Laboratórium 1 - 2009 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

Labor 1. 2009. PótZH

1. Egy [math] 50 \Omega [/math] kimeneti ellenállású generátor üresjárási feszültségének effektív értéke [math] U_g=5V [/math]. A jelalak szinuszos, a jel frekvenciája [math] f = 1kHz [/math]. A generátor jelét egy [math] l = 0,5m [/math] hosszú, [math]Z_0=50 \Omega [/math] hullámimpedanciájú kábellel digitális feszültségmérőre vezetjük.

• Rajzolja fel a mérési elrendezés modelljét! Mekkora a feszültségmérőre kerülő jel csúcstól csúcsig ([math] U_{pp} [/math]) értéke?

[math]u(t,l)=U_g \cdot \frac{Z_g}{Z_0+Z_g} \cdot (1+r_l)[1(t-T)+r_l \cdot r_g \cdot 1(t-3T)+(r_l \cdot r_g)^2 \cdot 1(t-5T)+\ldots{}][/math] Ezt csak azért írom ide, mert meglehet oldani ezzel is, ezt vettük elektronika2ből. Másképpen: kis vezetékeknél (a hullámhosszhoz képest) a bemeneti impedancia meg fog egyezni a vezeték végén lévő terheléssel (jelen esetben szakadás ,mert a volt mérőnek nagyon nagy a bementi impedanciája) ill. a mért feszültségek mindkét helyen közel (nagyon pici különbség)egyformák,

így [math] U=5 \cdot \frac{Z_be}{Z_g+Z_be}=5V[/math]. Mivel ez effektív érték így az [math]U_{pp}=5 \cdot \sqrt{2} \cdot 2[/math].

• A jelet a fenti kábellel egy [math] R_{be} [/math] = [math] 50 \Omega [/math] bemeneti ellenállású eszközre vezetjük. Rajzolja fel ismét a mérési elrendezés modelljét és adja meg a bemenetre kerülő jel [math] U_{pp} [/math] értékét!

Ugyanaz mint az elsőrésznél, csak [math]Z_{be} = 50 \Omega [/math] , tehát [math] U=5 \cdot \frac{Z_be}{Z_g+Z_be}=2,5V[/math]. Így az [math]U_{pp}=2,5 \cdot \sqrt{2} \cdot 2[/math].

2. [math]Z_0=50 \Omega[/math] hullámimpedanciájú [math] l=100m [/math] hosszúságú kábelt hajtunk meg egy [math]50 \Omega[/math] impedanciájú impulzusgenerátorral. Az elektromágneses hullám terjedési sebessége a kábelen előzetes mérések alapján [math] v = 2*10^8 m/s [/math]. A kábelt szakadással "zárjuk le".

• Mekkora lehet az impulzus maximális szélesség, hogy a kábel bemenetén ne lapolódjon át az eredeti és a reflektált impulzus?

Szakadással zárjuk le, [math] \gamma = 1, T_k=\frac{l}{v} = 5*10^{-7}s = 0,5\mu s [/math], tehát 1 [math]\mu[/math]s telik el míg a jel eljut a bemenettől a lezárásig és onnan visszaér a bemenethez, tehát ez a maximális impulzusszélesség is.

• Mekkora lehet az impulzus maximális szélessége akkor, ha rövidzárral zárjuk le a kábelt?

Rövidzárral zárjuk le, [math] \gamma = -1 [/math]

A [math]T_k[/math] nem változik tehát a végeredmény ugyanaz, 1 [math]\mu[/math]s.

3. Adott egy 10kHz frekvenciájú periodikus jel. Alapharmonikusának amplitúdója 2V, 10. felharmonikusának amplitúdója 10mV (a többi harmonikus elhanyagolható). A jelet a frekvenciatartományban FFT segítségével vizsgáljuk. A mintavételezés koherens.

• Hány dB különbséget mérünk a két harmonikus amplitúdója között?

[math] 20\lg \frac{2}{10 * 10^{-3}}= 46dB [/math]

• Hozzávetőlegesen hány dB lesz a különbség a két amplitúdó között, ha a jelet transzformáció előtt egy elsőfokú, 100Hz törésponti frekvenciájú aluláteresztő szűrőre vezetjük? Rajzolja be különábrába minőségileg helyesen a szűrő amplitúdókarakterisztikáját, valamint a jel spektrumát!

Az aluláteresztő szűrő a törésponti frekvenciája után 20dB-lel csökkenti az amplitúdót dekádonként.

100Hz	0 dB
1kHz	-20 dB
10kHz	-40 dB	azaz az alapharmonikus amplitúdója -40dB-lel csökken ami két nagyságrend, tehát 0,02V az alapharmonikus
100kHz	-60 dB	a 10. felharmonikus három nagyságrenddel csökken (-60dB), ami így [math]10 \mu[/math]V lesz

Az arány: [math] 20\lg \frac{0.02}{10 * 10^{-6}}= 66 dB [/math]

Megjegyzés: úgy is lehet gondolkozni, hogy az alapharmonikust 40dB-lel csökkenti, a felharmonikust 60dB-lel, tehát a kettő közötti különbség 20dB-lel nő, azaz a 46dB+20dB=66dB

4. Adja meg egy légmagos és egy vasmagos tekercs modelljét! Ismertesse a modell paramétereit és azok fizikai hátterét!

Ezen a helyen volt linkelve a 2009_PZH_4.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

[math] L_0 [/math]	egyenáramon értelmezett induktivitás
[math] G_e [/math]	rézvezetőben örvényáram okozta veszteség
[math] C [/math]	menetek közötti kapacitás
[math] G [/math]	kapacitás dielektrikumában keletkező dielektromos veszteség
[math] R_S [/math]	soros rézellenállás

[math] L=\frac{L_0}{1-{\omega}^2L_0 C} [/math]

Méréstechnika példatár: 7.17 feladat megoldása (172.oldal). Van egy párhuzamosan Rv és L és ezzel sorban egy Rs.

[math] R_v [/math]	vasveszteség
[math] L [/math]	induktivitás
[math] R_S [/math]	soros rézellenállás

5. Párhuzamos RC-tag in-circuit vizsgálatát végezzük. R = [math] 10k \Omega [/math] +-1%, C = 100nF +- 1%. Mekkora legyen a mérési frekvencia és az impedanciamérő mérési bizonytalansága?

[math] R_e = R \times \frac{1}{\omega C} [/math] [math] Tipp: \omega = \frac{1}{RC} = 1000 \frac{rad}{s} [/math]

6. Adott az alábbi logikai hálózat. A hálózatot 10kHz-es négyszögjellel gerjesztjük.

Ezen a helyen volt linkelve a 2009_PZH.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

• Rajzolja fel a gerjesztőjel és a "mérőpont 1"-en mérhető jel hullámformáját!

Elvileg késleltet két inverterkésleltetési időnyit, a jelalakot a kondi megváltoztatja, mert a négyszögjel végtelen sok szinusz összege, és a kondenzátor végtelen frekvencián rövidzárként viselkedik, tehát egy "szűrő". Így a nagyfrekvenciás komponensek nem jelennek meg, nem lesz annyira négyszöges.

• Hogyan befolyásolja a kondenzátor a "mérőpont 2"-n mérhető felfutási időt (rise time)?

Bár a kondi elrontja a négyszögjelet, emiatt a komparálási feszültséget később éri el a felfutó ill. lefutó él, így megnő a késleltetés. Ugyanakkor az inverterek a kondi után a négyszögjelet visszaállítják. A felfutási idő nem növekszik a mérőpont2-n (hála az invertereknek), csak késni fog, mert később éri el a komparálási feszültséget a jel.

• Hogyan befolyásolja a kondenzátor a "mérőpont 2"-n az egész hálózatra mérhető jelterjedési időt (propagation time)?

lásd előbbi

7. Rajzolja fel a földelt emitteres bipoláris tranzisztor 5 elemes helyettesítőképét! Adja meg a helyettesítőkép elemeit a tranzisztor fizikai paramétereivel!

Itt megtalálható: https://wiki.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI2008ZH

8. Egy 4 bites egyenlőség komparátor egyik 4 bites bemenetére (A3-A0) egy 4 bites számláló van kapcsolva, a másik 4 bites bemenetére (B3-B0) 1000. A számláló 1MHz órajellel működik. A komparátor egyenlőség kimenetén hazárd jelenik meg, amelynek hossza 80...100ns. Röviden írja le, hogyan állapítaná meg logikai analizátor segítségével, hogy a számláló mely állapotátmeneténél van hazárd! A logikai analizátor mintavevő órajelének maximális frekvenciája 100MHz (T=10ns) és ennek 2-vel osztottjai állíthatók be.

A mintavételi idő legyen kisebb mint 80ns az a lényeg, pl. 70ns jó lenne, de csak [math]10 \cdot n [/math], (ahol n=1,2,4,8,16...) állítható be, így 40ns. A számláló mintavételi ideje 1[math]\mu [/math] s. A vizsgálathoz egy összetett triggerfeltétel kell, három egymásutáni állapot legyen: 010 és 0110.

9. Ismertesse a párhuzamos port SPP és EPP módjai közötti fontosabb különbségeket! Melyik mód biztosít gyorsabb adatátviteli sebességet?

• Az SPP módhoz egyetlen 8 bites kimeneti adatregiszter tartozik. Az EPP módhoz egy 8 bites címregiszter és a lehetséges 256 egyedileg címezhető adat regiszter ből csak az első 4 címhez tartozik egy-egy írható/olvasható 8 bites adatregiszter.
• A párhuzamos port SPP üzemmódjában csak adatkivitel történik, nincs cím információ. Ekkor a kijelző formátuma ” dd”, ahol a ” ” két szóköz a felső két kijelző számjegy kikapcsolt állapotára utal, míg a ”dd” a kiküldött adat byte hexadecimális értéke az alsó két számjegyen. A párhuzamos port EPP üzemmódjában adat és cím kivitel ill. beolvasás is történhet. Ha az utolsó EPP ciklus cím átvitel volt, akkor a kijelző képe ”aa ”, ahol az ”aa” a kiküldött/beolvasott cím byte hexadecimális értéke a felső számjegyeken, míg a ” ” két szóköz az alsó két kijelző számjegy kikapcsolt állapotára utal.
• EPP biztosít gyorsabb adatátvitelt.

10. Adott egy speciális kódolású, 6-os számlálót megvalósító sorrendi hálózat, amelynek 4 kimenete van (Q0, Q1, Q2,Q3). A számláló ciklikusan a következő sorozatot adja ki: 1100, 0001, 0010, 0101, 0111, 0011, 1100, ... A hálózatról egy hagyományos oszcilloszkóp segítségével kell eldönteni, hogy megfelelően működik-e. Röviden írja le hogyan végezné el a mérést!

Tudni kéne, hogy hány csatornás az oszcilloszkóp, mert pl. 4 csatornásra simán csak rátesszük az egyes kimeneteket 1-1 csatornára, és leellenőrizzük az értékeket. Ha 2 csatornás (mint ahogy a laborokban is), akkor 2 teljes ciklust ellenőrzünk végig. Elsőnél pl. a számláló alsó két bitjét tesszük az oszcilloszkóp bemeneteire és feljegyezzük az értékeket, a második ciklusban pedig a felső két bit kimenetét nézzük, így a második ciklus végére meglesznek az állapotkódok.

-- GAbika - 2010.12.08.