MÉRÉSTECHNIKA I. Laboratóriumi mérések

Átírás

1 SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM TÁVKÖZLÉSI TANSZÉK MÉRÉSTECHNIKA I. Laboratóriumi mérések Győr, 2005.

2 1. Bevezetés A laboratóriumban elvégzendő mérési gyakorlat a Méréstechnika I. tantárgy része. A laboratóriumi munka elsődleges célja itt a műszerek működésének megtanítása és a kezelésükhöz szükséges készségek kifejlesztése. Az elvégzendő feladat több mérésből, illetve az ezekből adódó eredmények meghatározásából, kiszámításából áll. A várt eredményekhez képest adódó eltéréseket (a mérési hibákat) értékelni (indokolni, adott esetben számítással alátámasztani is) kell. A mérendő elemek névleges paramétere a mérési utasítás alapján adott, így egyes mérések várható eredményét előre ki lehet számítani. Ez segíti az esetleges durva mérési hibák észlelését és kiküszöbölését. Célszerű tehát a laboratóriumi munka elkezdése előtt a felkészülés során minden olyan érték előzetes kiszámítása, ami majd mérési eredményként várható. A sikeres mérések elvégzéséhez a hallgatónak a következő feladatokat kell elvégeznie: 1. A hallgató részt vesz az előadásokon, melyeken ismertetésre kerülnek a használandó műszerek tulajdonságai, kezelése, a mérési módszerek. 2. Ismereteit elmélyíti az ismertetett műszerek gépkönyveinek áttanulmányozásával, melyek elektronikusan elérhetők. 3. Elolvassa, megtanulja az adott hétre vonatkozó mérés mérési feladatait. 4. Önállóan képes a mérési összeállítások lerajzolására, a beállítási adatok feltüntetésére. 5. Elméleti úton meghatározza a várható mérési eredményeket. 6. Elkészíti a mérési jegyzőkönyvet, melybe a laboratóriumi gyakorlat eredményeit rögzíti. 7. Megjelenik a laboratóriumi gyakorlaton a megadott időpontban, melyre elhozza a felkészülés során készített feljegyzéseket. 8. Az írásbeli beszámolót teljesíti. 9. A mérési feladatokat teljesíti, arról a gyakorlat folyamán jegyzőkönyvet készít. 10. A mérési jegyzőkönyvet a mérés végeztével leadja a mérés vezetőnek. A sikeres mérések elvégzéséhez, a hallgató felkészültségén túl lényeges a mesterfogások elsajátítása is, mely csak a gyakorlatok során, a felmerülő problémák megoldásával az oktató segítségének igénybevételével lehetséges. Kérdezzenek az oktatóktól! Sok sikert kívánok! Győr, szeptember 6. Fehér András

3 2. A mérési jegyzőkönyv A mérési jegyzőkönyv olyan dokumentum, melynek célja, hogy a mérés során kapott eredményeket és azok körülményeit hitelesen, objektíven, reprodukálhatóan rögzítse. A fenti célok elérése érdekében a következőket kell tartalmaznia a mérési jegyzőkönyvnek: Általános követelmények Valamennyi feljegyzés legyen olvasható. Tartalmaznia kell minden olyan információt, melyet az ügyfél kér, illetve az eredmények értelmezéséhez szükséges. Könnyen áttekinthető legyen. Minden jegyzőkönyvnek tartalmazni kell: egy címet: MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV laboratórium, nevét, címét illetve mérés helyét: Széchenyi István Egyetem IVI L1-110 laboratórium, 9026 Győr, Egyetem tér 1. jegyzőkönyv egyedi azonosítóját: NPTNEUm a mérés megrendelőjét vizsgált tétel(ek) leírását, azonosítását mérés elvégzésének időpontját eredményeket a megfelelő egységekkel becsült mérési bizonytalanságot mérési eljárást, attól való eltérést, kiegészítéseket, pl. környezeti feltételek követelménynek való meg- /meg nem felelést véleményeket, értelmezéseket oldalszámot, és összes oldalak számát mérést végző személy nevét, beosztását, aláírását mérési jegyzőkönyvet jóváhagyó személy nevét, beosztását, aláírását A fentiek alapján a mérési jegyzőkönyvek egy kialakult formája a M.1. mellékletben található. Összetettebb mérések esetén célszerű a mérési összeállítás rajzát is közölni, a mérési és számítási eredményeket táblázatosan, illetve grafikonon is ábrázolni.

4 3. Mért eszközök A laboratóriumi gyakorlatok során a mért eszköz (DUT, device under test) különböző egyszerű eszköz, esetleg maga a mérőműszer CLR mérőpanel A mérőpanel fényképe az 3.1. ábrán, kapcsolása a 3.2. ábrán látható. Az A egy kondenzátor, a B egy tekercs, a D egy ellenállás egyik kivezetése. A K az előző passzív elemek közös pontja, mely mindkét K ponton elérhető. A mérőpanel segítségével kialakíthatók kétpólusok (az AB kétpólus egy soros rezgőkör, az AD egy RC-tag, a BD egy RL-tag kapocspárja), illetve négypólusok is. 3.1 ábra CLR mérőpanel fényképe A B D C L R C = 10nF, L = 0,25 mh, R = 2,2 kω ábra 3.2. Izzó A méréseknél alkalmazott izzólámpa 12V névleges feszültségű, 0,5 W teljesítményű. Mérések során ügyeljünk, hogy a rákapcsolt feszültség ezt ne haladja meg! Vigyázat, működtetés során az izzó üvege felmelegszik, ez égési sérülést okozhat! K 4

5 4. Mérések I. Jelalakok mérése Elméleti összefoglaló A gyakorlatban sokféle jelalak előfordul, ezek közül néhányra az 1. táblázat mutat példát. időfüggvénye neve megjegyzés egyenfeszültég harmonikus jel (szinusz, koszinusz) egyutasan egyenirányított jel kétutasan egyenirányított jel kétutasan egyenirányított jel brumm feszültséggel négyszög jel 5

6 háromszög jel fűrész jel tűimpulzus lépcső jel burst jel 1. táblázat néhány jellemző jelalak A jelek általános jellemzői a következők: amplitúdó y(t)=a*cos(ωt+φ) átlagérték(avg) T 1 y = y( t) dt T 0 egyenközép effektív érték(eff) y eff = 1 T T 0 y 2 ( t) dt 6

7 például y ( t) = cos( t) mivel: 2 cosa cosb = cos (A-B) + cos(a+b), y ( t) = cos ( t) = + cos(2t) 2 2 ennek átlagának négyzetgyöke 1 1 = 0, Root Mean Square (RMS) cos(t) jelre levezetve: 2π 2π V RMS = cos 2π 2π csúcs érték (peak) harmonikus jelek esetén V = 2 V RMS 1,41 V RMS peak to peak (pp) () t dt = ( 1+ cos( 2t) ) dt = 1 1 2π = 2π kvázi csúcs érték (qp) frekvencia (f) 1 f = T periódusidő (T) 1 T = f impulzusidő (Ti) 50%-os pontok között eltelt idő 7

8 felfutási idő(tr) lefutási idő (Tf) kitöltési tényező(γ) Ti γ = T folyásszög(θ) A gyakorlatban természetesen minden jelalak esetén megkülönböztethetünk különböző hibákat is. Ezek közül nézzünk néhányat: négyszög jel esetén túllövés Vm Vx ε = Vx tetőesés Vx Vy = Vy 8

9 fűrészjel esetén alakhiba Vx V1 δ a = Vx meredekségi hiba m( t0) m( t1) δ m = m( t0) átviteli utak tulajdonságai lineáris torzítás késleltetési idő futásidő (frekvencia függvényében) fázistolás (frekvencia függvényében) erősítés, csillapítás Pki A = Pbe ha A > 1 erősítés Pbe a = 1 = A Pki ha a>1 csillapítás db-ben kifejezve [ db] Pki [ db] A = 10 lg = a P be 9

10 A [ db] V = 10 lg V 2 ki 2 be R t V = 10 lg V ki be 2 R R be t V = 20 lg V ki be R + 10 lg Rt Rbe A végeredmény második tagjáról, csak akkor tekinthetünk el, ha Rbe=Rt. amplitúdó menet (frekvencia függvényében) nemlineáris torzítás amplitúdó menet (bemeneti szint függvényében) linearitási hiba kompresszió harmonikus torzítás teljes k = eff alapharmonikus teljes eff intermodulációs torzítás zaj Signal-Noise (S/N) Sinad (SND)... eff = a 2 1 a a + a a + a a be 10

11 Mérési feladatok 1. Feladat Az egyenfeszültségű stabilizált kettős tápegység két kimenetére állítsa be az alábbi két feszültségértéket: V1 = + 5 V és V2 = + 4 V. Megfelelő polaritású soros kapcsolású csatlakoztatással hozza létre a két feszültség összegét és különbségét, majd mérje meg ezeket a feszültségeket a) analóg műszerrel b) DMM-el c) analóg oszcilloszkóppal d) digitális oszcilloszkóppal Eredmények analóg műszerrel mérve digitális műszerrel mérve analóg oszcilloszkópal mérve digitális oszcilloszkóppal mérve V1 + V2 V2 V1 Értékelés A várt eredményekhez képest adódó eltéréseket az okozta, hogy. 2. Feladat A függvénygenerátoron f = 100 Hz frekvenciájú, V eff = 2V feszültségű harmonikus jelet kell beállítani. Mérje meg, illetve határozza meg a kimeneti jel a) periódusidejét b) frekvenciáját c) csúcsértékét d) effektív értékét Eredmény analóg műszerrel mérve digitális műszerrel mérve analóg oszcilloszkópal mérve digitális oszcilloszkóppal mérve Értékelés T f Vp Veff 11

12 3. Feladat A függvénygenerátornak f = 100 Hz frekvenciájú és V = 2V amplitúdójú szimmetrikus négyszögjelet kell szolgáltatnia. A jelet különböző műszerekkel kell vizsgálni. Mérendő oszcilloszkóppal a periódusidő (T p ) a jelalak, feszültségek értéke. A kimeneti jelet mérje meg analóg műszerrel és digitális műszerrel is AC álásban. Eredmény Oszcilloszkóppal mérve T =... s t i =... s V H =... V V L =... V V eff =... V V átl =... V Analóg műszerrel mérve: V AC =... V Digitális multiméterrel mérve V AC =... V Értékelés A váltakozó feszültség melyik jellemzőjét (oszcilloszkóp, voltmérő, multiméter)? mérik a műszerek 4. feladat A függvénygenerátornak f = 100 Hz frekvenciájú és V = 2V amplitúdójú harmonikus jelet kell szolgáltatnia. A jelet különböző műszerekkel kell vizsgálni. Mérendő oszcilloszkóppal a jel csúcsértéke (V p ). A kimeneti jelet mérje meg analóg műszerrel és digitális műszerrel is AC álásban! Változtassa a generátor frekvenciáját 20 Hz...2 MHz tartományban! Eredmény f Oszcilloszkóppal mérve Analóg műszerrel mérve DMM-el mérve Értékelés Műszerek mutatott értékei hogyan függnek a frekvenciától 12

13 II. ellenállás mérése A gyakorlatban különböző ellenállás mérési módszerrel határozhatjuk meg az ismeretlen ellenállások értékét: ellenállás mérése közvetlen kijelzésű ellenállásmérővel ellenállás meghatározása valamilyen összefüggés alapján Maga a mérendő ellenállás elhelyezkedése is speciális mérési elvet követelhet meg, például: bemeneti ellenállás mérése kimeneti ellenállás mérése földelési ellenállás mérése stb. Közvetlen kijelzésű ellenállásmérők Az ellenállás értékét valamilyen feszültség vagy áramgenerátor segítségével határozza meg. A méréshatár változtatásával a mérőpontokra rákapcsolt generátor jellemzője változik. Bizonyos esetekben a mérőműszer kimeneti jele tönkreteheti a mért áramköröket, ezért mind a mért áramkör tulajdonságairól, mind a mérőműszerünk tulajdonságáról előzetesen ismereteket kell szereznünk. Például a HP Digitális multiméter adatait az 1. táblázat tartalmazza. 1. táblázat méréstartomány teszt áram a DUT-ra kerülő maximális teljesítmény 100 Ω 1 ma 100 µw 1 kω 1 ma 1 mw 10 kω 100 µa 100 µw 100 kω 10 µa 10 µw 1 MΩ 5 µa 30 µw 10 MΩ 500 na 3 µw Bizonyos esetekben a belső generátor telepről működik, ezért a mérés megkezdése előtt a mérőműszerünket a végtelen, esetleg a 0 értékre be kell szabályoznunk. Figyelem!!! Ellenállásmérés üzemmódban a műszerrel történő feszültségmérés a műszer javíthatatlan tönkremenetelét okozza!!! általában. 13

14 Ellenállás meghatározása Ohm törvény alapján Egy ellenállás értékét meghatározhatjuk a rajta eső V R feszültség és az átfolyó áram I R hányadosaként: VR R = I R A méréshez egy időben kell az ismeretlen feszültséget és az ismeretlen áramot megmérnünk. A meghatározás során nehézséget az okozza, hogy ebben az elrendezésben a feszültségmérő terhelése miatt az árammérő által mutatott áram tartalmazza a feszültségmérőn átfolyó áramot is. A pontosabb eredmény elérése érdekében ilyenkor korrigálhatjuk az adott méréshatárhoz tartozó műszerállandókkal a mérési eredményt. Például 10 V maximális kitéréshez (a feszültségmérő műszer belső ellenállása 100 kohm/v) Rvm=1Mohm. V R =5V esetén I Rvm =5 µa Ha a Iam=25 µa 14

15 Természetesen egy másik mérési elrendezésben is mérhetünk. Ilyenkor az ismeretlen ellenállás feszültsége VR az árammérőn eső feszültséggel adódik össze. Hasonlóan az előbb bemutatott példához, itt is alkalmazhatjuk a műszerek állandói segítségével meghatározható korrekciókat. Gyakorlatban, hogy milyen mérési elrendezést alkalmazzunk az ismeretlen ellenállás értéke határozza meg. Kis ellenállások esetén az első módszert alkalmazva a feszültségmérő árama lesz elhanyagolható az ellenállás árama mellett. Nagy ellenállások esetén a második módszert alkalmazva az árammérőn eső feszültség hanyagolható el. Ellenállás meghatározása feszültség osztás alapján Sorba kötött ellenállásokon az átfolyó közös áram miatt az ellenállás értékek arányában oszlik meg a rákapcsolt feszültség. (V 2 =R 2 I) Ezen az elven működnek közvetelnül leolvasható ellenállásmérők. A bemeneti feszültség (V 1 ) beszabályozása után az ismeretlen ellenállást az R 2 helyére kapcsolva, az azon eső feszültséget (V 2 ) 15

16 közvetlenül kijelezve a skáláról leolvasható az ismeretlen ellenállás értéke. V0 V2 = I2 R2 = R2 ( R1 + R2 ) A módszer előnye, hogy R 1 és ezzel együtt R 2 nagyságrendi változásával a méréshatár könnyen módosítható. Hátrányok, hogy a kapott skála nem lineáris, illetve a V 2 mérése befolyásolja a kapott eredményt, mert terheli a feszültségosztót. Bemeneti ellenállás mérése 6 db-es módszerrel. 6 db jelcsökkenés fél (0,5 x) jelfeszültséget jelent. Erősítők bemeneti ellenállását mérhetjük az előző elvet felhasználva. Kössünk az áramkörrel sorba egy változtatható ellenállást R 1 (dekádellenállás) és változtassuk a bemeneti szintet addig, amíg a két ellenálláson azonos feszültség nem lesz, az eredeti jelünk 6 dbel, azaz felére csökken. Ebben az esetben R 1 =R 2. Erősítők mérésénél, hogy a mérőműszer ne befolyásolja a mérés eredményét, azt köthetjük az erősítő kimenetére is, mivel a linearitás határán belül 6 db (fele akkora feszültség hatására) bemeneti jel csökkenésnél a kimeneti jel is 6 dbel (fele akkora kimeneti feszültségre) csökken. U ki =A u U be Gyakran a bemeneti impedancia párhuzamos RC kör eredője. o alacsony frekvenciát választva a kapacitív hatás nem érvényesül, az R2 értéke az előző módszerrel meghatározható. o A frekvencia növelésével, és R1 változatlan hagyásával keressük meg, mikor csökken a bemeneti (V2) jel további 3 db-t. Ebben az esetben az R és Xc abszolút értéke azonos. A frekvencia ismeretében C értéke meghatározható. (Vigyázat! A frekvencia növelésével az erősítő erősítése egyébként is csökkenhet, mivel ez frekvenciafüggő jellemző. Hogy ez hol következik be az R1 ellenállást kivéve győződhetünk meg a mérés előtt!) A laborgyakorlaton mérőműszer belsőellenállását fogják mérni, ott a kijelzés fog felére csökkenni, és nem lesz egyéb járulékos mérőműszer, ami az áramkört terhelné. (Ha méréshatárt vált, a műszer belsőellenállása változik!) 16

17 Kimeneti ellenállás mérése Ismeretes, hogy minden aktív kétpólus helyettesíthető egy ideális generátorral, és egy belső ellenállással. Ennek meghatározása előtt gondoljuk végig a következőket: Mekkora a kimeneti jelünk feszültségben, áramban, teljesítményben? Mit szeretnénk a mérés során műterhelésként felhasználni? Meddig terhelhető a műterhelés? Mi történik a generátorral, ha rákötjük a műterhelést? Az előző gondolatébresztő eredménye az, hogy a méréseinket általában csak nagyon kis szinten szabad elvégezni. Ilyenkor érdemes a kimeneti jel torzításmentességét is figyelni pl. egy erősítő esetén oszcilloszkópon. 4 pontos ellenállás mérés Főleg kis értékű ellenállások mérése esetén alkalmazzák ezt a módszert. Ahhoz, hogy a mérő áram okozta feszültség esést, ne mérjük bele az ellenállás értékébe, használhatunk 4 pontos ellenállás mérést. Az ábra a HP alkalmazását mutatja. A mérés elvégzéséhez 4 mérőzsinórra van szükség, a mérőpontok közösítése a mérendő ellenállásnál történik. 17

18 1.) Feladat A DUT DK pontjai között az R ellenállása R R, BK pontjai között a tekercs egyenáramú ohmos ellenállása R L mérhető. a) Mérje meg az R R és R L ellenállás értékét az analóg multiméterrel! b) Mérje meg az R R és R L ellenállás értékét a digitális multiméterrel! c) Kapcsolja az ellenállásmérőket feszültségmérés állásba! Ellenállásmérőre kívülről áramot, vagy feszültséget kapcsolva a műszer (különösen a kézi digitális multiméterek) esetén tönkremenetelét okozza! c) Mérje meg az R R és R L ellenállás értékét az alábbi mérési összeállításban d) Végezze el az ellenállás meghatározását korrekcióval is! e) Mérje meg az R R és R L ellenállás értékét az alábbi mérési összeállításban f) Végezze el az ellenállás meghatározását korrekcióval is! Eredmény Analóg multiméterrel mérve Digitális multiméterrel mérve Feszültségmérő áramát is belemérve korrekció alkalmazásával Árammérő feszültségét is belemérve korrekció alkalmazásával R R R L Értékelés 18

19 2.) Feladat A DUT DK pontjai között az R ellenállása R R, BK pontjai között a tekercs egyenáramú ohmos ellenállása R L mérhető. Mérje meg az R R és R L ellenállás értékét a digitális multiméterrel, 2 pontos és 4 pontos módszerrel is! Eredmény R R R L Értékelés Digitális multiméterrel mérve, 2 pontos módszerrel Digitális multiméterrel mérve, 4 pontos módszerrel 3.) Feladat Mérje meg az analóg multiméter belső ellenállását 6 db-es módszer alkalmazásával egyen és váltakozófeszültség állásban, 3-3 méréshatárban! a) Egyenfeszültségről táplálva b) Váltakozófeszültségről táplálva (f=100hz) Eredmény méréshatár:1v Rvm méréshatár:3v Rvm méréshatár:10v Rvm Értékelés Bemeneti ellenállás egyenfeszültség üzemmódban Bemeneti ellenállás egyenfeszültség üzemmódban 4.) Feladat Mérje meg az analóg függvénygenerátor kimeneti ellenállását! Eredmény Értékelés Rt= Vg0 kimeneti ellenállás 19

20 III. Jelformáló áramkörök mérése Főleg impulzusok alakjának megváltoztatására alkalmaznak differenciáló, integráló áramköröket. A gyakorlati életben sokszor megfigyelhetjük az áramkörök hatását, ha azok nem megfelelően, nem az elvárt módon működnek. Ilyen lehet egy csatoló kondenzátor hatása, illetve egy nagyobb bemeneti kapacitás hatása is. Differenciáló kapcsolás A kapcsolás felépíthető RC és RL tag segítségével is. Mivel az induktivitások értéke sokkal kevésbé kézbentartható, legyártásuk csak bizonyos értéktartományban lehetséges elfogadható méretek és súly mellett, a kétpólus járulékos elemei (kapacitás, rezonancia, veszteség) miatt alkalmazásuk háttérbe szorul. A kapcsolás átviteli függvénye: p τ a( p) = 1+ p τ ahol: L τ = R C vagy τ = R A kapcsolás átviteli függvénye töréspontos közelítéssel 20

21 A kapcsolás bemenetére V0 amlitúdójú egységugrást kapcsolva a kimenetén megjelenő jelalak a villamosságtanból már tanult V ki (t) = V 0 e t τ függvénnyel írható le. Az időfüggvényét megfigyelve a következő tulajdonságokkal rendelkezik: hogy a függvényt össze ne keverjük az integráló tag időfüggvényével, megfigyelhető, hogy t=0 időpillanatban e 0 =1 összefüggés miatt a kimeneti jel amplitúdója V 0 értékkel (csillapítatlanul) jelenik meg. t=0 időpillanatban a függvény érintője a t=τ időpillanatban átmenő érintő. t=5τ időpillanatban a függvény belesimul a 0 tengelybe a 90% 10% amlitúdók között eltelt lefutási idő 2,2τ 21

22 Gyakorlati alkalmazások: jelalakformálás Négyszögjellel történő meghajtás esetén az áramkör kimenetén tűimpulzusok jelennek meg, ha teljesül az a feltétel, hogy τ << T, azaz a jelnek van ideje lecsengeni. Gyakorlati alkalmazások: csatoló kondenzátor Az átviteli függvényből is látszik, hogy alacsony frekvencián az áramkör nagy csillapítással rendelkezik. Az a frekvencia, ahol a kapcsolás töréspontja van a kapcsolás alsó határfrekvenciája. (Töréspontos közelítés hibája a töréspontban éppen 3 db.) Rossz lesz az áramkör DC átvitele, ennek oka a négyszögjel átvitelénél a tetőesés is. 22

23 Az áramkör DC leválasztást is végez, kimeneti jelalak egyenközepe tehát 0. Ha a meghajtó jel kitöltési tényezője nem 50%, csak a tengely alatti és feletti terület lesz azonos, nem az amplitúdó. A tetőesés mértéke a tengely feletti szakaszra, ha az impulzus idő: Ti: Ti V V 0 Ti Ti τ H = = 1 e V0 τ Hasonlóan a tengely alatti szakaszra: T Ti L τ Integráló kapcsolás A kapcsolás felépíthető RC és RL tag segítségével is. Az induktivitást tartalamzó kapcsolásra ismételten igazak a differenciáló kapcsolásnál már ismertetett hátrányok, ezért azt ritkán alkalmazzák. A kapcsolás átviteli függvénye: 1 a( p) = 1 + pτ ahol: τ = R C vagy τ = L R 23

24 A kapcsolás átviteli függvénye töréspontos közelítéssel A kapcsolás bemenetére V0 amlitúdójú egységugrást kapcsolva a kimenetén megjelenő jelalak a villamosságtanból már tanult függvénnyel írható le. V ki (t) = V 0 (1 e t τ ) Az időfüggvényét megfigyelve a következő tulajdonságokkal rendelkezik: t=0 időpillanatban a függvény érintője a t=τ időpillanatban átmenő érintő. t=τ időpillanatban a függvény értéke 63,2% t=5τ időpillanatban a függvény belesimul a V 0 értékbe a 10% 90% amplitúdók között eltelt felfutási idő 2,2τ Számítási házi feladat! 1. Határozza meg az RC tag értékéhez tartozó a) határfrekvenciát b) τ időállandót c) differenciáló tag lefutási időt d) integráló tag felfutási időt 24

25 2. Határozza meg az RL tag értékéhez tartozó a) határfrekvenciát b) τ időállandót c) differenciáló tag lefutási időt d) integráló tag felfutási időt Mérési feladatok 1. Feladat Állítson össze RC differenciáló tagot. A mérendő objektum AD bemenet, a KD pontok a kimenet. A mérés során a közös pont a D. lásd az 1. ábrát. Határozza meg a négypólus átviteli karakterisztikáját a frekvencia függvényében! Ábrázolja a kapott eredményeket! A K C R D D 1. ábra Eredmény f Vbe Vki a 3dB Értékelés 2. Feladat Az előző RC differenciáló tag esetén, a bemeneti jel f = 5kHz frekvenciájú és U = 2V amplitúdójú szimmetrikus négyszögjel. Határozza meg a kimenti jel impulzusidejét és a lefutási időt a pozitív impulzusfélnél. Eredmény Bemeneti Kimeneti Impulzus idő Lefutási idő XXXXXXXXX 25

26 Értékelés 3. Feladat Az előző kapcsolásra f = 50 khz-es szimmetrikus négyszögjelet adva az oszcilloszkóppal az impulzus tetőesését kell megmérni Eredmény tetőesés: U i / U i =... % Értékelés 4. Feladat Állítson össze RL differenciáló tagot. A mérendő objektum BD bemenet, a BK pontok a kimenet. A mérés során a közös pont a B. lásd az ábrát. Határozza meg a jól differenciálás frekvenciatartományát 50% kitöltési tényezőjű négyszögjel esetén! Rajzolja le az oszcilloszkóp ernyőjén látható kimeneti jelalakot a két frekvenciahatáron! Eredmény Jól differenciálás frekvenciatartománya: Kimeneti jelalakok f= f= Értékelés 26

27 5. Feladat Állítson össze RC integráló tagot. A mérendő objektum AD bemenet, a KA pontok a kimenet. A mérés során a közös pont az A. lásd az 3. ábrát. Határozza meg a négypólus átviteli karakterisztikáját a frekvencia függvényében! Ábrázolja a kapott eredményeket! D R C K A A 3. ábra Eredmény f Vbe Vki a 3dB Értékelés 6. Feladat Az előző RC integráló tag esetén, a bemeneti jel f = 5kHz frekvenciájú és U = 2V amplitúdójú szimmetrikus négyszögjel. Határozza meg a kimenti jel impulzusidejét és a lefutási időt. Rajzolja le a kimeneti jelalakot. Eredmény Bemeneti Kimeneti Impulzus idő Lefutási idő XXXXXXXXX Értékelés 27

28 7. Feladat Állítson össze RL integráló tagot. A mérendő objektum BD bemenet, a BK pontok a kimenet. A mérés során a közös pont a B. lásd az ábrát. Határozza meg a jól differenciálás frekvenciatartományát 50% kitöltési tényezőjű négyszögjel esetén! Rajzolja le az oszcilloszkóp ernyőjén látható kimeneti jelalakot a két frekvenciahatáron! Eredmény Jól differenciálás frekvenciatartománya: Kimeneti jelalakok f= f= Értékelés 28

29 IV. Oszcilloszkópos mérések 1. Feladat A mérendő integráló áramkör DA bemenetére és U = 1V amplitúdójú szimmetrikus négyszögjelet kell adni. D R C K A A A mérés során a közös pont az A. A KA pontokra kapcsolt oszcilloszkóppal mérje meg a következő jellemzőket, f = 1 khz, 10 khz, 100 khz és 1 MHz frekvencián a) Az impulzus szélességet T I (az 50%-os amplitúdó értéknél) b) A fel- T R és lefutási T F idejét (a 10%-os és a 90%-os amplitúdó közötti időt) c) A kimeneti jel amplitúdóját csúcstól csúcsig Eredmény f [khz] T I T R T F V pp Értékelés 29

30 2. Feladat Az áram és a feszültség oszcilloszkópos és feszültségmérős vizsgálatával kell meghatározni az RC kétpólus impedanciájának abszolút értékét és a fázisszögét 7 khz-en és 10 khz frekvencián. Az AD kapcsokra adjunk 5V effektív értékű szinuszos jelet. A D pont a mérés közös pontja. Lásd az 5. ábrát. Az oszcilloszkóp így az U(I) függvényt ábrázolja. Lissajous módszerrel és kétsugaras oszcilloszkóppal mérje meg a fázisszöget, szerkessze meg a vektorábrát. A KD pontok között mérhető feszültségből az ellenállás érékének ismeretében meghatározható az áram és ebből az AD-n mért feszültséggel számítsa ki a kétpólus impedanciájának abszolút értékét. Az utóbbi, a frekvencia és a fázisszög alapján a kondenzátor reaktanciája és kapacitása számítható. Mi okozza az eltérést a kétféle fázisszögmérés eredményében? A K C R D D 5. ábra Eredmény: fázisszög: Impedancia: kapacitás: f= f= Vektorábra Értékelés 3. Feladat Kapcsolja az oszcilloszkóp X és Y bemenetére egy-egy harmonikus generátor kimeneti jelét, és figyelje meg az oszcilloszkópon megjelenő jelalakot a) Törtszámmal kifejezhető frekvenciaarányok esetén (1/1; ½; 1/3; 2/1; 2/3; stb.) b) törtszámmal nem kifejezhető frekvenciaarányoknál Ábrázolja a kapott eredményeket! 30

31 V. Rezgőkör mérések 1. Feladat Az AB pontok között adódó soros rezgőkör rezonancia-frekvenciáját és jósági tényezőjét kell megmérni. A rezgőkört a függvény-generátorból szinuszos jellel tápláljuk, az indikáláshoz a KB pontokra kötött feszültségmérőt és oszcilloszkópot használjunk. A mérés során a közös pont a B. Lásd a 4. Ábrát. A rezonanciafrekvencia és a kapacitás (10nF) ismeretében számítsuk ki az induktivitás értékét! A K C L B B 4. ábra Eredmény rezonanciafrekvencia: f 0 =...khz. jósági tényező Q =... induktivitás L =...mh Értékelés Hogyan befolyásolja a mért jósági tényezőt a generátor impedanciája? 2. Feladat Az 1. feladatban meghatározott kapacitás értékét és az iduktivitás névleges értékét számításba véve meg kell határozni a rezgőkör rezonanciafrekvenciáját. Vesse össze az így kapott eredményeket a rezonancia módszerrel nyert adattal. Eredmény rezonanciafrekvencia számított értéke: f 0 =...khz. Értékelés A mért és a számított értékek közötti eltérés f 0 =..., ennek okai 31

32 M.1. melléklet példa egy mérési jegyzőkönyvre MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV EELLENÁLLÁS MÉRÉSRŐL NPTNEUm /1 oldal Mérés helye: Széchenyi István Egyetem, L1-110 laboratórium, 9026 Győr, Egyetem tér 1. Mérés ideje: szeptember 6. 8:00-9:30 Mérés tárgya 1 MOhm feletti ellenállások mérése Mérést végezte: Okos Péter, Oktondi József Mérés megrendelője: Fehér András SZE TA Vizsgákt eszköz (ök) Megnevezés Gyártó Tipus Gyártási szám 45 Mohm 1% ellenállás REDATA EH45-X 234R Mohm 0,1% ellenállás MIDATA 345RF Felhesznált mérő és segédeszközök Megnevezés Gyártó Tipus Gyártási szám Laboratóriumi azonosító digitális multiméter Agilent 34401A MZ DM-1 technologies egyenfeszültségű tápegység Agilent E3646A MZ DC-1 technologies multiméter GANZ Ganzuniv MM-1 Mérési körülmények Laboratórium hőmérséklet: 44 C Laboratórium relatív páratartalom: 98% Mért eszköz azonosítója: 234R56 Mérési módszer: ellenállásmérés digitális multiméterrel 4 pontos módszerrel Mérési eredmény Az ellenállás mért értéke: Rm= 43,65 MOhm A mért paraméter mérési bizonytalansága: U=0,05 Ohm Mérés értékelése A mért 234R56 gyári számú ellenállás nem felel meg a 1 %-os ellenállás sorozat specifikációjának, mert a mért érték 3%-al haladja meg az ellenállás névleges értékét. A jegyzőkönyv kiadható: A mérést végezte: Oktondi József hallgató Okos Péter hallgató

33 M.2. melléklet. Műszerfényképek Dekádellenállás Függvénygenerátor 33

34 Digitális oszcilloszkóp 34

35 Analóg oszcilloszkóp 35

36 Egyenfeszültségű tápegység Egyenfeszültségű tápegység 36

37 Digitális multiméter 37

38 Hangfrekvenciás teljesítménygenerátor 38