Műszertechnikai és Automatizálási Intézet

Átírás

1 Név: Kurzus kód:. Mérések napja, időpontja: Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Műszertechnikai és Automatizálási Intézet MÉRÉSTECHNIKA LABORATÓRIUM MÉRÉSI ÚTMUTATÓ 1/B 2014 Összeállította Markella Zsolt 4. kiadás Budapest, 2014 A kiadvány szerzői jogi védelem alatt áll, arról való másolat készítése a kiadó előzetes írásbeli engedélye nélkül tilos. A kiadvány másolása és jogosulatlan felhasználása bűncselekményt képez.

2 Tartalomjegyzék 8. sz. laboratóriumi mérés (Tényi V. Gusztáv) 3. oldal Nemlineáris karakterisztika felvétele. Mérési sorozat adatainak kiértékelése 9. sz. laboratóriumi mérés (Tényi V. Gusztáv) 8 oldal Mérési elrendezések mérése 10. sz. laboratóriumi mérés (Markella Zsolt) 16. oldal Váltakozó feszültség- és áram mérése II. 11. sz. laboratóriumi mérés (Markella Zsolt) 39. oldal Váltakozó feszültség- és áram mérése III. 2

3 1. fejezet 2. fejezet A laboratóriumi mérés célja A mérés adatainak feldolgozása (közelítő görbék, jellemző paraméterek), nemlineáris hálózatban történő mérésnél. A mérési sorozatok kiértékelési módszerének elsajátítása. A laboratórium során elvégzendő mérések: 8.1. Mérési sorozat felvétele és kiértékelése 8.2. Vegye fel az 1. sz mérőpanelen egy kiválasztott Zenerdióda záróirányú karakterisztikáját! Határozza meg a dióda közelítő függvényeit és annak paramétereit! A méréshez szükséges elmélet Az előadáson elhangzottak és a méréstechnika jegyzet. Irodalom: [1] Méréstechnika jegyzet (Szerk. Dr. Horváth Elek)

4 8.1. Mérési sorozat felvétele és kiértékelése A mérési feladat terve: A mérés célja: Mérési sorozat felvétele, hisztrogramm készítése és belőle eloszlás és várható érték ill. szóródás jellemzőinek meghatározása, értékelése. A mérési eljárás: A mérendő objektum: A mérés műveleti sorrendje: Állítson be a függvénygenerátoron 50 Hz-es szinuszjelet 100 mv-os amplitúdóval és 500 mv-os ofszettel. A feszültségmérőn 5V-os egyenfeszültségmérő üzemmódot állítson be. Csatlakoztassa a függvénygenerátor jelét a multiméterhez. Indítsa el a számítógépen az adatgyűjtő programot. A rendelkezésre álló mérési idő és a változások érzékelése miatt célszerű a mintavételezés időközét 1 s-ra, a mintavételek darabszámát 100-ra megválasztani. A mérési adatokat a mérés végén saját adathordozóra (pen drive) mentse le vagy küldje el magának -be! Ismételje meg a mérést a jel frekvenciáját 10 Hz-re állítása után is! A mérés adatainak kiértékeléséhez szükséges számítások, elemzések, szempontok: (A kiértékeléshez használjon táblázatkezelő programot! A laboratórium honlapján megtalálható egy példa feladat az excellel történő hisztogramm készítésről.) Végezze el a mért adatok érvényességi vizsgálatát (azaz a mért adatok egy megadott érvényességi tartományon belül vannak-e)! Megengedett tűrésmező: a 500 mv mv. Határozza meg az előző pontban érvényesnek talált adatok alapján az alábbi mennyiségeket: A mérési sorozat várható értékei közül: a számtani átlagot, a móduszt, a mediánt. A mérési sorozat szóródását jellemző: terjedelmet, (minimumot, maximumot), az empirikus szórást, az átlagos abszolút eltérést. Készítse el az érvényesnek talált adatok alapján a mérési eredmények csoportosítását a terjedelem/10 felbontással! Készítse el a hisztogramot! A hisztogram alapján válaszoljon az alábbi kérdésekre: a) Mit értünk a hisztogram alatti területen és ez mekkora? b) Mekkora annak valószínűsége, hogy a mért feszültség a várható érték egyszeres szórás sugarú környezetébe esik: P[Uátl. - s < U < Uátl. + s] =? 4

5 c) Mekkora annak valószínűsége, hogy a mért feszültség a várható érték háromszoros szórás sugarú környezetébe esik: P[Uátl. - 3s < U < Uátl. + 3s] =? d) A "d" és "e" pontban kapott eredményeket hasonlítsa össze az elvi értékekkel! 8.2. Vegye fel az 1. sz mérőpanelen egy kiválasztott Zener-dióda záróirányú karakterisztikáját! Határozza meg a dióda közelítő függvényeit és annak paramétereit! A mérés célja: Az 1. sz. mérőpanelen egy kiválasztott Zener dióda karakterisztikájának meghatározása A mérési eljárás: A mérendő objektum: A feladat elvégzéséhez az 1. sz. mérőpanelon lévő elemek és a külső dekád ellenállás felhasználásával állítsa össze az alábbi kapcsolást: Rk korlátozó ellenállás Rd dekád ellenállás Zener dióda záróirányú karakterisztikájának felvételéhez szükséges kapcsolás Egy olyan kapcsolást kellett összeállítani, amivel felvehető a zener dióda záróirányú karakterisztikája és semmiféleképpen sem megy tönkre. Tehát olyan tápfeszültséget és korlátozó ellenállást kell választani, amik ezeknek a feltételeknek megfelelnek. A mérés feltételei, határadatai: A mérés megkezdése előtt határozza meg : a mérési tartományt, a max. tápfeszültséget, és az Rk korlátozó ellenállás értékét! (Rk - t a mérőpanelen található ellenállások közül válasszon! Az ellenállás névleges teljesítménye: 0,5 W.) Segítség a számításokhoz: A mérendő dióda katalógus adatai: Típus: ZF 5,6 A Zener feszültség UZN = 5,6 V ± 10%, Iz = 5 ma-nál mérve. Nyitóirányú max. áram (Imaxny): 100 ma. A dióda disszipációs teljesítménye (záróirányban): 400 mw Záróirányban a számítások: Állapítsuk meg a dióda záróirányú maximális disszipációs teljesítményének és Zener feszültségének ismeretében a maximális tápfeszültség és az Rk értékét. Az Rk ra azért van szükség, hogy amikor a dekád ellenállást 0Ω-ra állítjuk akkor se menjen tönkre a dióda!

6 A katalógusban megadott disszipációs teljesítménynél biztonsági okokból kisebb értéket használjunk. P = P = 320mW max 0,8 max_z A dióda Zener feszültségét felhasználva (ugyan ezt 5 ma-nél mérve definiálják) Pmax 320mW Imax = = 57mA 5,6V U Z Mivel két szabad paraméter van (UTmax és RK), az egyiket megválaszthatjuk. Legyen UTmax=10 V. UT max UZ 10V 5,6V Rk = = = 77,19 Ω Im1 max 57mA Keressünk egy ehhez közeli értéket az 1-es mérőpanelen. Rk=150Ω 0,5W Ezzel a választott ellenállás értékkel el kell végezni néhány ellenőrző számítást. Először számítsuk ki mekkora lesz a körben a maximális áram. I max UT max UZ 10V 5,6V = = = 29, 33mA R 150Ω k Ellenőrizzük, hogy az Rk ellenállás terhelhetősége megengedi-e ezt az áramot. I = P = 0,5W = Rkmax 58 Rk 150Ω ma I max Tehát a számítások után: UT=10 V, Rk=150Ω Figyelem a dekádellenálláson maximálisan 70 ma folyhat át, tehát a tápegységen a 10 V- os tápfeszültséget és a korábban kiszámolt áramnál nagyobb, de az egyes eszközökön megengedett maximális áramértéknél kisebb 50 ma-es áramkorlátot is állítsák be!!! Mérési feladat: A HM8012-es multiméter dióda vizsgáló üzemmódjában ellenőrizze le a kiválasztott diódát! Vegye fel a zener dióda záró irányú karakterisztikáját! Vigyázzon arra, hogy a műszerek fogyasztásából származó hiba a lehető legkisebb mértékben befolyásolja a mérést (azaz a legkisebb korrekciót kelljen elvégezni)! Ezért a karakterisztika mérése során a feszültségmérő helyét a kapcsolásban változtatni célszerű a kis és nagy ellenállások mérésénél tanultak alapján. A fentiekben már meghatározott mérési tartományban kiválasztjuk a beállítási jellemzőt. Ez jelen esetben mivel egy feszültség áram karakterisztikát kívánunk felvenni azt jelenti, hogy meghatározzuk melyik jellemzőt fogjuk beállítani és változtatni és a hozzá tartozó másik jellemzőt pedig le fogjuk olvasni. Nemlineáris karakterisztika felvételekor a beállítási jellemző váltása is célszerű a pontosabb beállítás miatt! 6

7 Beállítási jellemző U Beállítási jellemző I Mint az ábrából is látszik záró irányban a dióda küszöbfeszültségéig a feszültség jelentős változása mellett csak kis mértékben változik az áram. Tehát ebben a tartományban a feszültség lesz a beállítási jellemző. A dióda kinyitása után megfordul a helyzet, az áram változása lesz jelentősebb tehát azt érdemes beállítási jellemzőnek venni. A korábbiak figyelembevételével első lépésben a mérendő tartományrészeket egyenletesen beosztva vegyük fel a mérési pontokat a szükséges számban (itt 8-10 elegendő). Azokban a tartományokban ahol további adat felvétele látszik szükségesnek, az adott tartomány további egyenletes felosztásával finomítsuk a mérésünket. A mérési pontokat célszerű a maximum értéktől "lefelé" haladva felvenni. Megjegyzés: A mérési pontokat, a feszültségbeállítási tartományban, a tápfeszültség csökkentésével is beállíthatja. A Zener diódán átfolyó áram és a rajta eső feszültség: U I U I Kis ellenállású szakaszban Nagy ellenállású szakaszban Rajzolja meg a dióda jelleggörbéjét, és határozza meg a dióda közelítő függvényeit és annak paramétereit! A közelítő görbéket (egyenesek) táblázatkezelő program segítségével kell meghatározni. Az MS Excel-ben ezt a menü következő útvonalán érheti el: Beszúrás/Függvény/Meredekség; vagy/és Beszúrás/Diagramm

8 3. fejezet 4. fejezet A laboratóriumi mérés célja A mérési elrendezésbe galvanikus és kapacitív csatolással bekerülő zavaró jelek hatása, az ellenük történő védekezési lehetőségek bemutatása, vizsgálata. Egyenfeszültségmérők soros zavarójel elnyomásának bemutatása, az elnyomás frekvenciafüggésének meghatározása. A laboratórium során elvégzendő mérések: 9.1. feladat: Határozza meg, az 1.sz. mérőpanelen lévő feszültségstabilizátor kimeneti feszültségének megváltozását a bemeneti feszültség függvényében! 9.2. feladat: Kapacitív csatolás vizsgálata nyomtatott áramköri panelon lévő vezetők között. A méréshez szükséges elmélet Az előadáson elhangzottak és a méréstechnika jegyzet váltakozófeszültség mérésről szóló része. Irodalom: [1] Méréstechnika jegyzet (Szerk. Dr. Horváth Elek) Ajánlott irodalom: G. Breitenberger, H. Bürskens,...: EMC Elektromágneses zavarvédelem; Dr. Kiss Ernő: Elektronikus mérőműszerek vonatkozó fejezete; 8

9 A mérendő áramkörre, illetve a mérőeszközöket is tartalmazó áramköri összeállításokra különböző eredetű zavarforrások hatnak. A zavaró hatások következtében a mérővezetékeken a mérendő hasznos jel mellett un. zavarjelek is megjelennek, amelyek mérési hibát okoznak. Az ilyen eredetű hibák csökkentésének két lehetséges módja van: Egyrészt a mérési összeállítás megfelelő kialakításával meg lehet akadályozni, illetve mérsékelni a zavaró jelek bejutását, másrészt a már bejutott zavarjeleket, az ezt követő technikai megoldásokkal vagy a mérőeszköz megfelelő megválasztásával csillapítani lehet. A zavaró hatásokat a zavarójel terjedésének, rendszerbe jutásának módja szerint az alábbiak szerint szokás csoportosítani (zárójelben szerepel a zavar forrása, továbbá a forrás modellezésére alkalmas jellemző mennyiség): Galvanikus (általában földelővezetékek, nullavezetékek / Zcs csatolóimpedancia); Kapacitív (jelvezetékek, energiavezetékek / Ccs csatolókapacitás) Induktív (jelvezeték, energiavezeték, vezeték-hurok / Mk kölcsönös induktivitás) Vezetéken terjedő hullám (jelvezeték / Uz) Elektromágneses sugárzás (jelvezeték, hurok, nulla-vezeték, / antenna jellemzők) A felsorolt zavaró hatások közül csak a galvanikus- és kapacitív csatolással foglalkozunk feladat: Határozza meg, az 1.sz. mérőpanelen lévő feszültségstabilizátor kimeneti feszültségének megváltozását a bemeneti feszültség függvényében! A méréshez szükséges elmélet: Galvanikus zavarás: Galvanikus zavarás akkor jön létre, ha van legalább két olyan áramkör, amelyek úgy kapcsolódnak egymáshoz, hogy áramaik részben, vagy egészben közös impedanciákon folynak. Egyszerűbb kapcsolásoknál tipikus eset a kettős tápegység használata közös nullavezetékkel, vagy több áramkör táplálása egy tápegységről közös nullavezetékkel, ekkor a nullavezeték impedanciája a közös, un. Z cs csatolóimpedancia. Mérési összeállításoknál gyakran szükséges a nullavezetéket több áramköri pontra is eljuttatni, ekkor többnyire probléma a "vonatkoztatási földpont" helyes megválasztása. A galvanikus csatolás legegyszerűbb, két független áramkört tartalmazó modellje

10 Az U1 - Z1 hurok áramához (I1) a Zcs csatolóimpedancia jelenléte miatt hozzáadódik az U2 -Z2 áramának egy része, és fordítva. Az I1 áram torzulása tehát a Zcs függvénye. Zcs a gyakorlatban többnyire vezetékimpedancia, sok esetben hatása elhanyagolható, de ha az elérendő mérési pontosság indokolja (pl. kis változások mérése esetén) a kapcsolást gondos mérlegeléssel úgy kell összeállítani, hogy Zcs értéke minimális legyen. A mérési feladat terve: A mérés célja: A kimeneti feszültségváltozás meghatározása a különböző mérési elrendezések esetében. A galvanikus zavarás nagyságának megállapítása, a legkisebb hibát tartalmazó elrendezés kiválasztása. Kimeneti feszültség tartomány meghatározása (feszültség méréssel): Vegye fel az 1. számú mérőpanelen található REF feszültségstabilizátor Uref kimeneti feszültségének változását az Ut tápfeszültség függvényében a 4V < Ut < 10V tartományban 2V-os lépésközzel. A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Digitális multiméter: TR UT 4 V 6 V 8 V 10 V Uref Földelési pont megválasztása hatásának vizsgálata. (differencia méréssel) A mérendő objektum: Az 1. csatlakoztatási lehetőség szerinti összekötés 10

11 Várható, hogy az Uref ΔU megváltozása kicsi lesz, ezért a mérést a differenciafeszültség mérési módszerével célszerű elvégezni. (A gyártó szerint ΔU maximális értéke a 4.5 V < Ut < 15 V feszültségtartományban 3 mv) Az Uref-el szembekapcsolt Ue feszültséget egy az Ut-től földfüggetlen tápegységkimeneten állítsa be. A differencia módszer lényege, hogy két közel azonos feszültség közt méri a különbséget. Tehát jelen esetben mivel az Uref feszültség várhatóan 2,5 V lesz az Ue értékét is erre kell beállítani. A különböző föld pont közösítésekhez az Ue "-" jelű kimenetének csatlakoztatására a fenti valóságos kapcsolási rajza szerint három lehetőség van: 1. a mérőpanel GNDref jelű kimeneti pontja; 2. a mérőpanel GNDt jelű bemeneti pontja; 3. az Ut tápegység "-" jelű kivezetése; Végezze el a mérést minden lehetséges bekötési lehetőség szerint! A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Digitális multiméter: TR UT 6 V 8 V 10 V ΔU (GNDref) ΔU (GNDt) ΔU (Ut - ) Állapítsa meg, hogy a valóságban hol van a mérési hibát okozó csatolóimpedancia, illetve, hogy melyik elrendezés és miért adja a csatolóimpedancia által okozott legkisebb mérési hibát?

12 9.2. feladat: Kapacitív csatolás vizsgálata nyomtatott áramköri panelon lévő vezetők között. A méréshez szükséges elmélet: Kapacitív zavarás: A kapacitív zavarás általános modelljét mutatja az alábbi ábra. A gyakorlatban legtöbbször előforduló esetre érvényes, ha a vezetékimpedanciák elhanyagolhatók (az egyes vezetékpontok azonos potenciálon vannak), akkor egy egyszerűsített modell használható. Amelyben a zavarforrás az U0 belső feszültséggel és Zki kimeneti impedanciával jellemzett áramkör, a zavarvevő a Zv impedancia. A kapacitív csatolással keletkező Uz zavarjel amplitudója az egyszerűsített modell szerint: U z =U o Z ki Zv 1 + Zv + 2πfC A mérési elrendezéseknél a Zv impedancia a mérőműszer bemeneti impedanciája, adott érték, többnyire nem változtatható. Uz csökkentése a C csatolókapacitás megfelelő befolyásolásával (vezetékek átrendezése, árnyékolás) történhet. 12

13 A mérési feladat terve: A mérés célja: A mérési eljárás: a) A mérendő objektum: A kapacitív csatolás mértékének megállapítása a bemeneti jel frekvenciájának függvényében. Zki=50 Ω Zv=1 MΩ 20 pf Z v = 1MΩ 1 ω20pf =.. A kapacitív csatolás mértékét egy nyomtatott áramköri lemezen, különböző módokon elhelyezett fóliacsíkok között vizsgáljuk. A mellékelt lemez: 1 és 2 jelű pontjai között kb.12 cm hosszúságban, egymástól 1mm távolságban vannak a fóliacsíkok, a 3 és 4 jelű pontok csíkjai ugyanígy haladnak mint a 1 és 2 jelű pontok között, de egymástól 2mm távolságban vannak a fóliacsíkok, az 5 és 6 jelű pontok csíkjai ugyanígy haladnak mint a 1 és 2 jelű pontok között, de kb. 6 cm hosszúságban helyezkednek el egymás mellett, a 7 és 8 jelű pontokhoz tartozó csíkok a hordozó lemezen felül, illetve alul helyezkednek el, a 9 és 10 jelű pontok csíkjai ugyanígy haladnak mint a 1 és 2 jelű pontok között,, de közöttük hosszában egy harmadik fóliacsík (11) is húzódik. Először a függvénygenerátor kimenetét csatlakoztassa a lemez 1 jelű, az oszcilloszkóp bemenetét a lemez 2 jelű pontjára. A táp- és mérőkábelek árnyékoló (hideg) pontjait kösse össze és helyezze el a mérőpanel COM pontjára! Állítson be a függvénygenerátor kimenetén 5V csúcsértékű szinuszos jelet, és mérje meg az oszcilloszkóp bemenetére kapacitív csatolással átjutó zavarjelet a frekvencia függvényében a 20Hz...100kHz tartományban. f[hz] k 10 k 100k Uki1-2 Számítsa ki a C csatoló kapacitás értékét 1 khz-es frekvencián!

14 Ismételje meg a mérést és számítást a lemez 3 és 4, illetve 5 és 6 pontjai között is! f[hz] k 10 k 100k Uki3-4 f[hz] k 10 k 100k Uki5-6 f[hz] k 10 k 100k Uki7-8 Hasonlítsa össze, és magyarázza meg az eredményeket! 14

15 Végezze el a mérést és a számítást a lemez 9 és 10 pontja között úgy, hogy először a 11 jelű pontot nem köti be, majd úgy, hogy földeli. Magyarázza meg az eredményeket! f[hz] k 10 k 100k Uki9-10 f[hz] k 10 k 100k Uki GND Összességében melyik elrendezés tekinthető a legoptimálisabbnak az áthallás szempontjából?

16 ratóriumi mé 5. fejezet 6. fejezet A laboratóriumi mérés célja Periodikusan változó mennyiségek mérőműszerei és mérő-egyenirányító alapkapcsolásainak bemutatása, működésük vizsgálata, hibaszámítás. A bemutatott elveket realizáló eszközök használatának gyakorlása, a mérési eredmények értelmezése a műszer mérési elve és a vizsgált jelalak függvényében. A laboratórium során elvégzendő mérések: 10.1 Passzív soros (együtemű) diódás csúcsérték egyenirányító kapcsolás vizsgálata Műveleti erősítővel felépített aktív csúcsérték egyenirányító kapcsolás vizsgálata. A méréshez szükséges elmélet Az előadáson elhangzottak és a méréstechnika jegyzet váltakozófeszültség mérésről szóló része. Irodalom: [1] Méréstechnika jegyzet (Szerk. Dr. Horváth Elek) [2] Dr. Selmeczi Kálmán, Schnöller Antal: Villamosságtan II , ; [1] 119. oldal 1. A periodikus jelek alakja

17 2. A váltakozó feszültség jellemzői Ábra: [1] 120. oldal 2.42 ábra 3. A periódusidő (T): két azonos állapot között eltelt idő. A frekvencia (f) a periódikusan [1] 242. oldal f = 4. Csúcsértéken (peak value) a perióduson Jelölése: [1] 120. oldal A pozitív és negatív irányú Jelölése: [1] 120. oldal Az egyszerű, vagy elektrolitikus..... [1] 120. oldal 17

18 Ue = [1] 120. oldal Az abszolút középérték..... [1] 120. oldal Uk = A négyzetes középérték..... [1] 120. oldal Ueff = 5. Formatényező (form factor )az [1] 120. oldal kf = [1] 120. oldal A szinuszos jel formatényezője

19 Csúcstényező (crest factor) kcs = A szinuszos jel A váltakozó feszültség-mérők jellemzésére... [1] 121. oldal 1)... 2) 3) 4) 5) [1] 121. oldal 19

20 10.1. Passzív soros (együtemű) diódás csúcsérték egyenirányító mérése Mérés száma: Mérést végezte: Neptun kód: Mérés helye: Mérőhely száma: Mérés ideje: Kiértékelés dátuma: A mérés célja: Állapítsa meg azt a feszültségtartományt, amelyen belül a passzív csúcs-egyenirányító kapcsolást váltakozó feszültség mérésére alkalmasnak tartja! A mérés elve: A mérés módszere:.. A mérendő objektum: Passzív soros diódás csúcsérték egyenirányító mérési kapcsolási összeállítás A C kapacitás a D diódán keresztül a mérendő Ux váltakozó feszültség pozitív csúcsértékére töltődik fel, majd az Ux csökkenésével a dióda lezár. A C kapacitás az R ellenálláson keresztül mindaddig kisül, amíg a következő periódusban az Ux növekedése miatt a dióda ismét kinyit, és a folyamat ismétlődik. Az Uki feszültség és az Ux csúcsértéke (Uxp) közötti különbség az egyenirányító kapcsolás hibája. A hibának alapvetően két oka van. Az egyik a diódán eső feszültség (a dióda küszöbfeszültsége), amely a dióda-karakterisztika ismert jellege miatt munkapont függő, a másik ok a kondenzátor feszültségének kisülése. A feszültség csökkenés értéke fordítottam arányos az R, C és az f értékével. R értékeként értelemszerűen az egyenirányító kapcsolásba állandó terhelésként beépített ellenállás és a kapcsolást terhelő mérőműszer belső ellenállása Rv párhuzamos eredőjét kell figyelembe venni. 20

21 A mérés feltételei, határadatai: A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. A mérés műveleti sorrendje: Állítson össze egy passzív csúcsérték egyenirányító kapcsolást a 2. sz. mérőpanelen található Dx, C1, R1 (Az x tetszőleges számot jelent) alkatrészek felhasználásával! Mielőtt azonban kiválasztaná a panelon található diódák közül azt, amelyet fel fog használni, mindenképpen győződjön meg róla, hogy az alkatrész működőképes. A dióda vizsgálata: Kapcsolja be a HM8012 digitális multimétert, és kapcsolja dióda teszt üzemmódba. (Ha szükséges használja a mérőasztalnál megtalálható műszerkezelési útmutatót) A kapcsolás összeállításakor mindig nézze a korábban közölt mérési kapcsolási összeállítást! MEGJEGYZÉS Bekapcsoló gomb Dióda teszt üzemmód Üzemmód váltó 21

22 HM8012 föld pont feszültségmérő pont D1 dióda jobb oldalán lévő csatlakozó D1 Dióda bal oldalán lévő csatlakozó MEGJEGYZÉS A laborban kifüggesztett paraméter lapon megtalálja az összes alkatrész adatát! Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a digitális multiméter föld pontját a Dx dióda jobb oldalán lévő csatlakozóval (Katód). Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a digitális multiméter feszültségmérő pontját a Dx dióda bal oldalán lévő csatlakozóval (Anód). Figyelje a digitális multiméter kijelzőjén megjelenő feszültség értéket, ha ez az érték 500 mv és 800 mv közötti, akkor biztos lehet benne, hogy a kiválasztott dióda megfelelő állapotú. A dióda teszt csak és kizárólag feszültségmentesített, áramkörbe be nem kötött diódán végezhető el. A teszt után bontsa szét a hálózatot! Alkatrész megnevezése: Értéke: Tűrés: Teljesítmény: D C R1... Kapcsolja be a függvény generátort, (ha szükséges használja a mérőasztalnál megtalálható műszerkezelési útmutatót) Offset kapcsoló Jelalak váltó Frekvencia állító potenciométer Amplitúdó állító potenciométer Osztók Állítson be rajta szinuszos jelalakot, kapcsolja ki az offset-et, állítsa be a maximális amplitúdót (kapcsolja ki mindkét - 20 db-es osztót), állítsa be az 500 Hz-es frekvenciát (ha szükséges a frekvencia sáv váltót is). 22

23 Egy BNC-banán vezeték banándugós vég meleg pontját csatlakoztassa a 2. sz. mérőpanelen lévő Dx dióda bal oldalán lévő csatlakozóra (Anód), a BNC-s végét hagyja szabadon! Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a Dx dióda jobb oldalán lévő csatlakozót (Katód) a C1 kondenzátor bal oldalán található csatlakozóval! Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a C1 kondenzátor bal oldalán található csatlakozót (az oda korábban csatlakoztatott banándugó csatlakozóját felhasználva) az R1 ellenállás bal oldalán található csatlakozójával! Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a C1 kondenzátor jobb oldalán található csatlakozót az R1 ellenállás jobb oldalán található csatlakozójával! C1 kondenzátor jobb oldalán lévő csatlakozó C1 kondenzátor bal oldalán lévő csatlakozó R1 ellenállás jobb oldalán lévő csatlakozó A generátorról a Dx dióda bal oldalához csatlakozó kábel még szabadon lévő hideg pontját kösse össze az R1 ellenállás jobb oldalán található csatlakozóval! A függvénygenerátor képen látható kimenetére (bajonett záras BNC) csatlakoztassa a korábban felhasznált BNC-banán vezeték BNC csatlakozó fejét! R1 ellenállás bal oldalán lévő csatlakozó Függvénygenerátor kimenete Kapcsolja be az oszcilloszkópot! kapcsolja kétsugaras üzemmódba, tegye kalibrált állásba mindkét csatornát, és kapcsolja 5V/DIV-es érzékenységbe, állítsa mindkét csatorna földjét a képernyő közepére (Kapcsolja be mindkét csatornán a GND gombot, és állítsa a két jelet úgy, hogy teljesen fedjék egymást), mindkét csatornát kapcsolja DC csatolt állásba, az időalapot az 500 Hz-es jelnek megfelelően kalibrált állás mellett állítsa 0,5 ms/div értékre (így kb. 2,5 periódus lesz látható a képernyőn)! 23

24 Csatlakoztasson az oszcilloszkóp CH1-es bemenetére egy BNC-banán vezeték BNC csatlakozó fejét, a vezeték banándugós vég meleg pontját csatlakoztassa a 2. sz. mérőpanelen lévő Dx dióda bal oldalán lévő csatlakozóra (korábban már ide csatlakozott a függvénygenerátorról jövő vezeték meleg pontjával). A hideg pontot pedig csatlakoztassa az R1 ellenállás jobb oldalára! Az oszcilloszkóp CH1-es csatornájával az Uxp csúcsértékét mérjük. Csatlakoztasson az oszcilloszkóp CH2-es bemenetére egy BNC-banán vezeték BNC csatlakozó fejét, a vezeték banándugós vég meleg pontját csatlakoztassa a 2. sz. mérőpanelen lévő R1 ellenállás bal oldalán lévő csatlakozóra. A hideg pontot, pedig csatlakoztassa az R1 ellenállás jobb oldalára! Az oszcilloszkóp CH2-es csatornájával (DC csatoltan) az Uki egyenfeszültséget mérjük Rajzolja le az oszcilloszkóp képernyőjén megjelenő jelalakokat! CH1 CH2 Kapcsolja át a CH2-es csatornát AC csatoltra és az érzékenységet, pedig állítsa 0,2 V/DIV értékre. Ebben az esetben az oszcilloszkóp CH2-es csatornájával (AC csatoltan) Ub búgó feszültséget mérjük. 24

25 Rajzolja le az oszcilloszkóp képernyőjén megjelenő jelalakokat! CH1 CH2 Állítsa egyen-feszültség mérő üzemmódba a HM8012- es digitális multimétert és kapcsolja be az automatikus méréshatár váltót. Csatlakoztasson a digitális multiméter föld pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott vezeték-kel, melynek szabad végét kösse az R1 ellenállás jobb oldalához. A multiméter feszültségmérő bementi pontját, pedig kösse össze az R1 ellenállás bal oldalával. A digitális multiméterrel (DC üzemmódban) az Uki egyenfeszültséget mérjük (Ez elvben Ux csúcsértéke!) Kapcsolja be és állítsa váltakozó-feszültség mérő üzemmódba a TR1667-B típusú digitális multimétert és kapcsolja 20 Voltos méréshatárba! Csatlakoztasson a digitális multiméter föld pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott vezetékkel, melynek szabad végét kösse az R1 ellenállás jobb oldalához. A multiméter feszültségmérő bementi pontját, pedig kösse össze az Dx dióda bal oldalával. A digitális multiméterrel (AC üzemmódban) az Ux effektív értékét mérjük. 25

26 A mérési adatok felvétele az Uxp feszültség változtatásával a függvénygenerátoron az amplitúdó csökkentésével történik - (500 Hz frekvencián a 100 mvp-10 Vp feszültségtartományban 3 pontban) 10 Vp, 1 Vp, 100 mvp végezze el. A mért értékeket az alábbi táblázatba rögzítse! Uxp (CH1) 10 V 1 V 100 mv Ux (TR1667 AC) Uki (HM8012 DC) Uki (CH2 DC) Ubp-p (CH2 AC) Számítsa ki és írja be az alábbi táblázatba a mért Uki (HM 8012) értékekből az Ux jel effektív értékét. Csúcsérték egyenirányítóról lévén szó az Uki az Ux jel csúcsértéke. Uxp (CH1) 10 V 1 V 100 mv Ux (számolt) A digitális multiméterrel mért Ux (TR1667) effektív érték mérési eredményeit helyes értéknek tekintve, az előbb az Uki ből számolt effektív értéket (Ux (számolt)) pedig mért értéknek tekintve: számítsa ki az egyes mérések rendszeres hibáját relatív formában megadva! Uxp (CH1) 10 V 1 V 100 mv Ux (TR1667) Ux (számolt) ±h 26

27 Mellékszámítás: Ábrázolja a kiszámított hibákat az Ux (TR1667) függvényében! 27

28 Vizsgálja meg a kapcsolás frekvencia függését! Legyen az Uxp = 10 V feszültség, 100 Hz, 1 khz és 10 khz frekvenciákon rögzítse az alábbi táblázatban kért mérési eredményeket. f 100 Hz 1 khz 10 khz Uki (CH2 DC) Ub (CH2 AC) Hogyan befolyásolja a frekvencia mérés hibáját? A felvett mérési eredmények alapján állapítsa meg azt a feszültségtartományt, amelyen belül a passzív csúcsegyenirányító kapcsolást váltakozó feszültség mérésére alkalmasnak tartja! 28

29 JEGYZET 29

30 10.2. Műveleti erősítővel felépített (aktív) csúcsérték egyenirányító mérése A mérés célja: Annak megállapítása, hogy melyik az a feszültségtartományt, amelyen belül az aktív csúcs-egyenirányító kapcsolást váltakozó feszültség mérésére alkalmas. A mérés elve: A mérés módszere:.. A mérendő objektum: A 2. sz. mérőpanelen található Műveleti erősítővel felépített (aktív) csúcsérték egyenirányító mérési kapcsolási összeállítás Az aktív egyenirányítós kapcsolás esetén, a diódán eső feszültségből eredő hiba jelentősen csökken, mivel a dióda küszöbfeszültsége a műveleti erősítő nyílthurkú erősítésed részére csökken. Természetesen az Uki feszültség hullámossága itt is hibát okoz. 30 A mérés feltételei, határadatai: A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. Műszer:..

31 A mérés műveleti sorrendje: A műveleti erősítő működéséhez ±15V-os tápfeszültséget kell kapcsolni a 2. számú mérőpanelre 200mA-es áramkorláttal! Végezze el a műveleti erősítő ofszetjének nullázását! A műveleti erősítő + jelű (nem invertáló) bemenetét kösse össze az alatta található GND ponttal! Kapcsolja be a HM8012 digitális multimétert és kapcsolja DC feszültségmérő üzemmódba, majd váltson auto range üzemmódba. Csatlakoztassa a HM8012 digitális multiméter föld pontját az erősítő jobb oldali GND pontjához, a multiméter feszültségmérő pontját, pedig az erősítő jobboldalán található OUT pontjához! Kapcsolja DC ON állásba a tápegységeket! Majd az erősítőhöz tartozó P1 potenciométerrel állítsa be a digitális multiméter által mért Uki = 0V közelítő feszültséget! Kapcsolja DC OFF állásba a tápegységeket! Szüntesse meg az erősítő bal oldalán bemenetén található rövidzárat (Az IN és a GND csatlakozók közötti vezeték) Állítsa be a függvény generátort! (ha szükséges használja a mérőasztalnál megtalálható műszerkezelési útmutatót) állítson be rajta szinuszos jelalakot, kapcsolja ki az offset-et, állítsa be a maximális amplitúdót (kapcsolja ki mindkét -20 db-es osztót), állítsa be az 500 Hz-es frekvenciát (ha szükséges a frekvencia sáv váltót is használja)! 31

32 Egy BNC-banán vezeték banándugós vég meleg pontját csatlakoztassa a 2. sz. mérőpanelen lévő mérőerősítő bal oldalán lévő IN csatlakozóra, a BNC-s végét hagyja szabadon! A generátorról a mérőerősítő bal oldalához csatlakozó kábel még szabadon lévő hideg pontját kösse össze a mérőerősítő bal oldalán található GND csatlakozóval! Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a mérőerősítő jobb oldalán lévő OUT csatlakozót a C1 kondenzátor bal oldalán található csatlakozóval. Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a C1 kondenzátor bal oldalán található csatlakozót (az oda korábban csatlakoztatott banándugó csatlakozóját felhasználva) az R1 ellenállás bal oldalán található csatlakozójával! Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a C1 kondenzátor jobb oldalán található csatlakozót az R1 ellenállás jobb oldalán található csatlakozójával! Kösse össze (mindkét végén banándugóval ellátott kábellel) a C1 kondenzátor jobb oldalán található csatlakozót a mérőerősítő jobb oldalán található GND csatlakozójával! Kapcsolja be a tápegységeket! A függvénygenerátor kimenetére csatlakoztassa a korábban felhasznált BNC-banán vezeték BNC csatlakozó fejét! Kapcsolja be az oszcilloszkópot! kapcsolja kétsugaras üzemmódba, tegye kalibrált állásba mindkét csatornát, és kapcsolja 5V/DIV-es érzékenységbe, állítsa mindkét csatorna földjét a képernyő közepére, 32

33 mindkét csatornát kapcsolja DC csatolt állásba, az időalapot az 500 Hz-es jelnek megfelelően kalibrált állás mellett állítsa 0,5 ms/div értékre (így kb. 2,5 periódus lesz látható a képernyőn)! Csatlakoztasson az oszcilloszkóp CH1-es bemenetére egy BNC-banán vezeték BNC csatlakozó fejét, a vezeték banándugós vég meleg pontját csatlakoztassa a 2. sz. mérőpanelen lévő mérőerősítő bal oldalán lévő IN csatlakozóra (korábban már ide csatlakozott a függvénygenerátorról jövő vezeték meleg pontja). A hideg pontot, pedig csatlakoztassa az alatta lévő GND pontra! Az oszcilloszkóp CH1-es csatornájával az Uxp csúcsértékét mérjük! Csatlakoztasson az oszcilloszkóp CH2-es bemenetére egy BNC-banán vezeték BNC csatlakozó fejét, a vezeték banándugós vég meleg pontját csatlakoztassa a 2. sz. mérőpanelen lévő mérőerősítő jobb oldalán lévő OUT csatlakozóra. A hideg pontot, pedig csatlakoztassa az alatta lévő GND pontra! Az oszcilloszkóp CH2-es csatornájával (DC csatoltan) az Uki egyenfeszültséget mérjük! Rajzolja le az oszcilloszkóp képernyőjén megjelenő jelalakokat! CH1 CH2 33

34 Kapcsolja át a CH2-es csatornát AC csatoltra és az érzékenységet, pedig állítsa 0,2 V/DIV értékre. Ebben az esetben az oszcilloszkóp CH2-es csatornájával (AC csatoltan) Ub búgó feszültséget mérjük. Rajzolja le az oszcilloszkóp képernyőjén megjelenő jelalakokat! CH1 CH2 Állítsa egyen-feszültség mérő üzemmódba a HM8012-es digitális multimétert és kapcsolja be az automatikus méréshatár váltót. Csatlakoztasson a digitális multiméter föld pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott vezetékkel, melynek szabad végét kösse a 2. sz. mérőpanelen lévő mérőerősítő jobb oldalán lévő GND pontra. A multiméter feszültségmérő bementi pontját, pedig kösse össze a 2. sz. mérőpanelen lévő mérőerősítő jobb oldalán lévő OUT csatlakozóval! A digitális multiméterrel (DC üzemmódban) az Uki egyenfeszültséget mérjük (Ez elvben Ux csúcsértéke!) Kapcsolja be és állítsa váltakozó-feszültség mérő üzemmódba a TR1667-B típusú digitális multimétert és kapcsolja 20 Voltos méréshatárba! 34

35 Csatlakoztasson a digitális multiméter föld pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott vezetéket, melynek szabad végét kösse a 2. sz. mérőpanelen lévő mérőerősítő bal oldalán lévő GND pontra. A multiméter feszültségmérő bementi pontját, pedig kösse össze a 2. sz. mérőpanelen lévő mérőerősítő bal oldalán lévő IN csatlakozóval! A digitális multiméterrel (AC üzemmódban) az Ux effektív értékét mérjük. A mérési adatok felvétele az Uxp feszültség változtatásával a függvénygenerátoron az amplitudó csökkentésével történik - (500 Hz frekvencián a 100 mv-10 V feszültségtartományban 3 pontban) 10 V, 1 V, 100 mv végezze el. A mért értékeket az alábbi táblázatba rögzítse! Uxp (CH1) 10 V 1 V 100 mv Ux (TR1667 AC) Uki (HM8012 DC) Uki (CH2 DC) Ubp-p (CH2 AC) 35

36 Számítsa ki és írja be az alábbi táblázatba a mért Uki (HM 8012) értékekből az Ux jel effektív értékét. Csúcsérték egyenirányítóról lévén szó az Uki az Ux jel csúcsértéke. Uxp (CH1) 10 V 1 V 100 mv Ux (számolt) A digitális multiméterrel mért Ux (TR1667) effektív érték mérési eredményeit helyes értéknek tekintve, az előbb az Uki ből számolt effektív értéket (Ux (számolt)) pedig mért értéknek tekintve: számítsa ki az egyes mérések rendszeres hibáját relatív formában megadva! Uxp (CH1) 10 V 1 V 100 mv Ux (TR1667) Ux (számolt) ±h Mellékszámítás: 36

37 Ábrázolja a kiszámított hibákat az Ux (TR1667) függvényében! Vizsgálja meg a kapcsolás frekvencia függését! Legyen az Uxp = 10 V feszültség, 100 Hz, 1 khz és 10 khz frekvenciákon rögzítse az alábbi táblázatban kért mérési eredményeket. f 100 Hz 1 khz 10 khz Uki (CH2 DC) Ubp-p (CH2 AC) Hogyan befolyásolja a frekvencia a mérés hibáját? 37

38 A felvett mérési eredmények alapján állapítsa meg azt a feszültségtartományt, amelyen belül az aktív csúcsegyenirányító kapcsolást váltakozó feszültség mérésére alkalmasnak tartja! Hasonlítsa össze a passzív és az aktív egyenirányításkor kapott eredményeket! 38

39 7. fejezet 8. fejezet A laboratóriumi mérés célja Periodikus jelek harmonikus összetevőinek mérése FFT analízissel, a mérési eredmények és az elmélet alapján számított eredmények összehasonlítása. Torzítási tényező mérése torzításmérővel. Mérőkábelek és feszültségosztók vizsgálata oszcilloszkóppal a frekvencia függvényében. A laboratórium során elvégzendő mérések: Periodikus jelek spektrumának kiszámítása 11.2 Szimmetrikus négyszögjel spektrumának mérése 11.3 A függvénygenerátor szinuszos alakú jelének torzításmérése A mérővezeték és az oszcilloszkóp bemeneti kapacitásának hatása A méréshez szükséges elmélet Az előadáson elhangzottak és a méréstechnika jegyzet váltakozófeszültség mérésről szóló része. Irodalom: [1] Méréstechnika jegyzet (Szerk. Dr. Horváth Elek) [2] Dr. Selmeczi Kálmán, Schnöller Antal: Villamosságtan II , ; 39

40 A TDS1002 digitális oszcilloszkópnak a Fourier-spektrum méréséhez szükséges dedikált kezelőszervei és változó funkciójú billentyűi: (CH1 MENU) A CH 1-es csatorna menüjét bekapcsoló gomb. 2. (MATH MENU) A matematikai funkciókat tartalmazó menüt bekapcsoló gomb. 3. (HORIZONTAL POSITION) A vízszintes pozíciót beállító potenciométer. 4. (SEC/DIV) A vízszintes időalapot beállító gomb. 5. (AUTO SET) Az oszcilloszkópra kapcsolt jel megjelenítéséhez a legjobban megfelelő paramétereket állít be. 6. (DEFAULT SETUP) A készülék paramétereit az alap beállítási adatokra állítja. 7. (CURSOR) A kurzoros méréshez tartozó menübe léphet be vele. 8. (SOFT KEYS) Változó funkciójú gombok, a kijelzőn mellettük megjelenő feliratok szerinti funkciókat hajtják végre. 9. (VERTICAL POSITION) A függőleges pozíciót beállító potenciométerek

41 11.1. Periodikus jelek spektrumának kiszámítása: A spektrum meghatározásához Fourier-sorba kell fejteni a jelet. A Fourier-sor alakja: u(t)= A0 + (A cosk 2f t + B sink f t ) k= 1 k 0 k 2 Az együtthatók a következő határozott integrálokkal számíthatók ki: 2 Ak = T 1 A0 = T T 2 Bk = T 0 T 0 T 0 u(t) dt u(t) cosk 2f t dt u(t) sink2f t dt A gyakorlatban a Fourier-sor olyan alakját szokás használni, amely csak szinuszos összetevőkből áll: u(t) = C 0 + Cksin k2f0t+ k= 1 Az együtthatók a következő képletekkel számíthatók ki: Példa egy periodikus jel spektrumára (mint láthatja, ez az ábra csak az amplitúdó-spektrumot tartalmazza a fázisspektrumot nem, mivel a laborban meglévő műszerek is csak az amplitúdó-spektrumot tudják ábrázolni!): C k C 0 =A 0 = A + B 2 k A k = arctg B 2 k k k 0 0 k 0 Segéd ábra a spektrum értelmezéséhez: C0 0 C C1 1 C2 2 C3 3 C4 0 f 0 2f 0 3f 0 4f 0 5f 0 4 C5 5 f A négyszögjel összerakása szinuszos összetevőkből 41

42 Előre kitöltendő házi feladat: Számítsa ki az 50 % kitöltési tényezőjű, 1 khz frekvenciájú 1 V csúcsértékű, nulla DC-szintű négyszögjel első öt harmonikus összetevőjének amplitúdóját, adja meg a frekvenciákat! Rajzolja fel a jel spektrumát! A házi feladatban szereplő jel időfüggvénye: u(t) U cs t -U cs T Ugye nem felejtette el, hogy az integrál a görbe alatti (előjeles) területet adja? Tehát ha az u(t) függvényt a következő alakban írja fel, az integrálás akár fejben is elvégezhetővé válik: A keresett Fourier sor: 4U u t = Π u(t)= U cs ; U cs ; 4Ucs + sin 3 2Πf0t 3Π T 0 < t < 2 T < t < T 2 4Ucs + sin 5 2Πf0t 5Π 4Ucs + sin 7 2Πf0t 7Π 4Ucs + sin 9 2Πf0t 9Π... cs sin 1 2Πf t 0 Számítsa ki és rajzolja fel a jel spektrumát a fenti képlettel számolva: 42

43 11.2. Szimmetrikus négyszögjel spektrumának mérése: Állítson be a függvénygenerátor kimenetén 50 % kitöltési tényezőjű 1 khz frekvenciájú 1 V csúcsértékű szimmetrikus (nulla DC-szintű) négyszögjelet! Kapcsolja be a Tektronix TDS 1002 típusú digitális oszcilloszkópot! Állítsa be a készülék gyári alaphelyzetét a {DEFAULT SETUP} gomb (6) megnyomásával! A függvénygenerátoron beállított jelet csatlakoztassa az oszcilloszkóp CH 1-es csatornájára! Lépjen be a CH 1-es csatorna menürendszerébe a {CH 1 MENU} gomb (1) megnyomásával. A változó funkciójú gombok (8) közül felülről a negyedik többszöri megnyomásával állítsa be a mérőfej csillapítását /PROBE/ 1X-es értékre! Használja az oszcilloszkóp automatikus beállítás üzemmódját az {AUTO SET} gombjának (5) lenyomásával! Ellenőrizze a függvénygenerátoron beállított paramétereket az oszcilloszkóp képernyőjének alsó részén megjelenő mérési eredményekkel! Ha szükséges, korrigálja a beállításokat a függvénygenerátoron! CH1 Lépjen be az oszcilloszkóp matematikai funkcióit tartalmazó üzemmódjába a {MATH MENU} gomb (2) lenyomásával! A változó funkciójú gombok (8) közül a legfelsővel, aminek most a funkciója a művelet kiválasztás (OPERATION), állítsa be a spektrumanalízist (FFT, amely a Fast-Fourier Transformation kifejezés rövidítése, és azt fejezi ki, hogy a Fourier-spektrumot sávszűrő áramkörök helyett a műszerbe beépített számítógép számítja ki)! A legnagyobb frekvencia, amit bármely valós idejű digitális oszcilloszkóp hiba nélkül mérni tud, a mintavételezési frekvenciájának a fele. Ezt a frekvenciát a szakirodalom Nyquistfrekvenciaként említi. Ha a Nyquist-frekvenciánál nagyobb frekvenciájú jel komponens jut a digitális oszcilloszkóp bemenetére, az a jel alulmintavételezett lesz, és a benne szereplő frekvenciák a Nyquistfrekvenciára tükrözve alacsonyabb frekvenciákon fognak megjelenni, ezzel az FFT-megjelenítésben hamis jelábrázolást un. aliasing jelenséget (átlapolódást) hozva létre. Az oszcilloszkóp FFT funkciója az időeltérítéses üzemmódban ábrázolt hullámalak középső 2048 pontját transzformálja át FFT-spektrummá. Az eredmény spektrum 1024 pontot tartalmaz, amely 0 Hz-től (DCtől) a Nyquist frekvenciáig tart. 43

44 Az oszcilloszkóp képernyőjén megjelenő adatok a következők: 1. A mérőháló közepénél lévő frekvencia. 2. Függőleges lépték db/osztásban (0 db = 1 VRMS). 3. Vízszintes lépték frekvencia/osztásban. 4. Mintavételezési gyakoriság másodpercenként (mintavételezési frekvencia). 5. Az FFT ablak típusa. A {SEC/DIV} gombbal (4) állítson be 2,5 khz vízszintes léptéket. Figyelje meg az ábrázolt spektrumra a {SEC/DIV} gomb hatását! Találkozik valamilyen beállítás mellett az aliasing jelenséggel? Ezt arról lehet felismerni, hogy a spektrum-ábra kezd korábbi alakjához képest alapvetően megváltozni! A Nyquist frekvenciánál nagyobb frekvenciájú komponensek tengelyes tükrözéssel visszatükröződnek. Annak érdekében, hogy ne zavarja a képernyőn megjelenő zaj és az aliasing jelenség a {VERTICAL POSITION} gombbal (9) tolja lefelé az ábrát, hogy a képernyő csak a hasznos jelet lássa. Ezután az érzékenységet {VOLTS/DIV} növelve jól mérhető ábrát állítson be! 44

45 Figyelje meg a 4. változó funkciójú gombbal (8) átállítható ablakozás típusának (WINDOW) hatását! Jegyezze fel megállapításait és rajzolja fel a megjelenő ábrákat! 45

46 Vizsgálja meg az 5. változó funkciójú gombbal (8) állítható frekvencia tartománynagyítás (FFT ZOOM) hatását! A kinagyított jel különböző részleteit a {HORISONTAL POSITION} gombbal (3) teheti láthatóvá a képernyőn. Jegyezze fel megállapításait és rajzolja fel a megjelenő ábrákat! Az oszcilloszkóp az FFT-spektrumot alapállapotban vízszintesen 250 pontba tömörítve jeleníti meg, a ZOOM funkcióval lehet kibontani a spektrumot egészen 1024 pontig. Végezze el a jel minden egyes összetevőjének a frekvencia mérését kurzoros mérés segítségével! Nyomja meg a {CURSOR} gombot (7)! A 2. változó funkciójú gombbal (8) állítsa be forrásként (SOURCE) a matematikai művelet eredményét (MATH)! Az 1. változó funkciójú gombbal (8) válassza ki a frekvenciamérést (FREQUENCY)! Az 1-es kurzor a CH 1 csatorna függőleges pozícióállító {POSITION} gombjával (9), a 2-es kurzor értelemszerűen a CH 2-esével állítható. Olvassa le a Cursor 1 segítségével az f0 alapharmonikus és az első 5 felharmonikus frekvenciáját! Frekvencia f1=f0 f3 f5 f7 f9 f11 46

47 Mérje meg a jel egyes összetevőinek amplitúdóját kurzoros mérés segítségével! Az 1. változó funkciójú gombbal (8) válassza ki a jelszint mérést (MAGNITUDE)! Olvassa le a Cursor 1 segítségével az alapharmonikus és az első 5 felharmonikus nagyságát! A jel szintjét az oszcilloszkópról db-ben olvashatja le. A 0 db-es szint 1 V effektív értéknek felel meg. Átszámítási példa: Tehát db = 20lg(Ueff / 1 Veff) U 1,39dB = V 0, eff eff 85 V db: a kurzorral leolvasott érték Ueff: az adott frekvenciájú Fourier-összetevő nagysága, effektív értékben megadva db Ueff U1=U0 U3 U5 U7 U9 U11 A mérési eredményeket vesse össze az 1-es pontban kiszámolt értékekkel! Figyelem! A házi feladatként kiszámított példában csúcsértéket kapott eredményként. Mint a fenti képletből látszik, a mérésnél az eredményeket effektív értékben kapja. 47

48 11.3. A függvénygenerátor szinuszos alakú jelének torzításmérése: Az össz-torzításmérők által mért torzítási tényező: K = U 2 1 U 2 2 +U +U U + +U n + +U 2 n U1:alapharmonikus amplitúdója U2 Un: felharmonikusok amplitúdója A nevező a teljes jel, ha ezt egységnyire állítja, utána az alapharmonikust kiszűrve a megmaradó felharmonikusok négyzetösszegének gyöke magát a torzítási tényezőt adja. A HM8027 típusú torzításmérő megismeréséhez használja a laboratóriumban található leírást vagy a laboratórium honlapján találhatót. Állítson be a függvénygenerátor kimenetén 100 Hz, majd 1 khz, végül 10 khz frekvenciájú szinusz alakú jelet 100 mv ill. 1 V amplitúdóval és mérje meg a torzításukat! (Ellenőrizze milyen feszültségtartományban tud mérni a műszer!) 100 mv 1 V 100 Hz 1 khz 10 khz 48

49 11.4. A mérővezeték és az oszcilloszkóp bemeneti kapacitásának hatása: Függvénygenerátor Oszcilloszkóp A 2. mérőpanelba beépített R6 (9 MΩ) és a vele párhuzamosan kapcsolt C6 (5 20 pf forgókondenzátor) segítségével készítsen 1:10 osztásarányú frekvencia-független osztót. Az osztó alsó tagját az oszcilloszkóp 1 MΩ 25 pf bemeneti impedanciája adja. Az összekötéshez BNC-BNC csatlakozóval szerelt árnyékolt kábelt használjon! Az osztó megfelelő behangolását C6 változtatásával 1 khz frekvenciájú 1 V amplitudójú négyszögjelre végezze el. A négyszögjel az alkalmas vizsgálójel a frekvencia független átvitel beállítására, mert a függőleges felfutása gyors változás, tehát a nagyfrekvenciás átvitel vizsgálatára jó és a vízszintes szakasz pedig az alacsony frekvenciás átvitel tesztelésére jó. Az alábbi ábra az osztó kimeneti pontjának jelalakját mutatja: a. nagyfrekvencián kiemelő (túlkompenzált, C6 túl nagy) b. nagyfrekvencián elnyomó (alulkompenzált, C6 túl kicsi) c. a frekvencia független (helyesen kompenzált, 1 MΩ (25 pf + kábel kapacitás) = R6 C6) 49

50 Mérje meg az osztáspont feszültségét az oszcilloszkóppal a frekvencia függvényében 10 Hz és 1 MHz közt dekádonként 1 pontban 1 V amplitúdójú szinusz jellel! Értékelje az eredményeket! Frekvencia 10 Hz 100 Hz 1 khz 10 khz 100 khz 1 MHz Um Végezze el az előző pont szerinti mérést, alul és túl kompenzált esetben is! Frekvencia 10 Hz 100 Hz 1 khz 10 khz 100 khz 1 MHz Um (alul) Um (túl) Ábrázolja lin-log milliméter papíron a kapott értékeket! Értékelje a három féle beállítással kapott eredményeket. 50