Zajęcia w laboratorium

Wiemy już, jak wygląda przygotowanie kursu. Teraz można już przystąpić do zajęć w laboratorium. Nauczyciel może zapisać w pamięci oscyloskopu cały pakiet zawierający kilka kursów – na przykład obejmujących tematykę przewidzianą w danym semestrze. Kursy są zapisywane za pośrednictwem pamięci Flash USB (pendrive), na który należy skopiować odpowiednie pliki z dysku komputera. Pliki te są wczytywane do specjalnego obszaru pamięci oscyloskopu po uruchomieniu komendy „Update course” dostępnej pod przyciskiem Utility. Po wykonaniu tej operacji wszystkie kursy zapisane w danym pakiecie mogą być uruchamiane wyróżnionym na płycie czołowej przyciskiem Course. W menu wyświetlanym w prawej części ekranu przedstawiane są na kilku podstronach dostępne kursy (rys. 5). Po naciśnięciu przycisku skojarzonego z daną pozycją, w oknie głównym pojawia się zestaw ćwiczeń zawartych w danym kursie. Menu jest obsługiwane uniwersalnym pokrętłem regulacyjnym oscyloskopu (multipurpose knob). Element ten ma zintegrowany przycisk służący do wyboru podświetlonej opcji.

Rys. 5. Zestaw dostępnych ćwiczeń w uruchomionym kursie

W wyniku uruchomienia danego ćwiczenia, na ekranie oscyloskopu zostają wyświetlone informacje zawarte w opisie wybranego kursu. Są one przewijane pokrętłem uniwersalnym (rys. 6). Po zapoznaniu się z materiałami uczniowie/studenci przystępują do pomiarów naciskając przycisk Procedure. Powoduje to wyświetlenie poleceń dotyczących kolejnych kroków ćwiczenia. Zawierają one objaśnienia, jak należy przygotować stanowisko pomiarowe oraz jak dobierać nastawy oscyloskopu i innych przyrządów. Cenną pomocą dla mniej wprawnych uczniów z pewnością okażą się zdjęcia prawidłowo skonfigurowanego stanowiska pomiarowego (rys. 7).

Rys. 6. Opis ćwiczenia wyświetlany na ekranie oscyloskopu

Rys. 7. Zdjęcie stanowiska pomiarowego wyświetlane w opisie ćwiczenia na ekranie oscyloskopu

Wykonując kolejne polecenia uczniowie mogą, a nawet powinni dokumentować swoje działania w postaci zrzutów ekranowych. Nie robią jednak tego klasyczną metodą, jaką spotkamy w każdym oscyloskopie cyfrowym (w TBS1152B-EDU też), tylko przez polecenie „Data Collection”. Tworzone w ten sposób zrzuty są zapisywane w specjalnie utworzonym dla danego kursu obszarze pamięci. Dzięki temu, po zakończeniu ćwiczeń uczniowie/studenci mogą wykonać raport z przeprowadzonych przez siebie pomiarów (przycisk Reports). Raport taki to plik HTML zawierający nagłówek z informacją o osobie wykonującej pomiary, do którego dołączone są wszystkie zrzuty ekranowe. Plik ten może być przekazany nauczycielowi do sprawdzenia. Raport jest otwierany w zwykłej przeglądarce internetowej.

Nie tylko edukacja

Jak już wiemy, funkcje edukacyjne stanowią tylko rozszerzenie możliwości oscyloskopu TBS1152B-EDU, który jest w pełni funkcjonalnym przyrządem pomiarowym. Rodzinę TBS tworzą klasyczne oscyloskopy DSO, charakteryzujące się prostą obsługą, przy zachowaniu relatywnie wysokich parametrów technicznych. Opisywany model TBS1152B-EDU ma pasmo analogowe 150 MHz i szybkość próbkowania 2 GSa/s. Nieco gorzej w porównaniu z wieloma popularnymi oscyloskopami innych producentów przedstawia się rekord akwizycji, w którym można pomieścić tylko 2,5 kpróbek. Krótki rekord akwizycji korzystnie wpływa na skrócenie czasu martwego, jednak odbija się to uzyskiwaniem małych powiększeń funkcji Zoom (max. 10:1).

Oscyloskop TBS1152B-EDU może być wykorzystywany do obserwacji nawet złożonych sygnałów, należy jednak pamiętać, że jest to przyrząd przeznaczony raczej do typowych zadań i pomiarów. Układ akwizycji pracuje w trzech trybach:

• Sample – podstawowy tryb wyzwalania, w którym szybkość próbkowania jest zmieniana wraz ze zmianami podstawy czasu. Im wolniejsza podstawa czasu, tym mniejsza musi być szybkość próbkowania, aby rekord nie został przepełniony przed zakończeniem cyklu akwizycji.
• Peak Detect – zmniejszenie prędkości próbkowania dla wolnych podstaw czasu stosowane w trybie Sample może być przyczyną gubienia istotnych informacji o sygnale, występujących między próbkami, np. zakłóceń typu glitch. Aby umożliwić wychwytywanie takich sytuacji, stosowany jest tryb Peak Detect, w którym układ akwizycji pracuje z pełną prędkością. Spośród próbek mieszczących się w jednym okresie próbkowania wynikającym z podstawy czasu wyznaczany jest następnie przedział wartości między próbką maksymalną i minimalną. Ostatecznie próbka, która będzie wyświetlona na ekranie przyjmuje rozmytą postać wynikającą z tak wyliczonego zakresu.
• Average – tryb, w którym wyświetlana na ekranie próbka ma wartość uśrednioną z kilku cykli akwizycji.

Innym parametrem technicznym charakteryzującym układ akwizycji są typy wyzwalania. W oscyloskopie TBS1152B-EDU są to:

• wyzwalanie zboczem (Edge),
• wyzwalanie sygnałem wideo (Video),
• wyzwalanie szerokością impulsu (Pulse).

Są to więc opcje typowe dla oscyloskopów cyfrowych.

W większości pomiarów oscylogramy są traktowane jako wykresy napięcia w funkcji czasu (tryb YT). W pomiarach np. charakterystyk przejściowych układów elektronicznych (U_wy=f(U_we)), w pomiarach zależności fazowych między dwoma sygnałami bardziej przydatna jest praca w trybie XY. Taki tryb jest oczywiście dostępny również w oscyloskopie TBS1152B-EDU

Pomiary i obliczenia

Oscyloskop nie jest przyrządem służącym wyłącznie do obserwacji przebiegów elektrycznych. Można za jego pomocą również mierzyć szereg parametrów elektrycznych. Cechę tę właściwie należałoby traktować nawet jako ważniejszą, gdyż wielu parametrów nie da się zmierzyć innym przyrządem. Wszystkie pomiary wykonywane w oscyloskopach cyfrowych są najczęściej grupowane i uruchamiane jednym przyciskiem Measure. Jego naciśnięcie powoduje wyświetlenie menu, w którym są wybierane poszczególne parametry. Lista ta, w przypadku oscyloskopu TBS1152B-EDU, obejmuje aż 34 pozycje. Łatwo można dostrzec, że niektóre pomiary, pozornie podobne, występują w kilku wersjach, np.: RMS, Cycle RMS, Cursor RMS. Różnorodność ta jest niekwestionowaną zaletą przyrządu. Użytkownik ma możliwość świadomego (w zależności od potrzeb) wyboru trybu wykonywania pomiaru, jednak nieumiejętne stosowanie powyższych opcji może prowadzić do uzyskiwania błędnych wyników. Wymienione parametry z matematycznego punktu widzenia stanowią całkę napięcia z kanału pomiarowego liczoną po czasie. W pierwszym przypadku (pomiar RMS) granicą całkowania jest przedział czasu widoczny na ekranie (zależny od nastawionej podstawy czasu). W drugim przypadku (Cycle RMS) oscyloskop sam wyznacza okres sygnału i dla takiego przedziału oblicza całkę. W ostatnim przykładzie (Cursor RMS) granice całkowania są wyznaczone położeniem kursorów czasowych. Różnice w pomiarach wynikają z charakteru mierzonego sygnału. Na rys. 8 przedstawiono przykład pomiaru wartości średniej napięcia, w którym parametry „Cursor Mean” i „Cycle Mean” są identyczne. Wynika to z faktu, że okres przebiegu został jednakowo (dodajmy – prawidłowo) wyznaczony zarówno przez oscyloskop, jak i użytkownika, który w odpowiednich miejscach ustawił kursory czasowe. W ten sposób zakres całkowania został określony prawidłowo, a więc i wynik pomiaru jest prawidłowy. Przy nastawach takich, jakie przedstawiono na rys. 8 parametr „Mean” jest obliczany dla 2,5 cykli, bo tyle mieści się na ekranie. Powoduje to powstanie znacznego błędu (ok. 36%). Nieświadomy tego użytkownik może przyjąć taki wynik jako prawidłowy. Przy okazji należy wspomnieć, że większość oscyloskopów niższej klasy nie ma w ogóle pomiarów typu Cycle lub Cursor, pomiary wykonywane tymi przyrządami są więc zawsze obarczone pewnym mniejszym lub większym błędem wynikającym ze złego przyjęcia granic całkowania.

Rys. 8. Pomiary automatyczne parametrów, których wynik jest uzależniony od czasu całkowania