Měření času, periody, šíře impulsu a frekvence osciloskopem

Transkript

1 Měření času, periody, šíře impulsu a frekvence osciloskopem Měření času S měřením času, neboli se stanovením doby, která uběhne při zobrazení určité části průběhu, při kontrole časové základny. Stručně si tedy připomeňme, že časovým úsekem rozumíme rozměr zobrazeného průběhu (nebo jeho částí) ve směru vodorovné osy, přepočítaného na základě údajů TIM E / DIVpříslušné polohy přepínače časové základny. Jinak řečeno, zjistíme přesnou vzdálenost dvou bodů sledovaného průběhu, ležícího na horizontální ose, z nichž počáteční bod leží přesně na průsečíku se svislou přímkou rastru. Vzdálenost mezi oběma body vyjádříme v dílcích a násobíme údajem času na jeden dílek - podle polohy přepínače. Příklad: Vzdálenost mezi začátkem a koncem sledované části průběhu měří 4,5 dílku rastru obrazovky, přepínač časové základny je v poloze 5 ms /dílek. Výpočet: 4,5 dílku x 5 ms / dílek = 22,5 ms. [1 ms = 10 6 sekundy] 1

2 Měření periody Ať již se jedná o pravoúhlý signál jaký je na obr. 1, anebo libovolný jiný střídavý signál periodicky se opakující, pod pojmem perioda rozumíme úplný průběh jednoho kmitu, odpovídající úhlu rozvinutí 360. Na obrázku jednu periodu představuje vzdálenost od bodu A k bodu C, která činí 6 dílků na rastru obrazovky. Jestliže u polohy přepínače časové základny bude údaj 5 ms / díl, pak čas jedné periody zjistíme jednoduchým výpočtem: Výpočet: 5 ms / díl x 6 dílků = 30 ms. Jedna perioda trvá 30 ms. Zjednodušeně řečeno, měření periody (trvání doby periody) se liší od měření času libovolné části průběhu (i neperiodického) tím, že u periody zjišťujeme celý kmit, tj. časový úsek vyjadřující obě půlvlny průběhu, protínající časovou osu na začátku a na konci průběhu. Přitom nepředpokládáme, že se obě půlvlny budou vyznačovat stejným časovým úsekem. 2

3 Měření šíře impulsu Vycházíme-li z obr. 1, pak šíři impulsu (kladného) představuje vzdálenost mezi body A a B nebo C a D, která v daném případě činí 1,5 dílku na rastru obrazovky. Výpočet je stejný jako při měření jakéhokoliv časového úseku. Vzdálenost v dílcích násobíme příslušným údajem u polohy přepínače časové základny. V našem případě se šíře impulsu vypočítá: 1,5 dílku x 5 ms / díl = 7,5 ms. Při úzkém impulsu by bylo měření málo přesné, a proto přepneme časo vou základnu na rychlejší běh, např. do polohy 1 ms / DIV. Rozměr AB se zvětší 5 x, tj. na 7,5 dílku, a přitom lze rozlišovat rozdíly v desetinách dílku. Vynásobíme 7,5 dílku x 1 ms / díl = 7,5 ms. Výsledek, tj. šíře impulsu, se nezmění. Měření střídy signálu Znát střídu signálu je velmi důležité v regulační a řídicí technice, kde poměr mezi aktivní částí pulsu a zbylou částí periodického průběhu, rozho duje o činnosti regulovaného obvodu. Obvykle předpokládáme obdélníkový signál, u něhož se střídají dva stavy. Střídu signálu pak stanovíme jako po měr mezi změřenou šířkou impulsu a dobou celé periody. Střída šíří impulsu signálu = doba periody Podle obr. 1 dosadíme zjištěné údaje a vypočítáme: Výpočet: Střída signálu = 7,5 ms / 30 ms = 0, = 25% Někdy vyjadřujeme střídu signálu poměrem obou údajů. V tomto případě platí: 7,5: 30 = 1: 4. Střída signálu je v poměru jedna ku čtyřem. 3

4 Poznámka "Střída pravoúhlého signálu" je pojem, informující o činiteli využití, v souvislosti s dovoleným zatížením a dalšími parametry zařízení. Jde o to, že při nastavení nízké hodnoty v regulačním systému - např. kvůli snížení rychlosti - snížením napětí napájejícího elektromotor, je účinnost mnohem nižší než s použitím impulsního systému regulace. Tímto rozumíme změnu (zmenšení) střídy při zachování původní amplitudy z napájecího zdroje. Přitom okamžité maximální proudy a výkony, působící zkrácenou dobu, mohou být větší než, odpovídá jmenovitému trvalému zatížení. Měření frekvence Přesvědčili jsme se již, že měření kmitočtu periodického průběhu je v podstatě měřením času, protože veličina kmitočet představuje počet kmitů za jednu sekundu. Pro přepočet mezi oběma veličinami platí známý vztah: Kmitočet f = 1, T [Hz, s] nebo perioda 1 T = f, [s, Hz] T... doba kmitu - časový interval mezi začátkem a koncem periody vyjádřeno v sekundách f.... počet kmitů za sekundu - vyjádřeno v hertzích Příklad: Vypočítejte frekvenci periodického průběhu, vztahující se k údajům na obr Výpočet: f = 1 / T = 1 / 30 ms = 1: 0, s = Hz = 33,33 khz Měření doby náběhu impulsu Dobou náběhu rozumíme čas potřebný k dosažení plné amplitudy čela impulsu, a tato doba do značné míry charakterizuje vlastnosti impulsu. O průběhu impulsu potřebujeme vědět co nejvíce, abychom dokázali odhadnout, jestli se k zamýšlenému účelu impuls hodí. Podle doby náběhu určíme, jestli dokáže spouštět např. následující stupeň impulsové soustavy. Protože začátek i konec zobrazeného čela není přímý nýbrž poněkud zakulacený, zajímáme se pouze o jeho užitečnou část, vyjádřenou v rozsahu 10 % až 90 % celkové amplitudy impulsu (obr. 2a). 4

5 Zjišťování doby náběhu u strmého impulsu Obr. 2a) Doba náběhu t n odpovídá malé části dílku Obr. 2b) Použití funkce x 10 MAG kvůli zvětšení doby náběhu U některých impulsů stoupá čelo strmě vzhůru, takže doba náběhu t n se rozloží na nepatrné části jednoho dílku časové osy. Zjištěný údaj doby náběhu je pak málo přesný, Nezbývá než nastavit časovou základnu na mnohem kratší čas, potřebný k přeběhu paprsku přes jeden dílek rastru. Na obr. 2a jsou zobrazeny pravoúhlé průběhy se strmými čely. 5

6 Při měření doby náběhu, ať se jedná o vzestupnou nebo sestupnou hranu impulsu, postupujeme následovně: Obdélníkový signál přivedeme ke vstupu horizontálního zesilovače a vstup ní přepínač nastavíme na střídavý provoz AC. Přepínač časové základny nastavíme tak, aby se zobrazily přibližně 2 pe riody. "Přibližně" proto, že plynulé nastavení nelze použít, knoflík poten ciometru musí být v krajní poloze pro kalibraci. Přepínač vertikálního zesilovače bude v takové poloze, aby horní i dolní kraje průběhu souhlasily s vodorovnými přímkami rastru. K nastavení poslouží prvek pro plynulou regulaci zesílení (VARIABLE), případně pro posun obrazu svisle. Knoflíkem pro vodorovný posun umístíme průběh tak, aby bod na čele impulsu, příslušný 10 % amplitudy impulsu, protnul svislou (střední) osu rastru - označeno šipkou. Zjistíme jakou část dílku (kolik dílů) činí vzdálenost - ve vodorovném směru - mezi body 10 % až 90 % amplitudy. Pokud se jedná o pouhý zlomek dílku, představující dobu náběhu, použi jeme spínač pro funkci "x 10 MAG" a znovu bod pro 10 % umístíme přes ně na svislou osu (obr. 2b ). Doba náběhu se zvětší 10x, takže vyhodno cení je nyní dostatečně přehledné. Dobu náběhu nezapomeneme vydělit číslem 10. Měření sestupné hrany impulsu provedeme podobně, pouze s tím rozdí lem, že místo bodu pro 10 % amplitudy vzestupné hrany, nastavíme na svislou přímku rastru bod pro 10 % sestupné hrany. Při použití funkce "x 10 MAG" si musíme uvědomit, že zvětšená výchylka není "pojištěna" kalibrací, takže se předpokládá určitá znalost možné od chylky od skutečnosti. Zvláště u krátkých časů, řádově mikrosekundy a de setiny mikrosekund, je drobná odchylka pravděpodobná. 6