ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
Osiloskop Kullanımı
A.ÖNBİLGİ
Bir elektrik devresindeki temel büyüklükler devre elemanları üzerindeki akım ve gerilim
değerleridir. Bu büyüklükleri ölçmek için, aslında kendileri de elektrik devreleri olan ölçü aletlerini
kullanırız. Yani, akım ölçmek istiyorsak ölçeceğimiz akımı, üzerinden geçen akımın değerini bize
bildirecek olan bir devreden (ölçü aletinden) geçirmemiz gerekir. Yani; ölçü aletini devreye seri olarak
bağlamalıyız. Gerilim ölçmek istiyorsak, uçlarına uygulanan gerilim değerini gösteren bir devreye
(ölçü aletine) ölçülmesini istediğimiz gerilimi uygulamamız lazımdır. Yani; ölçü aletini devreye paralel
olarak bağlamalıyız. Bu ölçü aletleri avometre ve osiloskop’tur. Bu deney kapsamında osiloskop ile
ölçüm uygulamaları yapacağız.
Osiloskop yalnızca gerilim ölçen ve girişine uygulanan gerilimin zamanla değişimini ekranında
ayrıntılı olarak gösterebilen bir ölçü aygıtıdır. Günümüzde analog ve dijital olarak iki çeşit olarak
kullanılmaktadırlar. Yapısal ve işlevsel açıdan osiloskop 4 ana kattan oluşur. Bunlar; görüntü birimi,
yatay saptırma katı, düşey saptırma katı ve tetikleme katı’dır.
Şekil 4.1: Osiloskop Yapısı
Görüntü Birimi:
Osiloskop’ta ölçüm yapılabilmesi için gerekli görüntüyü sağlayan kısımdır. Çalışması; Şekil 4.1’de
katot ışınlı tüpün katodu bir flaman yardımıyla ısıtılarak, atomik yapısında yer alan serbest
elektronların kolayca kopması sağlanır. Bu serbest elektronlar anota uygulanan yüksek (+) potansiyelli
gerilim yardımıyla anota (dolayısıyla ekrana) doğru büyük bir hızla çekilirler. Yukarıdaki yapıda
gösterilmemiş olan ve yine katota göre (+) potansiyele sahip olan hızlandırma ve odaklama ızgaraları
yardımıyla elektronlar anotta yer alan ekran yüzeyinin tam orta noktasına gönderilir. Ekranın iç
yüzeyine kaplanmış olan floresans madde, üzerine elektronlar çarptığında ışıma yapar ve ekranı
izleyen kişi tarafından parlak bir nokta olarak görülür. Girişe uygulanan sinyalimize göre bu parlak
nokta ekran yüzeyinde sürekli hareket ederek belirli bir görüntü oluşur. Bu oluşan görüntü sayesinde
de osiloskop’ta ölçüm yapabiliriz.
Sayfa - 1 -
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
Düşey ve Yatay Saptırma:
Düşey ve yatay saptırma levhalarının işlevleri, her bir çiftin kendilerine uygulanan farklı elektriksel
potansiyeller sonucu aralarında oluşacak olan elektrikalanı yardımıyla, tam ortalarından geçen
elektronları uygun yönde ve uygun oranda saptırarak ekranda belirli bir noktaya yönlendirmektir. Her
iki levha çiftine de herhangi bir gerilim uygulanmadığında, elektron beneği ekranın tam ortasında
sabit olarak görülecektir. (Ekranın ortasında bu şekilde görüntünün oluşması ekran kimyasalının zarar
verdiği için sabit nokta olarak ayarlanmamalıdır). Şekil 4.2’de, düşey ve yatay saptırma levha
çiftlerinin birine ya da her ikisine ve farklı yönlerde zamanla değişmeyen gerilimler uygulandığında,
ekranda görülecek olan görüntüler verilmiştir.
Şekil 4.2: Yatay ve Düşey Saptırma Levhalarına Uygulanan Gerilimlerin Elektron Beneğini Saptırması
Düşey saptırma levhalarına herhangi bir gerilim uygulanmadığını, sadece yatay saptırma
levhalarına gerilim uygulandığını düşünelim. Örneğin, ekrana önden bakıldığında sağda yer alan
levhaya, soldakine göre daha (+) olacak biçimde sabit (zamanla değişmeyen) bir gerilim
uygulandığında, oluşacak elektrik alanı, elektron beneğini ekranın tam ortasına değil, biraz daha sağa
doğru yönlendirir. Bu durum Şekil 4.2 (a)’da görülebilmektedir. Belirtilen yönde, yatay saptırma
levhaları arasına uygulanan gerilimin şiddeti arttırıldığında sapma oranı da aynı yönde ve biraz daha
fazla olacaktır.
Yatay saptırma levhalarına gerilim uygulanmayıp, sadece düşey saptırma levhalarına gerilim
uygulanırsa, uygulanan gerilimin yönüne ve şiddetine bağlı olarak elektron beneği düşey doğrultuda
yer değiştirir. Bu durum Şekil 4.2 (b)’de görülmektedir.
Eğer her iki levha çiftine de gerilim uygulanırsa, yine yön ve şiddetlerine bağlı olarak, elektron
beneği ekran düzleminde farklı bir yer alır. Bu durum Şekil 4.2 (c)’de görülebilmektedir.
Şekil 4.3: Yatay Saptırmaya Uygulanan Testere Dişli Gerilimin Görüntüye Etkisi
Eğer düşey saptırma levhalarına herhangi bir gerilim uygulanmamışken, yatay saptırma levhalarına
zamanla değişimi Şekil 4.3 (a)’da verilen testere dişi biçimli bir gerilim uygulanırsa, levhalar arasındaki
Sayfa - 2 -
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
gerilim her an farklı olacağından, katottan fırlayarak ekrana doğru ilerleyen ve birbirini izleyen
elektronları etkileyen elektrik alanı da zaman içinde farklı olacaktır. Bu durum, farklı anlarda ekrana
ulaşan elektronların farklı noktalara çarpmalarına neden olur. Eğer uygulanan gerilimin zamanla
değişim hızı çok küçük ise, bu durum ekranda yatay yönde ilerleyen bir nokta olarak gözlenir. Bu
durum Şekil 4.3 (b)’de görülebilmektedir.
Ancak işaretin sıklığı (frekansı) gözün izleyebileceğinden daha hızlı ise, ekrana ulaşan elektronlar
ekranda yatay bir çizgi olarak görülür. Bu durum Şekil 4.3 (c)’de görülmektedir. Yatay saptırmaya
uygulanan testere dişi gerilimin sıklığı,Tarama Frekansı ya da Tarama Hızı olarak da anılır. Tarama
frekansı değiştirilerek ekrandaki görüntünün daha geniş ya da daha dar bir yatay uzunluk kaplaması
sağlanabilir.
Tetikleme Katı:
Osiloskop ekranında elde edilen görüntünün sürekli aynı kalabilmesi için, her tarama işaretinin
başlangıç noktasında girişe uygulanan gerilimin belirli bir anlık değerde olması gerekir. Aksi durumda
her taramada giriş işareti farklı bir anlık değerden başlayacağından, ekranda durağan değil, kayan bir
görüntü elde edilir. İşte tetikleme biriminin işlevi, giriş işaretinden örnekler alarak, her tarama
başlangıcında yatay saptırma levhalarına uygulanan testere dişi biçimli işaretin en küçük değerinden
başlatılmasını sağlamaktır. Aşağıda yatay saptırma levhalarına uygulanan senkronlanmış ve
senkronlanmamış testere dişli işaret durumunda ekrandaki görüntüler verilmiştir;
Şekil 4.4: Yatay Saptırmaya Uygulanan Testere Dişli Gerilimin Senkronlanmış ve Senkronlanmamış
Hali ve Ekranda Oluşan Görüntü
Anlaşıldığı gibi, ekranda kararlı bir görüntü elde edebilmek için, süpürme işaretinin frekansının bir
şekilde giriş işaretine bağımlı kılınması gerekmektedir. Eğer bağımlı kılınmazsa ekranda sağa veya sola
kayan görüntü oluşacaktır.
Sayfa - 3 -
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
Lissajous Eğrileri Yardımıyla Faz ve Frekans Ölçme
İki işaret arasındaki faz farkı veya bilinmeyen işaret frekansı Lissajous eğrileri kullanılarak ölçülebilir.
Bu işlem çok hassas kalibrasyon gerektirmemesi nedeniyle avantajlıdır.
Aralarında faz farkı bulunan iki işaretten biri düşey işaret girişine ve diğeri de yatay işaret girişine
uygulanır. Burada dahili süpürme işareti kullanılmamaktadır. Ekran üzerinde meydana gelen eğri
yardımıyla iki işaret arasındaki faz farkı kolayca belirlenir. Ekranda meydana gelecek şekil bir doğru,
bir daire veya bir elips olacaktır.
Şekil 4.5: Lissajous Eğrileri ile Faz Farkı Ölçülmesi
Yatay girişe uygulanan işaretinYm.Sin(wt) ve düşey
girişe uygulanan işaretin ise Ym.Sin(ωt–ϕolduğu
düşünülsün. Ekranda Şekil 4.6’ya benzer görüntü elde
edilecektir. t= 0 anında düşey giriş işaretinin aldığı
değer Y=Ym.Sinϕ olacaktır. Buradan hareketle;
çıkarımından gerilimler arasındaki faz farkı bulunmuş
olur. Aynı işlem X ekseni için de yapılabilir sonuç aynı
çıkacaktır. Yani bulunan faz farkları aynı değer
olacaktır.
Şekil 4.6: Lissajous Eğrileri ile Faz Farkı
Ölçülmesi
Sayfa - 4 -
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
Dijital Osiloskop
Şekil 4.7: Dijital Osiloskop Önden Görünüş
Dijital osiloskop, analog osiloskop’a benzerdir ama girişten alınan verinin işlenip sonradan ekrana
uygulanması, ekran görüntüsünün USB bellek aracılığıyla alınabilmesi, verinin saklanması vb. gibi
farklılıkları vardır. Her dijital bellekli osiloskop’ta analog giriş işareti prop, bölücü ve kuvvetlendiriciler
üzerinden bir A/D çeviriciye uygulanır, ardından nicelendirilir, dijitalise edilir ve örnekleme saat
frekansına göre nokta nokta belleğe yerleştirilir.
Bellek dolduktan sonra içeriği bir D/A çeviriciye uygulanır, ardından kuvvetlendirilir ve ekrana
getirilir. Ekran, dijital bellek ve analog çalışma konumuna sahip DSO(Digital Storage
Oscilloscope)'larda alışılagelmiş bir osiloskop resim tüpü, saf dijital osiloskoplarda ise bir "raster-scan"
(satır satır tarama) tüpüdür.
Dijital Osiloskop Ön Panelinde Yer Alan Düğme ve Anahtarların İşlevleri
Power:Osiloskobun açma/kapama işlevini yerine getirir.Osiloskoptanosiloskopa konumu değişken
olup laboratuarlarımızda bulunanlarda üst kısımdadır.
Menü Bririmi:Bu birimde osiloskop genel kullanım ve
ayarlamaları için oluşturulmuş kısımlar bulunmaktadır.
Measure:Ölçümle ilgili ayarlamaları içerir.
Acquire:Sinyali yakalama ayarlarının yapıldığı kısımdır.
Örnekleme modu değiştirme, tepe noktaları saptama ile
yakalama gibi özelliklerin bulunduğu kısımdır.
Storage:Sinyalin veya ilgili verilerin kayıdı, saklanması ile
ilgili ayarlamaları içerir.
Cursor:Osiloskop ekranında dikey olarak bulunan ve
Şekil 4.8: Dijital Osiloskop Menü
genellikle kesikli olan çizgilerin ayarlamalarını içerir. Bu
Butonları
çizgiler ile düşey ve yatay ölçümler, iki sinyal arası fark
değerleri gibi ölçümler yapılmasına kolaylık sağlamaktadır.
Display:Görüntüleme,ekran ayarlamalarını içerir.
Utility:Osiloskop kullanım sistemi ile ilgili; dil ayarları, ses ayarları gibi düzenlemeleri içerir.
Sayfa - 5 -
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
Şekil 4.9: Dijital Osiloskop Run Control
Çalışma Kontrol Birimi:Bubirimde sinyalin çalışma anında kontrolü ilgili işlemler gerçekleştirilir.
Auto: Bir nevi tetikleme işlemi gibi çalışır. Sinyalin ekranda net olarak görülebilmesi için tetiklemeyi
otomatik ayarlayarak yarar sağlar.
Run/Stop: Sinyalin ekrana yansıması sırasında ekranda sabit bir görüntü oluşmasını veya sinyalin
sürekliğini sağlar.
Düşey Saptırma Katı: Düşey saptırma (Giriş) katına ilişkin ayarlamalarda
aşağıdaki düğme ve anahtarlar kullanılır. Çok kanallı (girişli)
osiloskoplarda (CH1, CH2), hergiriş için aşağıdaki düğme ve anahtarlar
ayrı ayrı bulunmalıdır.
CH1/CH2/MATH/REF/OFF:Bu düğmeler ilgili kanalın menüsünü,
işaretini, dalga şeklini gibi özelliklerini ekranda görmek için kullanılır.
OFF düğmesi ise ilgili kanalı ekrandan kaldırmak, kapatmak için
kullanılır.
VOLTS/DIV(SCALE):Bu çok konumlu seçici anahtar, düşey saptırma
katında yer alankuvvetlendiricinin kazancını kademeli olarak değiştirir.
Anahtarların gösterdiği değer, elektron beneğinin düşey eksende bir
Şekil 4.10: Dijital Osiloskop
kare (Div) sapmasının gerilimsel karşılığıdır.
Vertical
Örneğin; Ekranda Volts/div sekmesinin 1 Volt olması, ekranın düşey
ekseninde 1 Div(1 cm) uzunluğundaki sapmasının 1 Volt gerilime karşılık olduğunu gösterir.
Position:İlgili girişe uygulanan gerilim üzerine (+) ya da (-) işaretli bir DC gerilimeklenerek, ekrandaki o
girişe ilişkin görüntünün tümüyle yukarıya ya da aşağıya doğrukaydırılması sağlanır.
Yatay Saptırma Katı: Yatay saptırma ile ilgili olarak aşağıda ad ve işlevleri
sıralanananahtar ve düğmeler kullanılır:
TIME/DIV(SCALE):Bu çok konumlu seçici anahtar, yatay saptırma
uygulanan taramaişaretinin sıklığını kademeli olarak değiştirir. Anahtarın
gösterdiği değer, elektronbeneğinin yatay eksende bir kare (Div)
sapmasının karşılığıdır.
Örneğin; Ekranda Time/Divsekmesinin 1 ms olması, elektron beneğinin
yatay ekseninde 1 Div (1 cm)uzunluğundaki ilerlemesinin 1 ms sürdüğünü
gösterir.
Position:Yatay saptırma levhalarına uygulanan gerilim üzerine (+) ya da
(-) işaretlibir DC gerilim eklenerek, ekrandaki görüntünün tümüyle sağa
ya da sola doğrukaydırılması sağlanır.
Sayfa - 6 -
Şekil 4.11: Dijital Osiloskop
Horizontal
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
Tetikleme Birimi: Tetikleme birimi ve Tarama Modu ile ilgili olarak aşağıda ad
veişlevleri sıralanan anahtar ve düğmeler kullanılır:
Level:Ekranda görülmek istenen görüntünün, ekranın sol yanında, girişe
uygulananişaretin hangi anlık değerinden başlaması gerektiğini ayarlar. Giriş
işareti ile taramaişaretinin eşzamanlılığının (senkronizasyonunun) olmaması,
ekrandaki görüntünündurağan olmamasına, yani ekranda kayan bir görüntü
olmasına neden olur.
%50:Bu düğme tetikleme seviyesinisinyalin yarı seviyesi kadar düzeye ayarlar.
Yani iki tepe nokta arasının tam orta noktasına tetikleme seviyesini çeker.
Force: Normal ve Single tetikleme modlarında bir tetikleme sinyali ve fonksiyonu
yaratma işlemini gerçekleştirir.
Sayfa - 7 -
Şekil 4.12: Dijital Osiloskop
Trigger
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
B.DENEY ÖNCESİ YAPILACAKLAR
1. Osiloskopun yatay saptırma levhalarına bir işaret uygulanırken, düşey saptırma levhalarına
herhangi bir işaret uygulanmazsa veya tam tersi durumda ekranda nasıl bir görüntü oluşur?
2. Yatay saptırma levhalarına uygulanan işaretin doğrusal olmasının avantajı veya dezavantajı
var mıdır? Açıklayınız.
Not: Deney çalışmasına gelirken lütfen yanınızda USB bellek getiriniz.
Sayfa - 8 -
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
C.DENEYİN YAPILIŞI
1. Osiloskopun düşey işaret girişine fonksiyon jeneratörü yardımıyla sinüzoidal bir işaret
uygulayınız. Osiloskopun tetikleme, senkronizasyon ve pozisyon ayarlarını kullanarak ekranda
duran ve yatay eksene göre simetrik bir görüntü elde etmeye çalışınız. Duran bir görüntü elde
ettikten sonra, bu işarete ait büyüklükleri (genlik, periyot, frekans, etkin değer, ortalama
değer) belirleyiniz. Deney raporunda bu sinyali ölçekli olarak çizip üzerinde yukarıdaki
değerleri gösterip yazınız.
2. Tetikleme otomatik konumda iken, tetikleme darbeleri işaretin sıfır geçişlerinden elde
edilmektedir. Bu nedenle, görüntü ekranın sol kenarından ve sıfır değerinden başlamaktadır.
Tetiklemeyi otomatikten çıkararak, tetikleme geriliminin 0.5V, 1V ve 2V değerleri için sinyalin
başlangıç noktasına dikkat ederek ölçekli olarak çizip not ediniz. (Deney sonrası raporunuza 3
değer için de özellikle bu çizimleri ekleyiniz) Bu değerler için ekrandaki işaret sıfır değerinden
değil de, yeni ayarladığınız tetikleme seviyesinden başlayacaktır. Tetikleme seviyesini
değiştirerek ekrandaki işaretin başlangıç değerindeki değişmeyi inceleyiniz.
3. Osiloskopun girişindeki işaretin frekansını 1 kHz’e
ayarlayınız. Daha sonra bu işareti, R = 10kΩ(bir
potansiyometre kullanınız) ve C = 10nF
elemanlarından oluşan bir alçak geçiren süzgeçin
(AGS) girişine uygulayınız. AGS’nin girişindeki ve
çıkışındaki işaretler arasındaki faz farkını, süzgeç
çıkışındaki işaretin genliğini ekran üzerinden
belirleyiniz. Verilen değerleri kullanarak faz farkını
hesaplayınız ve osiloskop yardımıyla Measure
menüsünden gördüğünüz değerle karşılaştırınız.
(Bu farkı osiloskopun Cursor menüsünü kullanarak
da görmeye çalışınız)
Şekil 4.13: Osiloskop Deneyi
Devresi
4. Bağlantıları değiştirmeden, süpürme işaretinin frekansını değiştiren anahtarı X/Y konumuna
getiriniz. Bu durumda, osiloskopun düşey saptırma levhalarına AGS girişindeki işareti, yatay
saptırma levhalarına ise AGS çıkışındaki işareti uygulamış olacaksınız. Elde ettiğiniz Lissajous
eğrisi yardımıyla faz farkını tekrar belirleyiniz ve bir önceki sonuçlarla karşılaştırınız.
Potansiyometrenin değerini değiştirerek, direnç ile kapasite üzerindeki gerilimleri kullanarak
değişik Lissajous eğrileri elde etmeye ve bunlara karşı düşen faz farklarını belirlemeye
çalışınız.
5. Osiloskop üzerinde gördüğünüz herhangi bir işareti dijital osiloskop’un Storage menüsü
özelliğini kullanıp yanınızda getirdiğiniz USB belleğe şekli göndermeye çalışınız. Gönderdiğiniz
şekli deney raporu içerisinde kullanınız.
Sayfa - 9 -
Toplam Sayfa -10 -
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Osiloskop Kullanımı
D.DENEY SONRASI YAPILACAKLAR
1.Bir transistörün, baz akımı parametre olmak üzere, kollektör akımı ile kollektör–emetör gerilimi
arasındaki bağıntı o transistörün karakteristiği veya çıkış özeğrisi olarak adlandırılır. Osiloskop
yardımıyla bir transistörün karakteristiği nasıl elde edilebilir? Araştırınız.
Sayfa - 10 -
Toplam Sayfa -10 -
Download

linkten