Fyzikální praktikum II z elektřiny a magnetismu, úloha č. 11 Fyzikální ústav v Opavě
1
11. Osciloskop, základy práce s osciloskopem.
1. Úvod
Cílem této úlohy je porozumět tomu, co je osciloskop, k čemu slouží, jak principiálně pracuje
(to nám umožní lépe a snadněji pochopit jeho ovládání a možnosti) a naučit se s ním v základní
míře pracovat.
Na tomto místě bych rád připomněl, že v oblasti stacionárních proudů a napětí, tj. při práci
s obvody, ve kterých jsou všechny proudy i všechna napětí stacionární, tj. nemění se v čase, je
situace vlastně velmi jednoduchá – napětí U stačí změřit stejnosměrným voltmetrem, proud I
stejnosměrným ampérmetrem. Stačí tedy určit velikost napětí ve voltech a proudu v ampérech.
Tak tomu také bylo v úlohách 1, 2, 3, 4 a zčásti 5, které jsme již absolvovali.
Nyní se dostáváme do měření v oblasti kvazistacionárních polí, konkrétně do oblasti střídavých
proudů. Nyní tedy budou (či mohou být) proudy i napětí v obvodech nabývat hodnot v čase
nestálých, budou se tedy měnit, přitom se může měnit jak jejich velikost, tak jejich směr či
orientace. Pokud bychom v oblasti střídavých proudů zůstali u měření voltmetrem V a
ampérmetrem A, museli bychom k informaci o hodnotě napětí (proudu) doplnit, pro jaký časový
okamžik jsme hodnotu naměřili, jinými slovy měřili bychom okamžité hodnoty u(t) napětí a
proudu i(t) v čase t.
Pro ilustraci vezměme běžnou střídavou zásuvku, kterou všichni denně využíváme. Dávno
víme, že poskytuje střídavé napětí o efektivní hodnotě U=230 V.
Úkol 1: Napište, co je efektivní hodnota střídavého napětí.
Úkol 2: Proveďte výpočet maximální Umax a minimální Umin hodnoty střídavého napětí v síťové
zásuvce. Výpočet odůvodněte.
Síťové napětí, které máme k dispozici v síťové zásuvce, se vyrábí v alternátorech
v elektrárnách využitím principu elektromagnetické indukce. Vzhledem k použitému
uspořádání má vyrobené napětí harmonický (tj. sinusový, případně kosinusový) průběh a
frekvenci f = 50 Hz (během 1 s tedy 50 sinusovek, frekvenci 50 Hz se všichni výrobci elektřiny
snaží co nejpřesněji dodržovat, v praxi kolísání max. o desetiny Hz).
Úkol 3: Změřte výstupní napětí běžného síťového transformátoru a nakreslete graf závislosti
okamžitého napětí u(t) na čase t v intervalu 0 až 0.04 s.
Protože transformací napětí se frekvence nemění, je i na výstupu z našeho transformátoru
frekvence 50 Hz, takže napětí změřte běžným analogovým ručkovým střídavým voltmetrem a
pro kontrolu také nf voltmetrem BM 579, který je ovšem použitelný i na jiné frekvence než jen
50 Hz. Obě napětí jsou samozřejmě jaká? – správně, jsou to efektivní hodnoty.
Zopakujme - stejnosměrné voltmetry jsou konstruovány tak, že neumožňují měřit střídavé
napětí (co by také měly zobrazit, když se napětí rychle mění), musíme pro měření použít
střídavý voltmetr, čímž naměříme efektivní hodnotu Uef střídavého napětí.
Tak, jako je při práci se stejnosměrným napětím (proudem) základním přístrojem pro měření
voltmetr (ampérmetr), je základním přístrojem pro měření ve střídavých obvodech osciloskop.
Je to proto, že osciloskopem můžeme měřit okamžité hodnoty střídavého napětí a na obrazovce
osciloskopu si zobrazit celý průběh střídavého napětí, tj. přímo vidět graf závislosti u=u(t).
(Periodický) střídavý signál totiž charakterizuje nejen jeho amplituda a frekvence, ale také tvar
signálu, čili jeho průběh (křivka) v závislosti na čase.
Fyzikální praktikum II z elektřiny a magnetismu, úloha č. 11 Fyzikální ústav v Opavě
2
2. Práce s osciloskopem
Na webu na adrese https://kdf.mff.cuni.cz/~zilavy/clanky/Osciloskop_prac_list.pdf pročtěte
popis osciloskopu a prostudujte základy práce s ním, při studiu používejte osciloskop, který je
v laboratoři k dispozici.
Úkol 4: Zobrazte výstupní napětí z běžného síťového transformátoru osciloskopem, do
protokolu vložte příslušnou fotografii obrazovky, pomocí osciloskopu určete amplitudu napětí,
frekvenci, časovou periodu. Nezapomeňte řádně popsat osy a napsat název grafu.
Úkol 5: Zobrazte na osciloskopu vhodný neharmonický signál užitím generátoru CFG250 (pila,
pulsy apod.), dále proveďte totéž, jako v Úkolu 4. Současně můžete porovnat harmonickou
křivku odpovídající f=50 Hz z generátoru s tou ze síťového transformátoru z úlohy 4, fota
obrazovky včetně popisu os vložte do protokolu.
Úkol 6: Zobrazte na osciloskopu vždy právě jednu periodu napětí sinusového, trojúhelníkového
a pilového průběhu o
a) f = 5kHz a amplitudě U = 600 mV
b) f = 30 kHz a amplitudě U = 2 V
Úkol 7: Na osciloskopu voličem doby přeběhu časové základny zvolte dobu 0,1 s, na svislé
ose zadejte 1V/div a generátor nastavte tak, že se zobrazí právě jedna kompletní sinusovka.
Určete pomocí osciloskopu jaká je její frekvence, perioda, amplituda.
Všechny grafy (fota z obrazovky) včetně popisu os vložte do protokolu, popište a vysvětlete.
Literatura:
1. https://kdf.mff.cuni.cz/~zilavy/clanky/Osciloskop_prac_list.pdf
2. https://www.spsdmasna.cz/dokumenty/publikace/DSO_SPSD.pdf