Măsurări electrice și electronice 1 - laborator 1 - generarea și vizualizarea semnalelor

Generarea si vizualizarea semnalelor

Scop: Familiarizarea cu functiile de baza ale unui osciloscop si generator de semnal.

Masurarea amplitudinilor si perioadelor. Studiul sincronizarii.

Breviar teoretic

Osciloscopul este un aparat care permite vizualizarea (afisarea) valorii instantanee a unei tensiuni v(t) în functie de timp si masuratori cantitative de tensiune si timp pe aceasta forma de unda, având astfel largi aplicatii în analiza semnalelor electrice, iar prin convertoare adecvate marime/tensiune si în domeniul masurarilor neelectrice (de exemplu optice).

În lucrare se studiaza osciloscopul digital Tektronix TDS1001, descrierea care urmeaza fiind legata de acest model.

Moduri de lucru si reglaje

a) modul y(t): in acest caz, la intrarea Y se aplica o tensiune, si imaginea reprezinta evolutia in timp a tensiunii.

Pe orizontala, blocul care asigura „desfasurarea” imaginii se numeste baza de timp; durata corespunzatoare lungimii unei diviziuni de pe ecran este reglabila din exterior din butonul Cx (coeficient de deflexie pe orizontala). Acesta este gradat in unitati de timp per diviziune. Este valabila urmatoarea relatie dintre numarul de diviziuni ocupate de un eveniment oarecare si timp:

Tx = Nx Cx

Exemplu: O perioada a unei sinusoide ocupa pe ecran 4.2 diviziuni pe orizontala, si baza de timp este pe pozitia Cx=5ms/div. Perioada semnalului sinsoidal este Tx = 4.2 div * 5ms/div = 21ms.

Pe verticala se aplica tensiunea Uy de pe borna exterioara Y. Similar cu citirea pe X, se poate citi valoarea unei tensiuni Uy care ocupa Ny diviziuni verticale pe ecran cu relatia:

Uy = Ny Cy

Cy se numeste coeficient de deflexie pe verticala.

Valorile Cx, Cy se numesc calibrate si sunt de forma standard {1,2,5}*10+/-K . Atunci cind nu se doreste citirea valorilor tensiunilor pe ecran prin numararea diviziunilor, ci incadrarea semnalului intre anumite limite in scopul observarii, fotografierii sau tiparirii ecranului, se poate trece Cy la valori necalibrate (VOLTS/DIV in varianta COARSE sau FINE). La unele osciloscoape se poate rega fin si Cx, dar de obicei in acest caz nu se mai poate citi valoarea sa.

b) modul y(x): in acest caz se aplica din exterior tensiunile ux si uy. Baza de timp nu mai este folosita, osciloscopul fiind trecut pe pozitia XY.

Daca cele doua semnale sunt periodice, cu Ty=MT0 si Tx=NT0 (M,N întregi), la intervale T=MNT0, ux(kT) si uy(kT) au aceleasi valori (k întreg), deci si Dy si Dx. Prin urmare, spotul descrie o curba închisa, numita figura Lissajous (figura 3).

Sincronizarea osciloscopului. O imagine stabila pe ecanul osciloscopului se numeste sincronizata (triggered). Semnificatia fizica este urmatoarea: atunci cind 2 afisari succesive ale unui semnal periodic se fac incepind cu acelasi moment de timp (relativ la perioada), cele 2 afisari se vor suprapune perfect, si la fel afisarile perioadelor ulterioare, ochiul percepind o singura imagine stabila (desi, de fapt, avem in permanenta o noua imagine suprapunindu-se peste precedenta). Un exemplu in cazul afisarii unui front crescator este dat in figura (b). Daca insa fiecare afisare preia semnalul din alt moment de timp, imaginile vor diferi, si ochiul va percepe mai multe imagini diferite si suprapuse - figura (a). In acest caz imaginea se numeste nesincronizata (untriggered).

Figura 2

Pentru a obtine o imagine sincronizata se selecteaza un nivel (level) si o panta (slope) de unde se doreste sa inceapa afisarea imaginii. Acestea reprezinta reglajele de sincronizare.

Exemplu: fie sinusoida de perioada T din figura, de amplitudine 3V, reglaj Cy = 1V/div. Se alege nivelul triggerului 1.5V, pe front crescator. Aceasta conditie de trigger apare o data pe perioada si corespunde momentelor 1,2,3,4 de pe figura 3. Primul trigger (1) determina inceputul afisarii imaginii. Cit de mult din imagine se afiseaza depinde de relatia dintre T si Cx dar nu este esential in aceasta discutie. Important de observat este ca, pina ce nu se parcurg toate cele 10 diviziuni pe orizontala (timpul 10Cx), triggerul este inactiv. Astfel, la momentul (2) nu incepe o noua afisare, intrucit nu s-a terminat afisarea curenta (se observa ca ne aflam doar la 6.2 diviziuni din 10). Dupa ce s-a terminat de afisat imaginea (portiunea ingrosata), urmeaza un timp t1 in care osciloscopul nu afiseaza nimic si asteapta un nou trigger. Acesta vine la momentul (3) si procesul se repeta. Se observa ca imaginea 2 este identica cu imaginea 1, adica este sincronizata.