Kasutatavad seadmed: Generaator: G3-112 Voltmeeter 1: B7-37 Voltmeeter 2: B7-40 Ostsillograaf: C1-83 Fasomeeter: A3261 1.2 Ühenda generaator kahe voltmeetriga (skeemid) 1.3 Siinuselise signaali mõõtmine f=2000 Hz, U=3V Kahe voltmeetri näidud U1=2,99 V U2=3,003 V Näitude piirvead U1=(1,5+0,2(20/2,99 1))*(2,99/100) = ± 0,08 V U2=(0,6+0,1(20/3,003 1))*(3,003/100) = ± 0,035 V U1 ± U1= (2,99 ± 0,08) V U2 ± U2= (3,003 ± 0,035) V Tulemused on omavahel kooskõlas. 1.4 Nelinurksignaali mõõtmine f=2000 Hz, U=3V Kahe voltmeetri näidud U1=3,55 V (signaali mooduli keskväärtus Um) U2=3,210 V (efektiivväärtus Ue) Um = Ue* 2 Ukesk = Um * 2 / S Ue = K * Ukesk K = Ue / Ukesk = (Um /) / (Um * 2 / S) = (3,55/ )/(3,55*2/S) = 1,1107 Nelinurksignaali korral kehtib voltmeetrite pingete vahel seos U1 = U2 * K Järelikult arvutuslikult U1=3,210 * 1,1107 = 3,57 V, mis on ligikaudselt võrdne voltmeeter B7- 37 näiduga. 2.2 Mõõda ostsillograafiga signaali väärtus.
u1=152mV u2=0,75mV u3=0,23mV Generaatori väljundpinge sagedus 1 kHz , Upp = 200mV u1=390mV u2=4,8mV u3=7,31mV 7. Leitud dünaamiline diapasoon. U Mõõdame asja üle. 8. Järeldused punkti 7. Kohta (juhendis punkt 6). Joonis 6. Generaatori väljund (graafikul sinine) ja vastuvõtja sisend 100Hz täisnurksignaali korral. Joonis 7. Generaatori väljund (graafikul sinine) ja vastuvõtja sisend 1000 Hz täisnurksignaali korral. Joonis 8. Spekter 100 Hz nelinurksignaali ülekandmisel (generaator väljund ja vastuvõtja sisend on kuvatud vastavalt värividega sisine ja punane). Joonis 9. Spekter 1000 Hz nelinurksignaali ülekandmisel (generaator väljund ja vastuvõtja sisend on kuvatud vastavalt värividega sisine ja punane). Nelinurk signaal koosneb mitmetest siinus signaalidest. Kuna uuritav raadiotrakt ei võimaldanud kõrgemaid sageduslikke komponente üle kanda, tekkisid vastuvõetud signaalis moonutused. 9
2000513 7,2274 -29,81 2001025 0,3205 -56,94 Tabel nr. 1. Signaalide spektrite sagedused ja amplituudid. Kontrollisime, kas seos ühikute vahel dBm=>mV vastab teoreetilisele. Võtsime näiteks 80,35 mV, mis oli -8,92 dBm. Seega saadud tulemused langevad üsna täpselt kokku teoreetilistega. Töö tulemuste selgitus ja kriitiline hinnang Nelinurksignaali ja kolmnurksignaali spektrikomponentide sagedused erinesid mõõdetust ligikaudu 10 kHz. Kahepoolse kolmnurga puhul ligikaudu 3 kHz. Nelinurksignaali, kolmnurksignaali ja kahepoolse kolmnurksignaali puhul erinesid amplituudid ligikaudu 1 mV. Amplituud- ja sagedusmodulatsiooni spektrikomponentide amplituudid olid ootuspärased, AM-i puhul oli signaali enamus võimsusest kandesagedusel. Mõõteseadme kohta võiks öelda, et sageduse mõõtmistäpsus
Tallinna Tehnikaülikool Automaatikainstituut Mõõtmine Labor 2 aruanne Maria Kohtla 103548IAPB 20.04.2011 Tallinn 2011 Arvutused 1. ülesanne: jälgi generaatori siinussignaali sagedusel 1000 Hz Pilt arvutist f = 1 kHz, 9.80V Um= =4.90V (amplituud) 2 dV 0.66V = =16500 dt 0,04 ms 2. ülesanne: jälgi generaatori nelinurksignaali sagedusega 1.1 MHz Pilt arvutist: Frondi tõusuaeg on 38 ns ja langusaeg 22 ns. 3. ülesanne: jälgi kõlari sumbuvat võnkumist Pilt arvutist: Kõlari võnkesagedus on f = 64.90 Hz Kolm järjestikus amplituuudi sain: A1 = 1.02 V, A2 = 0.23 V, A3 = 0.17 V 4. ülesanne: jälgi ülekantava sümboli signaali arvuti RS232 väljundis Pilt arvutist: Sümboliks valisin ,,k", mille ASCII kood on 1101011, pinge see aeg on 21.56 V ja biti pikkus on 0,11 ms. Järeldused
arvuti tarkvarast (ploki draiverist). Töö eesmärk: Signaalide registreerimine numbrilisel kujul, nende jälgimine ja töötlus. Mõõtetulemused ja arvutused Ülesanne 1: Jälgi generaatori siinussignaali sagedusel 1100 Hz sagedus f=1080 Hz amplituud Um=0,75 V Mõõdetud maksimaalne kasvukiirus: v= = = 3837 V/s Arvutuslik maksimaalne kasvukiirus: = 2 * f * Um = 2 *1080 * 0,75 = 5089 V/s Pilt signaalist: Ülesanne 2: Jälgi generaatori nelinurksignaali sagedusega 0.9 MHz Signaali tõusuaeg 26 ns Signaali langusaeg 24 ns Pildid signaalist: Ülesanne 3: Jälgi kõlari sumbuvat võnkumist Võnkesagedus f=56,82 Hz A1max=2,45 V A2max=1,08 V A3max=0,80 V Sumbuvustegur =ln( ) * 56,82= 46,54 u(t) = Umax * e-t cos() = 2,45 * e-46,54t cos(113,64t)
3,000 20 U 2=± 0,60,1 -1 %= ±1,15 %= ±0,0346V 3,010 U1 = 3,000 ± 0,079 V U2 = 3,010 ± 0,035 V Mõõtetäpsuse piires langevad tulemused kokku. Nelinurksignaal f = 1000Hz, U=3V V1 mõõdab signaali mooduli keskväärtust V2 mõõdab signaali efektiivväärtust U1 =3.950 V U2 =3.568 V Um = Ue 2 Ukesk = Um * 2 / Ue = K * Ukesk K = Ue / Ukesk = (Um / 2 ) / (Um * 2 / ) = / 2 2 = 1,1107 Nelinurksignaali korral kehtib voltmeetrite pingete vahel seos U2 = U1 * K Seega arvutuslikult U2 = 3,568* 1,1107 = 3,96V. Ostsillograafiga mõõtmine, siinuspinge Signaali ulatus Vpp= 4,3 * 0,2 = 0,86V Signaali periood: T = 4,8 * 0,2 = 0,96 ms Signaali sagedus: f = 1/T = 1/0,96*10-3 =1000 Hz (sagedus on sama) koormusega U = 2,95 V I = 2,554 mA Pingelang ampermeetril UA = 26.1 mV U 2,95 Z= = =1,15 k I 2,554 20 U =±1,50,2 -1 %= ±2,65 %= ±0,078V
K.dif (dB) 47,086 47,009 46,978 46.892 45,894 47.5 47 Kdiflg46.5 46 45.5 4 4 4 4 5 0 2×10 4×10 6×10 8×10 1×10 f Joonis 4. Diferentsvõimendi logaritmiline amplituud-sageduskarakteristik 6. Nelinurk- ja kolmnurksignaalide kuju Joonis 4. Nelinurksignaali kuju Kolmnurksignaali puhul jäid väljundpinged samaks. Joonis 5. Kolmnurksignaali kuju 7. Võimendi sünfaasse signaali reziimis, sünfaasse signaali võimendustegur. Mõõdetud: Usis=1 V Uv1=628 mV K.sünf=Uv1/Usis= 0,628 Arvutatud: K.sünf=Rk/2RE=0,6 8. Diferentspinge amplituud sünfaasse signaali korral Diferentspinge amplituud Usünf=15,4mV 9. Arvutatud SSMT SSMT= 20log(K.dif/K.sünf)=20log(226/0,628)=51,12dB 10. Kokkuvõte tehtud tööst
Tulemused langevad kokku mõõtetäpsuse piiridega. b) Nelinurksignaal. Sagedus 2 kHz, pinge 3 V. Generaatori sumbuvus 10 dB. U1 = 3.571 V(V7-40/4) - Ue U2 = 3.95 V(V7-37) - Um Voltmeetri B7-37 näit voltmeetri B7-40 näidu kaudu: Voltmeeter B7-37 mõõdab signaali mooduli keskväärtust Um, kuid B7-40 signaali efektiivväärtust Ue. ; Seega kehtib nelinurksignaali korral voltmeetrite pigete vahel seos: $ # Kontrollin: $ %. Saadud tulemus erineb väga vähe mõõtmisel saadud tulemusest. 2. Vahelduvpinge jälgimine Siinuseline signaal f= 2kHz Signaali ulatus: 4 jaotust, tundlikkus 2V/jaotus periood T = 5 jaotust, tundlikkus 0,2 ms/jaotus ostsillograafi võimendus: 0,5 Amplituud: Y Y
U1 = 3,005 V [B7-40] U2 = 3,00 V [B7-37] U1 = (0,6 + 0,1 * (20 / U1 1)) * U1 / 100 = = (0,6 + 0,1 * (20 / 3,005 1)) * 3,005 / 100 = 0,035 V U2 = (1,5 + 0,2 * (20 / U2 1)) * U2 / 100 = = (1,5 + 0,2 * (20 / 3,00 1)) * 3,00 / 100 = 0,079 V U1 = 3,005 0,035 V U2 = 3,000 0,079 V U1 ja U2 määramatuse piirides langevad kokku. Lülita generaatori väljundsignaaliks nelinurksignaal (võrdse amplituudiga ±Um ning nullise keskväärtusega signaal). Samade parameetritega nelinurksignaali korral: U1 = 3,58 V V1 mõõdab signaali efektiivväärtust U2 = 3,96 V V2 mõõdab signaali mooduli keskväärtust Arvutades B7-40 väärtusest B7-37 väärtust, eeldusel et nelinurksignaal on täiuslik , saame: UB7-37 = (U1 * ) / (2 * sqrt(2)) = 3,974 V U2 = ± [1,5 + 0,2*(Ump/U - 1)] % = V U2 = 3,96 V Määramatustest järeldame, et arvutuslik ja mõõdetud tulemus kattuvad. 2. Vahelduvpinge jälgimine U1= 3,005 V [B7-40] U2 = 3,00 V [B7-37] signaali ulatus Vpp 4.3 jaotust
B7-37 R2 = ± (1,5 + 0,2 * [(U / U k )- 1]) * U k /100 , kus U=20V R2 = ± (1,5 + 0,2 * (20/3.009 - 1)) * 3,009/100= ± 0,079117 V U1=3,00 V ± 0,08 V U2=3,009 V ± 0,035 V Tulemused langevad kokku mõõtemääramatuse piires. Nelinurksignaal U1=3,41 V (efektiivväärtus Um) U2=3,77 V (signaali mooduli keskväärtus Ue) Um = Ue* 2 Ukesk = Um * 2 / Ue = K * Ukesk K = Ue / Ukesk = (Um / 2 ) / (Um * 2 / ) = / 2 2 = 1,1107 Nelinurksignaali korral kehtib voltmeetrite pingete vahel seos U2 = U1 * K Seega arvutuslikult U2 = 3,41/ 1,1107 = 3,787 V. Võrreldes arvutamisel saadud U1 väärtust ja mõõtmisel saadud tulemust, siis arvud erinevad teineteisest väga vähe. Vahelduvpinge jälgimine G V V Siinuseline signaal f = 2000 Hz U1 = 3,0 V U2 = 3,009 V U = U1 2 = 3,0 * 2 = 4,243 V Signaali periood: T = 5 * 0,1 = 0,5 ms Signaali sagedus: fo = 1/T = 1/0,5*10-3 =2000 Hz
20 U 2 = ±1,5 + 0,2 - 1 %; U 2 = ±0,095V ; U 2 U1 = 3,00 0,039 V U2 = 3,016 0,095 V Mõõtetäpsuse piires langevad tulemused kokku. Nelinurksignaal f = 2 kHz, amplituud Um võrdne, keskväärtus: 0 V1 mõõdab signaali efektiivväärtust V2 mõõdab signaali mooduli keskväärtust U1 = 4,13 V U2 = 3,753 V Um = Ue 2 Ukesk = Um * 2 / Ue = K * Ukesk K = Ue / Ukesk = (Um / 2 ) / (Um * 2 / ) = / 2 2 = 1,1107 Nelinurksignaali korral kehtib voltmeetrite pingete vahel seos U2 = U1 * K Seega arvutuslikult U2 = 4,13* 1,1107 = 4,59 V Vahelduvpinge jälgimine Skeem: Siinuseline signaal f = 2 kHz Signaali pinge: U = 4,1 V Voltmeetri näit: 2,92 Et kontrollida, kas saadud pinge väärtus on sama mis voltmeetrilt saadud U 2, tuleb U22 = 2,92 * 2 = 4,13V. Signaali periood: T = 5 * 0,1 = 0,5 ms Signaali sagedus: f = 1/T = 1/0,5*10-3 =2000 Hz Nelinurksignaal Signaali ulatus tipust-tippu: Upp = 4 * 2 = 8 V
U2 = ± (1,5 + 0,2 * (20 / U2 1)) * U2 / 100 = = ± (1,5 + 0,2 * (20 / 3,000 1)) * 3,000 / 100 = ± 0,079 V U1 = 3,015 ± 0,035 V U2 = 3,000 ± 0,079 V Mõõtetäpsuse piires langevad mõlema voltmeetri näidud kokku. Nelinurk signaal (f = 5 kHz): V1 mõõdab signaali efektiivväärtust V2 mõõdab signaali mooduli keskväärtust U1 = 3,644 V U2 = 4,010 V Um = Ue 2 Ukesk = Um * 2 / Ue = K * Ukesk K = Ue / Ukesk = (Um / 2 ) / (Um * 2 / ) = / 2 2 = 1,1107 Nelinurksignaali korral kehtib voltmeetrite pingete vahel seos U2 = U1 * K Seega arvutuslikult U2 = 3,644 * 1,1107 = 4,047 V Tulemus langeb enam-vähem mõõtmisel saadud U2 väärtusega kokku. Vahelduvpinge jälgimine Skeem: U1 U2 G V1 V2 Osts. Siinuseline signaal (f = 5 kHz): U1 = 3,028 V U2 = 3,000 V U = U1 2 = 3,028 * 2 = 4,282 V Ostsillograafil jaotisi: j = 2,1 Ostsillograafi võimendus: v = 10
U 1 100 3,001 100 20 U 20 3,000 U 2 = ± 0,6 + 0,1 - 1 1 = ± 0,6 + 0,1 - 1 = ±0,035V U1 100 3,000 100 U1 = 3,001 ± 0,08 V U2 = 3,000 ± 0,03 V Nelinurksignaal (f = 2 kHz): V(U1) mõõdab signaali efektiivväärtust, V (U2) mõõdab signaali mooduli keskväärtust U1 = 3,426 V U2= 3,790 V Nelinurksignaali korral kehtib voltmeetrite pingete vahel seos U2 = U1 * K Um 2 Ue kus U m = U e 2 , U kesk = , Ue = K*Ukesk, K = = = 1,1107 U kesk 2 2 Seega arvutuslikult U2 = 3,790 * 1,1107 = 4,209 V Tulemuse ja mõõdetud suuruse vahe on 0,419V, mis on vigadest suurem. 2. Vahelduvpinge jälgimine Skeem: U 1 U 2
alaliskomponendi) kuid näitab sin. signaali korral efektiivväärtust, korrutades alaliskomponendi väärtuse sobiliku koefitsiendiga. Teise kujuga signaali korral näit ei ole õige. Voltmeetri B7-37 näit voltmeetri B7-40 näidu kaudu: 2 2 Um = Ue 2 Ukesk = Um Ue = K * Ukesk K = Ue / Ukesk = (Um/ 2 )/( Um ) = 2 2 = 1,1102 Nelinurksignaali korral kehtib voltmeetrite pingete vahel seos U2 = U1 * K U2 = 3,056 * 1,1102 = 3,392V Seega arvutuslik tulemus sobib mõõdetud tulemusega kümnendiku täpsusega. 2. Vahelduvpinge jälgimine Siinuseline signaal (F = 2 KHz): U1 = 3,032 V U2 = 2,9 V U = U1 2 = 3,032 * 2 = 4,287 V Ostsillograafil jaotisi: j = 2,1 Ostsillograafi võimendus: v = 10 Ostsillograafi jaotise väärtus: t = 0,2 V Uo = j * v * t = 2,1 * 10 * 0,2 = 4,2 V
Vähim väljundpinge on valitud nii, et see peab 2...3 kordselt ületama mürapinge amplituudi vastuvõtja väljundis juhul kui saatja sisendis signaali pole. Umin 16mV 3x suurem 45mV Umax = 10V U1 := 10 -3 U2 := 45 10 D := 20 log U1 D = 46.936 U2 7. Jälgisime täisnurksignaali moonutusi ülekandel. Selleks seadsime generaatori väljundsignaali kujuks nelinurksignaali sagedusega 100 Hz, hiljem 1 kHz. Pidime võrdlema saadud signaali teoreetilisega. Nagu näha, pole täisnurksetest signaalidest eriti midagi alles. 100Hz puhul võib seda seletada sellega, et saatja ja vastuvõtja toiteallika enda sagedus moonutavad juba saadetavat sagedust. 100mV juures ei jõua isegi põhisignaal kohale, vb. 3. harmooniline. 1000Hz puhul näeme peaaegu puhast siinust. Jah. Kokkuvõte
U2 = 3,010 V± 0,035 V Mõõtetäpsuse piires langevad mõlema voltmeetri näidud kokku. Nelinurk signaal (f = 5 kHz): 2 V1 mõõdab signaali efektiivväärtust, V2 mõõdab signaali mooduli keskväärtust U1 = 3,613 V U2 = 3,970 V 2 U m U m = 2 U e U kesk = U e = K U kesk Ue U m K= = = U kesk 2 2U m 2 2 Nelinurksignaali korral kehtib voltmeetrite pingete vahel seos U 2 = U 1 K U 3,613 Seega arvutuslikult U 2 = 1 = = 4,010999.. 4,011V 2 2 2 2 Tulemus langeb enam-vähem mõõtmisel saadud U2 väärtusega kokku. 2. Vahelduvpinge jälgimine Skeem: Siinuseline signaal (f = 5 kHz): U = 4,0 V Signaali periood T= 4 * 50 µs = 200 µs 1 1 Signaali sagedus f = = = 5kHz
1 45,3400± 0,4534 63,66 mV 74,400000±0,000372 75 2 15,1200±0,1512 21,22 mV 225,600000±0,001128 225 3 8,3600±0,0836 12,73 mV 379,600000±0,00189 375 8 4 6,400±0,064 9,09 mV 526,600000±0,00263 525 3 Nelinurksignaali korral spektrikomponendid avalduvad: u(t) = 4A/(sint + 1/3 sin3t + 1/5 sin5t ...) = 2f = 2/T 4.) Mõõtsime sagedusmoduleeritud (FM) signaali spektrit. Selleks kasutasime signaali allikana kõrgsagedusgeneraatorit HP8648B välise modulatsiooniga reziimis. - kandesagedus f = 180 MHz (HP8648B) 0 - moduleeriva harmoonilise sagedus F = 15kHz, u = 100mV (HP33250A) - modulatsiooni tüüp: väline (HP8648B) - Sagedusdeviatsioon f= 30kHz
Kuna
operatsioonivõimendi võimendus on väga suur, on juba tühise kahe sisendi vahelise
signaali erinevuse korral väljundsignaal võrdne toitesignaaliga.
5. võrdleb omavahel kahte pinget(üks neist tugipinge) Väljund U+max ja U-max
vahel, kui Usis
annaabi.ee 
