FREKVENSANALYS UPPGIFT 1 Operationsförstärkare 1 Elektrisk Mätteknik Milan Friesel

Transkript

1 FREKVENSANALYS UPPGIFT 1 Operationsförstärkare 1 HP oscilloskop med Fast Fourier Transform (FFT) skall användas till att lösa följande uppgifter: fyrkantvåg och på så sätt lär känna instrumentet. Verifiera (= fastställa riktighet av) m.h.a. dessa mätningar Fourierteorin. 2/ Olika typer av operationsförstärkare (OP) har olika förmåga att återge en signal utan att förvränga den. I synnerhet gäller detta vid högre frekvenser och vid stora utspänningar. Ni skall i denna uppgift studera skillnaden mellan en OP typ 741 och en Lf 071 för frekvensintervallet 0 Hz < f = x MHz och utspänningen 1V = Uut t-t = 10V. Låt förstärkningen vara 40 ggr. Undersök och beräkna den totala distorsion. (Använd ± 12 Volt som spänningsmatning). 3/ Rita ett 3D diagram för resultaten från respektive OP (gäller rapporten). 1/ Undersök OP-förstärkarna i tidsdomänen (vanligt oscilloskop!) för att se vad som ger orsak till distorsion (går även att m.h.a. litteratur få information om dess godhet som jämförs med experiment) 2/ Gör motsvarande mätning enl. gr. uppg. 2/ men med större motkoppling (förstärkning = 1 ggr) för en eller båda Op-förstärkarna. Undersök och beräkna den totala distorsion, dra slutsats från resultaten. 3/ Studera och identifiera frekvensspektrat av en TV signal och redovisa resultat i rapporten, samt visa TV bilden på spektrumanalysatorn Oscilloskop HP Pulsgenerator HP8013B. Övriga instrument i ET lab

2 FREKVENSANALYS UPPGIFT 2 Dämpning i kablar Tektronix 2710 frekvensanalysator för att lösa följande uppgifter: fyrkantvåg och på så sätt lär känna instrumentet. Verifiera (= fastställa riktighet av) m.h.a. dessa mätningar Fourier-teorin. 2/ Ni skall mäta dämpningen per längdenhet (t.ex. db/m) i en koaxialkabel av typen RG58 vid ett antal frekvenser mellan 25 MHz och 100 MHz. Det är lämpligt att göra mätningen för några olika kabellängder. Tips! 1/ Mät "direkt" med en kort kabel. 2/ Sedan mät med lång! kabel. 3/ Hur påverkar dämpning formen på pulsen. 1/ En transmissionslednings elektriska egenskaper kan beskrivas med en modellkrets. Gör en motsvarande ekvivalent för någon eller några kabellängder och mät upp "modellen" och jämför med resultat från grunduppg. 2/ 2/ Studera och identifiera frekvensspektrat för en TV-signal. Visa bilden av SVT1 på spektrumanalysatorn. Tektronix 2710 frekvensanalysator (OBS!!!!! MAX 2 V in!!!, använd skyddsmotstånd 1 k? i serie med ingången) HP8013B pulsgenerator Övriga instrument i ET lab

3 FREKVENSANALYS UPPGIFT 3 Superheterodyn 1 1/ Bygg en spektrumanalysator av superheterodyn princip med komponenter enligt nedan, en multiplikatorkrets och ett 4;e ordn. bandpassfilter. Bygg först filtret och mät upp frekvensgången och bestäm därigenom dess centerfrekvens. 2/ Bygg till multiplikatorkretsen och mät upp superns funktionalitet. 3/ Kontrollera supern genom att mäta frekvensspektrat från sinusvåg, triangelvåg och fyrkantvåg, för att här både verifiera (= fastställa riktighet av) Fourier-teorin och superns tillförlitlighet. 1/ Bygg en lämplig förstärkare (m.h.a OP-förstärkare) för att få en "lagom" signal in till supern från en mikrofon. 2/ Försök att verifiera skillnader i era röster eller undersök frekvensspektra för olika toner i ett musikinstrument, etc. Alternativ "extra uppgift": 1/ Bygg en mer automatisk super, alltså där svepfrekvensen sköts automatiskt och där frekvensen styr oscilloskopets horisontella svep. 2/ Bygg en lämplig förstärkare (OP-förstärkare) för att få en "lagom" signal in till supern från en mikrofon och redovisa något ljud (stämgaffel), musikinstrument, etc. Instrumenten på er (och möjligen era grannars) labbänk. Multiplikationskrets (blandare) ICL 8013 CCTZ. (se utdrag från Harris bok "Linear IC's" i Appl. Notes II) Bandpassfilter görs med kretsen UAF42 (se utdrag från Burr-Brown, "Intergrated Circuits Data Book" i Appl. Notes II, "UAF42=UAF41") AC voltmeter ( kan också mäta db). Mikrofon

4 OP-förstärkare LF071 Multiplikationskrets och bandpassfiltret byggs upp på ett kopplingsbord. FREKVENSANALYS UPPGIFT 4 Föremåls frekvenssvar HP oscilloskop med Fast Fourier Transform (FFT) skall användas till att lösa följande uppgifter: 1/ Lär känna instrumentet genom att börja med att mäta frekvensspektrat från sinusvåg, triangelvåg och fyrkantvåg. Verifiera (= fastställa riktighet av) m.h.a. dessa mätningar Fourier-teorin. 2/ Bygg en lämplig förstärkare (OP-förstärkare) för att få en "lagom" signal in till oscilloskopet från en mikrofon. 3/ Mät vilka frekvenser som några olika löst hängande plåtar (eller/och metallrör) avger då man slår till dem med en hammare (spec. m. a. p grundtoner). 1/ Undersök om det finns någon systematik i frekvenssvar m.a.p. plåtarnas respektive rörens geometri. 2/ Demonstrera fenomenet "vikning (eng. aliasing)" praktiskt och redogör teorin för detta fenomen. HP Oscilloskop med FFT Mikrofon med förstärkare (förstärkaren byggs upp m.h.a. en OP med?ggr. förstärkning på ett kopplingsbord, kontrollera signalen direkt från mikrofonen först) Plåtar av varierande storlek eller rör Hammare

5 FREKVENSANALYS UPPGIFT 5 Dämpning i spolar Tektronix 2710 frekvensanalysator och en HP8013B pulsgenerator skall användas för att lösa uppgifterna nedan. Pulsgeneratorn skall användas som signalkälla. fyrkantvåg och på så sätt lär känna instrumentet. Verifiera (= fastställa riktighet av) m.h.a. dessa mätningar Fourier-teorin. 2/ Mäta dämpningen i några olika spolar vid ett antal frekvenser mellan 1 MHz och 100 MHz. a/ Undersök först med en spole med ferritkärna hur antalet varv påverkar dämpningen, och undersök hur teori överensstämmer med resultaten från mätningar. b/ Undersök hur längden (eller höjden) av ferritkärnan påverkar dämpningen, när övriga parametrar är konstanta. 1/ Undersök effekten av de övriga geometriska parametrar av ferritkärnan på dämpningen. 2/ Vilken effekt har en ferritkärna på pulsen om både fram och återledare går tillsammans genom ferritkärnan? 2/ Studera och identifiera frekvensspektrat i en TV signal samt visa TVbilden av SVT1 på spektrumanalysatorn och redovisa resultaten i rapporten. Tektronix 2710 frekvensanalysator (OBS!!!! MAX 2 V in, använd gärna skyddsmotstånd 1 k? i serie med ingången) HP8013B pulsgenerator

6 Instrumenten på labbplatsen

7 FREKVENSANALYS UPPGIFT 6 Superheterodyn 2 1/ Ni skall bygga en spektrumanalysator av superheterodyn princip med komponenter enligt nedan, en multiplikatorkrets och ett 4:e ordn. bandpassfilter. Bygg först filtret och mät upp frekvensgången och bestäm därigenom dess centerfrekvens. 2/ Bygg till multiplikator-kretsen och mät upp superns funktionalitet. 3/ Kontrollera supern genom att mäta frekvensspektrat från sinusvåg, triangelvåg och fyrkantvåg. Verifiera (= fastställa riktighet av) Fourierteorin superns tillförlitlighet. 1/ Bygg en lämplig förstärkare (OP-förstärkare) för att få en "lagom" signal in till supern från en mikrofon. 2/ Undersök skillnaden i frekvensaspektrat från en blockflöjt resp. en synt För godtyckligt antal toner. Alternativ extra uppgift: 1/ Bygg en mer automatisk super, alltså där svepfrekvensen sköts automatiskt och där frekvensen styr oscilloskopets horisontella svep. 2/ Bygg en lämplig förstärkare (OP-förstärkare) för att få en "lagom" signal in till supern från en mikrofon och redovisa något ljud t.ex. från synten. Tillgängliga komponenter och instrument: Multiplikationskrets (blandare) ICL 8013 CCTZ (se utdrag från Harris bok "Linear IC's" i Appl. Notes II) Bandpassfilter byggs m.h.a. krets UAF42 (se utdrag från Burr-Brown, "Intergrated Circuits Data Book" i Appl. Notes II där UAF42=UAF41!) AC voltmeter (mäter också i db) Mikrofon med förstärkare som byggs m.h.a. en OP med c:a?ggr förstärkning OP, multiplikationskrets och bandpassfiltret byggs upp på ett kopplingsbord Övriga instrument i ET lab

8 FREKVENSANALYS UPPGIFT 7 Operationsförstärkare 2 Tektronix 2710 frekvensanalysator skall användas för att lösa följande uppgifter: fyrkantvåg och på så sätt samtidigt lär känna instrumentet. Verifiera (= fastställa riktighet av) m.h.a. dessa mätningar Fourierteorin. 2/ Olika typer av operationsförstärkare OP har olika förmåga att återge en signal utan att förvränga den. I synnerhet gäller detta vid högre frekvenser och vid stora utspänningar. Ni skall i denna uppgift studera skillnaden mellan en OP typ 741 och en LF071 för frekvensintervallet 0 Hz = f = X MHz och 1V = Uut t-t = 10V. Låt förstärkningen vara 20 ggr. Undersök och beräkna den totala distorsion. (Använd ± 12 Volt som spänningsmatning). 3/ Rita ett 3D diagram för resultaten från respektive OP-förstärkare (gäller rapporten). 1/ Undersök OP-förstärkarna i tidsdomänen (vanligt oscilloskop!) för att se vad som ger orsak till distorsion (jämför resultat från mätningar med information om OP:s godhet som ges av tillverkaren). 2/ Gör motsvarande mätning enl. gr. uppg. 2/ men med större motkoppling (förstärkning = 2 ggr) för en eller båda Op-förstärkarna. Undersök och beräkna den totala distorsion, dra slutsats från resultaten. 3/ Studera och identifiera frekvensspektrat av en TV signal och redovisa resultat i rapporten, samt visa TV bilden på spektrumanalysatorn. Tektronix 2710 frekvensanalysator (OBS!!!! MAX 2 V in, använd gärna skyddsmotstånd 1 k? i serie med ingången) HP8013B pulsgenerator Övriga instrument i ET lab

9 FREKVENSANALYS UPPGIFT 8 Störning från TV-mon. Elektrisk Mätteknik Milan Friesel 14 december 1999 Ni skall använda en Tektronix 2710 frekvensanalysator för att mäta störningar som emitteras från en dator. fyrkantvåg och på så sätt verifiera Fourer-teorin samtidigt lära känna instrumentet. 2/ Studera störningarna från en TV-monitor. Mät på olika avstånd och undersök hur dämpningen är i luft m.a.p. det elektriska fältet. (Verifiera med teori) 3/ Studera och identifiera frekvensspektrat i en TV-signal samt visa bilden av SVT2 på spektrumanalysatorn och redovisa detta i rapporten. 1/ Undersök hur det magnetiska fältet är och hur det avtar med avståndet från störkällan. 2/ Studera hur metallnät av olika storlekar och plåt dämpar störningarna både m.a.p. elektriska respektive magnetiska fältet. 2/ Demonstrera fenomenet "vikning (eng. aliasing)" praktiskt och redogör teorin för detta fenomen. Tektronix 2710 frekvensanalysator (MÄRK; MAX 2 V in). Specialprobar för störningsmätning.