1 1. DENEYİN AMACI DENEY NO 8: SİNYAL GENERATÖRÜ ve OSİLOSKOP KULLANIMI Osiloskop ve sinyal generatörünü tanımak, nasıl çalıştıklarını anlamaktır. 2. DENEYİN TEORİSİ 2.1. Sinyal Generatörünün Kullanılması Şekil 8.1 de Elektrik ölçme laboratuvarında kullanılan AA Tech marka sinyal üretici görülmektedir. Dikkat edilirse, sinyal üreticinin üzerinde çok sayıda tuş, düğme ve çıkış ucu bulunmaktadır. Buna göre Şekil 8.1 üzerinde numaralandırılmış kısımlar şu şekilde tanımlanır: Şekil 8.1 AA-Tech AWG-1010 Sinyal Generatörü 1- Açma/kapama düğmesi 2- CH1/2 (Kanal aktifleştirme düğmesi) 3- Sinyal özelliklerinin ayarlandığı kısım 4- Sine (Sinüs sinyali elde etme ve gerekli ayarlarının yapıldığı düğme) 5- Square (Kare dalga elde etme ve gerekli ayarlarının yapıldığı düğme) 6- Ramp (Rampa sinyalinin elde edilmesi ve gerekli ayarlarının yapıldığı düğme) 7- Pulse (Darbe sinyali elde etme ve gerekli ayarlarının yapıldığı düğme) 8- Noise (Bir gürültü şeklinde sinyal oluşturma ve gerekli ayarlarının yapıldığı düğme) 9- Arb (Keyfi bir dalga formu oluşturma ve gerekli ayarlarının yapıldığı düğme) 10- Mod (Modülasyon seçenekleri AM, FM, PM, FSK, ASK, PWM v.b.) 11- Sweep (Frekans tarama düğmesi) 12- Store/Recall (Sinyali depolama ve tekrar çağırma düğmesi) 13- Utility (Çeşitli özelliklerin görüntülendiği ve yapıldığı bölüm) 14- Help (Yardım düğmesi) 15- Sinyal hakkındaki sayısal değerlerin girildiği klavye bölümü 16- Sinyal hakkındaki sayısal değerlerin girildiği sol/sağ ayar düğmesi 17- Rakamlar veya bölümler arası geçişi sağlayan bölüm 18- CH1 için çıkış ucu 19- CH2 için çıkış ucu 20- CH1 için aktif/pasif düğmesi 21- CH2 için aktif pasif düğmesi
2 Sinyal üretici, laboratuvar uygulamalarında AC güç kaynağı olarak kullanılmaktadır. Sinyal üreteci ile istenilen bir AC voltaj işaretini elde etmek için yapılması gereken üç temel işlem bulunmaktadır: 1. İşaret tipinin seçilmesi, 2. İşaretin frekansının ayarlanması, 3. İşaretin genliğinin ayarlanması. 1. İşaretin tipinin seçilmesi: Sinyal üreteci sinüs, üçgen ve kare dalga tipinde AC voltaj işareti üretir. İşaret tipinin seçimi için 4-9 nolu tuş takımları kullanılır. 2. İşaretin frekansının ayarlanması: İşaret tipi seçildikten sonra daha önce de anlatıldığı gibi bir AC işaretin iki temek özelliği olan peryot/frekans ve genliğinin üreteç üzerinde ayarlanması gerekir. Sinyal üreteçleri daha çok frekans ayarı yapılacak şekilde üretilirler. Çünkü piyasada kullanılan AC sistemlerde, daha çok frekans özelliği kullanılmaktadır. Zaten frekans ile peryot arasındaki ilişki de çok basittir (f=1/t). İşaretin frekansı ayarlanırken 3 nolu frekans sahası seçim tuşları ile 15 veya 16 nolu frekans ayar düğmesi kullanılır. Bu işlem sırasında önce 3 nolu tuşlar ile ayarlanmak istenen frekans değerine uygun frekans sahası seçilir. (Bir frekans sahası seçildiğinde, frekans ayar düğmesi en sola alındığında ekranda sahanın minimum frekans değeri, en sağa alındığında ise ekranda sahanın maksimum frekans değeri görülür.) Daha sonra frekans ayar düğmesi sağa sola çevrilerek istenen frekans değeri hassas bir şekilde ayarlanır. 3. İşaretin genliğinin ayarlanması: İşaret tipi ve işaretin frekansı seçildikten sonra ayarlanması gereken son nicelik işaretin genliğidir. Bunun için 3 nolu bölümden genlik (AMPLITUDE) seçeneği seçilir ve 15 veya 16 nolu bölümdeki ayar düğmesinden faydalanılır. Genlik düğmesi sola çevrildiğinde minimum voltaj değeri (yaklaşık 1V), sağa çevrildiğinde ise maksimum voltaj değeri (yaklaşık 20V) elde edilir. Genlik bilgisini ayarlamak için sinyal üreteci osiloskoba bağlanır. Bunun için sinyal üreteç kablosunun bir ucu (yuvarlak olanı) 18 veya 19 nolu çıkışa diğer ucu (kırmızı ve siyah uçları olan) ise osiloskoba bağlanır. Voltaj işareti osiloskop ekranında görüldükten sonra 16 nolu genlik ayar düğmesi sağa sola doğru çevrilerek genlik ayarlaması yapılır. ÖZET: Sinyal üretecinden istenilen ac voltajın üretilmesi için şu üç adımı uygularız: 1. AC işaret tipinin seçilmesi: 4-9 nolu tuş takımları kullanılır. 2. İşaretin frekansının ayarlanması: Frekans ayarı 3 nolu frekans sahası seçim tuşları ve 15 nolu frekans ayar tuş takımı veya 16 nolu ayar düğmesi ile gerçekleştirilir. Önce en uygun saha seçimi yapılır, daha sonra frekans ayar düğmesi ile istenilen frekans değeri hassas bir şekilde ayarlanır. 3. İşaretin genliğinin ayarlanması: Genlik ayarı, 15 nolu genlik ayar düğmesi ile gerçekleştirilir. Bunun için, sinyal üreteci kablosu kullanılarak üretecin 18 veya 19 nolu çıkışı ile osiloskop birbirine bağlanmalıdır. 2.2 Osilaskobun Kullanılması Laboratuvar da AC voltaj ölçmek için kullanılan ve Şekil 8.2 de görülen AA-Tech (ADS-2062B) marka osiloskop temel olarak altı kısımdan oluşmaktadır: 1. Ekran Bölümü, 2. I nolu kanal (CH1), 3. II nolu kanal (CH2), 4. Yatay eksen bölgesi, 5. Tetikleyici ayar kısmı. Demek ki, cihazımız aslında CH1 ve CH2 olarak adlandırılan iki ayrı kanal üzerinden iki farklı işareti aynı anda ölçme özelliğine sahiptir. Bu tür osiloskoplara iki kanallı osiloskop denir. Osiloskopların tek kanallı ve dört kanallı
3 çeşitleri de vardır. Şekil 8.2 de laboratuvarda kullanacağımız osiloskop şekli görülmektedir. Şekil 8.2. AA Tech (ADS-2062B) model osiloskobun ön paneli 1- Kalibrasyon sinyali (2 V p-p, 1kHz kare dalga) 2- Ekran netlik ayarı 3- Açma/Kapama düğmesi 4- CH1 için giriş ucu 5- CH1 için gerekli ayarların yapıldığı bölüm (CH1 açık/kapalı) 6- CH2 için giriş ucu 7- CH2 için gerekli ayarların yapıldığı bölüm (CH2 açık/kapalı) 8- Sinyaller arası işlemlerin yapıldığı bölüm (toplama, çıkarma, çarpma, bölme v.b.) 9- CH1 için volt/div ayar düğmesi 10- CH2 için volt/div ayar düğmesi 11- CH1 için dikey pozisyon ayar düğmesi 12- CH2 için dikey pozisyon ayar düğmesi 13- X ekseni ölçeklendirme düğmesi (Time/div) 14- Yatay pozisyon ayar düğmesi 15- Cursors (sinyalin yatay ve dikey eksendeki konum bilgilerini verir) 16- Measure (O anda aktif alan kanal için gerekli bilgileri verir) 17- Save/Recall (Sinyali flash belleğe kayıt etme ve tekrar çağırma düğmesi) 18- Utility (Çeşitli ayarların yapıldığı bölüm) 19- Default Setup (Cihazın en temel ayarlarına geri döndürme bölümü) 20- Help (Yardım bölümü) 21- Run/Stop (Sinyali ekranda görüntüleme ve durdurma düğmesi) 22- Auto (Ölçülen sinyali ekranda en iyi bir şekilde görebilmek için otomatik ayar düğmesi) 23- Menu on/off( Menü açık/kapalı) 24- Print (Yazıcıdan çıktı alma düğmesi) 3. Osiloskopta görülen işaretlerin incelenmesi:
4 Osiloskop, elektriksel işaretlerin (gerilimlerin) zamanla nasıl değiştiğini incelemek için kullanılır, Bu nedenle periyot ölçümü önemlidir. Bir işaretin periyodunu ölçmek için, bir tam dalga boyunun kaç kare (div) genişliğinde olduğuna bakılır. Bu değer Time/div kademesinde ayarlanan değerle çarpılarak periyod süresi (T) elde edilir. Eğer işaretin frekansı isteniyorsa: f = 1 T Formülü ile frekans elde edilir. Osiloskop ekranında görülen işaretin belli bir andaki genlik değerini elde etmek için dikey eksen izlenir. İşaretin o andaki değerinin toprak seviyesine olan uzaklığı ölçülür. Bu elde edilen değer genlik ayarı ile belirtilen (Volts/div) değerle çarpılır. Örnek: Şekil 4 Şekil 4 de görülen işaretin genlik ve frekansını bulmak için şu adımlar izlenir: 1. İşaretim bir tam periyodu ölçülür: T=7 div (kare) 2. T hesaplanır: Time/div=0,1 ms T=7*div T=0,7 ms = 700 μs 3. f=1/t formülünden frekans değeri: f= 1428 Hz 4. Tepeden tepeye genlik değeri: G=3,5 div (kare) 5. Genlik hsaplanır: Volt/div = 1 V G=3,5*1 V = 3,5 V 6. Maksimum değer hesaplanır: M = 3,5/2 = 1,75 V 7. Sonuç: V i(t) = M*sin(2πf t) V i(t) = 1,75*sin(2π*1428 t) 3.1. DC Gerilim Ölçümü
5 AC-GND-DC bölümü önce GND konumuna getirilir ve ekrandaki yatay bir çizgi olan izin konumu, dikey konum ayar düğmesi ( POSITION) yardımıyla uygun bir konum olan sıfır seviyesine ayarlanır. Bu konumun ekranın merkezinde olması gerekli değildir. Sonra AC-GND- DC bölümü DC konumuna ve VOLT/DIV anahtarı uygun bir konuma getirilir. Bu durumda yatay izin seviyesi, ölçülen gerilimin DC seviyesiyle doğru orantılı olarak değişir. DC gerilimin değeri, çizginin seviye değiştirdiği bölme sayısıyla VOLT/DIV değerinin çarpımına eşittir. Örneğin, Şekil 5 te gösterildiği DC gerilim ölçümü için, eğer VOLT/DIV anahtarı 50mv/DIV konumunda ise, ölçülen DC gerilim değeri (VDC), 1 probu için: VDC = (4.2 DIV)(50 mv/div) = 210 mv = 0.21V; 10 probu için: VDC = (10)(4.2 DIV)(50 mv/div) = 2100 mv = 2.1V dur. 3.2 AC Gerilim Ölçümü Şekil 5. DC gerilim ölçümü AC-GND-DC bölümü önce GND konumuna getirilir ve ekrandaki yatay bir çizgi olan izin konumu, dikey konum ayar düğmesi ( POSITION) yardımıyla uygun bir konum olan sıfır seviyesine ayarlanır. Bu konumun ekranın merkezinde olması gerekli değildir. Yüksek frekanslı işaretleri gözlemek için ya da ölçülecek işaretin sadece AC bileşenini gözlemek için AC-GND- DC bölümü AC konumuna getirilir. Anahtarın bu konumunda, işaretin DC bileşeni osiloskop girişinde seri olarak devreye giren bir DC tıkama kapasitörü (blocking capacitor) tarafından engellenir. Bu durumda, osiloskop ekranında Şekil 6(a) da gösterilen ve ortalaması sıfır olan dalga şekli (AC bileşeni) elde edilir. Eğer osiloskobun VOLT/DIV anahtarı 1V/DIV konumunda ise, ölçülen gerilimin AC bileşeninin tepeden-tepeye değeri aşağıdaki gibi hesaplanır: 1 probu için: Vpp = (5 DIV)(1V/DIV) = 5 V, 10 probu için: Vpp = (10)(5 DIV)(1V/DIV) = 50 V Eğer küçük genlikli bir AC işaret ile büyük genlikli bir DC işareti toplanmış ise, bu işaretin AC bileşeni AC-GND- DC bölümü AC konumuna getirerek gözlenebilir. AC ve DC bileşenlerini aynı anda gözleyebilmek için AC-GND- DC bölümü DC konumuna getirilir. Bu durumda, işaretin AC bileşeninin genliği yukarıda açıklanan şekilde ölçülebilir; işaretin DC seviyesini ölçmek için, AC- GND-DC bölümü sırayla AC ve DC konumlarına getirilerek işaretin dikey eksen üzerinde kaç bölme yer değiştirdiği gözlenir. Prob anahtarı konumunun ( 1 ya da 10) ve VOLT/DIV anahtarı konumunun gösterdiği değerler bölme (DIV) sayısıyla çarpılarak işaretin DC bileşeninin değeri hesaplanır. Örneğin, Şekil 6(b) deki sinüzoidal işaretin AC seviyesi yukarıda gösterildiği gibi, DC seviyesi ise aşağıda gösterilen şekilde hesaplanır: 1 probu için: Vdc = (1,5 DIV)(1V/ DIV) = 1,5 V, 10 probu için: Vdc = (10)(1,5 DIV)(1V/ DIV) = 15 V dur.
6 (a) AC-GND-DC bölümü AC konumunda (b) AC-GND-DC bölümü DC konumunda Şekil 6. v(t)=(vpp/2) sin wt + Vdc işaretinin osiloskop ekranındaki görünümü Şekil 7 de gösterilen işaretin aşağıdaki gerilim değerlerini osiloskop ile ölçmek mümkündür: 1. Anlık değer (instantaneous value), v(t)=(vpp/2) sin wt + Vdc 2. Pozitif ve negatif tepe değerleri (positive and negative peak values), Vp+, Vp- 3. Tepeden tepeye değer (peak-to-peak value), Vpp 4. Ortalama veya DC değer (mean value or DC value), Vort veya VDC 3.3. Frekans Ölçümü Şekil 7. Sinüsoidal bir işaret için çeşitli gerilim değerleri Peryodik bir işaretin frekansını ölçmek için peryodun tersi hesaplanır. Örneğin, Time/DIV anahtarı 1 ms/div konumunda ise, Şekil 8 deki sinusoidal işaretin peryodu (6 Div)(1 ms/div) = 6 ms olarak hesaplanır. Buradan, frekans 1/6x10-3 = 166.67 Hz olarak bulunur. Eğer x10 MAG kullanılırsa, zaman 10 a bölünmelidir. Bu durumda, peryod 0.6 ms ve frekans 1666.67 Hz dir. Şekil 8. Frekans Ölçümü 4. DENEYİN YAPILIŞI
7 1. Güç kaynağından ) osiloskobun birinci kanalına 1.5V DC gerilim uygulayınız. Osiloskobun Volt/Div ayarını önce 0.5V a ayarlayarak, osiloskop ekranındaki görüntüyü yorumlayınız. 2. Gerilim kaynağının gücünü 1V DC ye düşürerek osiloskop ekranındaki görüntünün değişimini yorumlayınız. 3. Sinyal generatörününün birinci kanalını (Ch1) osiloskobun birinci kanalına, ikinci kanalını (Ch2) ise osiloskobun ikinci kanalına bağlayınız. 4. Sinyal generatörünün sinyallerini aşağıdaki gibi ayarlayınız. -Ch1 : Sinüsodial sinyal, 6Vpp, 1kHz -Ch2: Kare dalga, 6Vpp, 1kHz 5. Osiloskobun Time/Div anahtarını uygulanan sinyallerin en az 3 periyodu ekrana sığacak şekilde ayarlayınız. 6. Osiloskobun Volt/Div anahtarını ise uygulanan sinyallerin ekranda tepeden tepeye 6 bölmeye yerleşecek şekilde ayarlayınız. 7. Osiloskop ekranındaki görüntüyü kaydediniz. 8. Osiloskobun Time/Div ve Volt/Div anahtarlarının ayarlarını değiştirmeden, sinyal generatörünü aşağıdaki değerler için ayarlayınız. -Ch1 :Sinüsodial sinyal, 4Vpp, 2kHz -Ch2: Kare dalga, 4Vpp, 2kHz 9. Osiloskop ekranındaki görüntüyü kaydederek bir önceki görüntü ile aralarındaki farkı yorumlayınız.