Messungen von Frequenz, Zeit und Phase.

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1 Messungen von Frequenz, Zei und Phase. In den meisen Verahren zur Messung von Frequenz, Zei und Phase werden Recheckimpulse eingesez. Daher: Originalsignale (z.b. Sinus) müssen umgewandel werden. Umwandlung mi Hile eines Komparaorversärkers: U e U S Ua U e U S u u sin( ) e 0 e Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z

2 Messungen von Frequenz, Zei und Phase. Phasenverschiebung zwischen ulldurchgang des Sinus und der Flanke des Recheckimpulses: u u sin( ) dami: S e u arcsin uˆ S e Spezialall: 0 u s 0 ulldurchgang des Sinus und Flanke allen zusammen. Komparaor: Sinus-Recheck-Umsezer Wichiger Parameer bei Versärkern und Komparaoren: Slew-Rae: S due d Schnellse Spannungsänderung am Versärkerausgang bei Einspeisung einer idealen Impulslanke am Eingang. Für die Sinusunkion gil beim ulldurchgang: S ma 2 u e Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 2

3 Direkanzeigende Frequenzmessung a) Frequenzmessung uner Verwendung von Recheckimpulsen: Sinus-Recheck Umsezer Monolop _ U e U V U () e U q _ 0 u u Q 2 2 u 2 Q ; 0 0 Q eingesell über eernes RC. Ein nachgeschalees, mielwerbildendes Meßgerä (Drehspulmeßwerk, DMM mi iepaß, ec.) miß den Mielwer von u2 und dami die zu u2 proporionale Frequenz. Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 3

4 Direkanzeigende Frequenzmessung b) Frequenzmessung nach dem Verahren der Kondensaor- Umladung: Impedanzwandler Sinus-Recheck Umsezer C i U e U Funkion: Der Sinus-Recheck-Umsezer erzeug die Spannung u, die über den Impedanzwandler (V=) niederohmig gemach wird. Diese Spannung u2 erzeug einen Srom durch den Kondensaor C. U^ 2 i Auswerung: Gleichrichung (Einweg oder Zweiweg) und Messung mi Drehspulmeßwerk. Aus der Ladungsbilanz ergib sich: (n=: Einweggleichrichung, n=2: Zweiweggleichrichung) i ncu 2 Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 4

5 Messungen mi dem Digialzähler: Zählende Frequenz- und Zeimessung In den zählenden Verahren werden drei Grundbauseine eingesez: Frequenzgeneraor, orschalung, Frequenzzähler. Prinzipschalung: or-schalung zur digialen Periodendauermessung. Als Zeibasis dien ein inegrierer Quarzoszillaor (Schwingquarzschalung mi hoher Genauigkei <0-7 ). Oszillaor ak- Generaor MHz 7408 Zeiinervall Signal mi Impulslänge (periodisch oder "single sho") UD-Gaer & Frequenz- Zähler Meßwer: Zusammenhang zwischen Periodendauer und Zählergebnis : Diese Beziehung kann genuz werden zur Messung der Frequenz oder der Zei: a) Is = bekann, kann die Frequenz besimm werden. b) Wird eine ormalrequenz benuz, dann kann die Zei gemessen werden. Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 5

6 Zählende Frequenz- und Zeimessung In Abhängigkei von der Deiniion der Eingangssignale können die olgenden Messungen realisier werden: a) Frequenzmessung: Frequenzeingang: Zeieingang: Ergebnis: b) Periodendauermessung: Frequenzeingang: Zeieingang: Ergebnis: c) Zeimessung: Frequenzeingang: Zeieingang: Ergebnis: Sar Sop ( ) 2, 2 d) Frequenzverhälnis-Messung: Frequenzeingang: Zeieingang: Ergebnis: ür Die nowendigen Rechnungen werden in modernen Frequenzzählern auomaisch durchgeühr (rechnende Frequenzzähler). Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 6

7 Direkanzeigende Phasenmessung Die Phase wird besimm als Phasenverschiebung zwischen zwei Signalen. Die Angabe wird enweder als Winkel oder als Phasenverschiebungszei gemach. Die zur Phasenmessung eingesezen Schalungen sind denen bei der Zei- bzw. Frequenzmessung grundsäzlich ähnlich. Prinzipschalung: = U U XOR U 3 V _ U 3 Die phasenverschobenen Winkelspannungen u und u2 werden zunächs über zwei idenische Sinus-Recheck-Umsezer in die digialen Signale u und u2 umgeorm. Diese logischen Signale ("0" oder "") werden dann au ein Eklusiv-Oder-Gaer (XOR) gegeben, das nur dann einen Ausgangspegel "" lieer, wenn die beiden Eingangssignale ungleich sind ("Anivalenz"). Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 7

8 Direkanzeigende Phasenmessung Signalverlau: U_ U_ 2 U U 3 ^U 3 0 Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 8

9 Direkanzeigende Phasenmessung Also: Zweimal je Periode 0 enseh ein Impuls der Ampliude û 3 und der Phase Der Mielwer is ein direkes Maß ür die Phasenverschiebung (z.b. gemessen mi Drehspulmeßwerk): u 2u 2u u u3 3 Problem: Das Vorzeichen der Phasenverschiebung (sign()) geh bei dieser Meßmehode verloren und muß deshalb über andere Verahren besimm werden. Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 9

10 Digiale Phasenmessung Modiikaion der Prinzipschalung zur digialen Phasenmessung: U_ U_ 2 U Monolops S R ak U3 Ablauseuerung & Zähler Speicher Anzeige U U 3 U^ 3 0 Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z 0

11 Digiale Phasenmessung Die Impulsdauer (Phasenverschiebungszei) wird digial ausgemessen (ausgezähl). Frequenz des auszumessenden Signals: M 0 Die ormalrequenz soll in einem esen Verhälnis zu M sehen, also: n, n ganze Zahl; dann gil ür das angezeige Zählergebnis: Also: M z n M n 0 z n, 0 2 z n n besimm die Aulösung der Messung. Beispiel: Aulösung = 0,, n = Pro. Dr. Helmu Disper EM - Z