DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Elektronika 2. TFBE5302
Mérőműszerek
TFBE5302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika Feszültség és áram mérése Feszültségmérő:
V
U
igen nagy belső ellenállású mérőműszer párhuzamosan kapcsolandó a mérendő alkatrésszel
Példa: feszültség mérése R2-n
Áramerősségmérő:
R1
I1
R3
R2
R4
A
U
igen kis (≈ 0Ω) belső ellenállású mérőműszer az áramkörbe sorosan kapcsolandó
R1 R3 R2
Példa: áramerősség mérése R4-n
I4
A
R4
V U2
TFBE5302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika, mérőműszerek Leggyakrabban használt mérőműszerek:
Digitális multiméter Elsősorban egyenfeszültség, egyenáram, ellenállás és kapacitás mérésére használatos. Váltóáram és váltófeszültség effektív értékének mérésére is használható, de csak kisebb frekvenciákon. Oszcilloszkóp Mind egyenfeszültség, mind váltófeszültség mérésére alkalmas. A hagyományos analóg oszcilloszkóp képes megjeleníteni egy periodikus jel időbeli változását és így alkalmas a váltakozófeszültség olyan paramétereinek mérésére, mint például a periódusidő, a felfutási idő vagy az amplitúdó. Az analóg oszcilloszkóp gyakorlatilag egy U - t grafikon rajzolóként működik a leggyakoribb felhasználásai során. A hagyományos analóg oszcilloszkópok csak periodikus jeleket képesek stabil képpel megjeleníteni. A tárolófunkciós analóg oszcilloszkópok és a digitális oszcilloszkópok egyedi impulzusok megjelenítésére is alkalmasak.
TFBE5302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika, dig. multiméter Digitális multiméter - Feszültség mérése: COM és V/Ω bemenetek - Egyenfeszültség Æ DCV tartomány - Váltófeszültség Æ ACV tartomány - Áramerősség mérése: COM és A (vagy 20A) bemenetek - Egyenáram Æ DCA tartomány - Váltóáram Æ ACA tartomány - Ellenállás mérése: COM és V/Ω bemenetek csak hálózatba nem kötött, önálló ellenállásra Æ OHM tartomány - Bipoláris tranzisztor áramerősítési tényezőjének mérése: PNP vagy NPN bemenetekÆ hFE állás Egyes típusokon még lehetséges kapacitás mérése is. - Feszültség mérésnél a V/Ω bemeneti vonalnak a COM bemenethez viszonyított feszültségét jelzi ki a multiméter. Földpoten-ciálhoz viszonyított feszültség mérésénél a COM bemenetet a földre kell kötni. - Nem szabad a maximális értékeknél nagyobb feszültséget ill. áramot kötni a bemenetekre. - Ha “-1___” jelenik meg a kijelzőn, akkor magasabb mérési tartományba kell váltani. - Ismeretlen nagyságú jel esetén először a legnagyobb értékű mérési tartományban kell kezdeni a mérést. - Áramerősség mérésnél az A bemenet csak maximum 2 A-ig használható. 2 A és 20 A között a 20A bemenetet kell használni!
3½ digites dig. multiméter
TFBE5302 Elektronika 2.
Oszcilloszkópok Analóg oszcilloszkóp működési elve Az analóg oszcilloszkóp legfontosabb része a katódsugárcső, amely egy hosszú üveg vákuumcső, amelynek a nyakában helyezik el az “elektronágyút” és az eltérítő elektródákat. A cső sík vége pedig a képernyő, amelyet lumineszcens (fénykibocsátó) réteggel vonnak be.
Analóg oszcilloszkóp működésének vázlata: Az elektronnyaláb előállítását és képernyőre fókuszálását az elektronágyú végzi. Az elektronnyaláb eltérítését két, egymásra merőlegesen elhelyezett, függetlenül vezérelt eltérítő lemezpárral végzik.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE5302 Elektronika 2.
Analóg oszcilloszkóp működési elve Elektronágyú:
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE5302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Oszcilloszkóp működési elve Katódsugárcső működése: A függőleges eltérítő lemezekre kapcsolt feszültség 10V-os változása az elektronnyaláb kb. 1cm-es elmozdulását hozza létre a képernyőn. Így egy 8cm magas képernyőhöz max. 80V [- 40V,+40V] eltérítőfeszültségváltozás kell. Tehát a bemeneti jelet többnyire erősíteni kell, hogy elegendő eltérülés jöjjön létre.
TFBE5302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Oszcilloszkóp működési elve Analóg oszcilloszkóp képernyőjén a jel változási sebessége: ha a használt erősítőfokozat kimeneti ellenállása R R
U
Ube
Ube
UC
C
90% 10%
f0 =
1 2πRC
UC tfel
t
(
U C (t ) = U 0 1 − e − t ⋅2πf 0
)
Pl. egy f0=10 MHz-es határfrekvenciájú oszcilloszkóp a bemenetére négyszögjelet kapcsolva a képernyőn a felfutási idő
t fel = t90% − t10% = −
1 (ln 0.1 − ln 0.9) 2πf 0
f0=10MHz t fel = −
1 1 0.35 ln = 2πf 0 9 f0
TFBE5302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Oszcilloszkóp működési elve Stabil kép megjelenítése az oszcilloszkópon, triggerelés: Általában a függőleges eltérítő lemezekre kapcsolt periodikus bemeneti jel frekvenciája nem egyezik meg a vízszintes eltérítés fűrészjelének frekvenciájával. Emiatt a képernyőn nem lesz stabil a kirajzolt kép.
U
vízszintes eltérítés t
képernyőn megjelenített görbék
U t függőleges eltérítés
TFBE5302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Oszcilloszkóp működési elve Stabil képet akkor kapunk, ha az egymás utáni görbéket a képernyőn ugyanarra a helyre rajzolja az elektronnyaláb, vagyis ha a vízszintes eltérítő fűrészjel felfutó részei mindig a bemeneti jel ugyanazon fázisában indulnak el. Ez egyszerűen megoldható, ha egy indítási feltételhez (trigger feltétel) kötik a fűrészjel indítását. Egyszerű periodikus jelekre jó trigger feltétel egy beállítható küszöb-feszültségszint elérése.
U
vízszintes eltérítés
képernyőn megjelenített görbék
t
U függőleges eltérítés
t
TFBE5302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Oszcilloszkóp kezelése Az analóg oszcilloszkópok kezelőszervei. nyaláb fókusz
nyaláb fényesség
időalap
vízszintes nyaláb pozíció
trigger mód
triggerjel bemenet trigger forrás
érzékenység
1.csatorna bemenet
csatolási mód
függőleges nyaláb pozíció
belső trigger forrás
megjelenítési mód
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE5302 Elektronika 2.
Oszcilloszkóp kezelése A jelforráshoz (mérőponthoz) egy mérővezetékkel csatlakoztatjuk az oszcilloszkóp bemenetét. A mérővezeték legtöbbször egy koaxiális árnyékolt kábel, amely a külső elektromágneses zavaroktól megvédi a mérendő jelet. Viszont az oszcilloszkóp bemeneti (és a mérővezeték együttes) impedanciája leterheli a jelforrásunkat és ez befolyásolhatja a megjelenített jelalakot. Osc.input Az oszcilloszkópok bemenete bemeneti impedancia (egyszerűsített kép):
Z inosc =
R 1 + jωRC
(oszc.bemenet)
s
Ha a jelforrás kimeneti impedanciája Z out összemérhető az oszcilloszkóp bemeneti impedanciájával, akkor azt mérőfej (probe) segítségével kapcsoljuk az oszcilloszkópra. A mérőfej és az oszcilloszkóp bemeneti impedanciájának az összege már nem terheli le a jelforrásunkat: s Z out << Z inprobe+ osc = Z probe + Z inosc
Osc.input
passive probe
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE5302 Elektronika 2.
Oszcilloszkóp kezelése Passzív mérőfej: osztófokozattal ellátott mérővezeték (Probe: X10, X100, …) kis frekvenciákra
C = C2 + Cin
Ha R1C1 = Rin C , akkor valós és frekvenciafüggetlen Rin és a transzferfüggvény
Rin + R1
Beállítás: négyszögjel bemenethez
helyes beállítás
túlkompenzált
alulkompenzált
mejelenített jel
