Laboratórium 1 - 2008 őszi ZH megoldások

A VIK Wikiből
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

2008 őszi ZH

1. Feladat

Egy 10 V csúcsértékű, 1 kHz frekvenciájú szimmetrikus négyszögjelet mérünk az alábbi műszerekkel, mekkora értéket mutatnak?

Mindegyik szinuszos jelet feltételez, és mindegyik effektív értéket jelez ki.

Mérőműszer Mért érték Kijelzett érték
Effektív érték mérő [math] 10 V [/math] [math] 10 V [/math]
Csúcsértékmérő [math] 10 V [/math] [math] \frac{10}{\sqrt{2}} V [/math]
Abszolút középértékmérő [math] 10 V [/math] [math] 10* \frac{\pi}{2\sqrt{2}} V [/math]

Nem biztos, hogy helyes ez a megoldás! Effektív és csúcsérték mérő fel volt cserélve, javítva.

Műszerek leírása (3. oldali táblázat)

2. Feladat

Azonos frekvenciájú szinuszos jelek közötti fázisszöget mérünk oszcilloszkóppal időeltolódás és periódusidő alapján:

a) Rajzolja fel a mérési elrendezést!

A két jelet az oszcilloszkóp két különböző csatornájára tesszük. Mindkét jelen megkeresünk egy azonos fázishelyzetnek megfelelő értéket, célszerű a nullátmenetet választani. Ezek távolsága adja meg az időtengelyen a késleltetést, ami [math] \Delta t[/math]. A T periódusidő meghatározható bármelyik jel két egymás utáni azonos irányú nullátmenete alapján.

b) Rajzolja fel a mért jelalakokat, jelölje be rajta a mért mennyiségeket, és adja meg a fázisszög származtatási összefüggését!

A fázisszög az alábbi képlettel határozható meg: [math] \varphi = 360^{\circ} \frac{\Delta t}{T} [/math]

Labor1 kép10.gif

c) A periódusidőt és a fázistolást ugyanazzal az időalappal mérjük. A leolvasási bizonytalanság 1%, az időalap-generátor erősítéshibája 0,5% és a függőleges erősítő erősítőhibája 0,5%. Mekkora a fázisszögmérés relatív hibája legrosszabb esetben?

A mérés előnye, hogy nem függ a pontosság az oszcilloszkóp időalapjának pontosságától. Legrosszabb esetben ( worst case ) a hiba: 1%, mivel az erősítéshiba nem változtatja meg a nullátmeneteket. [Hibás?]

Másik lehetséges megoldás: két leolvasás történik, [math] \Delta t[/math] és T bizonytalansága egyaránt 1%. A worst case összegzésnél a tényezők szerinti parciális deriválás és súlyozás után kijön, hogy a relatív hibához a kitevőjük (1 és -1) abszolút értékével járulnak hozzá, azaz 2% lesz a bizonytalanság.--Mp9k1 (vita) 2013. december 5., 23:22 (UTC)

3. Feladat

Adja meg az ideális szinuszjel és szimmetrikus háromszögjel amplitúdóspektrumát! A spektrumokat jellegre helyes ábrán szemléltesse!

  • Szinusz jel spektruma:

Labor1 kép11.gif

  • Háromszögjel időfüggvénye és spektruma:

Labor1 kép12.gif

  • Megjegyzés: spektrum meghatározása: [math] a_n = \frac{4A}{n^2 {\pi}^2} \sin \left| \frac{n \pi}{2} \right| [/math]

4. Feladat

Rajzolja föl a kettő- illetve a négyvezetékes impedanciamérést! Milyen esetekben fontos a négyvezetékes elrendezés?

Négyvezetékes mérés jelentősége: Kis impedanciák esetén a hozzávezetési és kontaktellenállásokat hatástalanítandó, a négykapcsú mérési elrendezés indokolt, ha összemérhető a mérendő ellenállás értéke a hozzávezetések ellenállásával.

Labor1 kép13.gif

5. Feladat

Rajzolja fel egy 2:1 áttételű transzformátor modelljét! Ismertesse a modell fizikai jelentését! Hogyan viszonyulnak egymáshoz a modellparaméterek laza és szoros csatolás esetén?

Labor1 kép14.gif

[math] U_1 [/math] primer feszültség
[math] U_2 [/math] szekunder feszültség
[math] Z_1, Z_2 [/math] primer, szekunder oldali szórási impedanciák Valós komponens: rézellenállás; Képzetes komponens: szórási induktivitás
[math] Z_0 [/math] mágnesező impedancia [math] L_0 [/math] mágnesező impedanciából és [math] R_0 [/math] vasveszteségi ellenállásból áll

Szorosnál a főmező reaktancia nagyságrendekkel nagyobb, mint a szórt, lazánál pedig fordítva.

6. Feladat

Egy D flip-flopot a következő gyári adatok jellemeznek:

setup time [math] t_{su,max} [/math] 10 ns
hold time [math] t_{h,max} [/math] 5 ns

A flip-flop adatbemenetére jutó jelet egy inverteren keresztül vezetjük keresztül az alábbi ábrán látható módon.

Labor1 kép15.gif

Az inverter jelterjedési késleltetései:

min max
[math] t_{LH} [/math] 3ns 5ns
[math] t_{HL} [/math] 2ns 4ns

Adja meg a worst case setup időt erre a módosított flip-flopra!

15 ns a setup worst case-ben

[math] t_{su}' = t_{su} - min(t_{LH}) + max(t_{LH},t_{HL}) [/math]

[math] t_h' = t_h + max(t_{LH}) - min(t_{LH},t_{HL}) [/math]

Itt a '-s tagok a módosított ff paraméterei. Az első korrekciós tag az órajel késleltetésének a hatása, ezért kell csak a [math] t_{LH} [/math] sorból venni a min/max értékeket (táblázat első sora). A második korrekciós tag az adat késleltetésének eredménye, így a [math] t_{LH} [/math] és [math] t_{HL} [/math] sorokat is figyelembe kell venni (tehát az egész táblázatot).

Amikor egy korrekciós taggal növeljük az eredményt, akkor maximim kell, amikor csökkentjük, akkor minimum kell, így lesz a végeredmény maximális, tehát worst-case eredmény".

7. Feladat

Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor 5 elemes helyettesítőképét! Adja meg a helyettesítőkép elemeit a tranzisztor fizikai paramétereivel!

Labor1 kép16.gif

  • [math] g_{b'c} = \frac{1}{r_c}- \mu g_{b'e} [/math]
  • [math] g_{ce} = \frac{ \mu }{r_e} [/math]
  • [math] r_e = \frac{U_t}{I_C} [/math]
  • [math] g_{b'e} = \frac{1}{r_e( \beta +1)} [/math]
  • [math] g_m = \frac{ I_c }{ U_t } [/math]

8. Feladat

Egy törölhető 6-os számláló ([math] Q_2 \dots Q_0, Cl, CLK [/math]) a katalógus alapján maximálisan 30MHz-es órajellel működtethető. Meg kell határoznunk, hogy egy konkrét példánynak mekkora a maximális működési frekvenciája. Rendelkezésre áll egy változtatható frekvenciájú (1Hz...200MHz) generátor és egy logikai analizátor. A számláló bemeneteire tetszőleges konstans logikai értéket kapcsolhat (kapcsolók segítségével). Röviden írja le, hogy miként oldaná meg a feladatot!

A logikai analizátor adat bemeneteire csatlakoztatjuk a számláló kimeneteit. Állapotanalízis üzemmódot állítunk be, a számláló órajele a mintavevő órajel. A végállapotot (111) állítjuk be leállási feltételként. 30MHz-től növekvő frekvenciákon ellenőrizzük, hogy a számláló egymást követő állapotai megfelelnek-e a bináris számláló működésének. A legalacsonyabb olyan frekvencia ahol még igen a maximális működési frekvencia.

A Clear -re triggerelünk és az analízist az fogja indítani, hogy töröljük az értékeket.

9. Feladat

Hasonlítsa össze a párhuzamos port mérésben vizsgált két üzemmódjának (SPP és EPP) paramétereit az alábbi kategóriák szerint! Amennyiben egy állítás az adott üzemmódra nézve igaz "+", ha hamis akkor "-" jellel jelölje!

Tulajdonság SPP EPP Magyarázat ( ez nem volt feladat )
Kétirányú adatátvitel - + Az SPP módban csak kimenő irányú adatátvitel történik, EPP módban lehetséges a cím és adat kivitel mellett ezen paraméterek visszaolvasása is.
Nincs címzési lehetőség + - Az SPP módhoz egyetlen 8 bites kimeneti adatregiszter tartozik. Az EPP módhoz egy 8 bites címregiszter és a lehetséges 256 egyedileg címezhető adat regiszterből csak az első 4 címhez tartozik egy-egy írható/olvasható 8 bites adatregiszter.
Nagy sebesség ?+?
Átvitelszinkronizáció lehetősége ?+?
Szoftveres átvitelvezérlés a PC-ben +

10. Feladat

Adjon meg egy olyan tesztvektor-sorozatot az alábbi állapottáblával megadott, egyetlen X bemenettel rendelkező automatához, amely leteszteli az összes állapotátmenetét. A mellékelt táblázatban azt is tüntesse fel, hogy adott bemenetre milyen állapotba kerül az automata! Az automata a RESET jelre az A állapotba kerül.

X 0 1
A B\0 B\0
B C\1 A\1
C C\1 A\0


Átmenetek:

  • A -> B
  • B -> C,A
  • C -> C,A


RESET 1 0 0 0 1 0 0 0
X - 0 1 1 0 0 1 1
állapot A B A B C C A B


2008 őszi pótZH

1. Feladat

Graetz típusú egyenirányító:

a) Jelölje a váltakozó áramú bemenetet és az egyenáramú kimenetet, jelölje a polaritást is!

b) Rajzolja fel a kimeneten megjelenő jel alakját abban az esetben, ha a bemenetre [math] f_0 [/math] frekvenciájú szinuszos feszültséget kapcsolunk!

A transzfer karakterisztika segítségével megrajzolható, hogy milyen a kimenet.

c) Adja meg az egyenirányított jel váltakozó komponensének frekvenciáját!

A lüktető egyenáram frekvenciája a váltóáram duplája.

Labor1 kép17.gif

Labor1 kép18.gif

2. Feladat

Ugyanaz mint az előzőben (azonos frekvenciájú szinuszos...)

3. Feladat

Adja meg a szimmetrikus négyszögjel amplitúdóspektrumát! Hogyan változik a spektrum, ha a szimmetria megsérül (az előjelváltás nem pontosan félperiódusonként következik be)? A spektrumot jellegre helyes ábrán szemléltesse!

A spektrum: [math]f_0[/math] frekvenciájú négyszögjel összetevői [math] n \cdot f_0 [/math] frekvenciákon vannak, ahol [math] n [/math] páratlan szám. Az egyes összetevők amplitúdói a frekvencia növekedtével [math] \frac{1}{x} [/math] szerint csökkennek.

Az alapfrekvencia páratlanszámú többszörösein jelennek meg összetevők csökkenő amplitúdóval, azaz f frekvenciájú négyszögjelnek lesz összetevője [math] f, 3f, 5f, 7f ... [/math] frekvenciákon, ez a végtelenig tart elméletileg. (ugyanis a négyszögjel végtelen sok ilyen szinuszból állítható elő tökéletesen)

Ha nem szimmetrikus a négyszögjel, akkor megjelennek a páros számú többszörösei is az alapharmonikusnak.

4. Feladat

Három és ötvezetékes mérés. Milyen esetekben fontos az ötvezetékes?

Labor1 kép19.gif

Hárompólus négykapcsú mérésénél ötvezetékes mérést kell használnunk, [math] Z_1, Z_2 [/math] impedanciák áramát G pontba tereljük.

5. Feladat

Egy 600 [math] \Omega [/math] -os forrást TELECOM transzformátor segítségével 600 [math] \Omega [/math] -os terheléshez illesztünk. A transzformátor primer és szekunder ellenállása 25,3 [math] \Omega [/math]. Számítsa ki a transzformátor áttételét!

Képlet: [math] R_b = R_1 + n^{2}R2 + n^{2}R_t [/math] ahol:

  • [math] R_b [/math] - generátor belső ellenállása
  • [math] R_1, R_2 [/math] - tekercsek DC ellenállása
  • [math] R_t [/math] - terhelő ellenállás
  • [math] n [/math] - menetszám áttétel n = [math] \frac{N_{primer}}{N_{szekunder}} [/math]

Tehát: [math] n=\sqrt{\frac{R_b - R_1}{R_2 + R_t}}=0.95 [/math]

6. Feladat

TTL inverter transzfer karakterisztikájának mérés:

  • Rajzolja fel a mérési elrendezést
  • Határozza meg milyen gerjesztést alkalmazna
  • Ábrázolja a gerjesztő jel és az inverter arra adott válaszának időfüggvényét egy ábrán. Ne feledkezzen meg az _y_ tengely (feszültség) helyes skálázásáról!

Labor1 kép20.gif

A mérésen 0V alapszintű 5 [math]V_pp[/math] nagyságú kb. 350Hz-es jellel kellett vizsgálni XY üzemmódban (mindképpen pozitív feszültség kell, hiszen a TTL áramkörök a negatív feszültséget levágják)

Labor1 kép21.gif

7. Feladat

Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor h21 paraméterének mérésére szolgáló mérési összeállítást! Röviden ismertesse a mérés lépéseit!

[math] h_{21} = \frac{\Delta I_c}{\Delta I_B} | U_{CE}=konstans [/math]

Közös emitteres kapcsolás, áramgenerátorosan meghajtjuk a bázis felől (feszgenerátor, és a bemeneti ellenálláshoz képest sokkal nagyobb ellenállás) és UCE=állandó az a kimeneti ellenálláshoz képest rövidzár (gyakorlatilag árammérő-vel kell lezárni). [math] I_B, I_C [/math] értékéből számítható.

Itt van elrendezés: Laboratórium 1 - 2006 őszi ZH megoldások

8. Feladat

Egy ciklikusan működő állapotgép 2MHz-es órajellel működik. Az állapotgép 3 bites állapotai: 100, 010, 001. A többi kód nem fordulhat elő. Logikai analizátorral hogyan ellenőrizné, hogy nem lép hibás kódú állapotba a hálózat?

A logikai analizátor adat bemeneteire csatlakoztatjuk a számláló kimeneteit. Állapotanalízis üzemmódot állítunk be, a számláló órajele a mintavevő órajel. 2MHz-en ellenőrizzük, hogy a számláló állapotai megfelelnek-e az állapotgép működésének.

9. Feladat

Neptun kód átvitele 2 Stopbittel:

  • Neptun kód: 6 karakter
  • 1 karakter átvitele: 1 start bit + 8 adatbit(maga a karakter) + 2 stop bit (paritás nem volt megadva az +1 bit lenne még.)
  • Tehát 1 karakter átvitele 11bit küldésével történik, innen 6 karakter = 66 bit
4-féle átviteli sebesség(gondolom) számolás neptun kód átviteléhez szükséges idő:
19200 bps 66/19200 0.00343 sec
38400 bps 66/38400 0.00171 sec
57600 bps 66/57600 0.00114 sec
115200 bps 66/115200 0.00057 sec

10. Feladat

Hogyan tesztelne le egy FPGA-ban megvalósított, viszonylag kevés állípotú szinkron sorrendi hálózatot, ha a logikai analizátor áll rendelkezésre és az FPGA-ban még sok erőforrás van kihasználatlanul (bőven van hely további hardver megvalósításához)?