Lab 7

การทดลองที่  7
การใช้งาน Oscilloscope ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์

อุปกรณ์ประกอบการทดลอง
1.) Oscilloscope MTX 3250  1 ตัว

2.) Oscilloscope GDS-820 S   1 ตัว

3.)  Function Generator MTX 3240  1 ตัว

4.) แผงตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ  1 ชุด

5.) Junction Box   1 ตัว

6.) เต้าเสียบปลั๊ก    1 ตัว 

วัตถุประสงค์

·       เพื่อสังเกตการณ์ปรับค่า C ของ Probe x 10
·       เพื่อฝึกทักษะการใช้ Oscilloscope กับวงจรอิเล็กทรอนิคส์ เช่นวงจร RC
·       เพื่อสังเกตการณ์ปรับวงจรเพื่อให้เป็น Bridge สมดุล

ทฤษฎี
ปรับค่า C ของ Probe x 10
การปรับ Compensate ของโพรบ โพรบส่วนมากจะถูกออกแบบมาให้เหมาะสมกับอินพุตของออสซิลโลสโคปที่ระบุเท่านั้น อย่างไรก็ตามอาจเกิดความผิดเพี้ยนขึ้นได้เมื่อมีการเปลี่ยนออสซิลโลสโคปจากเครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่งหรืออาจเกิดจากความแตกต่างกันของช่องสัญญาณอินพุตในออสซิลโลสโคปเครื่องเดียวกัน สิ่งที่จำเป็นต้องทำคือเมื่อเปลี่ยนการใช้งานของโพรบที่มีอัตราการลดทอนสัญญาณ ( โพรบแบบ 10X และ 100X ) จะต้องทำการปรับ Compensate เพื่อชดเชยสัญญาณภายในของโพรบกับช่องสัญญาณอินพุตของออสซิลโลสโคปที่จะใช้งานด้วย ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้
1. ต่อโพรบเข้ากับอินพุตของออสซิลโลสโคป
2. นำ หัววัดสัญญาณของโพรบต่อเข้าที่จุดทดสอบการชดเชยสัญญาณที่ด้านหน้าของออสซิลโลสโคป
3. นำเครื่องมือที่ใช้ในการปรับ Compensate ที่มาพร้อมกับโพรบหรือเครื่องลักษณะเดียวกันที่ไม่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก ทำการปรับที่วงจร Compensate ของโพรบจนได้รูปสัญญาณแสดงบนหน้าจอที่มีความราบเรียบไม่เป็น Overshoot หรือ Undershoot
4. ถ้าออสซิลโลสโคปมีโปรแกรมการปรับ Compensate ภายในเครื่องแบบอัตโนมัติ ก็ควรจะนำมาใช้งานเนื่องจากจะทำให้มีความเที่ยงตรงมากขึ้น โดยถ้าไม่ทำการปรับ Compensate เพื่อชดเชยความผิดพลาดของสัญญาณของโพรบอาจจะทำให้ในการนำโพรบไปวัดสัญญาณจริงๆจะเกิดความผิดพลาดขึ้นได้ โดยเฉพาะการวัดสัญญาณพัลส์ที่เป็นrise-time หรือ fall-time และเพื่อเป็นการหลีกเลี่ยงจากความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นควรจะทำการปรับCompensate เพื่อชดเชยความผิดพลาดของสัญญาณของโพรบกับออสซิลโลสโคปทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนการใช้งานโพรบ ดังภาพ

ถ้าโพรบที่มีค่าความจุไฟฟ้าไม่ถูกต้องลักษณะการตอบสนองความถี่จะทำให้เกิดภาพที่จอออสซิลโลสโคปไม่ถูกต้องด้วยโดย แสดงดังรูป
(wheatstone bridge) จะประกอบด้วยส่วนของความต้านทาน 2 ส่วนขนานกัน แต่ละส่วนจะประกอบด้วยอุปกรณ์ที่ต่ออนุกรมกันโดยทั่วไปมักใช้ความต้านทาน ส่วนของแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงซึ่งจะต่อคร่อมระหว่าง 2 ส่วนนี้เพื่อจ่ายกระแสให้ไหลผ่านความต้านทานดังกล่าวและส่วนของอุปกรณ์ชี้ค่าศูนย์ที่ใช้โดยทั่วไปมักเป็นกัลวาโนมิเตอร์ (galvanometer) จะต่ออยู่ระหว่างกลางของ 2 ส่วนที่ขนานกันเพื่อตรวจจับสภาวะสมดุล (balance)
วงจรบริดจ์แบบวีตสโตน(Wheatstone’s Bridge)
บริดจ์แบบวิทสโตน
The Balanced Wheatstone Bridge (บริดจ์สภาวะสมดุล) หลักการของวงจรบริดจ์สมดุล ก็มีอยู่ว่าเมื่อเราทราบค่าของความต้านทาน ตามวงจรในรูป จนกระทั่งเข็มของกัลวานอมิเตอร์ชี้ที่ค่าศูนย์ ซึ่งจะพบว่าในขณะนั้นไม่ได้มีกระแสไหลผ่านกัลวานอมิเตอร์ เพราะว่า ระดับของแรงดันที่จุด Rx กับที่จุด Rx มีค่าเท่ากัน หรือความต่างศักย์ระหว่างจุด Rx กับจุด Rx มีค่าเท่ากับศูนย์โวลต์ และในขณะนี้ถือว่าวงจรบริดจ์อยู่ในสภาวะสมดุล เมื่อวงจรบริดจ์อยู่ในสภาวะสมดุลจะทาให้ได้แรงดันตกคร่อมที่ความต้านทาน R1 กับ Rx มีค่าเท่ากัน และแรงดันตกคร่อมที่ความต้านทาน R2 กับ R3 มีค่าเท่ากัน ดังนั้นจะได้

การทดลอง
1. ทดลองปรับค่า C ของโพรบ x 10 โดยนำโพรบต่อเข้ากับ Input ของออสซิลโลสโคปแล้วนำไปจับสัญญาณทดสอบ (Square wave 2Vp-p 1kHz) ที่ Probe Comp แล้วทำการปรับค่า C โดยใช้ไขควงไขที่ตัวโพรบ พร้อมทั้งสังเกตสัญญาณ

รูปสัญญาณตอน Under Compensated (แอมพลิจูดที่วัดได้ต่ำกว่าความเป็นจริง)
รูปสัญญาณตอน Over Compensated (แอมพลิจูดที่วัดได้สูงกว่าความเป็นจริง)
รูปสัญญาณตอน Compensated (แอมพลิจูดที่วัดได้ถูกต้อง)
2. ใช้ Function Generator เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าให้กับวงจรบนบอร์ด RC โดยจ่ายรูปสัญญาณ 3 แบบคือ Square wave, Triangle Wave และ Sine Wave

2.1 ใช้โพรบจับสัญญาณแรงดัน Input กับแรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุ




2.2 ใช้โพรบจับสัญญาณแรงดัน Input กับแรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน




3. ต่อวงจร Bridge โดยใช้ Ra เป็นตัวต้านทานปรับค่าได้ ตามวงจร


ใช้มิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้าที่จุด 1 และ 2 (null) แล้วปรับค่าตัวต้านทานปรับค่าได้ จนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เป็น 0V (หรือใกล้เคียง)


เสร็จแล้วทำการปิดแหล่งจ่ายและถอดเอาตัวต้านทานแต่ละตัวที่ใช้มาวัดหาค่าความต้านทาน ได้ผลดังตารางต่อไปนี้




สรุปผลการทดลอง
1. โพรบที่มีการปรับอยู่ที่ 10x ก่อนการนำไปใช้วัดสัญญาณใดๆ ต้องทำการปรับค่าตัวเก็บประจุในโพรบเสียก่อน เนื่องจากหากไม่ทำการปรับ แอมพลิจูดของสัญญาณที่วัดได้โดยออสซิลโลสโคปจะไม่ตรงกับความเป็นจริง อีกทั้งรูปสัญญาณที่ได้ก็จะผิดเพี้ยนไปจากความเป็นจริงด้วย

2. วงจร RC จะมีแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุ ดังนี้
 และแรงดันคร่อมตัวต้านทาน ดังนี้
ซึ่งหากเลือกใช้แรงดันคร่อมตัวเก็บประจุเป็น Output วงจรนี้ก็จะทำหน้าที่เป็นวงจรอินทิเกรตสัญญาณ หรือหากใช้แรงดันคร่อมตัวต้านทานเป็น Output วงจรนี้ก็จะทำหน้าที่เป็นวงจรดิฟเฟอเรนชิเอตสัญญาณ

3. จากการทดลองจะได้ว่า Ra/Rb = 4.954 k/1.7769 k = 2.79 และ R1/R2 = 4.939 k/1.7762 k = 2.78 ซึ่งผลการทดลองนี้สอดคล้องกับทฤษฏีที่บอกไว้ว่าวงจร Bridge จะสมดุลก็ต่อเมื่อ Ra/Rb =  R1/R2

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น