handhavande av funktionsgenerator och oscilloskop

1. Detta är en distanskurs på nätet

Kursen behandlar två basinstrument - funktionsgenerator och oscilloskop. Du förutsätts ha grundläggande kunskaper i elektricitetslära och känna till begrepp som spänning, ström, utimpedans, fasvridning, signaler med sinus- och fyrkantform etc. Förståelsen underlättas om Du också har grundläggande kunskaper i datorteknik samt kunskap om sampling av analoga signaler.

Generatorn används för att generera signaler och oscilloskopet för att visa dem på en skärm. Målet är att Du efter kursen skall kunna använda instrumenten i vanligt förekommande mättillämpningar. Närmast kommer en presentation av instrumenten. Till kursen finns tre videopresentationer i vilka demonstreras hur man använder dessa instrument.

2. Funktionsgeneratorer alstrar signaler

Funktionsgeneratorn, som finns i många utföranden, används för att alstra signaler med nästan godtycklig kurvform.

Figur 1. Funktionsgenerator i bänkutförande

Generatorn i Figur 1 har många funktioner och därmed många knappar. Flertalet knappar har tre olika betydelser. Man kan ana en svart, en blå och en grön text på knapparna. I kursen kommer vi att använda en funktionsgenerator i något enklare utförande. Den kan alstra spänningar med ett antal fixa kurvformer som t ex sinus.

De flesta funktionsgeneratorer har utimpedansen[1] 50 Ω och på frontpanelen visat spänningsvärde är den spänning som generatorn ger om det belastas med 50 Ω. Tomgångsspänningen är alltså två gånger visat värde.

3. Oscilloskop visar signaler

Ett oscilloskop kan sägas vara en grafisk voltmeter som på en vanligen rutindelad skärm visar en ögonblicksbild av en del av signalen som funktion av tiden. Oscilloskop i boxutförande har frontpaneler som domineras av en skärm och många knappar och rattar.

Figur 2. Oscilloskop i bänkutförande

Oscilloskopet i Figur 2 har fyra kanaler och kan då visa fyra signaler samtidigt.

Analoga oscilloskop blev vanliga på 1950-talet och de första digitala kom 20 år senare. I dagens laboratorier finns många analoga oscilloskop kvar men idag säljs nästan enbart digitala. Läroböcker, som behandlar oscilloskop, ägnar fortfarande den mesta uppmärksamheten åt analoga oscilloskop. Detta gäller också den lärobok i elektronisk mätteknik, som används vid BTH - Carlsson, Johansson MODERN ELEKTRONISK MÄTTEKNIK. Nackdelen med denna uppläggning är liten eftersom flertalet funktioner fungerar likadant i analoga och digitala oscilloskop. Boken är ett bra komplement till denna kurs.

Även oscilloskop i boxutförande blir nu mera PC-lika. Man kan ansluta tangentbord och mus till vissa senare modeller och välja att antingen att ömsom använda PC-inmatningsdonen ömsom rattarna på frontpanelen för att göra inställningar.

Oscilloskopet i den här kursen har två kanaler och kan då visa två förlopp samtidigt. I Figur 3 visas inte de block som hör till kanal 2.

Figur 3. Oscilloskopets blockschema. Oscilloskopet har två identiska kanaler men bara en visas

AC/DC-omkopplaren på ingången står normalt i läge DC. I läge AC spärrar den DC-komponenten av signalen. Dämpsatsens dämpning bestäms av V/div-ratten. Styrenheten genererar bl a en klocksignal som styr AD-omvandlaren och det efterföljande minnet, som kan betraktas som ett skiftregister. För varje klockpuls ger AD-omvandlaren ett digitalt värde som skiftas in i skiftregistret. Klockans frekvens bestäms av Time/div-ratten. Minnet kan lagra 500 spänningsvärden. När minnet är fullt kastas gamla värden för att ge plats åt nya. I det ögonblick då önskat utsnitt av signalen finns i minnet kopieras minnesinnehållet över till PC:n och visas i displayen på den virtuella frontpanelen. Med hjälp av den sk triggenheten definieras en unik punkt på signalen vilken används för att bestämma nämnda ögonblick. Det engelska ordet trigger betyder avtryckare. Oftast är det möjligt att definiera en unik punkt med två parametrar triggnivå (Trigger Level) och tecknet hos signalens derivata i punkten (Trigger Slope). Hur man triggar dvs väljer starttidpunkt för utsnitt finns beskrivet i oscilloskoplitteraturen, där följande begrepp beskrivs utförligare än här:

Triggkälla (Trigger Source) anger vilken signal som skall användas för att definiera triggpunkten. Möjlig triggkälla är den signal som är ansluten till någon av de två ingångarna eller till ingången för extern trigg.

Triggningssätt (Trigger Mode). De bestämmer vad som händer om triggvillkoren inte uppfylls dvs signalen inte passerar triggnivån samtidigt som derivatan har valt tecken. Följande tre sätt finns:

Normal. Om villkoret inte uppfylls inom viss tid, som beror av inställd tidsskala, returneras ett felmeddelande.

Auto. Detta sätt fungerar som beskrivits ovan med undantag av att inget felmeddelande sänds utan oscilloskopet istället avfyrar ett svep på måfå, om triggvillkoret inte uppfylls inom viss tid. Oscilloskopet returnerar alltid ett svep även om det inte alltid visar det önskade utsnittet.

AD-omvandlaren är åttabitars dvs spänningen diskretiseras i 256 nivåer. Dessa nivåer fördelas längs de åtta rutorna i höjdled. Antag att Du ställer in 5 V/div. Skärmen täcker då 8 * 5 = 40 V i y-led och avståndet mellan näraliggande spänningsnivåer blir 40/256 = 156 mV. Diskretiseringen är så grov att kurvorna kan se trappstegsformade ut vid närmare betraktande. För att få bästa noggrannhet bör Du använda så stor del av skärmen som möjligt. Högsta mätområde på kanal 1 eller kanal 2 är ± 25 V. Minsta mätområde är ± 25 mV.

Demonstrationer

Grundläggande handhavande av funktionsgenerator och oscilloskop demonstreras i Skala.html. Triggning av oscilloskopet demonstreras i Trigg.html och mätningar i Fas.html.