UMEÅ UNIVERSITET 2004-04-06 Tillämpad fysik och elektronik Elektronik/JH Apparater på labbet Personalia: Namn: Kurs: Datum: Återlämnad (ej godkänd): Rättningsdatum Kommentarer Godkänd: Rättningsdatum Signatur Kommentarer
Mål Målet med laborationen är att förstå de vanligaste apparaterna i ett elektroniklab och att kunna använda dessa till grundläggande mätningar. Material Spänningsaggregat Digital multimeter (DMM) Funktionsgenerator Oscilloskop Diverse mätsladdar Teori I labbet finns två huvudkategorier av apparater: Spänningskällor och mätinstrument, där spänningskällor producerar elektriska spänningar/strömmar/signaler, och mätinstrumenten mäter elektriska storheter, t.ex. Spänning, ström, frekvens, resistans o.s.v. Exempel på spänningskällor: Spänningsaggregat och funktionsgenerator. Exempel på mätinstrument: Multimeter och oscilloskop. Nedan syns en enkel uppkoppling av ett spänningsaggregat som är inställt på 10VDC, och en voltmeter (multimeter) som mäter denna spänning. Första bilden visar ett elektriskt schema över kopplingen, och den andra bilden liknar hur det ser ut i verkligheten. Sp. aggregat Multimeter 10V Sp.agg U V-meter - + o o o o o För att kunna analysera en spänning lite närmare, så använder man ofta ett oscilloskop, och för att kunna producera växelspänningar med möjlighet att justera alla dess parametrar använder man en funktionsgenerator. VOFF = 0 VAMPL = 10 FREQ = 1000 Generator inställd på sinusvåg, med 10V amplitud och frekvensen 1000Hz En typisk funktiongenerator. Viktiga kontroller: Frekvens justeras med ratten 7 tillsammans med multiplikatorerna 14. Amplituden justeras med ratt 13 tillsammans med dämpsatsen 17, 18. Kurvformen ställs med knapparna 19. Frekvensen avläses i fönstret 2. Dessutom finns en del extrafunktioner som kan vara användbara. Utsignalen tas normalt från kontakten Output 23.
Ett typiskt oscilloskop med två mätkanaler för att kunna titta på två signaler samtidigt. Ett oscilloskop fungerar så här: På bildskärmen sveper en ljuspunkt från vänster till höger med justerbar hastighet. När punkten har kommit längst till höger börjar den om igen. Insignalen styr med vilken höjd pricken ska ritas ut, ju högre spänning desto högre upp på skärmen. Normalt sveper pricken så snabbt över skärmen att det ser ut som ett streck. Viktiga kontroller: (13,15,17,9,11 är för kanal 2 och har motsvarande funktion som för kanal 1) Input (8): Hit kopplar man den signal som man vill mäta. Volts/div. (12,14): Med denna justerar man känsligheten för insignalen. Om ratten står i läge 1v, betyder detta att varje ruta i höjdled motsvarar 1v (se även avsnittet om mätprob till oscilloskop). Time/div (22): Denna ratt justerar hur snabbt oscilloskopet sveper från höger till vänster. Om ratten står i läge 1mS, betyder det att varje ruta i längdled motsvarar 1mS. Ur detta kan man se frekvensen hos signalen (1/T). För att man ska kunna titta på signalen, måste den låsas till ett visst läge så att den står still. Detta sköts med trig.kontrollerna: 25,27,28,29. Normal inställning är: Source: intern. Mode: auto. Level kan behöva justeras så att den står still. Till sist har vi mode (18,26) där 26 väljer kanal som vi ska trigga på. Om vi bara har en insignal måste vi trigga på den kanalen. 18 bestämmer vilken/vilka kanaler som ska ritas ut på skärmen. Om bägge kanalerna ska vara igång kan vi välja antingen alt. eller chop. Alt. ritar ut en kanal åt gången, vilket kan vara lite störande på låga svephastigheter, och chop ritar ut kanalerna samtidigt men upphackat, vilket kan vara störande på höga svephastigheter. Mätprob för oscilloskop. Med denna kan man göra noggranna mätningar även på höga frekvenser. Om proben står i X1 läge fungerar den som vilken mätsladd som helst, men om man skiftar om den till läge X10, så kan man kompensera kabelkapacitanserna, vilket gör att bandbredden ökar avsevärt. I detta läge dämpas signalen 10 ggr, vilket gör att man måste kompensera för detta när man läser av oscilloskopet. På proben finns en justerratt där man kan trimma in kompenseringen. Det går till på följande vis: Man kopplar proben till ett stift på oscilloskopet som oftast kallas cal. (nummer 31 på oscilloskopet ovan). Sedan skruvar man på ratten på proben med en trimmejsel tills signalen på oscilloskopet ser ut som en perfekt fyrkantsvåg.
Uppgifter 1. Slå på ett spänningsaggregat och ställ in spänningen 15V. Mät sedan spänningen med DMM. Använd det mätområde som ger den högsta noggrannheten. Mätvärde: V Mätområde: V AC DC 2. Koppla ett stort motstånd i serie med instrumenten (0.68-2.2MΩ). Rita färdigt schemat över uppkopplingen. VDC Vad visar instrumentet nu? V Om mätvärdet har ändrats, vad tror du det beror på? 3. Koppla ihop en funktionsgenerator med ett oscilloskop. Ställ in en frekvens på mellan 1kHz-10kHz. Justera oscilloskopet så att kurvformen ser snygg ut. Testa att ändra mellan de olika kurvformerna. Hur ser de ut? Rita en snabb bild över de tre kurvformerna nedan. Sinus Fyrkant Triangel
4. Ställ nu in en sinusvåg på 200-400Hz på funktionsgeneratorn. Ställ in oscilloskopet så att kurvan är snygg. Rita av bilden noggrant nedan. Vilket läge har time/div på oscilloskopet? ms Vilket läge har volts/div på oscilloskopet? V Vilken frekvens har signalen enligt oscilloskopet? Hz Stämmer detta med frekvensen på generatorn? Om inte, vad kan vara felet? Vilken spänning har signalen? Topp V RMS V Koppla nu in en DMM och mät spänningen på utgången av funktionsgeneratorn utan att ändra några inställningar. Ska DMM vara inställd på DC eller AC-mätning? DC AC Vilket värde visar DMM? V Stämmer detta med oscilloskopet? Om inte, vad kan vara felet?