Osciloskop

Elektřina a magnetismus ⇒ Měřicí přístroje ⇒ Osciloskop

Teorie:

Osciloskop je elektrický měřicí přístroj s obrazovkou vykreslující průběh naměřeného napěťového signálu. Základní schéma „vnitřku“ osciloskopu je na následujícím obrázku:

obrazovka osciloskopu
http://lucy.troja.mff.cuni.cz/...

To, co vytváří obraz na obrazovce, jsou dopadající elektrony, které jsou produkovány ve Wehneltově trubici. Svazek elektronů je pak v elektrickém poli vhodného tvaru zaostřen, tzv. fokusován, a v dalším elektrickém poli jsou elektrony urychlovány. Elektron prolétává elektrickým polem vertikálních vychylovacích destiček, na které se vkládá zkoumaný napěťový signál. Do pole vlétá tak, že směr jeho rychlosti je kolmý na intenzitu pole. V prostoru mezi destičkami (u televize jsou vychylovací cívky) je přitahován ke kladné destičce a jeho dráha je zakřivována. Takto by elektron na obrazovce vykreslil při velké frekvenci svislou úsečku nebo by při malé frekvenci kmital ve svislém směru. Pro analýzu je třeba tento kmitavý pohyb rozvinout v čase, k čemuž slouží další, tzv. horizontální vychylovací destičky. Po opuštění elektrického pole se opět pohybuje přímočaře. U osciloskopu se používají dvoje destičky, jedny vychylují elektron nahoru-dolů, druhé do stran. Úhel, o který mohou destičky vychýlit elektron, je poměrně malý. Proto je obrazovka osciloskopu malá a dlouhá. Nakonec elektron dopadne na stínítko obrazovky, kde příslušný bod na chvilku zazáří. Dopadne-li elektron na stínítko, můžeme sledovat časově rozvinutý průběh zkoumaného napětového signálu.

Lissajousovy obrazce obecně vznikají při skládání dvou kolmých harmonických pohybů. Pro pozorování těchto obrazců se používá právě osciloskop. Světelný bod na stínítku obrazovky vzniká dopadem urychlených elektronů. Je-li poloha bodu popsána souřadnicemi x a y (počátek souřadnicové soustavy je ve středu stínítka) a je-li vychýlení přímo úměrné napětí přiváděnému na vychylovací destičky (ux, uy), lze polohu bodu vyjádřit jako funkci napětí ux a uy. Pro střídavé napětí tvaru

ux = Uo⋅sin(ω1t)
uy = Uo⋅sin(ω2t+φ)

kde Uo je amplituda napětí, ω je úhlová frekvence a φ je fázový rozdíl mezi ux a uy, je tedy

xUo⋅sin(ωt)
yUo⋅sin(ωt+φ)






Ovládání apletu:

Tento aplet zobrazuje základní funkce osciloskopu.
Osciloskop je přístroj široce používaný při elektrických měřeních.
Hlavní součástí osciloskopu je CRT obrazovka (Cathoda Ray Tube). CRT obrazovka je vakuová trubice, ve které jsou urychlovány a vychylovány elektrony pod vlivem elektrického pole. Elektrony jsou vychylovány do různých směrů pomocí dvou párů destiček umístěných kolmo na sebe v hrdle trubice. Signál z vodorovných vychylovacích destiček (tzv. časová základna) je generován osciloskopem.

Matematické vyjádření signálu je Fx(t) = Ct + D (jako výchozí hodnota), kde C odpovídá časové ose (základně) a D vodorovné počáteční výchylce.
Vnější signál (který je potřeba změřit) je přiveden na svislou vychylující destičku (osa Y).
Výchozí vyjádření signálu pro tento aplet je Fy(t) = A⋅sin (ωt + B).

V apletu se ω zobrazuje jako "w".

Můžete měnit x-ovou nebo y-ovou osu na jiný druh signálu.

Při nastavení obou signálů na matematický zápis Fx(t) = A1⋅sin (ω1t + B) a Fy(t) = A2⋅sin (ω2t + B) zobrazí osciloskop Lissajousovy obrazce.

Nastavení matematického zápisu signálů - vybráním volby z horních dvou nabídek nastavíte Vámi požadovaný tvar signálu.
Nastavení parametrů A, B, C, D, ω - zadáním hodnoty do příslušných textových polí a potvrzením klávesou Enter nastavíte požadovanou hodnotu parametrů.

Kliknutím na jeden ze čtyř knoflíků a posouváním myši po směru nebo proti směru hodinových ručiček změníte hodnoty pro Time/Div, Volt/Div, yOffset a xOffset - časovou osu, napětí a posuny zobrazení
v x-ovém a y-ovém směru.

Při otáčení knoflíky se změní vlevo nahoře matematický zápis rovnice pro x-ový signál; omluvte, prosím, tuto autorovu chybu.



Odkazy:

Odkaz na obdobný aplet: http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap23/Oscilloscope/app.htm
Odkaz na podobnou simulaci: http://www.math.com/students/wonders/lissajous/lissajous.html
Odkaz na teorii osciloskopu: http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/kap4/4_2.html
Odkaz na teorii osciloskopu: http://www.jsmilek.cz/skripta%20pdf/mereni%204%20osciloskopy%20skripta.pdf

Valid HTML 4.01 Transitional