Anlagenverzeichnis: 1. Lernziele. 2. Vorbereitung. 3. Versuchsdurchführung

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1 Dipl.-In. Peter Zeh VDI Laborübun Analoelektronik HTW Berlin Name, Vorname Sinum Datum: 1. Studienan: B2ET 2. Gruppe: 3. Anlaenverzeichnis: Note: 1. Lernziele Aufbau von Messschaltunen, Uman mit Funktionsenerator und Oszilloskop, Einstellen von Sinussinalen (Frequenz und Amplitude) am Funktionsenerator und Messen von Amplitude, Phase und Frequenz am Oszilloskop, Aufnahme und Darstellun von Bodediaramm (Amplituden- und Phasenan) und Ortskurve, Ermitteln der wichtisten Kennwerte von RC Gliedern (Übertraunskonstante, Grenzfrequenz, Zeitkonstante), Uman mit Mathematikprorammen (Mathcad) und Schaltunsanalyse- und simulationsprorammen (NI Multisim, LTSpice, Micro-Cap). 2. Vorbereitun 2.1. Berechnen Sie das Übertraunsverhalten eines Hoch- und eines Tiefpasses mit R = 1k und C = 10nF und stellen Sie das Übertraunsverhalten in Form eines Bodediaramms und einer Ortskurve dar. Nutzen Sie dazu das Proramm Mathcad Simulieren Sie beide Netzwerke mit einem Schaltunsanalyse- und simulationsproramm. Drucken Sie das Bodediaramm aus ( bei Micro-Cap Menü Analysis/AC (Alt+2); bei NI Multisim Menü Simulieren/Simulieren/AC-Analyse oder Bode-Plotter verwenden) Beantworten Sie die folende Frae: Wie verhalten sich die Phasenverschiebun in rd und die zeitliche Verschiebun zwischen der Ein- und Ausansspannun zueinander? Anmerkunen: Die Vorbereitun und deren Erebnisse sind Bestandteil des Laborberichts, werden also am Ende der Laborübun zusammen mit dem Messprotokoll abeeben und sind im Anlaenverzeichnis (oben) einzutraen. Die Proramme Mathcad und Micro-Cap laden Sie bitte von der Internetseite der Laborübunen oder vom ftp-server ftp://htwberlin.applicad-atit.de herunter. Eine Anleitun zum Herunterladen vom ftp-server finden Sie unter Zusätzlich finden Sie zur Erleichterun der Einarbeitun in die Proramme Beispiele (Examples) unter Bitte beachten Sie, dass es sich bei den Prorammen um Evaluationsversionen handelt, die ausschließlich für die eiene Ausbildun verwendet werden dürfen, nicht jedoch für kommerzielle Zwecke. 3. Versuchsdurchführun 3.1. Ermittlun der wichtisten Kennwerten der beiden RC-Glieder Hochpass und Tiefpass Abb. 1 Hochpass Abb. 2 Tiefpass Seite 1 von 7

2 Dipl.-In. Peter Zeh VDI Laborübun Analoelektronik HTW Berlin Ermitteln Sie die Kennwerten der beiden RC-Glieder Hochpass und Tiefpass rechnerisch Die Übertraunskonstante H beschreibt den Betra des Frequenzans H j bei der Frequenz >> beim Hochpass bzw. << Der Verlauf des Betraes über der Frequenz wie der Phasenan beim Tiefpass. H wird auch als Amplitudenan bezeichnet und ist Bestandteil des Bodediaramms. Der Frequenzan berechnet sich wie folt: H j u aus. Daraus eribt sich die Zeitkonstante eines RC-Netzwerkes aus R C und die Grenzkreisfrequenz aus 1. u ein Berechnun der wichtisten Kennwerte: Übertraen Sie die Erebnisse Ihrer Berechnunen in die Tabelle. Ermittelte Kennwerte: Hochpass Tiefpass Übertraunskonstante H (stationärer Endwert) H = H = Zeitkonstante = = Grenzkreisfrequenz = = Grenzfrequenz f f = f = Seite 2 von 7

3 Dipl.-In. Peter Zeh VDI Laborübun Analoelektronik HTW Berlin Messtechnische Aufnahme des Bodediaramms (Amplituden- und Phasenan und der Ortskurve Messen Sie in einem Frequenzbereich von mehr als einer Dekade unterhalb und oberhalb der Grenzfrequenz die Amplituden- und Phasenwerte [ H und ]; 2 f. Wählen Sie höchstens 10 Frequenzen f so, dass eine mölichst ute rafische Darstellun des Amplituden- und Phasenans mölich ist. Beinnen Sie mit den runden Frequenzen, also 100 Hz, 1 khz, 10 khz, 100 khz, 1 MHz. Traen Sie die Messwerte sofort auch in die Diaramme ein. Nun wählen Sie nach Bedarf weitere Frequenzen zwischen den runden Frequenzen, um die Kennlinien vervollständien und vollenden zu können. Den Amplitudenan zu messen heißt, die Ausansspannunen mit den Einansspannunen des RC-Netzwerkes zu verleichen. Den Phasenan zu messen heißt, die Phasenlae zwischen Ausansspannun und Einansspannun zu bestimmen. Machen Sie sich rechtzeiti vor dem Termin der Laborübun Gedanken darüber, wie mit Hilfe eines Oszilloskops Wechselspannunen und Phasenverschiebunen emessen werden können. Traen Sie Ihre Messwerte (Einansspannun, Ausansspannun, Phasenverschiebun) und die daraus errechneten Werte für die Amplituden, die Real- und die Imainäranteile in die für das jeweilie RC-Glied voresehene Tabelle ein. Übertraen Sie die Werte in die rafischen Darstellunen Bodediaramm und Ortskurve. Messschaltun: Abb. 3 Versuchsaufbau Hinweise: Die jeweilie Messfrequenz stellen Sie am Generator ein. Messen Sie alle Sinale in der Stellun AC des Oszilloskops. Damit vermeiden Sie einen Messfehler durch einen eventuell vorhandenen Gleichspannunsoffset vom Generator. Überprüfen Sie vor der Messun die Kalibrierunen am Oszilloskop (Amplitude der Kanäle I u. II, Zeitablenkun). Leen Sie die beiden Ablenklinien der Kanäle I u. II in die Mitte der Darstellun. Schalten Sie dabei die Einansschalter auf GND. Leen Sie den Generatorausan an Kanal I und stellen Sie die Ausansamplitude des Generators auf einen sinnvollen Wert ( z.b. 1,0 V oder 10,0 V ) ein. Die Sinuskurve wird bei der richtien Wahl des Messbereiches enau zwischen den beiden punktierten Linien ( +2,5 und -2,5 ) darestellt. Messen Sie die Spannunen immer zwischen den Scheitelwerten, also U SS (U-Spitze-Spitze). Bei der Messun der Phasenverschiebun ziehen Sie die Zeitachse mölichst breit (eine Bildschirmseite stellt nur eine oder eine halbe Periode dar). Achtun! Hierbei handelt es sich um eine relative Messun, d.h. die Kalibrierun der Zeitachse kann aufeeben werden. Seite 3 von 7

4 Dipl.-In. Peter Zeh VDI Laborübun Analoelektronik HTW Berlin Messun am Hochpass Tabelle Frequenz f [ khz ] 0, u ess [ V ] u ass [ V ] [ º ] H = u ass /u ess Re{ H ( j) Im{ H ( j) Platz für Berechnunen: Seite 4 von 7

5 Dipl.-In. Peter Zeh VDI Laborübun Analoelektronik HTW Berlin Kennlinien vom Hochpass Bodediaramm Der Amplitudenan Der Phasenan Ortskurve: 0.4 Im H x Re H x Seite 5 von 7

6 Dipl.-In. Peter Zeh VDI Laborübun Analoelektronik HTW Berlin Messun am Tiefpass Tabelle Frequenz f [ khz ] 0, u ess [ V ] u ass [ V ] [ º ] H = u ass /u ess Re{ H ( j) Im{ H ( j) Platz für Berechnunen: Seite 6 von 7

7 Dipl.-In. Peter Zeh VDI Laborübun Analoelektronik HTW Berlin Kennlinien vom Tiefpass Bodediaramm Der Amplitudenan Der Phasenan Ortskurve: 0 0 Im H x Re H x 1 Seite 7 von 7