Laboratórium 1 - 2008 őszi ZH megoldások
Ez az oldal a korábbi SCH wiki-ről lett áthozva. Az eredeti változata itt érhető el.
Ha úgy érzed, hogy bármilyen formázási vagy tartalmi probléma van vele, akkor kérlek javíts rajta egy rövid szerkesztéssel.
Ha nem tudod, hogyan indulj el, olvasd el a migrálási útmutatót
Tartalomjegyzék
- 1 Labor 1. - 2008. ZH megoldással
- 1.1 1. _Egy 10V csúcsértékű, 1kHz frekvenciájú szimmetrikus négyszögjelet mérünk az alábbi műszerekkel, mekkora értéket mutatnak?_
- 1.2 2. _Azonos frekvenciájú szinuszos jelek közötti fázisszöget mérünk oszcilloszkóppal időeltolódás és periódusidő alapján_
- 1.3 3. _Adja meg az ideális szinuszjel és szimmetrikus háromszögjel amplitúdóspektrumát! A spektrumokat jellegre helyes ábrán szemléltesse!_
- 1.4 4. _Rajzolja föl a kettő- illetve a négyvezetékes impedanciamérést! Milyen esetekben fontos a négyvezetékes elrendezés?_
- 1.5 5. _Rajzolja fel egy 2:1 áttételű transzformátor modelljét! Ismertesse a modell fizikai jelentését! Hogyan viszonyulnak egymáshoz a modellparaméterek laza és soros csatolás esetén?_
- 1.6 6. _Egy D flip-flopot a következő gyári adatok jellemeznek_
- 1.7 7. _Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor 5 elemes helyettesítőképét! Adja meg a helyettesítőkép elemeit a tranzisztor fizikai paramétereivel!_
- 1.8 8. _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!_
- 1.9 9. _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!_
- 1.10 10. _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._
- 2 Labor 1. - 2008 pótZH
- 2.1 1. _Graetz típusú egyenirányító_
- 2.2 2. Ugyanaz mint az előzőben (azonos frekvenciájú szinuszos...)
- 2.3 3. 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
- 2.4 4. Három és ötvezetékes mérés. Milyen esetekben fontos az ötvezetékes?
- 2.5 5. 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!
- 2.6 6. TTL inverter transzfer karakterisztikájának mérés:
- 2.7 7. Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor h21 paraméterének mérésére szolgáló mérési összeállítást! Röviden ismertesse a mérés lépéseit!
- 2.8 8. 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?
- 2.9 9. Neptun kód átvitele 2 Stopbittel.
- 2.10 10. 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)?
Labor 1. - 2008. ZH megoldással
1. _Egy 10V csúcsértékű, 1kHz frekvenciájú szimmetrikus négyszögjelet mérünk az alábbi műszerekkel, mekkora értéket mutatnak?_
Mindegyik sinusos jelet feltételez, és mindegyik effektív értéket jelez ki | mérőműszer || mért érték || kijelzett érték|| |} |effektív érték mérő || 10V || 10V || =>??? nem [math] \frac{10}{\sqrt{2}} [/math]? |} |csúcsértékmérő || 10V || [math] \frac{10}{\sqrt{2}} [/math] || =>??? nem 10V? |} |abszolút középértékmérő || 10V || szorozva a szinusz formatényezőjével:10* [math]\frac{\pi}{2\sqrt{2}} [/math] || |}
//Később szerkesztendő:
A helyes megoldást lásd itt:
-- Dave - 2011.12.04.//
2. _Azonos frekvenciájú szinuszos jelek közötti fázisszöget mérünk oszcilloszkóppal időeltolódás és periódusidő alapján_
- Mérési elrendezés
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 irányű nullátmenete alapján.
- 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]
- 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.
3. _Adja meg az ideális szinuszjel és szimmetrikus háromszögjel amplitúdóspektrumát! A spektrumokat jellegre helyes ábrán szemléltesse!_
- Szinusz jel spektruma:
- Háromszögjel időfüggvénye és spektruma:
- Megjegyzés: spektrum meghatározása: [math] a_n = \frac{4A}{n^2 {\pi}^2} \sin \left| \frac{n \pi}{2} \right| [/math]
4. _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)
5. _Rajzolja fel egy 2:1 áttételű transzformátor modelljét! Ismertesse a modell fizikai jelentését! Hogyan viszonyulnak egymáshoz a modellparaméterek laza és soros csatolás esetén?_
| [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
|}
Sorosnál a főmező reaktancia nagyságrendekkel nagyobb, mint a szórt lazánál pedig fordítva.
6. _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.
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!
Megoldás: sztem 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. _Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor 5 elemes helyettesítőképét! Adja meg a helyettesítőkép elemeit a tranzisztor fizikai paramétereivel!_
- [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. _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. _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. _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 |
Labor 1. - 2008 pótZH
1. _Graetz típusú egyenirányító_
- jelölje a váltakozó áramú bemenetet és az egyenáramú kimenetet, jelölje a polaritást is
- 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.
- adja meg az egyenirányított jel váltakozó komponensének frekvenciáját
A lüktető egyenáram frekvenciája a váltóáram duplája.
2. Ugyanaz mint az előzőben (azonos frekvenciájú szinuszos...)
3. 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. Három és ötvezetékes mérés. Milyen esetekben fontos az ötvezetékes?
Hárompólus négykapcsú mérésénél ötvezetékes mérést kell használnunk, [math] Z_1, Z_2 [/math] impedanciák áramát G pontba tereljük.
5. 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!
[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]
[math] n=\sqrt{\frac{R_b - R_1}{R_2 + R_t}}=0.95 [/math]
6. 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!
- 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)
7. 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: https://wiki.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI2006ZH
8. 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. 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. 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)?
-- GAbika - 2010.12.08.
