Multimeter och räknare Del 2: Räknare. Räknare - varför

Transkript

1 Multimeter och räknare Del 2: Räknare 1 Räknare - varför! Mätning av tid eller frekvens! Ett oscilloskop har normalt 3 4 siffors upplösning som bäst! En räknare kan ha 9 eller fler siffror 2

2 Räknare - frekvensmätning! Frekvens anger hur många gånger en signal repeteras per sekund.! Periodtidens inverterade värde, f = 1/T! Om mätningen görs som ett medelvärde över flera (N) perioder: f = N/T N Periodtid för två olika signaler 3 Räknare - puls 4

3 Räknare konventionell frekvensmätning Mäter antalet ingångscykler N under en viss mättid, typiskt 1 sekund. Fyrkantspuls 5 Räknare - upplösning Mätosäkerhet då man kan få med delar av perioder, ± 1 insignalscykel (relativt fel). Kvantiseringsfel (absolut fel) = 1 / Mättiden 10 sekunder ger t. ex. absoluta upplösningen 1/10= 0.1 Hz 6

4 Räknare - tidmätning Genom att byta plats på ingångsteget och oscillatorn får man en tidräknare. 7 Räknare - reciprok! Klarar av att mäta frekvens enligt f = N / TN! 2 separata räknarsteg som ser till att mäta över ett helt antal perioder 8

5 Räknare - upplösning! Hög upplösning även vid låga frekvenser! Relativa felet är nu ± 1 klockcykel men det absoluta felet är oförändrat 9 Räknare - interpolation! I en del Räknare har man lagt till en funktion som håller koll på var i klockpulserna man startar mätningen. Detta gör att kan man få ännu högre noggrannhet! En interpolatorkrets mäter fasläget på klockpulsen 1 0

6 Räknare - tidmätning 11 Räknare - tidintervall SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden 1 2

7 Räknare - tidintervall Ingen synkning av start/stop och klockan ger en upplösning som är 1 klockpuls 10 MHz tidbasoscillator => 100 ns upplösning 1 3 Räknare tidmätning! Mätosäkerhet på ± 1 klockcykel! För att höja noggrannheten kan man!öka klockfrekvensen!interpolera!använda medelvärdesbildning 1 4

8 Räknare - ingångssteg 1 M!, frekvensberoende ok för < 100 MHz mindre belastning på objektet 50! för HF system x1 eller x10 Frekvensoberoende dämpning 1 5 Räknare - ingångssteg ACkopplingskondensator Vars kapacitans bestämmer den undre gränsfrekvensen för ingången, vanligen Hz Det dynamiska området är typiskt -5V / +5V. Kan gå upptill -50 /+50V med 10x dämpningen. Över det kapar dioderna topparna för att skydda instrumentet. Övre gränsfrekvens ofta khz reducerar brus 1 6

9 Räknare - komparatorn Jämför inssignalen med en triggnivå och slår om när triggnivån passeras 1 7 Räknaren - hysteresband Skillnaden mellan triggpunkten och återställningspunkten kallas hysteresband 1 8

10 Räknare - hysteresband Smalt Brett Hysteresbandets förhållande till insignalen kan varieras genom en ställbar komparator eller genom att dämpa insignalen. Lågpassfilter samt ställbar hysteres => bra brusundertryckning 1 9 Räknare triggnivå Med AC-kopplingen ligger triggnivån på 0V och därmed ligger även hysteresbandet kring 0V. För en osymmetrisk signal kan därför triggvillkoret bli fel 2 0

11 Räknare - triggnivå 2 1 Räknare - skillnader Skillnader mellan tid och frekvensmätningar 2 2

12 Tidbasoscillatorn!Vanligast är kvartskristall (SiO 2 )!Bygger på piezoelektrisk effekt!resonansfrekvensen beror bl.a. tjockleken, ytan och massan!problem; åldring, gravitation, stötar 2 3 Tidbasoscillatorn Tre olika typer av kristalloscillatorer för olika krav Standardoscillatorer (UCXO = uncompensated x-tal oscillator) 10 ppm frekvensändring 0-50 C (ca 100Hz) Temperaturkompenserade oscillatorer (TCXO) en termistor styr en fintrimmningskondensator 1 ppm frekvensändring 0-50 C (ca 10Hz) Ugnsstabiliserade oscillatorer (OCXO) kristallen sitter i ett hölje/ugn som hålls vid konstant temperatur (70 C ± 0,01 ) av effekttransistorer 0,1-0,002 ppm frekvensändring 0-50 C (ca 1-0,02 Hz) 2 4

13 Mätosäkerheten De vanligaste osäkerhetsfaktorerna för frekvens- och tidintervallmätning är:! Mätningens upplösning! Triggerfel p.g.a. brus! Tidbasoscillatorns osäkerhet! Triggerpunktens inställningsosäkerhet! Skillnader mellan ingångskanaler 2 5 Laborationen! Mätning av växelspänning med handhållen resp bänkmultimeter!hur mäter instrumenten spänningen?!blir något fel och varför?! Undertryckning av störningar!undersök hur instrumentet mäter en offset på en växelspänning vid olika frekvenser? 2 6

14 Laborationen! Uppmätning av reaktionstid!mäta reaktionstid med räknare för olika typer av stimuli; ljus, ljud och vibration 2 7 Laborationsförberedelser! Läsanvisningar! Förberedelseuppgiften! Kontrollfrågor 2 8