Operationsförstärkaren. Den inverterande förstärkaren. Integrerande A/D-omvandlare. Multimeter - blockschema. Integratorn. T ref *U x = -T x *U ref

Relevanta dokument
Multimeter och räknare AD-omvandling. Multimeter

Multimeter och räknare Del 2: Räknare. Räknare - varför

Multimeter och räknare

Multimeter och räknare AD-omvandling. Multimeter

Multimeter och räknare Del 1: Multimetern. Multimeter

Multimeter & Räknare

Tid- och frekvensmätning -inför laborationen-

Tid- och frekvensmätning Ola Jakobsson Johan Gran, labbhandledare

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

Tid- och frekvensmätning - inför laborationen del 2 -

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

Tid- och frekvensmätning - inför laborationen 2 - Ola Jakobsson Johan Gran

Innehåll forts. Mätosäkerhet Sampling Vikning (Aliasing) Principer för D/A omvandling Sammanfattning Lab-info Förberedelser och/eller övningar

Multimeter och räknare

A/D D/A omvandling Mätteknik för F

Mätning av elektriska storheter. Oscilloskopet

A/D D/A omvandling. EEM007 - Mätteknik för F 2015 CHRISTIAN ANTFOLK

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Elektroteknikens grunder Laboration 1

Multimeter och räknare Del 1: Multimetern. Multimeter

A/D D/A omvandling. Johan Nilsson

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Ett urval D/A- och A/D-omvandlare

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

Multimeter & Räknare 2015

Laborationshandledning för mätteknik

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Lab 3. Några slides att repetera inför Lab 3. William Sandqvist

A/D D/A omvandling. EEM007 - Mätteknik för F 2016 CHRISTIAN ANTFOLK / LARS WALLMAN

Räknare och impedansmätningar

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

Impedans och impedansmätning

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

Laborationsrapport Elektroteknik grundkurs ET1002 Mätteknik

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

LTK010, vt 2017 Elektronik Laboration

Impedans! och! impedansmätning! Temperatur! Komponentegenskaper! Töjning! Resistivitetsmätning i jordlager!.!.!.!.!

Mät kondensatorns reaktans

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Strömmätning på riktigt

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

DIGITAL MULTIMETER BRUKSANVISNING MODELL DT9201

DET ÄR INGEN KONST ATT MÄTA SPÄNNING OCH STRÖM

Sensorer och Mätteknik 2015

210 manual.pdf Tables 4

Laborationsrapport. Kurs Elinstallation, begränsad behörighet. Lab nr 2. Laborationens namn Växelströmskretsar. Kommentarer. Utförd den.

AD-DA-omvandlare. Mätteknik. Ville Jalkanen. 1

2E1112 Elektrisk mätteknik

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Vilken voltmeter till vad?

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Spä nningsmä tning äv periodiskä signäler

5 OP-förstärkare och filter

Introduktion till fordonselektronik ET054G. Föreläsning 3

Laborationsrapport. Kurs El- och styrteknik för tekniker ET1015. Lab nr. Laborationens namn Lik- och växelström. Kommentarer. Utförd den.

Ellära 2, Tema 3. Ville Jalkanen Tillämpad fysik och elektronik, UmU. 1

Apparater på labbet. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Elektronik/JH. Personalia: Namn: Kurs: Datum:

Operationsförstärkare (OP-förstärkare) Kapitel , 8.5 (översiktligt), 15.5 (t.o.m. "The Schmitt Trigger )

Spolens reaktans och resonanskretsar

D/A- och A/D-omvandlarmodul MOD687-31

Spänningsmätning av periodiska signaler

Bruksanvisning ELMA 21 LCR MULTIMETER / E:nr Göteborg 2003

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

Experiment med schmittrigger

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

TENTAMEN Tillämpad mätteknik, 7,5 hp

Mätteknik för E & D Tid- och frekvensmätning Laborationshandledning Institutionen för biomedicinsk teknik LTH

2E1112 Elektrisk mätteknik

Föreläsning 9 Transistorn och OP-förstärkaren

Växelström K O M P E N D I U M 2 ELEKTRO

Operationsfo rsta rkarens parametrar

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Induktiv beröringsfri närvarogivare/detektor med oscillator, (Proximity switch)

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Mätteknik för E & D Laborationshandledning Tid & frekvens Institutionen för biomedicinsk teknik LTH

Laboration - Va xelstro mskretsar

2E1112 Elektrisk mätteknik

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Att fjärrstyra fysiska experiment över nätet.

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Isolationsförstärkare

Strömtänger för AC ström

Laboration - Operationsfo rsta rkare

Kom igång med DSO-X 2014A

Laboration 1 Elektriska kretsar Online fjärrstyrd laborationsplats Blekinge Tekniska Högskola (BTH)

Operationsförstärkarens grundkopplingar.

Förstärkarens högfrekvensegenskaper. Återkoppling och stabilitet. Återkoppling och förstärkning/bandbredd. Operationsförstärkare.

Ellära och Elektronik Moment Filter och OP Föreläsning 8

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Svar till Hambley edition 6

Tentamen i Elektronik fk 5hp

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

Digitala kretsars dynamiska egenskaper

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Figur 1 Konstant ström genom givaren R t.

Transkript:

Multimeter)och)räknare) Multimeter och räknare Läsanvisningar Carlson,)Johansson:)Elektronisk)Mätteknik) Multimeter och räknare! Kap.)2.2) )Standardavvikelse),)s.72@73)! Kap.)3.) )Allmänt)om)spänningsmätning,)s.27) )30)! Kap)3.3) )Ingångssteget)i)en)DVM/DMM,)s.)36) )37)! Kap)3.4) )Integrerande)A/D@omvandling,)s.)40)@)42)! Kap)3.6)@)3.8) )Mätning)av)växelspänning/strömmar/resistans,)s.)5) )69)! Kap)3.9) )Speciella)DMM@funktioner,)s.)70) )72)! Kap)4.) )4.6)s.)93) )226)! Kap)4.8)) )4.0) )Övriga)mätfunktioner,)styrning)av)mätförlopp)samt)mätosäkerhet,)s.246)@)270) Du)skall)känna)till)och)kortfattat)kunna)beskriva:)! Likriktat)medelvärde,)effektivvärde)och)toppvärde)! Digital)voltmeter)! Ingångsimpedans)! Integrerande)A/D@omvandling)och)undertryckning)av)nätstörningar)(50)Hz).)! Tvåtråds@)och)fyrtrådsmätning)av)resistans)! Konventionell)och)reciprok)frekvensräknare)! De)fem)vanligaste)mätfelsorsakerna)vid)frekvens@)och)tidintervallsmätning)! Påverkan) av) hysteresbandets) bredd) för) triggerns) känslighet) och) när) olika) bredd) på) hysteresband) används)! Det)s.k.)±)felet)vid)frekvensmätning)! Relativ)och)absolut)noggrannhet)för)konventionell)och)reciprok)frekvensräknare)! Period@)och)tidintervallsmätare)! Stigtid,)falltid,)amplitud,)periodtid,)frekvens)och)pulslängd)för)en)pulsliknande)signal)! DC@kopplad)resp.)AC@kopplad)ingång)på)frekvensräknare)resp.)periodtidsmätare) För)godkänd)laboration)krävs:)! Godkänt)på)de)skriftliga)förberedelsefrågorna.)! Godkänd)laboration)! Godkänd)rapport)eller)godkänd)granskning)av)rapport) ) ) 2 Upplägg Multimeter - instrument Multimeter Grundprincip Inre resistans Spänningsmätning Resistansmätning Strömmätning Räknare Grundprincip Konventionell räknare Reciprok räknare Mätmetoder Upplösning HP/Agilent 3440 bänkmultimeter Hög noggrannhet, GPIB 3 Fluke 75 / 77 handhållen multimeter Billig, enkel, låg upplösning, enklare att ha i fickan 4 Multimeter - blockschema Multimeter - ingångssteg 5 6

Operationsförstärkaren Den inverterande förstärkaren Icke-inverterande ingång Inverterande ingång Vout = ( V + V ) G V out = ( V G = + Vout G = V V + V = V + V ) G = 0 Ideal Operationsförstärkare: Oändlig förstärkning (G) Oändlig bandbredd (oändligt snabb) Oändlig inresistans (ingen ström genom + och -) Ingen utresistans (kan driva ström) V + = V - (eftersom V + i detta fall är kopplat till jord fås en virtuell jord vid V - ) I IN = 0 (oändlig inresistans, ingen ström flyter in i operationsförstärkaren)=> I = I 2 Vin = I V R in R, I =, Vout = I 2 R2, V out R2 = V R in Multimeter - blockschema Integrerande A/D-omvandlare DC U x U ref T ref *U x = -T x *U ref U x = -T x *U ref /T ref 9 0 Integratorn I några AD-omvandlare används en integrator Utsignalen från en integrator beror på tiden och insignalen En integrator kan implementeras med en OP-förstärkare och en kondensator Spänningen över kondensatorn kommer att vara lika med utspänningen Generellt för en kondensator gäller VC = C t 0 i( t) dt V out V out = ( V + = RC V ) G t 0 V dt in 2 2

Multimeter - störningar Multimeter - störningar Integrerande AD-omvandling vanlig Styrning av integrationstiden möjliggör undertryckning av störning Alla frekvenser med ett helt antal våglängder inom integrationstiden kommer undertryckas Institutionen för Elektrisk Mätteknik 3 4 Andra A/D-omvandlare Parallellomvandlare (Flash) Deltapulsmodulation Successiv approximation Spänning/frekvensomvandling etc Multimeter - mätmetoder För att mäta ström, resistans och växelspänning måste dessa konverteras till en DC-spänning först 5 6 Multimeter växelspänning AC Multimeter likriktat medelvärde A/D-omvandlaren mäter likspänning. Andra storheter måste omvandlas till likspänning innan mätning Växelspänning Peak topp Peak-peak topp-topp Average likriktat medelvärde RMS Root mean square - effektivvärde Helvågslikriktning Likriktat medelvärde: Oftast inte intressant i sig U = T T 0 U ( t)dt 7 8 3

Multimeter effektivvärde RMS Effektivvärdet mest intressant Den växelspänning som utvecklar samma effekt i t.ex. en resistor som en likspänning med samma storlek. Repetition, Ohms lag: P=U*I=U 2 /R 2 U EFF T = T U 2 (t)dt 0 Multimeter - växelspänning Formfaktorn och toppfaktorn beskriver hur amplituden förhåller sig till effektivvärdet. formfaktorn U = U EFF toppfaktorn = Uˆ U EFF 9 20 Multimeter - växelspänning Hur mäter man effektivvärdet? Enkelt och billigt: Mät likriktat medelvärde och räkna om till effektivvärde mha formfaktorn Ger bara rätt värden för sinussignal Mer avancerade instrument: Mäter sant effektivvärde (true RMS) Multimeter - mätmetoder För att mäta ström, resistans och växelspänning måste dessa konverteras till en DC-spänning först 2 22 Multimeter - strömmätning Multimeter - strömmätning Viktigt att R inte är stort för att undvika att påverka kretsen man mäter på. Viktigt att R inte är stort för att undvika att påverka kretsen man mäter på. 23 24 4

Multimeter - mätmetoder För att mäta ström, resistans och växelspänning måste dessa konverteras till en DC-spänning först Multimeter - resistansmätning Två olika metoder att omvandla en resistans till en spänning Konstantströmmetoden Kvotmetoden 25 26 Multimeter - resistansmätning Multimeter - resistansmätning Konstantströmmetoden Tvåtrådsmätning Kvotmetoden Fyrtrådsmätning 27 28 Multimeter - instrument Multimeter inre resistans HP/Agilent 3440 bänkmultimeter Hög noggrannhet, GPIB Spänningsmätning Hög inre resistans Låg resistans ger spänningsdelning mätfel Strömmätning Låg inre resistans Hög resistans påverkar strömmen i kretsen Fluke 75 / 77 handhållen multimeter Billig, enkel, låg upplösning, enklare att ha i fickan 29 30 5

Multimeter - bakgrund Upplägg Viktigt att veta vad mätinstrumentet har för inre resistans. Vilken mätprincip använder instrumentet? Hur påverkar mätinställningarna noggrannheten? Multimeter Grundprincip Inre resistans Spänningsmätning Resistansmätning Strömmätning Räknare Grundprincip Konventionell räknare Reciprok räknare Mätmetoder Upplösning 3 32 Räknare Räknare - varför Frekvens Periodtid (/f) Tidmätning (T -T 2 ) Stigtid/falltid Pulslängd Avståndsmätning GPS Ett oscilloskop har normalt 3 4 siffors noggrannhet som bäst En räknare kan ha upp till 9 siffor 33 34 Räknare - frekvens Räknare - puls Frekvens anger hur många gånger en signal repeteras per sekund. Periodtidens inverterade värde, f = /T = N/TN Periodtid för två olika signaler 35 36 6

Räknare - konventionell Mäter antalet ingångscykler N under en viss mättid, typiskt sekund. Konventionell frekvensräknare Okänd signal Fyrkantspuls Tidfönster s. 37 38 Räknare - upplösning Mätosäkerhet då man kan få med delar av perioder, ± insignalscykel (relativt fel). Kvantiseringsfel (absolut fel) = / Mättiden 0 sekunder ger t. ex. upplösningen /0= 0. Hz Räknare - tidmätning Genom att byta plats på ingångsteget och oscillatorn får man en tidräknare. 39 40 Räknare - reciprok Klarar av att mäta frekvens enligt f = N / TN 2 separata räknarsteg - mäter över helt antal perioder Räknare - reciprok Alltid n hela perioder av insignalen Mätningen är inte synkroniserad med klockpulserna! ibland räknas klockpulsperioder och ibland ej 4 42 7

Räknare - upplösning Hög upplösning även vid låga frekvenser Relativa felet är nu ± klockcykel men det absoluta felet är oförändrat Räknare - interpolation Genom att hålla koll på var i klockpulserna man startar mätningen kan man få ännu högre noggrannhet En interpolatorkrets mäter fasläget på klockpulsen 43 44 Räknare - tidmätning Räknare - tidintervall SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden 45 46 Räknare - tidintervall Räknare tidmätning Mätosäkerhet på ± klockcykel För att höja noggrannheten kan man Öka klockfrekvensen Interpolera Använda medelvärdesbildning Ingen synkning av start/stop och klockan ger en upplösning som är klockpuls 0 MHz tidbasoscillator => 00 ns upplösning 47 48 8

Frekvensräknare HP533A Räknare - ingångssteg MΩ, frekvensberoende ok för < 00 MHz mindre belastning på objektet x eller x0 Frekvensoberoende dämpning 50 Ω för HF system 49 50 Räknare - ingångssteg Räknare - komparatorn ACkopplingskondensator Vars kapacitans bestämmer den undre gränsfrekvensen för ingången, vanligen 0-50 Hz Det dynamiska området är typiskt -5V / +5V. Kan gå upptill -50 /+50V med 0x dämpningen. Över det kapar dioderna topparna för att skydda instrumentet. Övre gränsfrekvens ofta 50-00 khz reducerar brus 5 Jämför insignalen med en triggernivå och slår om när triggernivån passeras 52 Räknaren - hysteresband Räknare - hysteresband Smalt Brett Skillnaden mellan triggpunkten och återställningspunkten kallas hysteresband Hysteresbandets förhållande till insignalen kan varieras genom en ställbar komparator eller genom att dämpa insignalen. Lågpassfilter samt ställbar hysteres => bra brusundertryckning 53 54 9

Räknare triggnivå 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 55 56 Räknare - skillnader Tidbasoscillatorn Vanligast är kvartskristall (SiO 2 ) Bygger på piezoelektrisk effekt Resonansfrekvensen beror bl.a. tjockleken, ytan och massan Problem; åldring, gravitation, stötar och retracing Skillnader mellan tid och frekvensmätningar 57 58 Tidbasoscillatorn Tre olika typer av kristalloscillatorer för olika krav Standardoscillatorer (UCXO = uncompensated x-tal oscillator) 0 ppm frekvensändring 0-50 C (ca 00Hz) Temperaturkompenserade oscillatorer (TCXO) en termistor styr en fintrimmningskondensator ppm frekvensändring 0-50 C (ca 0Hz) Ugnsstabiliserade oscillatorer (OCXO) kristallen sitter i ett hölje/ugn som hålls vid konstant temperatur (70 C ± 0,0 ) av effekttransistorer 0,-0,002 ppm frekvensändring 0-50 C (ca -0,02 Hz) 59 Mätosäkerheten De vanligaste osäkerhetsfaktorerna för frekvens- och tidintervallmätning är: Mätningens upplösning Triggerfel p.g.a. brus Tidbasoscillatorns osäkerhet Triggerpunktens inställningsosäkerhet Skillnader mellan ingångskanaler 60 0