SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet Osijek

1. SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEKElektrotehnički fakultetOsijek MJERENJA U ELEKTROTEHNICI Predavač: Damir Karavidović, dipl.ing. Predavanje 13 i 14 Osciloskop i mjerenje njime

2. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Što je osciloskop ? • Osciloskop je brzi dvodimenzionalni pisač koji pruža vidu informaciju o promatranoj ili veličini što je mjerimo, • Rezultat mjerenja osciloskopom je svjetleći grafikon što prikazuje tok vrijednosti mjerene veličine u njenoj vremenskoj ovisnosti ili ovisnosti o drugoj nezavisno promjenjivojveličini. • Grafikon mjerene veličine kazuje sve značajke valnog oblika, • Na zaslonu osciloskopa možemo prikazati funkciju: Y= f (X) • Električna veličina što predstavlja varijablu Y praktično je uvijek napon Uy.

3. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Prikaz mjerene veličine • Kada se mjerena veličina Y predstavlja u funkciji vremena (X je t) govorimo o Y-tpogonu osciloskopa (slika b) i c). Ovaj način rada se koristi u promatranju mjerene veličine u vremenskom području. • Privodi li se nezavisna varijabla x također kao napon Ux, govorimo o X-Y pogonu osciloskopa (slika a.). Ovaj se način koristi u prikazu odnosa dviju mjerenih veličina, odnosno utjecaj promjene jedne na drugu.

4. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime • Uporaba osciloskopa nije ograničena samo na mjerenje električnih veličina. Moguće je pratiti ili mjeriti također i neelektrične veličine, ako se one pogodnim mjernim pretvaračima preobraze u napon ili struju. Podjela po načelu rada • osciloskopi s analognom obradom mjerene veličine, • osciloskopi s uzimanjem uzoraka (sampling osciloskopi), • osciloskopi s digitalnom obradom mjerene veličine, • osciloskopi s analognim-digitalnim pamćenjem. Podjela prema broju istovremeno promatranih mjerenih veličina • jednokanalni, • višekanalni osciloskopi. Podjela prema primjeni • servisni, • laboratorijski osciloskopi, osciloskopi za istraživanja.

5. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Funkcionalne jedinice analognog osciloskopa i njihov rad Osnovne sastavnice sklopovlja osciloskopa, kao funkcionalne jedinice, su : • katodna cijevkoja omogućuje prikaz i promatranje mjernog signala, • okomiti (vertikalni) otklonski sustavšto omogućuje pojačanje ili slabljenje te amplitudni tretman mjernog signala, • vodoravni (horizontalni) otklonski sustavšto omogućuje promatranje promjene signala u funkciji vremena ili druge nezavisne promjenljive veličine. • jedinica za napajanje pomoćnim naponom, • Pored ovih osnovnih sastavnica sklopovlja, praktična izvedba osciloskopa se sastoji od niza podsastavnica.

6. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime

7. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime • Katodna cijev predstavlja optički indikator. Sliku promjene mjerene veličine crta mlaz brzih elektrona koji usnopljeni udaraju na fosforescentni zaslon i emisijom svjetlosti ostavljaju trag opisan kao "svjetla mrlja". Položaj svijetle mrlje je određen dvama veličinama pa se generira dvodimenzionalni prikaz. • Okomiti otklonski sustav osciloskopa čine: ulazni birač, ulazni oslabljivač ulazno pojačalo, linija za kašnjenje, i izlazno pojačalo. Slika prikazuje osobine ulazne (X i Y ) impedancije.

8. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime • Prvi činitelj vertikalnog otklonskog sustava je prekidač s tri položaja i s funkcijom ulaznog birača. • Položaj DC (Direct current = istosmjerna struja) omogućuje direktno prosljeđivanje mjerenog signala ulaznom oslabljivaču, te se on prikazuje u izvornom obliku. • Položaj AC (Alternating Current = izmjenična struja) prosljeđuje mjereni signai preko serijskog kondenzatora te do ulaznog oslabljivača ne dolazi istosmjerna i komponente niskih frekvencija (2 - 10 Hz). • Položaj GDN (uzemljenje) omogućuje odvajanje mjerene veličine od ulaza bez otspajanja, a potom se utvrđuje nulti položaj elektronskog snopa, odnosno vremenske baze.

9. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Linija Y - pojačala • Izlazni stupanj Y-pojačala stvara dva protufazna, simetrična naponska signala za vertikalne otklonske pločice. • Izlazni stupanj Y-pojačala, pored pojačavanja i simetrira napon što se dovodi na otklonske pločice kako bi u sredini između njih potencijal bio trajno jednak nuli, • Rad Y - pojačala se utvrđuje kao faktor otklona Y-ulaza izražen u (V/cm; V/pod.; V/div.) : Ky - faktor slabljenja atenuatora Ay - ukupno pojačanje linije Y-pojačala Sy - faktor otklona katodne cijevi

10. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Vodoravni otklonski X - sustav • Temeljni činitelji vodoravnog otklonskog sustava su: sklop za sinkronizaciju generatora vremenske baze, generator upravljačkih impulsa, generator vremenske baze, izlazno X pojačalo. Pored njih ovdje su i birač napona za sinkronizaciju (S2), birač Y-t i X-Y rada osciloskopa, i podešavač položaja zrake u X-smjeru (X – Position).

11. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Tijek signala u analognom osciloskopu – kroz okomiti sustav Na okomitoj osi su točke s oznakama iz blok sheme analognog osciloskopa

12. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Tijek signala u analognom osciloskopu – kroz vodoravni sustav Na okomitoj osi su točke s oznakama iz blok sheme analognog osciloskopa

13. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime • Put i položaj svijetle točke u ovisnosti od napona okomitog (UY) i vodoravnog otklonskog sustava (UX) u iscrtavanju vremenskog tijeka promjene mjerene veličine a) Oba napona su jednaki nuli, svjetla točka ostaje u sredini. b) Napon ux je nula a uy je pozitivni istosmjerni napon, svjetla točka je vertikalno pomaknuta. c) Napon uy je nula a ux je negativni istosmjerni napon, svjetla točka je pomaknuta u x-smjeru. d) Napon ux je negativan a napon uy pozitivan istosmjerni napon. e) Napon ux je nula a uy sinusnog valnog oblika. Kod frekvencije od 30 Hz (vidi 7.2.7.) vidljivo je lagano kretanje svijetle točke, a kod većih frekvencija svjetlu točku zamjenjuje vertikalna linija. f) Napon uy je nula a ux pilasti napon. Sada kod nižih frekvencija svjetla točka putuje od lijeva na desno, a pri višim se doima puna svjetleća linija. g) Napon uy je sinusni a ux pilasti napon, uz međusobno jednaku frekvenciju Kod nižih se frekvencija doima ispisivanje sinusnog vala svjetlom točkom bez zamjetnog povratka u lijevi položaj. Kad frekvencije preko približno 30 Hz na zaslonu miruje sinusna krivulja.

14. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje osciloskopom izmjeničnog napona – oblikovanje slike • Napon Y-sustava određuje položaj svijetle točke prema vrijednosti mjerene veličine. Napon X-sustava djeluje kao vremenski parametar, pridjeljuje vrijeme trenutnoj vrijednosti mjerne veličine.

15. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Posebne osobine osciloskopa • Prikaz više mjerenih veličina Rad višekanalnog osciloskopa utemeljen je na posebnom funkcionalnom modulu: elektroničkoj preklopci (multiplekseru). U načelu elektronička preklopka dovodi zajedničkoj liniji za kašnjenje i izlaznom Y-pojačalu čas jedan, čas drugi mjerni signal. Za preklapanje preklopke u Y-t radu osciloskopa primjenjuju se dva načina : • asinkroni (chopped mode) • sinkroni (alternate mode) • Osciloskopi s dva mlaza • Elektroničkim preklopkama realiziraju se modularni čak i osmerokanalni osciloskopi

16. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Osciloskopi s dvije vremenske baze Moderni osciloskopi s višim pretenzijama u pogledu mogućnosti korištenja, posjeduju dvije, međusobno neovisno upravljanje i preko komparatora u radu koordinirane vremenske baze A i B. Pri tome ove baze međusobno razlikujemo i jedna se naziva glavna vremenska baza (MTB = Main Time Base), a druga zakašnjela vremenska baza (DTB = Delaye Time Base).

17. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Rad s kašnjenjem napona jedne vremenske baze(Delaye sweep) • Taj način rada podrazumjeva rad obje vremenske baze, no jedna baza (B) počinje generirati pilasti napon s vremenskim zakašnjenjemTk , • Pojavom napona baze B, on postaje jedini što otklanja svjetlosnu zraku te se, obzirom na njegovo trajanje, na cijelom ekranu generira slika odsječka "C" mjerenog signala. • Izborom razine Ut određuje se vrijeme kašnjenja, a time i početna točka odsječka koga želimo promatrati. Vrijeme trajanja pilastog napona zakašnjele baze određuje duljinu promatranog odsječka. • C - odsječak mjerenog signala • Tk-vrijemekašnjenja baze B • Ut- napon okidanja baze B • U y(t) - razvučeni dio odsječka "C" mjerenog signala UpA,B - pilasti napon vremenskih baza

18. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Dvostruko djelovanje napona vremenske baze (Dual sweep) • Tijekom trajanja pilastog napona zakašnjele vremenske baze oscilogram biva jače osvijetljente otuda ovom načinu često naziv; "A osvjetljeno s B" (A intensity B) ili obrnuto. • Osvijetljeni dio oscilograma mjernog signala na kanalu A se s manjim vremenskim mjerilom (razvučen) prikazuje na kanalu B • A - mjerni signal s pojačanim osvjetljenjem detalja za vrijeme trajanja zakašnjele baze B, • B - razvučeni osvijetljeni detalj s kanala A A B

19. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Zajedničko djelovanje napona pravovremene i zakašnjele vremenske baze (Mixed Sweep) • Ovaj način karakterizira postojanje na zaslonu dva dijela slike mjerenog signala s različitim vremenskim mjerilom. • Vodoravni otklon slijedi prvo napon pravovremene baze (UpA) a po isteku vremena kašnjenja počinje se generirati napon baze B (UpB). Kada njegova vrijednost premaši napon Ut otklon zrake će teći pod njegovim utjecajem. • Tako se na zaslonu dobiva slika (b) mjernog signala sa drugim vremenskim mjerilom. Na ovaj način također ističemo jedan dio mjernog signala s povećanom rezolucijom u vremenskom mjerilu.

20. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Osciloskopi sa zapiranjem vremenske baze • Sklop za zapiranje vremenske baze (Hold-Off) uvijek je dobro došao kada signal na kome se temelji pored željene točke za okidanje, posjeduje i druga mjesta koja ispunjavaju uvjete okidanja. Posljedica je dvostruki ili višestruki prikaz mjerenog signala. Vidimo da iz odnosa valnog oblika signala generiranja napon vremenske baze postoji više točaka okidanja unutar jednog perioda (npr. uz razinu nula i pozitivni nagib točke okidanja su A, B i C). Uporabom Hold-Off sklopa biti će izlaz generatora vremenske baze zapriječen (hold-off) tijekom podešenog vremena. Tako će se izbjeći okidanje u točkama B' i C", a događati će se samo u točkama A.

21. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Osciloskopi s uzimanjem uzoraka • S analognim osciloskopima s nadasve posebnim rješenjima, moguće je provesti mjerenja signala frekvencije do 500 MHz. Za veće frekvencije mjernog signala ograničenja se nalaze u katodnoj cijevi i liniji vertikalnog pojačala. Iznad navedene frekvencijske razine mogućnost uporabe osciloskopa osigurali su osciloskopi s uzimanjem uzoraka (Sampling oscilloscope). • Potonji su počeli svoju primjenu za frekventno područje 500 MHz do 18 GHz i vremena uspona strmine mjerene veličine manja od 0,1 ns, a danas se kroz digitalnu tehnologiju upotrebljavaju i za niske frekvencijske vrijednosti. • Suština tehnike uzorkovanja nalazi se u premještanju visokofrekventnih mjerenih signala u niskofrekventno područje. Primjer prikazuje slika gdje se mjerenom signalu visoke frekvencije i velike strmine boka (a), postupkom uzorkovanja snižava frekvencija, ali zadržava valni oblik i ostale parametre (b).

22. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Osciloskopi s uzimanjem uzoraka • Sklopovi koji realiziraju uzorkovanje su takozvani Sample and Hold sklopovi (slobodni prijevod: uzmi i drži) kojima se mjerena veličina uzorkuje (semplira), a uzorkovane vrijednosti pamte. • Ulazni napon se vodi izravno u krug generatora okidanja i vremenske baze gdje se dodatnim sklopovima oblikuju impulsi zauzorkovanje (rad sklopke S), i pilasti napon što se privodi X-pojačalu. • Mjerena veličina u(perioda T) se zatvaranjem preklopke S uzorkuje u vremenskim točkama t1, t2, t3... Trajanje zatvorenosti preklopke se u ovom razmatranju uzima zanemarivo kratko. Period uzorkovanjaTu je uvijek cjelobrojni višekratnik perioda T plus razdoblje vremenskog pomaka Δt . U našem načelnom razmatranju vrijedi Tu =T +Δt

23. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Osciloskopi s uzimanjem uzoraka • Vremensko razdoblje pomaka Δt omogućuje uzorkovanja različitih vrijednosti unutar jednog perioda Ty • Kod velikog broja uzorkovanja periode ulaznog napona, dakle uz mali Δt (!ne Tu) , prividno bi se dobila kontinuirana krivulja. Za preslikavanje jednog perioda ulaznog napona potrebno je n točaka uzorkovanja: • Mjereni signal smo premjestili iz VF u NF područje s faktorom vremenskog razvlačenja Mx: • Dolazimo do pojma prikaza mjerene veličine u stvarnom (real-time) i jednakovrijednom (equiva!ent-time) vremenu. Osciloskop s uzorkovanjem će imati prikaz u stvarnom vremenu kada mjeri signale niske frekvencije u odnosu na frekvenciju uzorkovanja (Mx ≈1). Kod viših frekvencija (Mx > 1) prikaz je u jednakovrijednom vremenu. • Ograničenje metode uzorkovanja na frekventno područje potječe od brzine S&H sklopa kao sklopke i vremenske konstante punjenja kondenzatora. Načelo uzorkovanja nadalje podržava samo mjerenje periodičnih valnih oblika

24. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP • Digitalni osciloskopi su nasljednici analognih i osciloskopa s uzorkovanjem. • Iako su se analogni osciloskopi s pamćenjem godinama usavršavali i dosegli visoke tehničke domete, kao što je izvedba osciloskopa s uzorkovanjem, ipak su za neke potrebe bili ograničeno ili potpuno neupotrebljivi. • Kod digitalnih osciloskopa se uzorkuje analogni signal u određenim vremenskim točkama, vodi se postupak analogno-digitalne pretvorbe i takve podatke sprema u memoriju. Jednom spremljeni podaci se mogu po volji obrađivati, koristiti, prenositi, … • Na potonjem načelu je ustrojen prvi digitalni osciloskop tvrtke Nicolet davne 1975 godine . • U načelu bismo jednostavno mogli svaki analogni osciloskop bez pamćenja načiniti digitalnim osciloskopom s pamćenjem. Potonje bi ostvarili zadržavši opisane temeljne funkcijske grupe dodavši im sklop za digitalno pamćenje. • Pod digitalnim osciloskopom već duže vrijeme podrazumijevamo samo one koji imaju primijenjen digitalni postupak obrade analogne mjerene veličine, a prikaz na zaslonu posebnih cijevu (CTR) ili LCD. • Uporabne osobine digitalnih osciloskopa i cijena učinile su njegovu uporabu bez alternative.

25. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP • Jednostavni prelazak s analognog na digitalni postupak obrade mjerene veličine - crtkano je omeđen blok sklopova pomoću koga se mjereni signal digitalizira, pamti i potom obnavlja na zaslonu, • Postupak obnavljanja slike mjerenog signala počinje zahtjevom upravljačke jedinice za pomak svih podataka u posmačnom registru za jedno mjesto. Taj takt nazivamo i takt iščitavanja. Potonje preuzima digitalno-analogni pretvornik (D/A) i pretvara u analognu vrijednost za Y-izlazno pojačalo. Time su obnovljene Y-vrijednosti mjerenog signala.

26. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP • Postupak pamćenja započinje analogno-digitalnim pretvornikom (A/D) koji u zadanim vremenskim točkama uzorkuje izlazni signal Y-predpojačala i pretvara ga u paralelni digitalni signal. Potonji se slijedno pohranjuje u lancu posmačnih registara. • Točke uzorkovanja odnosno digitaliziranja mjernih vrijednosti određuje upravljačka jedinica sgeneratorom takta. Nadalje, ona zadaje pomak pohranjenih vrijednosti u posmačnom registru za korak dalje. • Da bi upravljačka jedinica znala u kojim vremenskim odstupanjima uzorkovati mjereni signal, mora od vremenske baze dobiti podatak o faktoru horizontalnog otklona.

27. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP • Postupak obnavljanja slike mjerenog signala počinje zahtjevom upravljačke jedinice za pomak svih podataka u posmačnom registru za jedno mjesto. Taj takt nazivamo i takt iščitavanja. • Brzina iščitavanja - to je jedna prednost ovog postupka, pri tome nije ovisna od podešenog faktora vremenskog otklona. Ona se odabire takvom da nastaje čista i treperenja oslobođena slika. • Prvo učitani podaci u postupku pamćenja biti će i prvi na izlazu iz memorije. • Potonje preuzima digitalno-analogni pretvornik (D/A) i pretvara u analognu vrijednost za Y-izlazno pojačalo. Time su obnovljene Y-vrijednosti mjerenog signala.

28. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP Osobine slike na zaslonu • Obnovljena slika mjerenog signala na zaslonu digitalnog osciloskopa u načelu je sastavljena iz puno malih točkica. Potonje se može prikazati kod pravokutnog mjerenog signala na slicil. • Naponski tok ovog signala prikazuje analogni osciloskop prema slici (a), a digitalni u ovisnosti od broja točki uzorkovanja na ostalim slikama (b, c, d). • Kada sliku čini 100 točkica dobije se dobar prvotni oblik tijeka mjerenog signala. Manji broj točkica kao što je 10 i 20 onemogućuje spoznati bokove, oblik signala se naslućuje, • Dolazimo do pojma: razlučivanje (rezolucija) digitalnih osciloskopa.

29. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP Razlučivanje • Kod digitalnih osciloskopa govori se o razlučivanju analogno digitalnog pretvornika i razlučivanju određenog optičkim osobinama katodne cijevi odnosno zaslona. Govorimo o njihovom zajedničkom učinku na sliku mjerenog signala, odnosna o razlučivanju optičkog prikaza u Y i X - smjeru. • Dobra katodna cijev ima promjer jasne svjetlosne točke približno 0,2 mm koju čovječje oko, s primjerene udaljenosti promatranja, još može spoznati. Dimenzija zaslona 10x8 cm (XxY) znače 500 svjetlosnih točki u horizontalnom i 400 točki u vertikalnom smjeru. • Razlučivanje u Y-smjeru (okomito razlučivanje) određeno je razlučivanjem AD pretvornika a potonje s brojem bita pretvornika. Kada je upotrijebljen 8 bitni AD pretvornik uz spomenutu katodnu cijev, ustupa se njeno razlučivanje osobini pretvornika. Tada umjesto 400 točki imamo samo 28 = 256 točki. • Razlučivanje u X-smjeru (vodoravno razlučivanje) najčešće je bitno veće nego li u Y-smjeru. • Digitalna vremenska baza rabi uobičajeno 10 ili 12 bitni brojač (1024 ili 4096 mjesta) čija dubina omogućuje bolje razlučivanje nego li se postiže razvlačenjem vremenskog mjerila (kod analognih i digitalnih s analognom vremenskom bazom koju okida upravljačka jedinica), • Valja pamtiti da broj kanala ima takav utjecaj na vodoravno razlučivanje, da se broj mjesta u memoriji dijeli na ulazne kanale.

30. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP Postupak obnavljanja slike • Digitalizacija mjerenog signala ima za posljedicu točkasti prikaz njegovog oscilograma. Izvjesno, to je nedostatak no primjenom određenih načela pri uzorkovanju i obnavljanju slike, moguće ga je izbjeći, • Da bismo dobili, iz slijedom uzorkovanja raspoređenih točkica oscilogram, potrebno je susjedne međusobno povezati, interpolirati (dot join), • Povezivanje točkica pravcem znači vršenje linearne interpolacije jednog mjerenog signala sinusnog valnog oblika. • Slika (a) prikazuje oscilogram mjerenog signala s 50 točkica što predstavljaju njegove vrijednosti unutar perioda, a nije izvršena interpolacija. Pomoću 5 mjernih vrijednosti i linearne interpolacije dobije se oscilogram (b) koji odista nevjerno predstavlja sinusni valni oblik. Kada se ima 10 mjernih vrijednosti (c), linearna interpolacija dopušta prepoznati sinusni valni oblik. Kada se ima 50 mjernih točaka unutar perioda (d) s linearnom se interpolacijom približavamo izvornom obliku.

31. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP Postupak obnavljanja slike Nameće se pitanje: koji postupak za obnavljanje mjerenog signala uporabiti pri maloj gustoći točkica? • Odgovor se temelji na teoremu uzorkovanja (Shannon teorem ili također uvjeti Nyguista). Potonji polazi od teorema da se svaki mjereni signal može prikazati kao suma konačno puno sinusnih harmoničnih titraja različitih frekvencija. Teorem tada glasi: Frekvencija uzorkovanja (fu) mora biti veća od dvostruke vrijednosti frekvencije najvišeg harmoničnog člana (fhmax). fu ≥ 2 fhmax • Ispunjenje ovog uvjeta omogućuje obnavljanje slike mjerenog signala bez izobličenja. Postupak se ostvaruje filterima odgovarajućih prijenosnih karakteristika. • Propusti li se idealnim filterom uzastopce više uzorkovanih vrijednosti, doći će do preklapanja različitih, vremenski pomaknutih sinusnih funkcija, odnosno do sinusne interpolacija. • Kod periodičnih signala mora biti ispunjen teorem uzorkovanja. Frekvencija mjerenog signala mora biti manja od polovice frekvencije uzorkovanja. Nije li ispunjen ovaj uvjet, signal će kroz Aliasing-Effect (Aliasing efekt) biti izobličen ili prikazan u krivom vremenskom mjerilu..

32. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP Načela uzorkovanja mjerenog signala • Gotovo najvažniji postupak što se primjenjuje u procesiranju mjerenog signala digitalnim osciloskopom je uzorkovanje mjerenog signala. • Mjereni signal je moguće uzorkovati načelno na dva različita načina: uzorkovanje u realnom vremenu ili jednokratno uzorkovanje (Real-Time ili Single-Shot Sampling), i periodično uzorkovanje (Periodic Sampling ili Repetitive Sampling). a) Jednokratno b) Periodično slučajno c) Periodično slijedno

33. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime DIGITALNI OSCILOSKOP Uzorkovanje impulsa kratkog trajanja • Mnogi digitalni osciloskopi raspolažu malom frekvencijom uzorkovanja. Ponekad ona iznosi tek 10% širine pojasa što je definirana za pogon osciloskopa bez pamćenja. Time je prilično smanjena vjerojatnost mjerenja impulsa vrlo kratkog trajanja (Glitch). Nepovoljan odnos između vremena trajanja impulsa (Ti), i vremena perioda uzorkovanja (Tu) prikazuje slika. • Nepovoljan odnos Ti /Tu bi ishodio uzorkovanje s promašajem impulsa. Posebnim dodatnim sklopovima za uzorkovanje impulsa dobio bi se dijagram u kojem je širina, oblik i položaj impulsa predstavljen pogrešno. Često smo ipak zadovoljni otkrivanjem njegovog postojanja a točna mu je i amplituda.

34. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime • Upravljanje osciloskopom • Upravljanje pokaznim sustavom • Upravljanje Y-sustavom • Izbori na elektroničkoj preklopci • Upravljanje X-sustavom • Posebne funkcije • Mjerni pribor osciloskopa • Mjerne naponske i strujne sonde, • Pasivne i aktivne naponske i strujne sonde

35. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime • Mjerenje osciloskopom - Umjeravanje po vrijednosnoj (Y) osi Referentna linija (OV) Očitamo vertikalni otklon u broju podjeljaka rastera (Yy), potom faktor otklon na potenciometru u voltima po podjeljku (Fy) zatim izračunamo amplitudu napona za umjeravanje od vrha do vrha (Upp)

36. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime • Mjerenje osciloskopom - Umjeravanje po vremenskoj (X) osi • Očitamo broj dijelova mrežice na kojem se proteže jedan period signala za umjeravanje (Xx) i uz poznatu frekvenciju signala (fu) možemo izračunati vremensko mjerilo (Fx):

37. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime • Mjerenje osciloskopom - koeficijent vremenskog mjerila Mx • Nakon provjere točnosti vremenskog mjerila provjerava se koeficijent razvlačenja vremenskog mjerila (Mx). Povećamo vremensko mjerilo tako da na mrežici dobijemo primjerice 10 perioda (slika a.), a zatim izmjerimo vrijeme jednog perioda. • Potom prebacimo preklopnik X-MAGN u položaj umjeravanje (npr. Mx = 5). Period signala što ga dobijemo proširenjem vremenskog mjerila (slika b.), mora biti peterostruk, a dobije se i peterostruko manje vremensko mjerilo .

38. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Primjer 1. S položajem ulaznog birača AC a potom DC dobili smo slike mjerene veličine kao na slici. Ako je faktor otklona Y ulaza Fy = 2 V/podjeljku, kolika je vrijednost istosmjerne komponente? • Odgovor: Istosmjerna komponenta ima vrijednost U = - 4,4 V.

39. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Primjer 2. • Na Y-ulaz osciloskopa dovedemo napon sinusnog valnog oblika tjemene vrijednosti Um = 15 V prema slici (a), a odabrani faktor otklona iznosi Fy = 5 V/cm. Što ćemo dobiti na zaslonu osciloskopa ako nema horizontalnog otklona zrake? • Odgovor: Na zaslonu osciloskopa ćemo dobiti vertikalnu liniju prema slici (b) duljine

40. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Primjer 3. • Na Y-ulaz doveden je sinusni napon, a na X-ulaz napon s linearnom vremenskom promjenom prema slici. Kakva će se slika dobiti na zaslonu katodne cijevi, odnosno kakav će oscilogram ispisati svjetla točka. • Rješenje: Podijelimo period mjerenog napona uyi napona sa X-pločica ux na karakteristične vremenske točke t0, t1, t2, t3 i t4. • Projiciramo vrijednost napona uy i ux što pripada pojedinoj vremenskoj točki na zaslon. Sjecište određuje točku koja pripada slici na zaslonu. Posebnost ovoga primjera ogleda se u prekratkom trajanju porasta napona ux. Valni oblik ostaje "nedovršen". Također, oblik napona na X-pločicama sa svojim negativnim nagibom ilustrira povrat svjetlosne točke u polazište (netom poslije točke t3, točka t4 se projicira u točku t0).

41. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Primjer 5. • Digitalni osciloskop posjeduje frekvenciju uzorkovanja fu = 2MHz. Odredite najmanje vrijeme trajanja impulsa koji bi se ovim osciloskopom mogao prikazati. Rješenje: • Vrijeme između dva uzorka mora biti jednako ili kraće od vremena trajanja impulsa: • Dakle ovim se osciloskopom još mogu snimati impulsi najmanjeg vremena trajanja od 500 nanosekundi.

42. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Primjer 6. • Mjerni signal prema slici frekvencije fs=1,25 kHz snimamo osciloskopom frekvencije uzorkovanja fu =1 kHz. Odredite frekvenciju signala što ćemo ga dobiti na zaslonu, a potom i graničnu frekvenciju osciloskopa. • Rješenje: Odredimo period mjerenog signala (Ts) u odnosu na period uzorkovanja (Tu). Prema slici, proizvoljno smo odabrali prvu točku uzorkovanja potom slijedeću nakon 1 ms itd. Crtkano između točki uzorkovanja interpoliramo sinusoidu koja predstavlja oscilogram na ekranu. Frekvencija toga signala iznosi:

43. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje struje osciloskopom Primjer 7. Na slici je načelno prikazan ispravljač pomoću kojega se mogu mjerite tjemene vrijednosti napona. Oblikuj krug mjerenja struje I1 i I2 pomoću osciloskopa. Da bismo mjerili struju I1 moramo prije diode uključiti otpor Rm. Struju I2 možemo mjeriti mjereći pad napona na otporu RL (slika b.) Važno je primijetiti način spajanja Y i X priključnice. U proračunu koristimo efektivne vrijednosti.

44. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje vremena i frekvencije Primjer 8. Vremensko razdoblje između zadanih točaka mjernog signala izračunavamo pomoću: horizontalnog odstojanja (Xx), vremenskog mjerila (Fx) i koeficijenta razvlačenja vremenskog mjerila (Mx).

45. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje faznog pomaka Mjerenje pri Y-t radu osciloskopa

46. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje faznog pomaka Primjer 9. - Mjerenje pri X-Y radu osciloskopa Koristeći mjerenje prikazano na slici a i b potrebno je odrediti fazni pomak mjerenih signala! Rješenje: a) Mjerilo kuta = 360°/8 cm = 45°/cm ili 45°/podjeljku • Horizontalni pomak = 1,6 cm ili 1,6 podjeljaka • Fazni pomak = = 43°/cm * b) Koeficijent razvlačenja Mx = 5 • Fazni pomak • Slika a) slika b)

47. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje faznog pomaka u X-Y načinu rada osciloskopa Napone što ih dovodimo na otklonske sustave možemo definirati općenitim izrazima koji definiraju njihov fazni položaj:

48. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje faznog pomaka u X-Y načinu rada osciloskopa Napone što ih dovodimo na otklonske sustave možemo definirati općenitim izrazima koji definiraju njihov fazni položaj: Proračun faznog pomaka na temelju vrijednosti karakterističnih parametara elipse: arc sin arc sin

49. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje faznog pomaka i frekvencije u X-Y načinu rada osciloskopa

50. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIOsciloskop i mjerenje njime Mjerenje faznog pomaka i frekvencije u X-Y načinu rada osciloskopa