osciloscop-rev42

7/25/2019 osciloscop-rev42

1/26

1

OsciloscopulOsciloscopul

Cuprins Utilitate, clasificare, schema bloc (A) Tubul catodic (TK)

realizare sensibilitatea n regim static sensibilitatea n regim dinamic TK cu memorie electrostatic

(B) Canalul Y caracteristici schembloc i reglaje divizorul calibrat i compensat osciloscoape cu mai multe canale verticale

(C) Canalul X caracteristici, moduri de lucru schembloc baza de timp modul XY


2/26

2

Clasificare

Osiloscopul analogic Normal (frecvene mici medii) Cu eantionare (frecvene mari)

Osciloscopul numeric Cu eantionare l studiem cnd ne revedem n anul 3 - IEM

Istoric

Sursa: Philips - 1940


3/26

3

Istoric

1897: Karl Ferdinand Braun inventeaztubul catodic (Cathode Ray TubeCRT)

1930: tubul catodic cu 2 spoturi (osciloscop cu 2 canale) A.C. Cossor(Marea Britanie)

1938: Fondarea HP (Hewlett-Packard) 1946: Fondarea Tektronix: Howard C. Vollum i Jack Murdock

inventeazosciloscopul sincronizat (Tektronix 511) i calibrat(cugraticul); f0=10MHz

1959: osciloscopul cu eantionare analogic(n timp echivalent); se potvizualiza semnale de 300MHz cu un osciloscop de bazde 20MHz.

1963: Tektronix inventeaztubul cu fosfor bistabil; memorarea imaginiipe un osciloscop analogic

1964: LeCroy: osciloscopul digital cu eantionare 1978: Tektronix: osciloscop analogic de 1GHz 199x: Osciloscopul digital devine dominant pe pia; esantionare cu mai

mult de 1GSa/s 1999: nfiinarea Agilent Technologies (din divizarea HP) 2008: Agilent Infiniium 90000: primul osciloscop care poate memora mai

mult de 1 giga eantioane

Tektronix 511 (1946)

OBS: 795$ n 1948 = 7700$n 2014!


4/26

4

Mai modern (2014)....

www.gabotronics.com

Osciloscopul funcii principale

afiare y(x)

uzual x=t afiare y(t)

existi afiare y(x) : y=uy(t) , x=ux(t) (afiare XY) axa z: intensitate (opional)

Tensiune

Timp

Intensitate(Y) Tensiune

(X) Timp

(Z) Intensitate


5/26

5

Osciloscopul catodic schema bloc

BT

TRG

EXT

Tub catodic TK

Canal X

Canal YYAYB

PAX

ADX

X EXT

Z EXT AZCS Surse ialimentare TK

(A) Tubul catodic cu deflexie electrostatic

deflexia electrostatic = osciloscop (viteza mare) deflexia electromagnetic= tuburi de televizor, monitor... anozi: A1 astigmatism, A2 focalizare potentialul A3 mic; de ce ? accelerare (A) +postaccelerare (PA) forma ecranului: plat/sferic; consecine tehnologice? luminiscen: fluorescen+fosforescen; definiii?

Zona de

postaccelerare

A1 A2 A3 DY

Tun electronic

Zona de

focalizare

Zona de

deflexie

APA

F

DX

K

G

P


6/26

6

Deflexia electrostatic; sensibilitatea

Parantez: definiia sensibilitii unui aparat de msur Sy0= y(l+L)/uy S0 pentru uy=ct=U0 (este util la ceva ?)

d

uy

l L

y(l+L)

Ey

z

y

02

y

AC

lLSdU

Consecine tehnologice(you cant have a cake and eat it too)

dorim S mare: consecine: l, L mari: dezavantaje d, UAC mici: dezavantaje

cum se rezolv/compenseaz dezavantajele ? consecine L consecine l/d consecine UAC

Plci deflexie:

poligonale trapezoidale paraboidale


7/26

7

Consecine, partea 2

Q: Cum se rezolv cerina: UAC mic ?A: post-accelerare.

Zona de

postaccelerare

APA

P

Sensibilitatea n regim dinamic

uy(t) = U0 = ctse poate msura cu voltmetrul; nu ne trebuieosciloscop.

uy variabil - ex: uy(t)= Uy cos t

Sd = S0 sinc (tz/2) tz= l/vx (timp de zbor)

Soluii de cretere a frecvenei maxime o plci de deflexie multiple: f < 350MHz plci de deflexie spiralate: f < 1GHz

Realizarea electrodului de PA compact: f < 10MHz spiralat, cu cmp compact uniform: f = zeci MHz spiralat+ grila pentru cmp axial uniform: f = sute MHz


8/26

8

Electrod PA compact/spiralat

Bonus: TK cu memorie electrostatic

tun electronic principal: FER tunuri electronice suplimentare: FEL grile suplimentare n faa ecranului

gril de memorie GM gril colectoare GC

Modul de funcionare?


9/26

9

(B) Canalul Y

Schema bloc a canalului Y tipic: 2 canale = 2 blocuri Y

Cy [V/div]Cy POZ Y

INV

DCC PAYCC

YA

YB

ADY

SINCRCC

GND

CA

Rolul si funciile canalului Y

selecia modului de cuplaj: ca/cc/gnd

amplificare n tensiune, calibrat

asigur Zin (constant)

extragerea semnalului de sincronizaredin semnalul deintrare

comanda TK: trecerea de la asimetric la simetric


10/26

10

Caracteristici Y

1. impedana de intrare2. sensibilitate / coeficient de deflexie3. caracteristica de frecven

Parantez1: definiia i utilitatea dB

Parantez2: caracteristici de frecvende tip FTJ

4. rspunsul la impuls treapt

1. Impedana de intrare

1M || 20-30pF normal

10M || 2-4pF cu atenuator 1:10 (pasiv) 100M || 1-2pF cu atenuator 1:100 (sonda activ) 50 RF (frecvene nalte) pentru lucrul adaptat

Selectarea sondei la Tektronix TDS1000/2000:CH1 menu -> Probe 1x sau 10x sau 100x

Ri Ci


11/26

11

2. Sensibilitate / Cy

S = y/Ud [div/V] (include i Sa TK)

Cy = Ud/y = 1/S [V/div]

OBS: Cy calibrate n secvena 1-2-5

Paranteza 1: dB

de ce dB ?

exemplu: telefon GSM: Pemisie = 10W la staia de baz Preceptie = 0.000000000000001W (10-15 W) n antena tel.

concluzie: incomodi nepractic !

Pemisie/Preceptie = 1016

n dB: Pemisie/Preceptie [dB] = 10 lg (Pemisie/Preceptie ) = 160dB

n putere: P1/P2 [dB] = 10 lg P1/P2n tensiune: U1/U2 [dB] = 20 lg U1/U2


12/26

12

Paranteza 2: Caracteristica de frecven a unui diport

Definiie: caracteristica=A(j) s.ni amplificarea/atenuarean tensiune

U2/U1 = A(j) U1,U2 complexe

caracteristica de ordinul 1:

Modulul amplificrii:

Exemplificare: caracteristica unui circuitRC de tip FTJ (vezi schem+calcul)

DiportU1 U2

0

0

1

(

j

AjA

+

=)

2

0

0

1

|(|

+

=)

A

jA

Caracteristica de frecven a unui diport

de ce -3 dB ?

la = 0 A() = A0/ (1+12) = 0.707 deci U2 = 0.707 U1

20lg U2/U1 = 20 lg (0.707) = -3.01

|A(j)|[dB]

0

A0 = 0dB

-3dB

10,707

2=

( )

0

0

2

2

Aj

1

A

=

+

linie continu:

caracteristica

real

linie punctat: diagr.

Bode (aproximaie)


13/26

13

arac er s ca e recven a unudiport

Atenuare (oprire) pt f>f0 f0 = f-3dB = frecv. de sus s.n. caracteristicde filtru trece-jos (FTJ)

Decad: f1=10f0A1/A0 [dB] -20dB Octav: f1=2f0 Q: calculai atenuarea pe o octav!

|A(j)|[dB]

0

A0

A0 -3dB panta dreptei:

-20 dB/decad

Banda de

trecere

Banda de

oprire

( )

0

0

2

2

Aj

1

A

=

+

n dB poate

ajunge la -

0 = pct. deinflexiune pe diagr.

Bode

3. Caracteristica de frecv. a CH Y Este de ordinul 1, de tip FTJ se specific 0/2 numit f0 sau f-3dB vezi simbol universal FTJ (engl. LPF)

sursa: educatorscorner.com

de reinut: la f=f-3dB semnalul este deja atenuat cu 3dB! Se alege un osciloscop cu f-3dB >> fmax a semnalului dorit

( )

0

0

2

2

Aj

1

A

=

+


14/26

14

Alegerea benzii osciloscopului (f0)

A: un semnal conine o frecvenfundamentali armonici.

Doar semnalul sinusoidal nu conine armonici. Dactim sigur csemnalulnecunoscut e sinusoidal, nu ne mai trebuie osciloscopul!

Semnal dreptunghiular de f=100MHz armonici pe 300, 500, 700MHz...(dezvoltare n serie Fourier, armonici impare)

deci frecvena maximdin spectrul semnalului este fs max >> fsConcluzie: alegerea se face n funcie de fs maxi nu fs (fundamentala)

Sursa: Tektronix

Q: dndu-se un semnal de frecvenfs, ct trebuie sfie banda f0a osciloscopului folosit pentru afiarea sa?

Alegerea benzii osciloscopului (f0) (contd)

axa x: raportul fs/ f0 axa y: raportul amplitudine afiat/ amplitudine real

Exemple: fsemnal = f0 Aafiat = 70.7% din Areal eroare de 29.3% fsemnal = 0.3f0 Aafiat = 95.7% din Areal eroare de 4.3%

Sursa: Tektronix

Regul: se alegeosciloscopul a.. f0= 3..5 fs

consecin: pentru unsemnaldreptunghiular intr

3..5 armonici


15/26

15

4. Rspunsul la impulsul treapt

la intrare: impuls treapt (t) de ampl. Ai la ieire: A

o< A

I, ntrziat i distorsionat

AO

t

AI

t

Rspunsul la impulsul treapt(contd)

durata frontului va fi tf = t2-t1 legtura tf cu frecvena de sus f0:

Demonstraie !

y(t)

x(t)=(t)

1

A0

0,9A0

0,1A0

t1 t2 tt

0

0,35ft

f=

la intrare: (t) la ieire: y(t) = A0(1-e-0t)(t)


16/26

16

Rspunsul la impuls - consecine

Acelai semnal afiat cu un osciloscop cu banda de 4GHz, respectivbanda limitatla 1GHz i la 250MHz

Q: de ce am putea dori slimitm banda unui osciloscop?Sursa: Tektronix

Rspunsul la impuls consecine (contd)

MT/s = M Transferuri/secundUltima coloan: banda necesara unui osciloscop pentru a afia timpul

de cretere al semnalului cu eroare < 3%Sursa: Tektronix


17/26

17

Rspunsul la impuls (contd)

Pn acum: tf = timpul introdus de osciloscop datorit f0,presupunnd un timp de cretere 0 al semnalului

Dac semnalul are timpul de cretere nenul ts:

2 2

v s ft t t= +

tv = rezultanta = timpul afiat pe ecran timpii se combina ptratic

Schema bloc a canalul Y

Rolul fiecrui bloc ?

(1) comutator (2) DCC (3) CC

(4) PAY, ADY: amplificatoare

Cy [V/div]Cy POZ Y

INV

DCC PAYCC

YA

YB

ADY

SINCRCC

GND

CA


18/26

18

1. Comutatorul modului de cuplaj CC/CA/GND

semnalul de intrare u(t)=U0 + U sin t

c.c = U0 cuplaj c.c. = cu U0, cuplaj c.a. = fr U0

a) CC

Uc componenta continu

b) CA c) GND

2. DCC

Rolul su ? Cele 2 caracteristici:

(A) calibrat(B) compensat

(A) Calibrare: pp. amplificatorul can. Y are 1/S = 10mV/div orice semnal mai mare tb. atenuat atenuarea crete cnd se alege un Cy mai mare

1/5001/2001/1001/501/201/101/51/21/1Atenuar

e

5V/div

2V/div

1V/div

500mV/div

200mV/div

100mV/div

50mV/div

20mV/div

10mV/divCy


19/26

19

DCC: Realizarea treptelor Cy calibrate

Varianta n gol: avantaj: comutator simplu dezavantaje: multe celule,

reglaje interdependente,ecranare dificil

nu se folosete aici (sefolosete la voltmetre)

Q: de ce?

PAY

Ch1 in10mV/div

10mV/div

50mV/div

20mV/div

DCC: Realizarea treptelor Cy calibrate (contd)

Varianta n cascad: dezavantaj: comutator complicat

avantaje: celule de atenuare cascadate (atenuatoare elementare),independente, reglaje independente

exemplu de cascadare K = 1/50 se obine din (1/5) (1/10)


20/26

20

Realizarea unui atenuator elementar

Condiie: conservarea impedanei de intrare:

Q: De ce? A: vezi poziiile posibile ale comutatorului K1 pe schema

precedent

Ca CbU2Rb

U1

Ra

( ) ( ) ( )ip io iaZ Z Z = =

baba ZZ ,,,

DCC: Condiia de compensare

(B) definiia compensriiCaracteristica H() sfie constantcu

Demonstraie ! condiia de compensare devine:

( ) ( )

( ) ( )2

1

b

a b

U ZH

U Z Z

= =+

( )1

1

b a

a b a b b a

a b

R jH

R R R Rj

R R

+=

+ ++

+

a b = =


21/26

21

Compensarea atenuatorului

a = b atenuator compensat

a > b atenuator supracompensat

a < b atenuator subcompensat

Q: Cum se compenseaz, practic,sonda unui osciloscop ?

Atenuator

compensat

Atenuator

subcompensat

Atenuator

supracompensat

bornconectare sond(ieire semnal dreptunghiular)Probe Compensation

urub reglajcompensareQ: Ra, Ca, Rbsau Cb ?

3. Comutatorul de canale

2 canale 2 imagini pe Y soluii:

2 tunuri (2 spoturi), 2 seturi de plci Y (soluie veche)

1 tun + 1 set de plci Y + comutarea celor 2 canale


22/26

22

3. Comutatorul de canale

TK clasic: nu se pot afia 2 imagini (CH1+CH2) simultan ALT: o cursdirect= CH1, a doua curs= CH2utilizare: Tx = 10Cxmic

CHOP: o cursdirect= multe alternri CH1/CH2utilizare: Tx mare n modul ALT imaginea ar tremura (flicker)necesitun oscilator separat cu f = zeci de KHz

OBS: singurul reglaj de pnacum specific doar osciloscoapeloranalogice

Modul ALT

Cursa n+1

Cursa n

Modul CHOP

Cursa n

Cursa n

(C) Canalul X (osciloscop analogic)

( ) 000

1 tc

Iu t I dt t

C C= =

Principiul canalului X: baza de timp (GTLV)

K=1 CD (ncrcare C prin R1) I0 = E0/R1 K=2 CI (descrcare C prin R2)tCD >> tCI R1 >> R2


23/26

23

Canalul X forme de und(sgn. periodic)

DatoritID (sincronizare) Ecran1=Ecran2=Ecran3=Ecran4 durata ecran = durata CD = durata TLV Mod: Auto sau Normal Identificm fiecare f.u. pe schema bloc

Canalul X schema bloc analogic

Culorile identificblocurile logice: Cuplaj trigger: CC,CA, LF Rej, HF Rej; intern (PAY) sau extern AS: reglaj nivel (trigger level), selectare front (slope) CF: genereazsemnalul ID (impulsuri Sy) CDA: selecie AUTO/NORM, generare semnal AUTO n lipsa ID pe

modul AUTO CP, CR, GTLV: baza de timp; CD=CS (comanda strlucire,

aprinderea spotului pe ecran)

INTCC

FTJ

FTS

CA

LF REJ

PAY

EXT

HF REJ

AS

NIVEL

CF

CDA

CP

NORM AUTO CONT MONO

ARM

tRET

Cx+

FRONT CR

GTLV

ADX

EXT X

y(t)

y(x)

PAX

CS

CDSy sau ID

RET

uf(t)

AUTO

TRG EXT


24/26

24

Canalul X - reglaje

se identificreglajele pe schema bloc

reglaj principal: Cx Tx=NxCx Nx = max 10 div Cx calibrat 1-2-5 sau 1-2.5-5

Moduri: AUTO/NORM NORM: CD e pornitdoar de ID; lipsa ID lipsa imaginii AUTO: lipsID un anumit timp pornire CD imagine, chiar dacnu

e sincronizat; utilitate AUTO: vizualizarea nivelului de 0

Canalul X - modul AUTO

Modul AUTO n lipsa semnalului (ecran 3, ecran 4)

Bloc: CDA; genereazUCOMP, comparcu UCOMP max UCOMPcresctor, adus la 0 de impulsurile ID Expirare timp (UCOMP>UCOMP max) generare semnal AUTO pornire CD


25/26

25

Canalul X modul single sweep

Operare n modul single sweep(single shot, Mono, desfuraresingular) versus modul continuu (Cont)

ARM=1 valideazgenerarea unui singur ID cnd se satisfaccondiiile de sincro; urmtoarele ID snt ignorate (BT inhibat)

Utilitate ?

Canalul X - holdoff

Rolul CR = generarea timpului reglabil de holdoff (tret) n timpul tretBT (GTLV) e inhibat (ignorimpulsurile ID) la sf. tretGTLV e validat (va porni la urmtorul ID)


26/26

Date post:	27-Feb-2018
Category:	Documents
Upload:	dan-stefan
View:	223 times
Download:	0 times

osciloscop-rev42

Documents