Versuch 2.2 Kathodenstrahloszillograph (KO)

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1 Versuch 2.2 Kathodenstrahloszillograph (KO) 1/5 Lernziele Hauptziel des Versuchs ist das Kennenlernen des KO am Messplatz. Führen Sie daher möglichst alle der untenstehenden Messaufgaben durch, um die Eigenschaften und Einsatzweise dieses Geräts kennen zu lernen oder zu vertiefen. Am Ende des Versuchs, sollten Sie den Zweck und die Funktion (fast) jedes Bedienelementes des KO beschreiben können. Mögliche Erfolgskontrolle: Sind Sie in der Lage deren Bedeutung und Verwendung einem Kollegen zu erklären? Sie kennen die prinzipielle Funktionsweise des Kathodenstrahloszilloskops (KO) und seine Verwendung als Messgerät für zeitlich veränderliche Spannungen. Sie kennen die elektrischen Eigenschaften des KOs (Eingangswiderstand, -kapazität). Sie können "erdfreie" Spannungen messen, d. h. Spannungen zwischen Punkten von denen keiner an Erdpotential hängt. Sie können periodische Spannungen, sowie einmalige Vorgänge (Transienten) messen und deren Verlauf speichern. Über diesen Versuch wird kein Bericht geschrieben. Sie können Ihre Aktivitäten in einem Laborjournal mit den wichtigsten Erkenntnissen für die einzelnen Messaufgaben dokumentieren. Es ist dabei nicht nötig, die Funktionsweise der ausgemessenen Schaltungen und Objekte zu erklären. Messaufgaben Aufgabe 1 Trigger 1 -Modi Betrachten Sie diverse Signale des Funktionsgenerators (HM 8030) mit verschiedenen KO-Triggermodi (AC, DC, ~) und beschreiben Sie die Unterschiede an Hand der folgenden Signale: Wechselstromsignale: Sinus- oder Dreieckspannung Mischsignal: Sinusspannung mit Offset (Gleichspannungsanteil) Aufgabe 2 KO-Sonde Stellen Sie das KO-eigene Kalibriersignal mit der abgeglichenen 10:1 KO-Sonde (Tastkopf) dar. Verstellen Sie danach die Sonde und beschreiben Sie Ihre Beobachtungen. Aufgabe 3 Stromzangen Messen Sie diverse Stromstärken von Gleich- und Wechselströmen mit der Stromzange. Bis hinunter zu welchen Stromstärken kann mit der Stromzange noch gemessen werden? Vergleichen Sie die Messung mit der Bestimmung der Stromstärke durch Spannungsmessung an einem bekannten Widerstand. Achtung: Schalten sie die Stromzange unmittelbar nach dem Benutzen wieder aus. Die darin enthaltenen Batterien entladen sich sonst innerhalb kurzer Zeit! Aufgabe 4 xy-betrieb Vergleichen Sie messtechnisch die Ausgangspannung mit der Eingangsspannung eines RC-Gliedes in Funktion der Frequenz (20 Hz 20 khz), wenn die Eingangsspannung sinusförmig ist. Beobachten Sie insbesondere das Amplitudenverhältnis und die Phasenverschiebung. Betrachten Sie anschliessend beide Signale im xy-modus. Erklären Sie die sich ergebenden Figuren (so genannte Lissajous-Figuren). 1 Trigger: englisch für "Abzug", hier im Sinne von Auslösung der KO-Bilddarstellung

2 2/5 Aufgabe 5 Erdfrei messen Problem: Bei einem KO ohne Differenzverstärker, kann die Messung eines Signals nur bezüglich der KO-Erde durchgeführt werden. Die Messung eines "erdfreien" Signals 2 muss durch die Bildung der Differenz der Spannungen der KO- Kanäle I und II erfolgen durch Invertieren des zweiten und Addieren der beiden Signale (Tasten ADD und INV). Dabei müssen beide y-ablenkverstärker auf die gleiche Empfindlichkeit eingestellt sein. Sollen zwei Signale dargestellt werden, so muss eines davon im Speichermodus als Referenzsignal (REF) aufgenommen werden. Um dabei einen korrekten Zeitbezug zu gewährleisten, sollte ausserdem der externe Trigger (TRIG: EXT) benutzt werden. 5.1 Messen Sie die Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung (Sinus) an der Phasenschieberschaltung (siehe Fig. 1) in Funktion des einstellbaren Potentiometerwiderstands bei einer festen Frequenz (z.b. 1 khz) oder in Funktion der Frequenz bei fester Potentiometereinstellung. 5.2 Stellen Sie die Ein- und Ausgangssignale der Zweiweggleichrichterschaltung simultan dar. Verwenden Sie dafür eine Sinus-Spannung mit einer Amplitude zwischen 6 und 12 V und einer Frequenz zwischen 50 und 100 Hz. Aufgabe 6 Messen eines transienten 3 Signals (einmaliges Ereignis) Stellen Sie das Prellen eines schliessenden Relais 4 zeitlich dar (siehe Fig. 2) und messen Sie die Anzugsverzögerung und die Prellzeit des Relais. Diese Messung muss im Speicher-Modus (STOR.) mit SINGLE SHOT und PRE-TRIG. erfolgen. Triggern Sie ab dem Steuersignal des Relais. Inventar 1 Doppelnetzgerät mit einstellbarer Spannung und wählbarer Strombegrenzung (HM 8142) 1 Funktionsgenerator (HM 8030) 1 Kathodenstrahloszillograph (Hameg HM 1507, je nach Messplatz: HM 507) 2 KO-Sonden (10:1 Tastkopf) 1 Stromzange (HZ56) Messbereich 0 bis 20 A Genauigkeit ±1% und ±2% Auflösung ±1 ma Frequenzbereich DC bis100 khz Die Stromzange muss unmittelbar nach dem Gebrauch abgestellt werden, da sich die Batterie sonst innerhalb kurzer Zeit entlädt! 2 Widerstandsdekaden (1 Ω 11 MΩ), Genauigkeit 1%, Belastbarkeit 1 W 1 Satz Messwiderstände (diverse Werte, 5 W) 2 Eine Spannung (zwischen zwei Punkten) wird als erdfrei bezeichnet, wenn keiner der beiden Punkte auf Erdpotential liegt. 3 vom Lateinischen "transitus": Übergang, d. h. Übergangsphase 4 Relais: durch einen elektrischen Strom gesteuerten Schalter

3 3/5 Messobjekte 1 Phasenschieberschaltung auf Plexiglasplatte mit Potentiometer (0 10 kω, linear) 1 Box mit Relais (12 V = ) mit Freilaufdiode 1 prellfreier Schalter (Quecksilberröhre) Behandeln Sie den Schalter vorsichtig: Quecksilber und seine Dämpfe sind toxisch. 1 Box mit 2 RC-Tiefpassglieder (f g = 1 khz) 1 Box mit Zweiweggleichrichter Uein R R Uaus R = 1 kω C = 150 nf Rp = kω (linear) Rp C 12V= Prellfreier Schalter Schutzdiode 12V= 1kΩ KO Relais Figur 7.1 Phasenschieber Figur 7.2 Relais-Schaltung

4 Oszilloskop HM Bedienungs-Anleitung 4/5 Nr. Name Kurz drücken Lang drücken 1 POWER Ein- und ausschalten 2 AUTO SET Der zweitwichtigste Knopf 3 RM Fernbedienung über RS232 4 INTENS Helligkeit individuell verändern Den Strahl wählen mit READOUT READOUT : Text und Gitterlinien ein/aus 5 TR Strahldrehung justieren 6 FOCUS Schärfeeinstellung 7 STOR. ON HOLD HOLD : Bild speichern (nur Digital-Modus) STOR. ON : Umschalten analog/digital 8 PTR Pre- und Posttrigger wählen Pre- und Posttrigger ausschalten 9 STOR. MODE RFR : immer wieder neu zeichnen ENV : Hüllkurve (max. und min.) AVM : Mittelwert anzeigen ROL : Triggerung ausgeschaltet Beide Tasten kurz drücken : Anzahl Messungen für Mittelwert mit Pfeiltasten wählen 10 SINGLE SINGLE (RES) : Ereignistriggerung ENV, AVM : Kurven löschen Einzelkurve erfassen und dann Start mit kurzem Tastendruck 11 REFERENCE Gespeicherte Referenzsignale anzeigen Speichern einer neuen Referenz 12 SAVE RECALLL Wählen der Geräteeinstellungen (1-9) Geräteeinstellungen speichern/abrufen

5 5/5 Nr. Name Kurz drücken Lang drücken 13 TRS Y-POS. I auf B-Zeitbasis umschalten 14 Y-POS. I Position von Kanal I einstellen 15 Y-POS. II Position von Kanal I einstellen 16 NM AT Positive oder negative Triggerflanke Triggerung normal/automatisch 17 TR Zeigt ein Triggersignal an 18 LEVEL Triggerpunkt (Spannung) einstellen 19 X-POS Position horizontal einstellen 20 X-MAG. x10 Kurven horizontal 10-fach dehnen 21 VOLTS/DIV. Eingangsspannung Kanal I wählen 22 CH I Einkanalbetrieb zeigt Kanal I Eingangsspannung K. I stufenlos 23 DUAL Beide Kanäle I und II zeigen mit CH I : chopper für tiefe Frequenz mit CH II : Kanal I und II addieren Umschalten auf XY-Betrieb Kanal I ist die Y-Achse und Kanal II die X-Achse (statt Zeitbasis) 24 TRIG. Triggerung : Kanal I, II oder extern ALT : Kanal I und II abwechselnd 25 VOLTS/DIV. Eingangsspannung Kanal II wählen 26 CH II Einkanalbetrieb zeigt Kanal II Eingangsspannung K. II stufenlos 27 TRIG. MODE AC : Wechsel-, DC : Gleichspannung HF : Hochfreq., NR : Rauschunterdr. LF : Niederfrequenz TVL : TV-Zeilen-, TVF : TV-Bildsync. ~ : Netzfrequenz (50Hz) 28 HO Wartezeit zwischen 2 Messungen, resp. Verzögerung zw. A- und B-Zeitbasis 29 TIME/DIV. A- resp. B-Zeitbasis verändern 30 A/ALT A-Zeitbasis oder ALT (beide) aktivieren B-Zeitbasis aktivieren 31 DEL. TRIG. B-Zeitbasis getriggert oder freilaufend Zeiteinheit stufenlos (nur Analog) 32 INPUT CH I Signaleingang Kanal I 33 AC-DC AC- oder DC-Signalankopplung Umrechnung für 10:1-Tastkopf 34 GD-INV. Signaleingang ein-/abschalten Signal wird invertiert 35 Massebuchse Mit Netzschutzleiter verbunden 36 INPUT CH II Signaleingang Kanal I 37 AC-DC AC- oder DC-Signalankopplung Umrechnung für 10:1-Tastkopf 38 GD-INV. Signaleingang ein-/abschalten Signal wird invertiert 39 TRIG. EXT. Signaleingang für externen Trigger 40 PRINT- Bildschirm ausdrucken Menueinstellungen MENU 41 ON/OFF Spannungsmessung Kanal I oder II Mess-Cursor ein-/ausschalten CHI/II 1/Δt Resp. Zeit- oder Frequenzmessung 42 TRK Eine oder beide Cursorlinien bewegen 43 I/II ΔV/Δt Umschalten zwischen Cursor I und II Spannungs-/Frequenzmessung 44 CURSOR Cursor positionieren 45 CAL. Kalibriersignal für 10:1-Sonde 46 CT Komponententest ( Kennlinien) * Wichtige Bemerkungen Funktionen werden automatisch deaktiviert, wenn sie in einem Betriebsmodus nicht sinnvoll sind. Spezielle und selten gebrauchte Funktionen sind hier nicht aufgeführt.