžnost pĹivedenĂ synchronizaÄnĂho napÄtĂ, tj. napÄtĂ, kterĂŠ mĹŻĹže urychlit nebo opozdit start generĂĄtoru ÄasovĂŠ zĂĄkladny. VÄtĹĄina generĂĄtorĹŻ ÄasovĂŠ zĂĄkladny mĂĄ rovnÄĹž moĹžnost tzv. spouĹĄtÄnĂ, tj. funkce, kdy generĂĄtor ÄasovĂŠ zĂĄkladny ÄekĂĄ na to, aĹž napÄtĂ na synchronizaÄnĂm vstupu dosĂĄhne urÄitĂŠ (na pĹednĂm panelu osciloskopu nastavitelnĂŠ) ĂşrovnÄ a pak teprve spustĂ generaci pilovitĂŠho napÄtĂ. ReĹžim synchronizace se obvykle na panelu osciloskopu oznaÄuje jako âAutoâ, reĹžim spouĹĄtÄnĂ jako âNormâ. Snadno poznĂĄte, ve kterĂŠm reĹžimu osciloskop pracuje, kdyĹž odejmete synchronizaÄnĂ signĂĄl; v reĹžimu âAutoâ zĹŻstane na obrazovce stopa paprsku, v reĹžimu âNormâ stopa zmizĂ, protoĹže generĂĄtor ÄasovĂŠ zĂĄkladny ÄekĂĄ na spouĹĄtÄcĂ signĂĄl. SynchronizaÄnĂ signĂĄl je moĹžnĂŠ brĂĄt (volĂ se pĹepĂnaÄem na panelu osciloskopu) buÄ ze zobrazovanĂŠho signĂĄlu, to je tzv. vnitĹnĂ synchronizace, nebo je moĹžnĂŠ na zvlĂĄĹĄtnĂ vstup osciloskopu, oznaÄenĂ˝ jako Ext. trigger, pĹivĂŠst vhodnĂŠ synchronizaÄnĂ napÄtĂ. PĹepĂnaÄ mezi tÄmito dvÄma mĂłdy mĂĄ obvykle jeĹĄtÄ dvÄ polohy, jednu pro synchronizaci sĂĹĽovĂ˝m kmitoÄtem (line) a druhou pro pĹepnutĂ na provoz x-y, tj. s odpojenou Äasovou zĂĄkladnou. V tomto reĹžimu je napĹ. moĹžnĂŠ vyzkouĹĄet si tvorbu LissajousovĂ˝ch obrazcĹŻ.
NaprostĂĄ vÄtĹĄina osciloskopĹŻ je vybavena jeĹĄtÄ pĹepĂnaÄem dvou vertikĂĄlnĂch signĂĄlĹŻ, oznaÄenĂ˝ch jako kanĂĄl A a kanĂĄl B nebo obdobnÄ. PĹepĂnĂĄnĂ mezi kanĂĄly je moĹžnĂŠ volit buÄ nezĂĄvislĂŠ na ÄasovĂŠ zĂĄkladnÄ (frekvence pĹepĂnĂĄnĂ mezi kanĂĄly je cca 100 kHz), nebo ĹĂzenĂŠ Äasovou zĂĄkladnou tak, Ĺže pro jeden odbÄh je pĹipnut vstup jednoho kanĂĄlu a pro druhĂ˝ odbÄh vstup druhĂŠho kanĂĄlu atd. RovnÄĹž je moĹžnĂŠ zobrazovat jen jeden z kanĂĄlĹŻ (A nebo B) anebo oba kanĂĄly algebraicky seÄĂst a to oba buÄ s kladnĂ˝m znamĂŠnkem, nebo jeden z kanĂĄlĹŻ invertovat a zobrazit tedy rozdĂl obou kanĂĄlĹŻ. Tento reĹžim odeÄĂtĂĄnĂ je vhodnĂ˝ tehdy, je-li na uĹžiteÄnĂŠm signĂĄlu napĹ. sĂĹĽovĂ˝ brum, kterĂ˝ mĹŻĹžeme simulovat, pĹivĂŠst na druhĂ˝ kanĂĄl a pak odeÄĂst; mnohdy se tĂm vylepĹĄĂ pomÄr signĂĄl-brum na zobrazenĂŠ stopÄ.
VÄtĹĄina osciloskopĹŻ dĂĄle mĂvĂĄ tzv. Z vstup, neboli vstup pro jasovou modulaci stopy. Tento vstup vÄtĹĄinou bĂ˝vĂĄ ze zadnĂ strany osciloskopu. PĹivedenĂm napÄtĂ na tento vstup je moĹžnĂŠ zeslabovat jas paprsku aĹž k ĂşplnĂŠmu zatemnÄnĂ stopy. To je vhodnĂŠ napĹĂklad pro zobrazenĂ rĹŻznĂ˝ch kalibraÄnĂch znaÄek na zobrazovanĂŠm prĹŻbÄhu, nebo mĹŻĹžeme jasem simulovat amplitudu tĹetĂho signĂĄlu a zobrazit tak na obrazovce osciloskopu tĹĂrozmÄrnĂ˝ obraz, kde tĹetĂ rozmÄr bude dĂĄn jasem paprsku.
ModernĂ osciloskopy majĂ Ĺadu dalĹĄĂch vylepĹĄenĂ jako napĹĂklad zobrazenĂ nastavenĂ vertikĂĄlnĂho zesĂlenĂ obou kanĂĄlĹŻ a rychlosti ÄasovĂŠ zĂĄkladny na obrazovce osciloskopu, vestavÄnĂ˝ multimetr, kterĂ˝m je moĹžnĂŠ mÄĹit napÄtĂ napĹ. mezi ĹĄpiÄkami zobrazovanĂŠho prĹŻbÄhu, nebo i mezi manuĂĄlnÄ nastavenĂ˝mi znaÄkami. DĂĄle mĂvajĂ osciloskopy vestavÄnĂ˝ ÄitaÄ, kterĂ˝m se mĹŻĹže mÄĹit kmitoÄet zobrazovanĂŠho prĹŻbÄhu. Displeje jak multimetru tak ÄitaÄe se zobrazujĂ na obrazovku osciloskopu. Velmi zajĂmavĂĄ moĹžnost nÄkterĂ˝ch osciloskopĹŻ je tzv. hardcopy obrazovky, kdy pĹes jedno ze standardnĂch rozhranĂ, napĹ. sĂŠriovĂŠ nebo paralelnĂ nebo GPIB je moĹžnĂŠ obrĂĄzek na obrazovce vytisknout na tiskĂĄrnÄ, nebo uschovat na pevnĂ˝ disk poÄĂtaÄe ve standardnĂm obrĂĄzkovĂŠm formĂĄtu, kterĂ˝ se pak dĂĄ zpracovĂĄvat programy umoĹžĹujĂcĂmi zĂĄsahy do obrazu (napĹ. Corel Draw).
Z hlediska pouĹžitĂ osciloskopu k mÄĹenĂ je tĹeba vÄdÄt, Ĺže kaĹždĂ˝ osciloskop mĂĄ volbu stejnosmÄrnĂŠho nebo stĹĂdavĂŠho vstupu. PĹi volbÄ stejnosmÄrnĂŠho vstupu je moĹžnĂŠ ze zmÄny polohy stopy na obrazovce mÄĹit stejnosmÄrnĂĄ napÄtĂ, volbou stĹĂdavĂŠho vstupu je moĹžnĂŠ mÄĹit malĂĄ stĹĂdavĂĄ napÄtĂ se stejnosmÄrnou sloĹžkou pĹevyĹĄujĂcĂ jejich amplitudu (napĹ. kdyĹž dobĹe vyfiltrujeme usmÄrnÄnĂŠ napÄtĂ, budeme mĂt na vĂ˝stupu filtru napÄtĂ se stejnosmÄrnou sloĹžkou ĹĂĄdovÄ volty a se zvlnÄnĂm ĹĂĄdovÄ milivolty; abychom mohli provĂŠst mÄĹenĂ zvlnÄnĂ, je nutnĂŠ stejnosmÄrnou sloĹžku oddÄlit, tj. pĹepnout vstup na stĹĂdavĂ˝ - tĂm se do sĂŠrie zaĹadĂ kondenzĂĄtor, kterĂ˝ ss sloĹžku oddÄlĂ). VstupnĂ odpor vertikĂĄlnĂch zesilovaÄĹŻ bĂ˝vĂĄ standardnÄ 1 MW s paralelnĂ kapacitou 20-30 pF. KdyĹž potĹebujeme vyĹĄĹĄĂ vstupnĂ odpor, mĹŻĹžeme pouĹžĂt pasivnĂ nebo aktivnĂ mÄĹicĂ sondy. PasivnĂ sonda je v podstatÄ frekvenÄnÄ kompenzovanĂ˝ dÄliÄ napÄtĂ 1:10. JistÄ byste dovedli spoÄĂtat, Ĺže sĂŠriovĂ˝ odpor dÄliÄe musĂ mĂt v tomto pĹĂpadÄ hodnotu 9 MW , nikoliv 10 MW , to bychom dostali dÄliÄ 1:11. ZtratĂme tedy na citlivosti (nastavenĂŠ rozsahy budou mĂt 10x menĹĄĂ citlivost), avĹĄak zĂskĂĄme na vstupnĂm odporu, kterĂ˝ bude 10 MW . AktivnĂ sonda obsahuje napÄĹĽovĂ˝ sledovaÄ obvykle s tranzistory ĹĂzenĂ˝mi polem, takĹže dosahuje vysokĂŠho vstupnĂho odporu bez snĂĹženĂ citlivosti vstupu; napĂĄjenĂ si bere z osciloskopu, takĹže obvykle se pĹipojuje dvÄma konektory.
I kdyĹž pouĹžijeme sondu s dÄliÄem 1:10 neznamenĂĄ to, Ĺže k nĂ mĹŻĹžeme pĹipojit 10x vÄtĹĄĂ napÄtĂ neĹž na vstup osciloskopu. MaximĂĄlnĂ povolenĂŠ napÄtĂ, jakĂŠ mĹŻĹžeme pĹipojit na vstup osciloskopu pĹĂmo, bez sondy, si pĹeÄteme buÄ v nĂĄvodu, nebo (u novÄjĹĄĂch osciloskopĹŻ) pĹĂmo u vstupnĂho konektoru. BĂ˝vĂĄ to napÄtĂ v ĹĂĄdu nÄkolika set voltĹŻ. PasivnĂ vstupnĂ sondu pouĹžĂvĂĄme zejmĂŠna proto, abychom zmenĹĄili kapacitnĂ zatĂĹženĂ zdroje signĂĄlu, nenĂ tedy nikdy konstruovĂĄna na napÄtĂ jednoho nebo dokonce nÄkolika kV! Abychom mohli mÄĹit osciloskopem i takovĂĄto vysokĂĄ napÄtĂ v ĹĂĄdu kV, potĹebujeme tzv. vysokonapÄĹĽovou vstupnĂ sondu, obvykle s dÄlicĂm pomÄrem 1:100, kterĂĄ je na vyĹĄĹĄĂ napÄtĂ konstruovanĂĄ, tj. jejĂ sĂŠriovĂ˝ odpor snese vysokĂŠ napÄtĂ; bĂ˝vĂĄ rovnÄĹž mechanicky bytelnÄji provedenĂĄ, aby pracovnĂk i intuitivnÄ vycĂtil, Ĺže pracuje s vyĹĄĹĄĂm napÄtĂm, neĹž je v elektronickĂ˝ch zaĹĂzenĂch bÄĹžnĂŠ.
Aby bylo moĹžnĂŠ provÄĹit, Ĺže citlivost vertikĂĄlnĂch zesilovaÄĹŻ se nezmÄnila, bĂ˝vajĂ osciloskopy vybaveny zdrojem kalibraÄnĂho obdĂŠlnĂkovĂŠho napÄtĂ o pĹesnĂŠ stabilizovanĂŠ amplitudÄ, napĹ. 0,2 V. ZmÄĹĂme-li tento prĹŻbÄh pomocĂ osciloskopu, ovÄĹĂme si, zda vertikĂĄlnĂ zesilovaÄ mĂĄ sprĂĄvnĂŠ zesĂlenĂ.
Osciloskop je velmi universĂĄlnĂ mÄĹicĂ pĹĂstroj a velmi Äasto vystaÄĂme jen s nĂm, tj. nepotĹebujeme ŞådnĂ˝ jinĂ˝ pĹĂstroj. Je proto vhodnĂŠ se s nĂm dostateÄnÄ seznĂĄmit, aby byl naĹĄĂm pomocnĂkem a ne noÄnĂ mĹŻrou.
PĹĂdavky pro âpromÄnuâ osobnĂho poÄĂtaÄe na osciloskop pracujĂ ponÄkud jinĂ˝m zpĹŻsobem. ProtoĹže poÄĂtaÄ je schopen zobrazovat graficky na monitoru ÄĂslicovÄ zadanou funkci, je nutnĂŠ nejprve digitalizovat prĹŻbÄh, kterĂ˝ chceme na monitoru zobrazovat, a to prĂĄvÄ pĹĂsluĹĄnĂĄ krabiÄka nebo deska vloĹženĂĄ do poÄĂtaÄe provĂĄdĂ. Vzorkuje mÄĹenĂŠ napÄtĂ s urÄitou frekvencĂ, kterĂŠ je schopna, obvykle je to frekvence okolo 30-100 kHz, a tyto vzorky pĹevĂĄdĂ na ÄĂsla, obvyklĂĄ pĹesnost je 8 nebo 12 bitĹŻ na jeden vzorek. Tato ÄĂsla se pak jako tabulkou zadanĂĄ funkce zobrazujĂ na obrazovce monitoru poÄĂtaÄe, chytĹejĹĄĂ programy mohou i mezi jednotlivĂ˝mi body interpolovat. ZobrazenĂ tedy nenĂ v reĂĄlnĂŠm Äase, zobrazujĂ se vzorky napÄtĂ, ale tvar prĹŻbÄhu je stejnĂ˝, jako je na vstupu zaĹĂzenĂ, takĹže je moĹžnĂŠ pozorovĂĄnĂ tvaru prĹŻbÄhu, mÄĹenĂ amplitud a Äasu, fĂĄzĂ apod. Vzhledem k tomu, Ĺže na ĹĄkole budete v dneĹĄnĂ dobÄ mĂt spĂĹĄ osobnĂ poÄĂtaÄ neĹž osciloskop, je moĹžnĂŠ tento doplnÄk jen doporuÄit. V souÄasnĂŠ dobÄ je k dostĂĄnĂ i kompletnĂ mÄĹicĂ sestava vÄetnÄ potĹebnĂ˝ch senzorĹŻ a nĂĄpadĹŻ k pokusĹŻm, zvanĂĄ ISES.
|
|
|
|
|
|
|
|
|