Praktikum Signalverarbeitung W.Lauth, S.Bleser, M. Biroth, P. Gülker. Signale auf Leitungen

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Volker Frei
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WS 2014/2015 Praktikum Signalverarbeitung W.Lauth, S.Bleser, M. Biroth, P.

Ziel des Versuchs Verständnis der Signalausbreitung auf Leitungen, Leitungseigenschaften

Vorkenntnisse Experimentalphysik 2, Vorlesung Signalverarbeitung III.

Gs/s), Signalgenerator (25 MHz), Digitales Multimeter, Labornetzgerät, Steckbretter zur

1 WS 2014/2015 Praktikum Signalverarbeitung W.Lauth, S.Bleser, M. Biroth, P. Gülker Versuch 3 Signale auf Leitungen 04/ I. Ziel des Versuchs Verständnis der Signalausbreitung auf Leitungen, Leitungseigenschaften wie Wellenwiderstand, Laufzeit und Dämpfung, Reflexionsfaktor und Impedanzanpassung II. Vorkenntnisse Experimentalphysik 2, Vorlesung Signalverarbeitung III. Experimente Es stehen folgende Geräte zur Verfügung: Digitales Oszilloskop (200 MHz, 2 Gs/s), Signalgenerator (25 MHz), Digitales Multimeter, Labornetzgerät, Steckbretter zur Aufnahme von Bauelementen, verschiedene Koaxialkabel, Abschlusswiderstände, variabler Splitter, Laptop, Drucker. 1. Machen Sie sich zunächst mit den zur Verfügung stehenden Geräten vertraut: a. Verbinden Sie den Ausgang des Signalgenerators mit Kanal 1 des Oszillographen und den Trigger-Ausgang mit Kanal 4. Erzeugen Sie einen rechteckförmigen Impuls mit

2 einer Wiederholfrequenz von 1 khz und einer Breite von 50 ns. Der Oszillograph soll auf Kanal 4 getriggert werden. Schauen Sie sich das Signal mit und ohne Abschlusswiderstand (50 Ohm) für verschiedene Kabeltypen am Oszillographen an und nehmen Sie jeweils ein Bild im PNG-Format auf. Es stehen drei Kabel zur Verfügung: RG 58 Koaxialkabel (Billigware), RG 58 C/U Koaxialkabel und verdrilltes Kat. 5 Patchkabel. Sie können die Bilder dann entweder ausdrucken (Passbildformat) und hier einkleben oder direkt in dieses Dokument einbinden. b. Hausaufgabe: Schildern Sie Ihre Beobachtungen. Bestimmen Sie aus den Daten die Anstiegszeit des Signals und tragen Sie die Werte in die Tabelle ein. Vergleichen Sie die Werte mit der Einstellung des Signalgenerators. c. Bestimmen Sie die Laufzeit der Signale und die Abschwächung von langen Kabeln (ca. 10 m) und tragen Sie die Werte in die Tabelle ein. d. Messen Sie mit Hilfe des Multimeters die Kapazität der Kabel und tragen Sie die Werte in die Tabelle ein. e. Hausaufgabe: Berechnen Sie aus den gemessenen Werten den Wellenwiderstand und die Induktivität pro Längeneinheit.

3 Kabel Laufzeit Abschwä- Kapazität* Wellenwid. Induk[ns/m] chung berechnet tivität* [pf/m] [1/10m] [Ohm] [H/m] Wellenwid. Anstiegsgemessen zeit [Ohm] [ns] RG 58 Billigware RG 58 C/U Patchkabel RJ Reflexion und Wellenwiderstand a. Modifizieren Sie den Versuchsaufbau folgendermaßen: b. Schließen Sie das 10m lange Kabel RG 58 C/U mit dem variablen Widerstand ab und verändern Sie den Wert so lange, bis die Reflexion verschwindet. Messen Sie den eingestellten Wert und übertragen Sie diesen in die Tabelle. c. Wiederholen Sie den Versuch für das Patchkabel und das Kabel mit der Aufschrift Billigware. d. Nehmen Sie Bilder auf für das lange RG 58 C/U Kabel und die Fälle: I. das Kabel ist mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen II. das Kabelende ist offen III. das Kabelende ist kurzgeschlossen e. Hausaufgabe: Erklären Sie die gewonnen Ergebnisse mit Hilfe der Reflexionsfaktoren.

4 f. Am Verzweigungspunkt (T-Stück) soll absichtlich eine Fehlanpassung an der Quellenseite durchgeführt werden. Schalten Sie dazu einen 1 kohm Widerstand am Ausgang des Signalgenerators in Reihe. Wiederholen Sie die Versuche 2d) I.bis III. und nehmen Sie die entsprechenden Bilder auf. g. Hausaufgabe: Erklären Sie die Ergebnisse.

5 3. Delay Line Clipping a. Mit Hilfe eines kurzgeschlossenen Koaxialkabels können zeitlich lange Impulse verkürzt werden. Stellen Sie die Pulsbreite des Signalgenerators auf 1 µs und verschalten Sie die Kabel entsprechend dem nachfolgenden Bild. Nehmen Sie Bilder des Impulses mit und ohne Clipping Kabel auf. b. Hausaufgabe: Erklären Sie die Ergebnisse.

6 4. Anpassung des Wellenwiderstandes a. Drei Kabel mit gleichem Wellenwiderstand (50 Ohm) sollen reflexionsfrei miteinander verbunden werden. Berechnen Sie den Widerstand der gezeigten Schaltung und bauen Sie diese auf. Auf der Rückseite des 4-fach Verteilers mit BNC-Buchsen können die Widerstände eingesteckt werden. b. Überzeugen Sie sich davon, dass an dem Verbindungspunkt keine Reflexionen auftreten. Sie können das Signal mit dem Tastkopf am Verbindungspunkt messen. Nehmen Sie die entsprechenden Bilder auf.

7 c. Fügen Sie eine Fehlanpassung durch Serienschaltung eines 1kOhm Widerstandes am Ausgang des Signalgenerators ein und protokollieren Sie die Ausgangssignale durch die Aufnahme von Bildern. d. Wählen Sie anschließend absichtlich falsche Werte für die Widerstände und dokumentieren Sie die Ausgangssignale. e. Hausaufgabe: Erklären Sie die gemessenen Signalformen aus 4b) bis 4d). Stimmen die Signalhöhen mit ihren Erwartungen überein?

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