Laborprotokoll Messtechnik

Transkript

1 Laborprotokoll: Schwingung Meßversuch an einem Hoch- und Tiefpass Teilnehmer: Draeger, Frank Mayer, Michael Sabrowske, Malte

2 1 Inhaltsverzeichnis 1 INHALTSVERZEICHNIS AUFGABENSTELLUNG... FEHLER! TEXTMARKE NICHT DEFINIERT. 3 MESSAUFBAU TIEFPASS HOCHPASS...FEHLER! TEXTMARKE NICHT DEFINIERT. 3.3 TIEFPASS HOCHPASS KOMBINATION FREQUENZKOMPENSIERTER SPANNUNGSTEILER AUSWERTUNG TIEFPASS HOCHPASS TIEFPASS HOCHPASS KOMBINATION FREQUENZKOMPENSIERTER SPANNUNGSTEILER... 5

3 2.1 Messaufbau eines Tiefpasses TP Um die Frequenzkurve eines Tiefpasses zu ermitteln wurde eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R und einem Kondensator C aufgebaut. Die sinusförmige Eingangsspannung U1 lieferte ein Funktionsgenerator. Gemessen wurde die Ausgangsspannung U2 in Abhängigkeit der Frequenz f. Um dieses bewerkstelligen zu können wurde die Frequenz schrittweise von 10Hz bis auf 100kHz erhöht. Dabei musste darauf geachtet werden, dass die Eingangsspannung konstant (in unserem Fall 5V Amplitude) gehalten wurde. Ein nicht- nachregeln der Eingangsspannung hätte zur Folge gehabt, dass die ermittelten Messwerte verfälscht würden, und man so zu keinen eindeutigen Schlussfolgerungen käme. Bevor jedoch mit der Messung begonnen wurde, haben wir die Grenzfrequenz fg wie folgt berechnet: 1 1 fg = = = 9947 Hz ~ 10kHz 2*p*RC 2*p*1600*10*O*nF ======= U 1 U 2 U 1 U 2 R = 1,6 kω C = 10 nf Netz FG Meßobjekt Schaltbild Messschaltung 2.1 Blockschaltbild Messschaltung 2.1 Nachdem die Messung beendet war, wurden die Messwerte in ein Diagramm U2=f(f) und in ein Bodediagramm Überführt. 2.2 Messaufbau einer TP-HP-Kombination Als zweites wurde Eine Kombination aus dem Tiefpass aus 2.1 und einem Hochpass aufgebaut. Wie schon in Schaltung 2.1 wurde hier die Ausgangsspannung U2 abhängig von der Frequenz f gemessen. Auch hierbei wurde die Eingangsspannung U1 von einem Funktionsgenerator geliefert. Um auch hierbei Änderungen von U2 zu ermitteln wurde die Frequenz schrittweise von 10Hz bis auf 100kHz erhöht. Auch hierbei musste darauf geachtet werden, dass die Eingangsspannung konstant (5V Amplitude) gehalten wurde. Diese Messung wurde zweimal gemacht, einmal mit C2 = 10nF, und einmal mit C2 = 100nF. Bevor jedoch mit den Messungen begonnen wurde, haben wir auch hier erst einmal die Grenzfrequenzen fg berechnet. Da fg für den Tiefpass schon bekannt war, wurden nur die beiden Grenzfrequenzen für die Hochpässe wie folgt berechnet, C2 = 10nF: 1 1 fg = = = 994Hz ~ 1kHz 2*p*RC 2*p*16*10*kO*nF ======= C2 = 100nF: 1 1 fg = = = 99 Hz ~ 10Hz 2*p*RC 2*p*16*100*kO*nF ======= C 2 U 1 U 2 R 2 Schaltbild Messschaltung 2.2 = 1,6 kω ; = 10 nf ; R 2 = 16 kω ; C 2 = 10 nf / 100 nf Nachdem die Messungen beendet waren, wurden sie in ein Diagramm U2=F(f) und in ein Bodediagramm übertragen. Anschließend sei noch angemerkt, dass beide Messungen parallen zu den analogen Messungen halbautomatisch mit dem PC aufgenommen wurden.

4 2.4 Bestimmung der Grenzfrequenzen aus Anstiegszeit und Dachabfall Bei dieser Messung wurde die Grenzfrequenz nur mithilfe des Oszilloskops gemessen Grundüberlegung : Ein exakt rechteckförmiger Impuls läßt sich nur sehr schwer von einem Vierpol unverzerrt übertragen. Auf dem Übertragungsweg erfährt er stets Verformungen (Verzerrungen) sowohl seines senkrechten Anstiegs als auch seines waagerechten Daches. Aus diesen Verformungen lassen sich nun messtechnisch Rückschlüsse auf die Grenzfrequenzen ziehen. Meßprinzip : Der TP und der HP des Vierpols aus 2.2 werden jetzt getrennt nacheinander (Brücke offen) aus einem Impulsgenerator mit Rechteckimpulsen (Tastverhältnis TV = 1 : 2 ) am Eingang angesteuert. Von den Ausgangsimpulsen werden Anstiegszeit t r (rise-time) und Dachabfall U Dach messtechnisch ermittelt und daraus die obere und untere Grenzfrequenz berechnet. 0,35 Es gilt : f go ( für TP ) und f gu 2 p ( für HP ) π f Generator t r 3. Abgleich eines Frequenzkompensierten Spannungsteilers Als letzte Versuchsschaltung wurde ein so genannter Frequenzkompensierter Spannungsteiler aufgebaut. Die rechteckförmige Eingangsspannung U1 wurde wieder von dem Funktionsgenerator (wieder 5V) geliefert. Die Frequenz wurde mit 20 khz eingestellt. In der ersten Messung der Kondensator C1 als variabel ausgelegt. In der zweiten Messung wurde C1 durch ein 2,5m langes Koaxialkabel ersetzt. Gemessen wurde die Ausgangsspannung U2. Koaxialkabel C K L = 2,5 m U 1 R 2 C 2 u 2 (t) U 2 = 9 kω R 2 = 1 kω C 2 = 5 nf Schaltbild Messschaltung 3

5 2 Messaufbau 2.1 Tiefpass 2.2 Tiefpass Hochpass Kombination 2.3 Frequenzkompensierter Spannungsteiler 3 Auswertung 3.1 Tiefpass 3.2 Hochpass 3.3 Tiefpass Hochpass Kombination 3.4 Frequenzkompensierter Spannungsteiler