מפגש ראשון ובסיסי
21/06/2005
האוניברסיטה העברית בירושלים
המכון לפיסיקה
מעבדת אלקטרוניקה אנלוגית
מעבדה מס ' 0 – מכשור
1. מושגים בתיאור של איפיון מערכות אלקטרוניות
עבור פונקציה [pic] (למשל תאור מתח בתלות הזמן, לכך נתייחס גם בהמשך) מגדירים את הגדלים השימושיים הבאים:
1. גודל ממוצע RMS . (לפעמים הוא נקרא גודל אפקטיבי) ערך זה נותן מושג על הערך האנרגטי שאפשר להפיק ממתח נתון ללא תלות בצורה.
כדי שממוצע RMS של אות מסוים יהיה מוגדר באופן חד-ערכי, חייב האות להיות מחזורי. (למה?)
[pic]
2. דציבל (dB) מוגדר היחס לוגריטמי בין שני מתחים [pic]
ביחסי הספקים מבטאים את הגבר ההספק כ: [pic]
* שני הביטויים זהים למעשה, בתנאי מסוים. הסבר מתי.
3. רוחב סרט -
עבור רשת ליניארית בעירור סינוסואידלי באמפליטודה קבועה, המוצא יורד לחצי מההספק המקסימלי (3dB פחות מתח), ברשתות לא מורכבות, בין שני תדרים. תחום התדרים שביניהן נקרא הסרט בו הרשת פועלת ורוחב התחום נקרא רוחב הסרט של הרשת. (הגבולות יכולות להיות גם באפס וגם באינסוף)
4. גובה פולס -
ההפרש בין הערך המרבי של הפולס לבין המתח ההתחלתי- Baseline)) שלו.
5. זמן עליה (ירידה) של פולס -
הזמן שבו עולה (יורד) הפולס מ-10% ((90% מגובהו עד 90% (10%) מגובהו.
6. רוחב פולס (עבור אותות קרובים למרובעים) -
הזמן בין הרגע בו גובה האות 10% מגובהו המרבי בתחילתו, עד הרגע בו גובה האות 10% מגובהו המרבי בסופו.
7. מתח שיא לשיא (Peak to Peak) -
ההפרש המקסימלי בין שני ערכים שונים של מתח מחזורי (או ההפרש בין ערכו הגבוה ביותר לבין ערכו הנמוך ביותר) נקרא ערך p-p של המתח.
8. אימפדנס כניסה
היחס בין המתח במבוא המערכת, לזרם הזורם בו. (בהחלט יכול להיות פונקציה של התדר).
9. אימפדנס יציאה
האמפדנס שווה הערך במוצא מערכת, תתבטא בכך שמתח המוצא קטן ככל שמקטינים את אימפדנס העומס. למקור מתח אידיאלי התנגדות יציאה אפס.
* מה לדעתך סדר גודל התנגדות מוצא של מצבר של רכב?
2. ספרות
Senturia and Wedlock: Electronic Circuits and Applications;
Millman and Taub: Pulse, Digital and Switching Wave forms.
הספר האחרון קיים גם במהדורה עברית.
דגם: ניסויים מעבדתיים באלקטרוניקה / מגברי שרת מונוליטיים
MILLMAN & HALKIAS: Integrated Electronics - Chapters 15,16; par. 12-5
Electronic Circuits and Applications - by Stephen D. Senturia & Bruce Wedlock
Wiley International Edition 1975
Analog and Digital Electonics for Scientists 3rd Edition by Basil H. Vassos & Galen W. Ewing
Wiley-Interscience 1985
Electronic Devices and Circuit Theory 4th Edition by Robert Boylestad & Louis Nashelsky
Pentice-Hall 1987
Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits by Sergio Franco
McGraw-Hill International Editions 1988
Principles of Electronic Instrumentation 2nd Edition by A. James Diefenderfer 1979
W. B. Saunders Company
אתרים של נתוני יצרן לחצאי מוליכים:
הסבר על אוסצילוסקופים מהחברה הידועה ביותר בשטח זה
הסברים חינוכיים
היסטוריה
3. הכרת האוסצילוסקופ (Oscilloscope) ובחונו (Probe)
אוסצילוסקופ מאפשר לראות כיצד מתח משתנה כפונקציה של הזמן. בגלל תכונה זו, הוא מכשיר מדידה מהחשובים והאוניברסליים ביותר. אפשר לשקף בעזרתו צורות אות מחזוריות (repetitive), אך לאו דווקא בעלות קצב קבוע. שיקוף צורת גל לא מחזורית, בעייתית יותר, כפי שנראה. לשם הפעולה, על מערכת ציר הזמן, לדעת את רגע התחלתו, יחסית לאות הנמדד. הודעה זאת נקראת "דרבון". אם רגע תחילת השיקוף (ה"דרבון") יוגדר ע"י רמת מתח אות הכניסה בעצמו ונגזרותיו; הדבר יקרא דרבון עצמי פנימי (internal trigger). אם האות סינכרוני לאות אחר במערכת, רצוי בעל אמפליטודה קבועה ושיפועים חזקים, כדאי להשתמש בו לדרבון; דרבון זה יקרא "דרבון חיצוני" (external trigger), והוא מומלץ לנוחיות הבודק.
אוסצילוסקופ אנלוגי
תפקידי כפתורי הוויסות השונים בחזית האוסצילוסקופ:
בכל האוסצילוסקופים, קיימות קבוצות כפתורים וכל קבוצה שולטת על פרמטרים בעלי תכונה משותפת.
1. הדלקה והפעלת תאורת הסימון.
2. פרמטרי הקרן (עצמת האור, פוקוס, אסתיגמטיזם).
א. עוצמת הקרן INTENSITY - או BRIGHTNESS.
כפתור זה מווסת את עוצמת הקרן, אך ככל שעצמתו חזקה קוטר הקרן גדל. לכן, רצוי שהעצמה תהיה נמוכה, אך תאפשר ראיה נוחה. כדאי להגדילה רק עבור אותות בקצב נמוך. (למה??)
אין להשאיר בשום פנים נקודה חזקה סטטית על-פני המסך.
ב. ממקד הקרן FOCUS -.
כשמו כן הוא - ממקד את הקרן. יש לכוונו כך שהנקודה תהיה עגולה וקטנה ככל האפשר, אך עדיין בעוצמה סבירה.
3. אופן העבודה ומיקום הקרניים.
רוב האוסצילוסקופים יכולים להציג שני אותות תלויים בזמן, באופן שנראה, באופן סימולטני.
הערה ביחס למבואות Y2, Y1 באוסצילוסקופים מסוימים:
לרוב האוסצילוסקופים, אין שתי קרניים המאפשרות בדיקת שני מאורעות בו-זמנית בדיוק (DUAL-BEAM), אלא קיימת מערכת מיתוג פנימית המציגה את שני המבואות לחילופין, אך לא סימולטנית על פני המסך. לרוב אין מבחינים במיתוג בגלל תכונות העין ותכונות המסך.
אופן פעולה זה נחלק גם כן לשני אופנים:
בזמני מחי (SWEEP ) קצרים, הכניסות Y1 ו Y2 מוצגות לסירוגין.
עבור זמני מחי (SWEEP ) ארוכים, נדגמות הכניסות בתדר גבוה לחילופין, תוך כדי מחי (SWEEP). אזור המעבר של הקרן אינו נראה בצורה בולטת, כי באותם הרגעים של מעבר, מספקים פולס סימוי (Blanking) לקרן.
המעבר מאופן אחד לשני נעשה, כאמור, בעזרת בורר MODE . באוסצילוסקופים מסוימים אין בורר כזה, והמעבר נעשה באופן אוטומטי בהתאמה לבסיס הזמן הנבחר (המעבר קורה ב- mSec/cm1 ). הדבר ניתן לביצוע בשני אופנים שונים.
א. במצב ALT הקרן מבצעת טאטוא שלם לכל מבוא, לסירוגין. מקומות הטאטואים לכל אות אינם תלויים זה בזה.
ב. במצב CHOP הקרן, בכל טאטוא, קופצת בין האותות בקצב מהיר.
ג. כאשר הכפתור במצב CH1 או CH2, יועבר רק האות מהמבוא המצוין.
ד. האות שיתקבל במצב ADD יהיה סכום שני האותות משני המבואות.
השליטה על מיקום הקרן ( מעלה-מטה, ימינה-שמאלה ) נעשית באמצעות כפתורי POSITION באופן הבא:
הסחה אופקית של הקרן בעזרת הווסת עם הסימון ;
הסחה אנכית של הקרן בעזרת הווסת עם הסימון
(קיימים שני כפתורי הסחה אנכית, אחד לכל מבוא).
4. קבוצה רביעית שולטת על הרגישות האנכית של ה"נקודה" למתח הכניסה.
ניתן לקבוע רגישות שונה לכל כניסה.
5. קבוצה חמישית שולטת על קצב התנועה האופקית של ה"נקודה" . תנועה זו צריכה להיות ליניארית בזמן (למה?). היא נקראת "טאטוא" או "מחי (SWEEP )" (Sweep). הכפתור Time/div בורר את קצב הטאטוא. קיים במרכזו כפתור לוויסות עדין שסיבובו עד הקצה בכיוון מחוגי השעון נותן את המצב המכויל, בו הכפתור מצביע על הקצב המדויק. ניתן לכוון ווסת זה למצב ,X-Yבו לא קיים בסיס זמן. במצב X-Y, מזינים את ציר הX- דרך CH1orXוציר הY- דרך מבוא CH2orY, והקרן מציגה את מבוא Y כפונקציה של מבוא X. כמו-כן, בכל מצב יש אפשרות להכפיל את הקצב ב10- ע"י משיכת כפתור מיקום אופקי למצב 10x .
6. קבוצה שישית שולטת על הדרבון.TRIGGER -
בורר מקור הדרבון - SOURCE -משנה את מקור המתח המדרבן:
במצב INT אות הדרבון יילקח מ- Y1 או Y2 .
במצבLINE אות הדרבון יילקח מרשת החשמל .
במצב EXT הדרבון יהיה חיצוני. במקרה זה, מחברים את אות הסנכרון במבוא EXT TRIG.
כפתור LEVEL בורר את מקום הייחוס על פני האות המדרבן; כאשר מושכים אותו, השיפוע (Slope) יהיה שלילי.
המפסק MODE בורר את אופן עבודת הדרבון. במצב AUTO הקרן סורקת אף בזמן שלא קיים דרבון, וכאשר יש באפשרותה, היא מסונכרנת עמו. במצב NORM הקרן עושה טאטוא אחד כאשר רמת הדרבון מאפשרת זאת. מצב זה מאפשר לראות אותות אקראיים בעלי צורה קבועה.
7. צימוד המבואות AC-GND-DC
כאשר במצב AC, רכיב ז"י של האות במבוא אינו מועבר. אופן זה שימושי כאשר צריכים למדוד פלוקטואציות קטנות על גבי גודל ממוצע גבה.
במצב GND, המבוא מקוצר לאדמה;
מצב זה נוח במיוחד לשם בדיקת מקום הייחוס(האפס) של הקרן. במצב DC, שהוא מצב העבודה השכיח, האות הנכנס במבוא מועבר בשלמותו למגבר הכניסה.
8. מוצא כיול CAL 0.5V מספק אות מרובע בעל אמפליטודה של0.5Vp-p ותדירות של 1KHz עבור בדיקת כיול המכשיר וה-Probe.
אוסצילוסקופים ספרתיים ( דיגיטלים DSO digital sampling oscilloscope)
לאוסצילוסקופ אנלוגי, שתואר בסעיף הקודם (הנקרא לפעמים Analog Real Time Oscilloscope - ART, מגבלות עקרוניות רבות.
אוסצילוסקופ סיפרתי פותר חלק מבעיות אילו, אם כי מייצר בעיות חדשות. היצרנים השתדלו כי הווסתים השונים יפעלו בצורה דומה לווסתי האוסצילוסקופ האנלוגי.
באוסצילוסקופ סיפרתי תהליך זיכרון הגל הנמדד נעשה באמצעי אלקטרוני ולא באמצעי אלקטרואופטי (זיכרון במסך פלואורסצנטי): דוגמים את הגל הנמדד, בקצב גבה מספיק, כל נקודת דגימה מסופרתת, ומעברת לזיכרון סיפרתי. אפשר להבין באופן אינטואיטיבי כי אם דוגמים מספיק נקודות בכל גל, יש אפשרות לקבל תוצאה דמוית רצף. תכולת הזיכרון יכולה כעת, להיות מוצגת, לאחר המרה חזרה לגודל אנלוגי, על פני מסך פלורוסצנטי או גביש נוזל וכו' בקצב רצוי, המתאים לנוחיות העין.
בין המגבלות של ART: קשה לראות תצוגה של גל לא מחזורי, קשה לתעד את הגודל הנמדד, עבוד האינפורמציה כמעט ואינה קיימת, נקודת הדרבון מוגבלת, מנורת המסך גדולה ויקרה ועוד. כל אילו אינם קיימים בסקופ סיפרתי.
אם כך ברור כי סקופ דיגיטלי מסוגלים לעבד אותות באופן בדיד. האוסצילוסקופ הדיגיטלי מסוגל לשמור (SAVE) את האות בזיכרון, יכולת המאפשרת קיבוע (HOLD) של המסך ברגע מסוים, או אחסנה של מספר אותות ברצף, ועיבודם (חישוב ממוצע, תכולה ספקטרלית ועוד). כך אפשר גם להיפטר מרעשים אקראיים אם ממצעים סריקות רבות על גל מחזורי ועוד ועוד. לשיטה זו יש גם חסרונות, הקשורים לתהליך הספרות, לרזולוציה בשני הצירים ועוד.
רוב הבעיות המתעוררות מאוסצילוסקופ דיגיטלי נובעות משני מגבלות של השיטה: דגימת אותות בקצב בפחות מתדר נייקוויסט וכן בתחום הדינמי הנמוך של הדגימה, הנובע מהקוונטיזציה שאינה מספקת של האות בציר Y . בסקופ שלנו הרזולוציה היא של 8 ביטים כלומר אחד למאתיים וחמישים וחמש. (אפשר לשפר את הרזולוציה בציר Y ע"י מיצוע – כמובן על חשבון זמן המדידה).
אוסצילוסקופים חדישים מכילים פונקציות מוספות רבות – ראה למשל בקטלוג של חברת Tektronix (באינטרנט http//) .
הפעלת האוסצילוסקופ אשר במעבדה הנו אינטואיטיבי ודומה, במידה רבה, להפעלת סקופ אנלוגי, אך אם יש שאלות, פנה נא אל ספר המכשיר.
אוסצלוסקופ אנלוגי או דיגיטלי?
לשאלה זו אין תשובה מוחלטת. רצוי שניהם. אך התעשייה גזרה אחרת: כמעט ולא מייצרים סקופים אנלוגים חדשים.
נרשום כאן נקודת לטובת סקופ דיגיטלי ונקודות לחסרונו: נסו לנמק כל סעיף.
בעדו:
אין צורך בשפופרת וואקום וכל הבעיות הנובעות ממנו.
קלות הזיכרון של נתונים וקלות עיבודם המתמטי.
דרבון עבור כל זמן יחסי.
תצוגה בהירה לכל קצב בסיס זמן, כולל מאורע חד פעמי (single event waveform ).
אפשר לראות "החלקות" (glitches) שהם פולסים קצרים אם כי אם הם חד פעמיים.
נגדו:
קשה לראות גלים סבוכים כמו סינוס מאופן תדר .
מקבלים תצוגה לא רלבנטית באות עם תכולת אינפורמציה רבה במעטפת (כמו אות ווידאו).
קושי בסיגנלים בעלי עליה וירידה מהירים.
חשש לקיפול.
הפעלת מכשור מתוכנת במעבדה, בצורה הראשונית שלו
הפעלה מהירה של אוסצילוסקופ סיפרתי Agilent 5462*
I. חבר בעדינות בחון (probe) לאחד ממחברי ציר Y (מחבר BNC ).
II. הדלק את הסקופ ע"י לחצן POWER (לחצן בהיר). יופיע טכסט על המסך.
III. חבר את קצה הבחון לשקע הכיול של הסקופ ProbeComp .
IV. לחץ על לחיץ Autoscale. כתוצאה מכך, הסקופ יבצע הכוונת רגישות, דרבון, בסיס זמן, לפי שיקולו, כדי לקבל תצוגה סבירה. על המסך תוצג לפניך דיאלוג AUTOSCALE MENU.
V. וויסות בסיס הזמן - HORIZONTAL מסומן במסגרת אדומה. שני הכפתורים שולטים על קצב בסיס הזמן, ועל ההזזה האופקית של הראשית. בחן השפעת הווסתים.
VI. ציר אנכי Y - הווסתים בתחום המסומן בכחול. הכפתור הגדול שולט על הרגישות והקטן שולט על הזזה אנכית של הראשית.
VII. וויסות עדין של רגישות הצירים: לחץ על לחיץ MAINהפעל כפתור רך VERNIER .(על שם הוורניר בקליבר).
VIII. וויסות אפשרויות הדרבון - הווסתים באזור הממוסגר בירוק. את הפונקציות תוכל לברור על ידי לחצנים "רכים". לחיצים רכים הם אילו המופיעים בתפריט המסך, והמופעלים בלחיץ הנמצא מתחתם. לחץ על כפתור PATTERN ואחר כך תופנה לתפריט המופעל על ידי הלחיצים הרכים. תוכל לברור במקור הדרבון - מקור דרבון חיצוני או פנימי. אם נברור מקור פנימי -יש לקבוע מאיזה מבוא הוא יילקח (אצלנו אחד משנים) - אם חיצוני - מהרשת או ממבוא דרבון חיצוני). גובה ההשוואה לרגע הדרבון ייקבע ע"י כפתור LEVEL . לחץ על לחיץ EDGE תקבל תפריט ללחיצים רכים להכוונת השיפוע של הגל ממנו תיקח את הדרבון, באם יהיה חיצוני רגיל - דרך מבואExternal Trigger או דרך רשת החשמל.
IX. מראה המסך. לחץ על לחצן Display בתחום Waveform לחץ על לחיץ רך VECTORS :במצב זה כל נקודות הדגימה מחוברות בתצוגה. בדרך כלל השתמש באופן זה, כדי לקבל תצוגה רציפה.
X. ווסת Run /Stop .: הלחצן הזה מווסת את הפעלת הדרבון. אם הוא במצב Run (הלחצן מואר בירוק) הדרבון מפעיל את מערכת ההכרה של הסקופ עם כל אפשרות לדרבון. שיטה זאת פועלת כמו בסקופ אנלוגי. אם הלחצן במצב Stop דרבון קרוב, ראשון לאחר אפשור במתג Single יבצע הפעלת ההכרה, והתצוגה לא תתעדכן יותר.
הפעלה מהירה של מחולל צורות גל Agilent33120A
I. הפעל חשמל בלחצן POWER.
II. חבר את המוצא לאוסצילוסקופ.
III. ווסת צורת הגל בלחיצה על לחיץ סינוס. בדוק התפוקה בסקופ.
IV. עבור לתפוקה של גל ריבועי על ידי לחיצה על הלחצן המתאים.
V. וויסות התדירות והאמפליטודה ייעשו בשלוש פעולות: קביעה על מה לשלוט (תדר או אמפליטודה) קביעה באיזה רזולוציה לשלוט (על ידי הלחצנים האופקיים באזור MENU ) ועצם השליטה.
VI. שלוט על התדירות ע"י הלחצן FREQ לחצן רזולוציה (הספרה הנשלטת תהבהב) ואחר כך ווסת דרך סיבוב הכפתור הגדול.
VII. שלוט על האמפליטודה ע"י הלחצן AMPL לחצן רזולוציה (הספרה הנשלטת תהבהב) ואחר כך ווסת דרך סיבוב הכפתור הגדול.
תרגול:
הפעל תפוקת גל אקראית במוצא.המחולל. בדוק אותו באוסצילוסקופ ע"י דרבון פנימי. עבור לבסיס זמן הולך וקצר. נסה לנמק מה אתה רואה. (ההסבר מתמטי: זכור כי אתה מדרבן גל אקראי , ברגע של אמפליטודה קבועה).
בחר צורת גל מרובעת. בדוק זמן עליה, כאשר המחולל בתדר של 1kc/s ובתדר של 1c/s . מה היו התוצאות אם היית בודק בסקופ אנלוגי?
מדוד מה מופיע במוצא SYNC
יצירת גל כלשהו בעזרת גנרטור 33120 AGILENT
אם הגנרטור שלרשותך הוא Agilent 33120 קיימת אפשרות להטעין לתוכה כל צורת גל, ולהפעיל אותה מחזורית.
הוראות קצרות של הפעלה:
1. הדלק הגנרטור והמחשב. שניהם מחוברים יחד בתקשורת 488IEEE.
2. הפעל תוכנת Waveform Editor במחשב (ציור גל באייקונים).
3. תחת תפריט communication הפעל connection סמן 11 GPIBO והפעל IDENTIFY. כעת מופעלת אוטומטית תכנית התקשורת בין ההתקנים והמערכת מוכנה לקבל פקודות הפעלה.
4. צייר את גרף הפונקציה שהנך רוצה: לדוגמא, סינוס בצירוף רעש לבן. ניקח ממאגר הפונקציות, פונקצית סינוס של מחזור יחיד, מכל הנקודות (1600 במספר) המרכיבות את האות, ונוסיף לו רעש אקראי.
5. הפעל EDIT , INSERT SEGMENT , הכנס אורך נתונים 1600 (נקודות).
6. הפעל EDIT , ALL SELECT
7. הפעל ARITHMETIC , ADD , NOISE בכמות יחסית של 0.3 . אשר ב- OK . תקבל את הצורה הבאה:
[pic]
8. הפעל COMMUNICATION , SEND , OK . תוך כמה שניות המערכת מורידה את הנתונים לגנרטור הפונקציות .
9. שחרר את הגנרטור למצב ידני ע"י לחיצה על הכפתור שלו למצב LOCAL .
בדוק את מתח המוצא של הגנרטור בסקופ. בסקופ תראה תצוגה של העמוד הבא:
קריאת נתונים ישיר מסקופ AGILENT לתוכנת WORD
הנך יכול לרשום נתונים ישר מהסקופ לWORD.
דאג כי לחצני התקשור של הסקופ יתאימו ל GPIB ע"י לחיצה בסקופ על UTILITY ושם הפעלת CONTROLLER GPIB
כאשר הנך פותח WORD תחת: START, PROGRAMS , AGILENT ,INTULINK 54600 , WORDTOOLBAR .
השתמש בטבלת הכלים באופן אינטואיטבי.
[pic]
4. הערה כללית על חבור הארקה של מכשירים אלקטרוניים
לצרכים מסוימים אפשר לראות את כדור הארץ כמוליך ומשום כך הנו אקוופוטנציאלי. כבל האספקה של החשמל מחבר אדמה זו, דרך המגע האמצעי של תקע הרשת, אל רוב מכשירי המדידה. לפי תקן הבטיחות, כל חלק מתכתי במכשיר המדידה, הגלוי למשתמש, חייב להיות מחובר לחבור אדמה זה.
משתדלים כי משטחים מוליכים, העשויים לבוא במגע עם בני אדם, יהיו בפוטנציאל אדמה. דבר זה יגרום לשוויון פוטנציאלים בינם ובין האדם העומד על פני האדמה וכך לא יזרום זרם בשעת המגע בין האדם למשטח ותמנע התחשמלות אפשרית, שתקרה אם המשטח יקבל פוטנציאל גבה.
חבורי המוצא והמבוא של המכשירים עשויים, לרוב, מכבלים כואכסיאלים. כבל כואכסיאלי הוא כבל חד צירי דו מוליך. מוליך פנימי ומוליך חיצוני. הפנימי - אשר צורתו גלילית, מעביר את פוטנציאל הסיגנל. המוליך הפנימי עטוף בשכבת מבודד, העטוף שוב בשכבת מוליך בצורת שרוול. שכבת המוליך החיצונית הזאת מחובר לפוטנציאל האדמה. דבר זה נעשה הן לצורכי סכוך והן לצורכי הגנה בפני התחשמלות, לפי העיקרון שהזכרנו. (המעטפה החיצונית - הסיכוך - עטוף גם כן בשכבת בדוד).
בשל כך כבל חבורי מבואות ומוצאות של רוב המכשירים האלקטרונים מחוברים בצדם האחד להארקה דרך מסלול פנימי במכשירים. מכאן שאין לחבר בהצלבה מחברים כאילו. הדק האדמה הנו מחובר למעטפת חוט החבור ( סכוך ) ומחובר לחלקו החיצוני של המחבר. בשעה שמחברים ( נכון ) חבורי אדמה כאילו ביחד, נוצרת בעיה עדינה נוספת: בגלל שיש אפשרות כי זרמים זרים זורמים בחוט זה, וכן מתח מושרה, ומאחר והתנגדותם שונה מאפס (אף כי נמוכה), רצוי לדאוג כי לא יתהוו חוגים של אדמה. בצוע הדבר אינו פשוט ודורש מחשבה. מכל מקום הצלבה אסורה.
מכשירים אשר אינם ניזונים מרשת החשמל ( כמו הוולטמטר האלקטרוני שנשתמש להלן ) פטורים במידה רבה מבעיה זו. מכשירים כאילו נקראים "מרחפים". ישנם מכשירים אשר אף כי ניזונים דרך אספקת רשת החשמל, בכל זאת החבורים אליו מרחפים. יש לזכור במקרה זה, כי פוטנציאל "הריחוף" כלפי אדמה מוגבל בכל מקרה. לדוגמא: מחולל הגלים של HP שתמצאו במעבדות ב' וג' מרחפים עד לפוטנציאל של 42 וולט בלבד.
יש לשים לב לגורם נוסף: יש מכשירים בעלי הדק (מוצא) המסומנים בסימן GRD (לא GND !). זהו קיצור של המילה guard - משמר- . זהו הדק אשר שימושי להקטנת השפעה של אמפדנסי זליגה והקטנת זמני תגובה במערכות אנלוגיות איטיות. הדק זה מקבל, דרך מגבר הפרדה פנימי, את פוטנציאל המקור הנמדד, אך הוא מקור בעל התנגדות מוצא נמוכה. אם נזין עם הדק זה את המוליכים בסביבת הזליגה של המקור הנמדד, נגרום למשטח אקוופוטנציאלי, כך שלמשטח זה לא יהיה זליגה. לדוגמא, להקטנת קיבול פיזור: חלקו המרכזי של כואכס מהווה קיבול של כ- 100 פיקופרד למטר, כלפי הסכוך שלו. אם נחבר את הסכוך לפוטנציאל ה- GRD , לא יזרום זרם העתקה בכבל. מסיבות שונות הפעולה היא רק לתדרים נמוכים.
5. וולטמטר אוניברסלי אלקטרוני - DVM
מכשיר מדידה אוניברסלי
מכשיר מדידה אוניברסלי הנו מכשיר אלקטרוני , הבודק , לרוב, את הגדלים הבאים: מתח וזרם ישר, מתח וזרם חילופין בתדר נמוך (לפחות סביב תדר הרשת), התנגדות .
קיימים שני סוגי מכשירים:
1. מכשירים בהם ההוראה אנלוגית, המתבססת (כמעט תמיד) על סטייה של מחוג כתוצאה משדה אלקטרומגנטי (להלן מכשיר אנלוגי). מכשיר כזה מבוסס על מד זרם בסיסי, רגיש כמה שאפשר. רגישויות שימושיות של המודד הבסיסי הן [pic] (חמישים מיקרו אמפר לסטייה מלאה).
2. מכשירים בהם ההורייה מוצגת באופן סיפרתי. להלן מכשיר סיפרתי digital voltmeter DVM )
השימוש בשני סוגי המכשירים כמעט זהה, אם כי המבנה הפנימי שלהם שונה מאד.
בשעת בצוע מדידה נחשוב על הפרמטרים הבאים, לפי סדר חשיבות יורד:
1. השפעה מינימלית של מעגל המדידה על הגודל הנמדד
2. יציבות ההורייה בזמן (כנגד שינויי זמן , טמפרטורה וכו').
3. דיוק ההורייה.
4. רזולוציית המדידה (רזולוציה נבחנת לפי השינוי הקטן ביותר הניתן למדידה.
5. התאמת מכשיר המדידה לגודל הנמדד.
המכשירים הניידים הם בדרך כלל "מרחפים" כלפי הרשת. זה אומר כי אפשר, בזמן המדידה לחבר כל צד של כבל מחבר הבדיקה, לכל מקום במעגל הנבדק.
המצב הבסיסי של המד האנלוגי הוא מדידת זרם. כדי להקטין את רגישותו לתחומי המדידה השונים של הזרם (כאמור המד הבסיסי רגיש ביותר), מחברים נגד במקבל אליו, כך שרק חלק ידוע מזרם המדידה זורם בו. נגד זה נקרא "מיצד" shunt.
כדי למדוד במכשיר כזה מתח, מחברים נגד בטור אליו, כך שהוא יגדיר זרם, אשר המעגל בנוי למדדו. מכאן ברור כי התנגדות מד המתח יהיה פרופורציונלי לתחום המתח המרבי שלו.
המדידה הבסיסית של מודדים ספרתיים הוא מתח. לרוב כ 100mV F.S.D בסיסית. בניגוד לרוב מדי הזרם האנלוגים, נקבל גם הורייה של כוון המתח ולכן אין צורך להחליף כיוון החוטים בשעת מדידת מתחים בקוטביויות שונות. כדי למדוד זרם, מחברים נגד בעל ערך נמוך במקביל למודד מתח הבסיסי, והוא הופך את הוריית המתח להוריית זרם.
חשוב לזכור כי כל הגדלים שהוזכרו עד עכשיו (מתח וזרם ישרים), מדברים על הגודל הממוצע של הגודל הנמדד. הגדרת גודל ממוצע היא : [pic] כאשר T הוא משך האינטגרציה. לתגובה מהירה כדאי שיהיה קצר, אך הדבר מקלקל לגבי תדרים נמוכים המוכלים בגודל הנמדד.
לגבי מדידת גודל חילופין קימות שתי אפשרויות מדידה:
1. גודל אפקטיבי אמיתי. (TRMS) True RMS. מכשירים אלו קיימים כמעט אך ורק כמכשירים סיפרתיים. במצב זה מודד המכשיר את המתח שווה הערך מבחינת אנרגיה, לגודל DC שהיה מיצר את אותו המתח: [pic]
2. מכשירים המכויילים לגודל RMS ואינם מדגישים כי הם TRMS: מכשירים אילו מודדים גודל מיושר ממוצע. עבור כל צורת גל נתונה יש יחס קבוע בין גודל זה לבין גודל ה RMS שלו. מאחר ומרבית המדידות (לא כולן) בז"ח נעשות לגבי גל סינוסואידלי, יכויילו הוריות המכשירים האלו בגודל אפקטיבי. (לגבי גל סינוס, כאמור) .
לסכום:
ה-וולטמטר האלקטרוני - DVM (Digital Volt Meter) הינו מכשיר מדידה דיגיטלי, המודד באופן בסיסי מתח ממוצע, ומציג את התוצאה בצורה מספרית. בעזרתו ניתן למדוד מתח (ישר וחילופין), זרם (ישר וחילופין) והתנגדות: עיקר יתרונו על פני מכשיר המודד על פי עקרונות אלקטרומגנטיים (ד'ארסונוול) הוא בהשפעה מועטה של המדידה על פני הגודל הנמדד, דיוק שיכול להיות גבה ועוד.
* חשוב על שימושים בהם עדיף להשתמש במכשיר אנלוגי ולא סיפרתי. (קיימים מכשירים המציגים, מסיבה זאת, את התוצאה של מדידתם הן באופן אנלוגי והן באופן סיפרתי).
א. מתח ישר וזרם ישר
כאשר מופעל ה-DVM כמד מתח ישר, הוא מראה את הגודל הממוצע של המתח הנמדד. התנגדותו הפנימית היא במודלים מסוימים [pic] ואחרים היא רק [pic] . ברר בוולטמטר שלך מהו ערך זה!
כאשר מופעל ה-DVM כמד זרם ישר, (יש לשים לב - חיבור הדקי חוטי הכניסה שונה מבשאר המצבים) מעביר ה-DVM את הזרם אותו עליו למדוד, דרך נגד בעל התנגדות נמוכה, ומודד את המתח על הנגד הזה, באופן המתואר לעיל.
ב. מתח חילופין וזרם חילופין
כאשר מדובר ב-AC, מיישר ה-DVM את המתח לפני המדידה (שכן אחרת יתקבל מתח ממוצע אפס), ומכפיל את הממוצע המתקבל בקבוע מתאים, על מנת לקבל ממוצע RMS. יש מכשירים אשר רק מכוילים לגל סינוסואידלי. כמו כן תדרי העבודה מוגבלים לתדרי שמע נמוכים. מכשירי מדידה המודדים בצורה ריאלית את הגודל האפקטיבי האמיתי של כל גל מצוינים באותיות TRMS (לומר true r.m.s) .
ג. התנגדות
על מנת למדוד התנגדות (לא אמפדנס, כלומר יחס מתח לזרם בזרם ישר), מספק ה-DVM זרם קבוע ונמוך להדקים ביניהם מודדים את ההתנגדות. הוא מודד את המתח המתקבל בקצותיו, וע"י חילוק המתח בזרם (הקבוע) מתקבל גודל ההתנגדות. המתח שנוצר בהדקיו של אומטר כזה הוא בסדר גודל של עד מאה מיליוולט.
ד. מדידת מתח הסף של דיודה
במצב המסומן דיודה, ה-DVM מסוגל גם למדוד מתח הולכה של דיודה. במצב זה בודק המכשיר את מתח ההולכה של הדיודה בזרם של כ -1 מיליאמפר, בתנאי שהמח שיווצר על הדיודה בזרם המדידה, קטן מ 1 וולט. שים לב, למשל כי לפעמים לא תוכל למדוד מתח הולכה של דיודה מסוג LED !
................
................
In order to avoid copyright disputes, this page is only a partial summary.
To fulfill the demand for quickly locating and searching documents.
It is intelligent file search solution for home and business.