Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik Förberedelseuppgifter: Uppgifterna skall lösas före laborationen med papper och penna och vara snyggt uppställda med figurer. a) Gör beräkningarna till uppgifterna 1, 2, 3 och 5. b) Till uppgift 4 skall upp och urladdningskurvorna ritas i digram med graderade axlar. Välj pulshöjden 5 V. Tidskonstanten skall markeras i diagrammet. c) Till uppgift 6 skall E och R1 beräknas. Efter laborationen skall förberedelseuppgifterna och mätprotokollet med kommentarer lämnas in. Försättsblad finns på kursens hemsida. Uppgift 1: Mätning av spänning Voltmetern Fluke 45 som används vid laborationen har den inre resistansen 10 Mohm. 12 V 330 kω + U 560 kω - U [V] utan voltmeter U [V] med voltmeter Mätfel i % på grund av voltmetern Beräknat Uppmätt värde 1
Uppgift 2: Mätning av ström Strömmen I skall mätas med Fluke 45. Amperemeterns inre resistans på varje mätområde kan beräknas ur nedanstående tabell. Amperemetern kan ställas i läge Auto. Då ställs mätområde ( Range ) och upplösning ( Resolution ) in automatiskt. Använder man inte läge Auto ställs mätområde in med knapparna Hi och Lo. Upplösningen ställs in med knappen Rate. Välj mätområde 100 ma och upplösning Medium. 56 ohm I 10 V 68 ohm 18 ohm I [ A ] utan amperemeter I [ A ] med amperemeter I [A] med voltmeter och ohms lag på resistorn 68 Ω Beräknat värde Uppmätt värde 2
Uppgift 3: Mätning av resistans 33 ohm 15 ohm A 22 ohm 15 ohm B 56 ohm Totala resistansen i denna koppling kan beräknas först när kopplingen förenklats. 6,8 kohm 3,3 kohm C 1 k ohm D 6,8 kohm 3,3 kohm Resistans A-B [ Ω ] Resistans C-D [ Ω ] Beräknat värde Uppmätt värde med Fluke 45 3
Uppgift 4: Bestämning av kapacitansen hos en kondensator Kapacitansen hos en kondensator skall bestämmas på tre olika sätt. Du skall mäta med Fluke 29, med RLC-metern PM6303 och med oscilloskop. Kondensatorn som skall mätas är märkt 103. Vilket betyder 10 följt av tre nollor. Enheten är pf. 10000 pf = 10 nf. Mätning med oscilloskop: C1 är den okända kapacitansen. I kopplingen är E en fyrkantspänning som kommer från funktionsgeneratorn FG3 A som finns på laborationsbänken. Använd utgången som är märkt TTL. Den utgången ger pulser som är enbart positiva. Ställ in funktionsgeneratorns frekvens så att kondensatorn hinner upp- och urladdas fullständigt under varje period. Observera att jordpunkten erhålls från funktionsgeneratorn. Anslut potentialen A till kanal 1 på oscilloskopet och potentialen B till kanal 2. Ställ in oscilloskopet så att en fullständig upp- och urladdning av kondensatorn visas på oscilloskopets bildskärm. Mät tidskonstanten för uppladdning av kondensatorn så noggrant som möjligt med oscilloskopet. Känner man tidskonstanten och resistansen R1 kan kapacitansen beräknas. R1 B + E - A C1 R1 = 68 kω C1 = 10 nf Mätresultat: Fluke 29 RCL-meter PM6303 Med oscilloskop C [ nf ] 4
Uppgift 5: Mätning av växelspänning Du skall ställa in funktionsgeneratorn på olika frekvenser och olika spänningar enligt tabellen. Använd utgången märkt OUTPUT. Den utgången ger pulser som är symetriska kring noll om knappen DC OFFSET är intryckt. Frekvensen avläses på funktionsgeneratorn och spänningarnas effektivvärde U eff avläses på multimetern. ( frekvensen kan även avläsas på multimetern ). Spänningen ställs in med ratten AMPLITUDE. En enkel handledning för att koma igång med oscilloskopet finns som bilaga. Sinusformad spänning Ställ in på funktionsgeneratorn Beräknat utifrån inställda värden Avläst från oscilloskopets bild Enligt oscilloskopets mätfunktion f [Hz] U eff [V] T [s] U pk-pk [V] T [s] U pk-pk [V] T [s] U pk-pk [V] 50k 2,00 1500 5,00 200 0,50 50 1,00 Fyrkantspänning där puls och pulslucka är lika långa och där medelvärdet är noll Ställ in på funktionsgeneratorn Beräknat utifrån inställda värden Avläst från oscilloskopets bild Enligt oscilloskopets mätfunktion f [Hz] U eff [V] T [s] U pk-pk [V] T [s] U pk-pk [V] T [s] U pk-pk [V] 50k 2,00 1500 5,00 200 0,50 50 1,00 5
Uppgift 6: Mätning av temperatur Du skall konstruera en termometer med hjälp av en spänningskälla, en termistor och en voltmeter. Voltmetern skall visa temperaturen så att vid 20 visar voltmetern 20 mv och vid 30 visa r voltmetern 30 mv. Termistorn är ett NTC-motstånd köpt från ELFA. Termistorn har en resistans vid 25 på 10 kohm. På faktasidorna i katalogen kan man läsa att termistorns resistans kan beräknas med sambandet: R = A e B T Här är T temperaturen i Kelvin. B-värdet är för den aktuella termistorn är 3977. Ur detta kan konstanten A beräknas. Vi ser att resistansen inte är linjärt beroende av temperaturen. I ett mindre intervall kan vi ändå anse att sambandet är linjärt. Din koppling skall se ut så här: E Termistor R1 V Temperaturen i mv Du har nu två obekanta att beräkna, E och R 1. Det behövs således två ekvationer. Först beräknas resistansen hos termistorn vid 20 och vid 30 med sambandet ovan. Sedan används spänningsdelning för att ta fram ekvationerna varur E och R 1 löses ut. Voltmeterns inre resistans är 10 Mohm vilket gör att vi kan anse att den inte drar någon ström. Kontrollera termometerns funktion genom att jämföra med en riktig termometer. Temperatur enligt den konstruerade termometern Temperatur enligt en riktig termometer 6
Bilaga 7