Osciloskop

Osciloskop je měřicí přístroj, který nejenom měří elektrické napětí, ale zobrazuje i jeho průběh v časovém úseku. Zapojuje se do obvodu jako voltmetr – paralelně k měřeným bodům. Z toho plyne požadavek na velký vstupní odpor, většinou 1 MΩ a malou kapacitu, do 30 pF. Měřený děj je zobrazovaný na stínítku obrazovky. Výška stopy – amplituda – informuje o napětí, vodorovně lze odečíst čas a z něho vypočítat kmitočet.

Osciloskopy rozlišujeme analogové a digitální na jednokanálové a vícekanálové. Pro jednoduché měření se častěji používají osciloskopy analogové. Zobrazují sice méně informací, jsou ale levnější a mají jednodušší ovládání. Pro začínající jsou zcela dostačující.

Ovládací prvky analogových osciloskopů jsou u různých typů v podstatě shodné. Dvou- a vícekanálové osciloskopy mají ovládání vstupů Y pro každý kanál zvlášť, časová základna je společná. Obrazovka je rozdělená ryskami na čtverce – rastr. Počet čtverců nemusí být u různých výrobců stejný. Závisí také na velikosti přístroje. Střední osy rastru, vodorovná i svislá, jsou rozdělené ještě po ¹/₅. Tím se zvyšuje rozlišitelnost průběhu stopy na rastru. Přesnost měření je nejvíce ovlivněna schopností lidského oka rozeznat děj na obrazovce.

Pro kontrolu přístroje používáme výstup kalibračního signálu. Většinou má obdélníkový průběh, na kterém nejsnadněji rozlišíme chyby. Kmitočet bývá 1 kHz a napětí 0,5 V. Zkušební signál pomocí sondy přivedeme na vstup Y. Nastavíme vstupní vazbu DC - stejnosměrný režim a interní synchronizaci časové základny – INT. Pracovní režim časové základny do polohy AUTO. Přepínači rozsahů napěťového vstupu a časové základny nastavíme optimální velikost děje na stínítku obrazovky. Nejvýhodnější je cca 75 % využití rastru vodorovně a svisle. Abychom mohli odečíst z obrazovky hodnoty napětí a času je důležité potenciometry pro změnu citlivosti nastavit do polohy CAL. Stopa na stínítku by měla odpovídat kalibračnímu signálu.

Vzor čelního panelu:

Příklady měření: ( znázornění měřených veličin a jejich vztahy )

Na rastru rozlišujeme:  

                                                                                                                             1

- vodorovně – osa X – čas T pro 1 kmit (periodu), kmitočet vypočítáme f = ——— [s, Hz]

                                                                                                                            T

- svisle – osa Y – napětí U_MV, tzv. mezivrcholovou hodnotu (amplitudu).

Pro měření sinusového signálu nastavíme:

vstupní vazbu – AC, synchronizaci INT, +, režim časové základny AUTO. Chceme-li odečíst hodnoty z obrazovky, nastavíme potenciometry citlivosti do polohy CAL. Vhodným posuvem stopy vertikálně a horizontálně umístíme sinusovku na rastr a odečteme délku a výšku periody. Přepočítáme zjištěné dílky a ¹/₅ dílků na hodnoty U_MV a T.

Poloviční hodnota, odvozená z U_MV se značí U_MAX a projeví se hlavně po usměrnění střídavého napětí.

Multimetry přepnuté na střídavé rozsahy měří hodnotu střední nebo efektivní. Efektivní hodnotu U_EF lze vypočítat z průběhu sinusovky na osciloskopu podle vztahu:

               U_MV

U_EF = ———— [V]

              2 . √ 2

Na rastru rozlišujeme:

                                                                                                                              1

- vodorovně – osa X – čas T pro 1 kmit (periodu), kmitočet vypočítáme f = ——— [s, Hz]

                                                                                                                             T

- svisle – osa Y – napětí U_H, U₀.

Obrazovka zobrazuje pouze vodorovné stopy – úroveň U_H a U₀. Svislé stopy nejsou vidět – jsou-li kolmé. Šikmé náběžné a úběžné hrany impulsů již zobrazovány jsou.

Pro měření obdélníkového signálu nastavíme:

vstupní vazbu – DC, synchronizaci INT, +, režim časové základny AUTO. Chceme-li odečíst hodnoty z obrazovky, nastavíme potenciometry citlivosti do polohy CAL. Vhodným posuvem stopy vertikálně a horizontálně umístíme průběh na rastr a odečteme délku a výšku kmitu. Přepočítáme zjištěné dílky a ¹/₅ dílků na hodnoty U a T.

U obdélníkového průběhu většinou rozlišujeme dobu, kdy je zobrazováno napětí – úroveň H a dobu, kdy je indikována 0. Tyto časy značíme t1 a t2.

Samozřejmě musí platit: T = t1 + t2

Obě doby většinou nebývají stejné, obvykle jedna je delší než druhá. Pak hovoříme o tzv. střídě signálu. Vyjadřujeme ji podílem.

Např.: 1 : 2, 1 : 4, atd.

Volba kanálů:

A nebo B – na obrazovce se objeví jen signál zvoleného vstupu

A ~ B - na obrazovce se objeví průběhy obou vstupů (společná časová základna)

A ± B - na obrazovce se objeví součet obou vstupů (společná časová základna)

Při pozorném pohledu zjistíme, že ovládání přístroje je stejné jako u jednokanálového. Jen uspořádání tlačítek a potenciometrů se může podle výrobce lišit. Ovládání časové základny je totožné, je společná pro oba kanály. Napěťové vstupy jsou dva, A a B, u jiných přístrojů to mohou být např. 1 a 2.

Oba kanály mohou zobrazovat dva různé průběhy různých napětí, ale stejnou časovou základnou. Přepínač vstupů je v tomto případě v poloze A ~ B.

Běžné analogové osciloskopy mohou indikovat napětí jen do výše max. rozsahu V/dílek a počtu dílků rastru vertikální osy. Většinou to bývá do 30, resp. 40 V.

Napěťový rozsah osciloskopu lze zvýšit připojením osciloskopické sondy, která dělí vstupní napětí obvykle v poměru 10 : 1. Patří většinou do standardní výbavy osciloskopu.

zpět