Laboratórium 1 - 2008 őszi ZH megoldások
Tartalomjegyzék
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]
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:
- 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. 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.
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?
| [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.
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!
- [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.
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?
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!
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. 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)?
