MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

Transkriptio

1 KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOL Tekniikan ja liikenteen ala TYÖ 21 ELEKTRONIIKAN LABORAATIOT H.Honkanen MITTALAITTEIDEN OMINAISKSIA ja RAJOITKSIA TYÖN TAVOITE: Tässä laboratoriotyössä tutustumme mittalaitteiden vaikutukseen mitattavassa piirissä ja mittalaitteiden rajoituksiin ja niiden huomioimiseen. ESITEHTÄVÄT Säädä oskilloskoopin mittapää skoopin kalibrointipisteessä. KÄSITTELE SÄÄTÖÄ VAROEN! YLEISTÄ Oskilloskoopin mittapää on sovitettava käytettävän oskilloskoopin ottokapasitanssin mukaisesti. Säätöelementtinä on trimmerikondensaattori. Trimmerikondensaattori on kuitenkin tarkoitettu ainoastaan aseteltavaksi ( kerran trimmattavaksi käytettävään oskilloskooppiin ), ei jatkuvasäätöiseksi. Tämän vuoksi mittapäiden jatkuvaa säätämistä tulisi välttää, eli jos mitattava piiri sallii ( = puskuroidut lähdöt ), käytetään vaimentamatonta asentoa, jolloin säätöä ei tarvita, tai vaimennettuna etsitään skooppiin valmiiksi sovitetut mittapäät. TYÖSSÄ TARVITTAVAT KOMPONENTIT JA VÄLINEET: Työn suorittamisessa tarvittavat komponentit ja välineet: - DC virtalähde - Funktiogeneraattori - Yleismittari, DYM - AVOmeter [ Analoginen yleismittari ],on vain yksi kappale, joten haetaan vasta kun tarvitaan - Oskilloskooppi + 2 kpl mittajohto - Koekytkentäalusta - Vastuksia : 10 k ja 2 kpl 100 k - Kondensaattori 33 pf ( 27pF 47 pf )

2 KAAVAT: Ylärajataajuus: Vahvistus: Vahvistus: X C 1 = R f = ( 1 ja 2 ) 2πRC OT A = ( ) 20*log( A ) IN A ( 3dB) = A (0) 3dB db = ( 3 ja 4 ) ( db) 20 A = 10 ( 5 ja 6 ) Vaihesiirto: ϕ t o t = 360 = π τ τ 2 ( 7 ) Mittapiirin vaimennus: OT IN = R 1 R MITT + R MITT ( 8 ) Kondensaattorit rinnan: C + TOT = C 1 CMITT, jossa Cmitt = Mittapiirin kapasitanssi ( 9 ) Kokonaisylärajataajuus: = f f f H ( TOT ) H1 H 2 ( 10 ) r( TOT ) = r1 r2 + Kokonaisnousuaika: t t + t... ( 11 ) TYÖ 1, Yleismittari 1.1 Jännitemittaus Toteuta kuvan mukainen kytkentä: Kuva: Kytkentä Mittaa vastuksien R1 ja R2 yli vaikuttava jännite digitaalisella yleismittarilla Mittaa vastuksien Ri ja R2 yli vaikuttava jännite analogisella yleismittarilla, mittaa lisäksi syöttöjännite Mistä tulosten eroavaisuus johtuu???

3 1.2 Virran mittaus Toteuta kuvan mukainen kytkentä: Kuva: Kytkentä Laske oletettu virran suuruus ( Ohmin laki ) Mittaa virta, käytä tarkinta mahdollista aluetta ( 200 ua tai 400 ua ) Mittaa syöttöjännite, jännite virtamittarin yli ja jännite vastuksen yli Havainnot?? TYÖ 2, Oskilloskoopin kapasitiivinen kuormitus Yleistä: Oskilloskoopin resistiivinen kuormitus on 1 M. Vaimentavalla mittapäällä kuormitus pienenee vaimennuskertoimensa mukaisesti, eli 10X vaimentavalla mittapäällä resistiivinen kuormitus on jo 10 M, eli yhtä suuri, kuin digitaalisessa yleismittarissa jännitemittausalueella. Oskilloskoopin tulokapasitanssin arvo on laitekohtainen. Lisäksi tulokapasitanssin rinnalle kytkeytyy kaapelikapasitanssi. Tämän vuoksi vaimennuskapasitanssi oskilloskoopin mittajohdossa on säädettävä tapauskohtaisesti. Mittapään vaimennus pienentää myös kapasitiivista kuormitusta ( lähes ) vaimennuskertoimensa mukaisesti. Kuva: Oskilloskooppi mittapäineen Kuva: Oskilloskooppimittauksen vastinkytkentä vaimentamattomana ja 10X vaimennettuna

4 2.1 Toteuta kuvan mukainen kytkentä: Kuva: RC -alipäästösuodin Laske piirin ylärajataajuus ( - 3 db ) ( kaavat 1 ja 2 ) 2.2 Kytke oskilloskooppi mitattavaan piiriin. Kytke mittapäät vaimentamattomaksi ( 1 X ) Kuva: Työn 2.2 mittausketju kokonaisuutena: Mittaa piirin resistiivinen vaimennus tasajännitteellä tai pienellä taajuudella ( esim. 200 Hz ) ( Kaavat 3 ja 4 ) Mittaa kytkennän ylärajataajuus, fh ( - 3 db ), vertailutasona keskitaajuuden ( työn ) vahvistus ( Kaavat 5 ja 6 ) Kuinka suuri on vaihesiirto mitatulla ylärajarajataajuudella? ( Kaava 7 ) Laske mittapiirin resistiivinen kuormitus ( Tasajännitevahvistuksen avulla ) ( Johda Rmitt kaavasta 8 ) Laske mittapiirin kapasitiivinen kuormitus ( Ylärajataajuuden avulla ). Resistiivinen vaimennushan määritettiin jo aiemmassa kohdassa tässä kytkennässä merkityksettömän pieneksi, joten sitä ei tarvitse tässä tapauksessa huomioida. ( Johda kaavoista 1, 2 ja 9 ) 2.3 Kytke mittapäiden vaimennus ( X10 ), mittapäiden täytyy olla kalibroidut! Kuva: Työn 2.3 mittausketju kokonaisuutena Mittaa kytkennän fh, vertailutasona keskitaajuuden vahvistus Kuinka suuri on vaihesiirto mitatulla rajataajuudella? Laske mittapiirin kapasitiivinen kuormitus ( Ylärajataajuuden avulla ) 2.4 Vertaa 2.25 ja tuloksia keskenään

5 TYÖ 3, Oskillokoopin kaistanleveys ja sen huomioiminen Mittaamme oskilloskoopilla vahvistimen ylärajataajuutta askelvasteen avulla. Oskilloskoopin kaistanleveys ( - 3 db ) on 60 MHz. Saamme seuraavanlaisen kuvaajan näytöltä: 3.1 Kuinka suuri on mitattavan vahvistimen kaistanleveys ( kaava 10 tai 11 )? Huomioi myös aika akselin kertojan ( X magn ) asento