Kennenlernen der Laborgeräte und des Experimentier-Boards

Transkript

1 Kennenlernen der Laborgeräte und des Experimentier-Boards 1 Zielstellung des Versuches In diesem Praktikumsversuch werden Sie mit den eingesetzten Laborgeräten vertraut gemacht. Es werden verschiedene Signalverläufe mit Hilfe des Voltkraft Universal-Systems MS9140 eingestellt und durch das Hameg Oszilloskop HM1507 gemessen. Weiterhin werden Sie an einigen Modulen des Experimentier-Boards die logischen Funktionen ermitteln. 2 Technische und theoretische Grundlagen In den folgenden Abschnitten werden die eingesetzten Laborgeräte näher vorgestellt. 2.1 Das Voltkraft Universal-System MS9140 Dieses Kombi-Gerät lässt sich in 4 unabhängige Funktionseinheiten unterteilen: Labornetzteil, Multimeter, Funktionsgenerator und Frequenzzähler.

2 Bild1 Voltkraft Universal-System MS Labornetzteil Das Labornetzteil stellt dem Anwender an den 3 Anschlüssen folgende Spannungen zur Verfügung: 1. oberer Anschluss 5V/2A fest 2. mittlerer Anschluss 15V/1A fest 3. unterer Anschluss 0-30V und 0-2A einstellbare Werte für Spannung und Strom Die Drehknöpfe für Spannung und Strom sind ausschließlich für den unteren Anschluss gedacht. Die über die Drehknöpfe eingestellten Werte werden vom Display angezeigt. Hinweis: Die Funktionseinheiten Labornetzteil, Funktionsgenerator und Frequenzzähler werden über den Power-Taster im Labornetzteil angeschaltet Multimeter Das Multimeter dient zur Messung verschiedener Größen (Spannung,Strom, Widerstand, Kapazität). Es muss separat eingeschaltet werden (ON/OFF-Taster). Zur Spannungs- und Widerstandsmessung werden die Eingangsbuchsen COM und V/Ω benutzt. Zur Strommessung bis 200mA COM und A, bei mehr als 200 ma die Buchsen COM und 20A. Hinweis: Im Praktikum wird das Multimeter M-3860M von Voltcraft mit ähnlichen Anschlussbuchsen verwendet Funktionsgenerator Mit dem Funktionsgenerator lassen sich verschiedene Taktsignale generieren. Über den mittleren BNC-Anschluss erhält man dabei ein TTL-Signal, bei dem sich nur dir Frequenz ändern lässt. Mit dem unteren BNC-Anschluss kann man verschiedene Signalformen (Rechteck, Sinus, Sägezahn) einstellen. Gleichzeitig sind bei diesem Signal alle Parameter über die Drehknöpfe veränderbar. Diese Drehknöpfe sind so konzipiert, dass nur bei herausgezogenem Drehknopf sichtbare Änderungen wahrnehmbar sind. Die Frequenzen werden grundsätzlich über 2 Schritte eingestellt. 1. in der unteren Frequenzleiste im Abstand einer Zehnerpotenz die Grobeinstellung 2. mit dem rechten Drehknopf die Feineinstellung der Frequenz

3 2.1.4 Frequenzzähler Mit dem Frequenzzähler können von periodischen Signalen die jeweilige Frequenz bzw. Periodendauer gemessen werden. Über den BNC-Anschluss wird dabei ein externes Signal zugeführt. Durch Einschalten des Drucktasters Display (F/G) unten rechts beim Funktionsgenerator, wird die Frequenz des Signals des Funktionsgenerators intern (also ohne externe Verkabelung der Buchsen) gemessen und ausgegeben. 2.2 Das Oszilloskop HM1507 von Hameg Alle Laborplätze des Labors sind mit dem Oszilloskop HM1507 ausgestattet, das eine analoge Bandbreite von 150 MHz aufweist und digital bis zu 200 MS/s abtasten kann. Nachdem mit dem Power-Knopf das Gerät angeschaltet wurde, erhält man durch Nutzung des AUTO SET-Tasters ein erstes sinnvolles Bild. Bild2 Oszilloskop HM1507 In den folgenden Abbildungen sollen die Funktionen der Knöpfe und Taster des Oszilloskops näher erläutert werden.

4 Dieser Bereich dient zur Einstellung der Werte für das Signal 1 und kann über deckungsgleich angeordnete Taster und Drehknöpfe für das Eingangssignal 2 angewendet werden. Der Tastknopf DUAL dient dabei zur gleichzeitigen Anzeige beider Signale. Zusätzlich kann durch längeres Drücken dieses Tastknopfes in den Darstellungsmodus (X-Y) umgeschaltet werden. Dieser 2. Bereich wird für die richtige Einstellung der x-achse benötigt. In diesem Bereich werden die gesamten Triggereinstellungen vorgenommen. Direkt unter dem Display befindet sich dieser Bereich, der für die Cursor-Einstellungen vorgesehen ist.

5 Der letzte Bereich befindet sich oben rechts und ist für den Digitalspeichermodus vorgesehen. Für unsere Arbeit im Praktikum sind dabei nur die beiden beschriebenen Tastknöpfe relevant. 3.Das Experimentier-Board Bild3 Experimentier-Board Das Experimentier-Board wird mit einer Speisespannung von +5V über die beiden Anschlüsse (Kabel links oben) betrieben. Über eine im Board eingearbeitete Leiterplatte können dadurch die einzelnen Module mit der Speisespannung versorgt werden. Dies geschieht über die Steckkontakte der Module. Die Module sind grundsätzlich so aufgebaut, dass links die Eingänge und rechts die Ausgänge angeordnet sind. Für den Anschluss von Eingangssignalen sind das Schalter- und das Anschlussmodul vorgesehen. Als Anzeigeelemente dienen LED s oder 7-Segment-Anzeigen. Die restlichen Module enthalten logische Gatter oder Flipflops zum Aufbau von Schaltungen. Für spezielle ICs sind zusätzlich noch Fassungen vorhanden. Beim Einsatz dieser Module muss darauf geachtet werden, dass in diesem Fall Speisespannung und Masse über die externen Anschlüsse des verwendeten Bausteins separat zu beschalten sind. 4.Aufgaben zur Versuchsvorbereitung 4.1 Erläutern Sie die Begriffe Frequenz,Schwingungsdauer, Offset, Amplitude und Symmetrie eines Taktsignals. 4.2 Geben Sie an, wo und wie in einem Stromkreis an einem Verbraucher die elektrische Spannung und der Strom gemessen werden. Skizzieren Sie die jeweilige Messschaltung!

6 5. Versuchsaufgaben 5.1 Ermitteln Sie an den vorliegenden drei logischen Grundgatter-Modulen mit jeweils zwei Eingängen über die Angabe der Wahrheitstabellen die jeweilige logische Funktion! Bauen Sie dazu, wie in Bild 4 angegeben, die jeweilige Schaltung auf und testen Sie alle Eingangskombinationen! Bild4 Schaltskizze 5.2 Geben Sie mit dem mittleren Ausgang (TTL-Pegel) des Funktionsgenerators ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 750 Hz aus. Messen Sie das Signal mit dem Oszilloskop! Stellen Sie dabei eine Periode des Signals über den gesamten Bildbereich des Oszilloskops dar! Messen Sie die Spannungen für Low und High am Rechtecksignal! Zeichnen Sie das Signal auf Millimeterpapier (Beispiel siehe Bild5) mit Angabe aller relevanten Werte! 5.3 Testen Sie, was mit dem Signalverlauf von Aufgabe 5.2 passiert, wenn die Triggerung falsch eingestellt ist! Zu diesem Zweck stellen Sie den Trigger-Mode (s.o.) auf DC und ändern den Level Ihres Triggerpunktes. Zusätzlich testen Sie noch die Änderung der Triggerflanke! Wie ändern sich die Darstellungen des Signalverlaufs? Erläutern Sie aus den gewonnenen Erkenntnissen, die Notwendigkeit der richtigen Triggerung von dargestellten Signalen! 5.4 Stellen Sie am unteren Ausgang des Funktionsgenerators das unsymmetrische Sägezahn- Signal ein, wie in Bild5 angezeigt. Bild5 Diagramm eines unsymmetrischen Sägezahn-Signals