Laboratórium 1 - 2008 őszi ZH megoldások forrásának megtekintése

== 2008 őszi ZH ==

=== 1. Feladat ===

'''Egy 10 V csúcsértékű, 1 kHz frekvenciájú szimmetrikus négyszögjelet mérünk az alábbi műszerekkel, mekkora értéket mutatnak?'''
		
Mindegyik szinuszos jelet feltételez, és mindegyik effektív értéket jelez ki.

{| border="1"
|'''Mérőműszer''' || '''Mért érték''' || '''Kijelzett érték'''
|-
|'''Effektív érték mérő''' || <math> 10 V </math> ||  <math> 10 V </math> 
|-
|'''Csúcsértékmérő''' || <math> 10 V </math> || <math> \frac{10}{\sqrt{2}} V </math>
|-
|'''Abszolút középértékmérő''' || <math> 10 V </math> || <math> 10* \frac{\pi}{2\sqrt{2}} V </math>
|}

''Nem biztos, hogy helyes ez a megoldás!''
Effektív és csúcsérték mérő fel volt cserélve, javítva.

[http://bme.ysolt.net/4_felev/Merestechnika/Peceli_jegyzet/mt-ea-6.pdf Műszerek leírása (3. oldali táblázat)]

=== 2. Feladat ===

'''Azonos frekvenciájú szinuszos jelek közötti fázisszöget mérünk oszcilloszkóppal időeltolódás és periódusidő alapján:'''

'''a) Rajzolja fel a mérési elrendezést!'''

A két jelet az oszcilloszkóp két különböző csatornájára tesszük. Mindkét jelen megkeresünk egy azonos fázishelyzetnek megfelelő értéket, célszerű a nullátmenetet választani. Ezek távolsága adja meg az időtengelyen a késleltetést, ami <math> \Delta t</math>. A T periódusidő meghatározható bármelyik jel két egymás utáni azonos irányú nullátmenete alapján. 

'''b) Rajzolja fel a mért jelalakokat, jelölje be rajta a mért mennyiségeket, és adja meg a fázisszög származtatási összefüggését!'''

A fázisszög az alábbi képlettel határozható meg: <math> \varphi = 360^{\circ} \frac{\Delta t}{T} </math>
	 
[[Fájl:Labor1 kép10.gif]]

'''c) A periódusidőt és a fázistolást ugyanazzal az időalappal mérjük. A leolvasási bizonytalanság 1%, az időalap-generátor  erősítéshibája 0,5% és a függőleges erősítő erősítőhibája 0,5%. Mekkora a fázisszögmérés relatív hibája legrosszabb esetben?'''

A mérés előnye, hogy nem függ a pontosság az oszcilloszkóp időalapjának pontosságától. Legrosszabb esetben ( ''worst case'' ) a hiba: 1%, mivel az erősítéshiba nem változtatja meg a nullátmeneteket. [Hibás?]

Másik lehetséges megoldás: két leolvasás történik, <math> \Delta t</math> és T bizonytalansága egyaránt 1%. A worst case összegzésnél a tényezők szerinti parciális deriválás és súlyozás után kijön, hogy a relatív hibához a kitevőjük (1 és -1) abszolút értékével járulnak hozzá, azaz '''2% lesz a bizonytalanság'''.--[[Szerkesztő:Mp9k1|Mp9k1]] ([[Szerkesztővita:Mp9k1|vita]]) 2013. december 5., 23:22 (UTC)

=== 3. Feladat ===

'''Adja meg az ideális szinuszjel és szimmetrikus háromszögjel amplitúdóspektrumát! A spektrumokat jellegre helyes ábrán szemléltesse!'''

*Szinusz jel spektruma:

[[Fájl:Labor1 kép11.gif]]

*Háromszögjel időfüggvénye és spektruma:

[[File:Labor1 kép12.gif]]

*Megjegyzés: spektrum meghatározása: <math> a_n = \frac{4A}{n^2 {\pi}^2} \sin \left| \frac{n \pi}{2} \right| </math>

=== 4. Feladat ===

'''Rajzolja föl a kettő- illetve a négyvezetékes impedanciamérést! Milyen esetekben fontos a négyvezetékes elrendezés?'''

Négyvezetékes mérés jelentősége: Kis impedanciák esetén a hozzávezetési és kontaktellenállásokat hatástalanítandó, a négykapcsú mérési elrendezés indokolt, ha összemérhető a mérendő ellenállás értéke a hozzávezetések ellenállásával.

[[Fájl:Labor1 kép13.gif]]

=== 5. Feladat ===

'''Rajzolja fel egy 2:1 áttételű transzformátor modelljét! Ismertesse a modell fizikai jelentését! Hogyan viszonyulnak egymáshoz a modellparaméterek laza és szoros csatolás esetén?'''

[[Fájl:Labor1 kép14.gif]]

{| border="1"
| <math> U_1 </math> || primer feszültség || 
|-
| <math> U_2 </math> || szekunder feszültség || 
|-
| <math> Z_1, Z_2 </math> || primer, szekunder oldali szórási impedanciák || Valós komponens: rézellenállás; Képzetes komponens: szórási induktivitás 
|-
| <math> Z_0 </math> || mágnesező impedancia || <math> L_0 </math> mágnesező impedanciából és <math> R_0 </math> vasveszteségi ellenállásból áll 
|}

Szorosnál a főmező reaktancia nagyságrendekkel nagyobb, mint a szórt, lazánál pedig fordítva.

=== 6. Feladat ===

'''Egy D flip-flopot a következő gyári adatok jellemeznek:'''

{| border="1"
| setup time || <math> t_{su,max} </math> || 10 ns 
|-
| hold time || <math> t_{h,max} </math> || 5 ns 
|}

'''A flip-flop adatbemenetére jutó jelet egy inverteren keresztül vezetjük keresztül az alábbi ábrán látható módon.'''

[[Fájl:Labor1 kép15.gif]]

'''Az inverter jelterjedési késleltetései:'''

{| border="1"
| || min || max 
|-
| <math> t_{LH} </math> || 3ns || 5ns 
|-
| <math> t_{HL} </math> || 2ns || 4ns 
|}

'''Adja meg a worst case setup időt erre a módosított flip-flopra!'''

15 ns a setup worst case-ben

<math> t_{su}' = t_{su} - min(t_{LH}) + max(t_{LH},t_{HL}) </math>

<math> t_h'  = t_h  + max(t_{LH}) - min(t_{LH},t_{HL}) </math>

Itt a '-s tagok a módosított ff paraméterei. Az első korrekciós tag az órajel késleltetésének a hatása, ezért kell csak a <math> t_{LH} </math> sorból venni a min/max értékeket (táblázat első sora). A második korrekciós tag az adat késleltetésének eredménye, így a <math> t_{LH} </math> és <math> t_{HL} </math> sorokat is figyelembe kell venni (tehát az egész táblázatot).

Amikor egy korrekciós taggal növeljük az eredményt, akkor maximim kell, amikor csökkentjük, akkor minimum kell, így lesz a végeredmény maximális, tehát worst-case eredmény".

=== 7. Feladat ===

'''Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor 5 elemes helyettesítőképét! Adja meg a helyettesítőkép elemeit a tranzisztor fizikai paramétereivel!'''

[[Fájl:Labor1 kép16.gif]]

* <math> g_{b'c} = \frac{1}{r_c}- \mu g_{b'e} </math>
* <math> g_{ce} = \frac{ \mu }{r_e} </math>
* <math> r_e = \frac{U_t}{I_C} </math>
* <math> g_{b'e} = \frac{1}{r_e( \beta +1)}  </math>
* <math> g_m = \frac{ I_c }{ U_t } </math>

=== 8. Feladat ===

'''Egy törölhető 6-os számláló (<math> Q_2 \dots Q_0, Cl, CLK </math>) a katalógus alapján maximálisan 30MHz-es órajellel működtethető. Meg kell határoznunk, hogy egy konkrét példánynak mekkora a maximális működési frekvenciája. Rendelkezésre áll egy változtatható frekvenciájú (1Hz...200MHz) generátor és egy logikai analizátor. A számláló bemeneteire tetszőleges konstans logikai értéket kapcsolhat (kapcsolók segítségével). Röviden írja le, hogy miként oldaná meg a feladatot!'''

A logikai analizátor adat bemeneteire csatlakoztatjuk a számláló kimeneteit. Állapotanalízis üzemmódot állítunk be, a számláló órajele a mintavevő órajel. A végállapotot (111) állítjuk be leállási feltételként. 30MHz-től növekvő frekvenciákon ellenőrizzük, hogy a számláló egymást követő állapotai megfelelnek-e a bináris számláló működésének. A legalacsonyabb olyan frekvencia ahol még igen a maximális működési frekvencia.

A ''Clear'' -re triggerelünk és az analízist az fogja indítani, hogy töröljük az értékeket.

=== 9. Feladat ===

'''Hasonlítsa össze a párhuzamos port mérésben vizsgált két üzemmódjának (SPP és EPP) paramétereit az alábbi kategóriák szerint! Amennyiben egy állítás az adott üzemmódra nézve igaz "+", ha hamis akkor "-" jellel jelölje!'''

{| border="1"
|Tulajdonság||SPP||EPP|| Magyarázat ( '''ez nem volt feladat''' )
|-
|Kétirányú adatátvitel|| - || + ||Az SPP módban csak kimenő irányú adatátvitel történik, EPP módban lehetséges a cím és adat kivitel mellett ezen paraméterek visszaolvasása is. 
|-
|Nincs címzési lehetőség|| + || - || Az SPP módhoz egyetlen 8 bites kimeneti adatregiszter tartozik. Az EPP módhoz egy 8 bites címregiszter és a lehetséges 256 egyedileg címezhető adat regiszterből csak az első 4 címhez tartozik egy-egy írható/olvasható 8 bites adatregiszter. 
|-
|Nagy sebesség|| ||?+?|| 
|-
|Átvitelszinkronizáció lehetősége||?+?|| || 
|-
|Szoftveres átvitelvezérlés a PC-ben||+|| || 
|}

=== 10. Feladat ===

'''Adjon meg egy olyan tesztvektor-sorozatot az alábbi állapottáblával megadott, egyetlen X bemenettel rendelkező automatához, amely leteszteli az összes állapotátmenetét. A mellékelt táblázatban azt is tüntesse fel, hogy adott bemenetre milyen állapotba kerül az automata! Az automata a RESET jelre az A állapotba kerül.'''

{| border="1"
|X||0||1
|-
|A||B\0||B\0
|-
|B||C\1||A\1
|-
|C||C\1||A\0
|}


Átmenetek:
*A -> B
*B -> C,A
*C -> C,A 


{| border="1"
|RESET||	1 || 0 || 0 || 0 || 1 || 0 || 0 || 0 
|-
|X||		 - || 0 || 1 || 1 || 0 || 0 || 1 || 1 
|-
|állapot|| A || B || A || B || C || C || A || B 
|}


== 2008 őszi pótZH ==

=== 1. Feladat ===

'''Graetz típusú egyenirányító:'''

'''a) Jelölje a váltakozó áramú bemenetet és az egyenáramú kimenetet, jelölje a polaritást is!'''

'''b) Rajzolja fel a kimeneten megjelenő jel alakját abban az esetben, ha a bemenetre <math> f_0 </math> frekvenciájú szinuszos feszültséget kapcsolunk!'''

A transzfer karakterisztika segítségével megrajzolható, hogy milyen a kimenet.

'''c) Adja meg az egyenirányított jel váltakozó komponensének frekvenciáját!'''

A lüktető egyenáram frekvenciája a váltóáram duplája.

[[Fájl:Labor1 kép17.gif]]

[[Fájl:Labor1 kép18.gif]]

=== 2. Feladat ===

'''Ugyanaz mint az előzőben (azonos frekvenciájú szinuszos...)'''

=== 3. Feladat ===

'''Adja meg a szimmetrikus négyszögjel amplitúdóspektrumát! Hogyan változik a spektrum, ha a szimmetria megsérül (az előjelváltás nem pontosan félperiódusonként következik be)? A spektrumot jellegre helyes ábrán szemléltesse!'''

A spektrum: <math>f_0</math> frekvenciájú négyszögjel összetevői <math> n \cdot f_0 </math> frekvenciákon vannak, ahol <math> n </math> páratlan szám. Az egyes összetevők amplitúdói a frekvencia növekedtével <math> \frac{1}{x} </math> szerint csökkennek.

Az alapfrekvencia páratlanszámú többszörösein jelennek meg összetevők csökkenő amplitúdóval, azaz f frekvenciájú négyszögjelnek lesz összetevője <math> f, 3f, 5f, 7f ... </math> frekvenciákon, ez a végtelenig tart elméletileg. (ugyanis a négyszögjel végtelen sok ilyen szinuszból állítható elő tökéletesen)

Ha nem szimmetrikus a négyszögjel, akkor megjelennek a páros számú többszörösei is az alapharmonikusnak.

=== 4. Feladat ===

'''Három és ötvezetékes mérés. Milyen esetekben fontos az ötvezetékes?'''

[[Fájl:Labor1 kép19.gif]]

Hárompólus négykapcsú mérésénél ötvezetékes mérést kell használnunk, <math> Z_1, Z_2 </math> impedanciák áramát G pontba tereljük.

=== 5. Feladat ===

'''Egy 600 <math> \Omega </math> -os forrást TELECOM transzformátor segítségével 600 <math> \Omega </math> -os terheléshez illesztünk. A transzformátor primer és szekunder ellenállása 25,3 <math> \Omega </math>. Számítsa ki a transzformátor áttételét!'''

Képlet: <math> R_b = R_1 + n^{2}R2 + n^{2}R_t </math> ahol:

*<math> R_b </math> - generátor belső ellenállása
*<math> R_1, R_2 </math> - tekercsek DC ellenállása
*<math> R_t </math> - terhelő ellenállás
*<math> n </math> - menetszám áttétel n = <math> \frac{N_{primer}}{N_{szekunder}} </math>

Tehát: <math> n=\sqrt{\frac{R_b - R_1}{R_2 + R_t}}=0.95 </math> 

=== 6. Feladat ===

'''TTL inverter transzfer karakterisztikájának mérés:'''
*'''Rajzolja fel a mérési elrendezést'''
*'''Határozza meg milyen gerjesztést alkalmazna'''
*'''Ábrázolja a gerjesztő jel és az inverter arra adott válaszának időfüggvényét egy ábrán. Ne feledkezzen meg az _y_ tengely (feszültség) helyes skálázásáról!'''

[[Fájl:Labor1 kép20.gif]]

A mérésen 0V alapszintű 5 <math>V_pp</math> nagyságú kb. 350Hz-es jellel kellett vizsgálni XY üzemmódban (mindképpen pozitív feszültség kell, hiszen a TTL áramkörök a negatív feszültséget levágják)

[[Fájl:Labor1 kép21.gif]]

=== 7. Feladat ===

'''Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor h21 paraméterének mérésére szolgáló mérési összeállítást! Röviden ismertesse a mérés lépéseit!'''

<math> h_{21} = \frac{\Delta I_c}{\Delta I_B} | U_{CE}=konstans </math> 

Közös emitteres kapcsolás, áramgenerátorosan meghajtjuk a bázis felől (feszgenerátor, és a bemeneti ellenálláshoz képest sokkal nagyobb ellenállás) és UCE=állandó az a kimeneti ellenálláshoz képest rövidzár (gyakorlatilag árammérő-vel kell lezárni). <math> I_B, I_C </math> értékéből számítható.

Itt van elrendezés: [[Laboratórium 1 - 2006 őszi ZH megoldások]]

=== 8. Feladat ===

'''Egy ciklikusan működő állapotgép 2MHz-es órajellel működik. Az állapotgép 3 bites állapotai: 100, 010, 001. A többi kód nem fordulhat elő. Logikai analizátorral hogyan ellenőrizné, hogy nem lép hibás kódú állapotba a hálózat?'''

A logikai analizátor adat bemeneteire csatlakoztatjuk a számláló kimeneteit. Állapotanalízis üzemmódot állítunk be, a számláló órajele a mintavevő órajel. 2MHz-en ellenőrizzük, hogy a számláló állapotai megfelelnek-e az állapotgép működésének.

=== 9. Feladat ===

'''Neptun kód átvitele 2 Stopbittel:'''

* Neptun kód: 6 karakter
* 1 karakter átvitele: 1 start bit + 8 adatbit(maga a karakter) + 2 stop bit (paritás nem volt megadva az +1 bit lenne még.)
* Tehát 1 karakter átvitele 11bit küldésével történik, innen 6 karakter = 66 bit

{| border="1"
|4-féle átviteli sebesség(gondolom)||számolás||neptun kód átviteléhez szükséges idő:
|-
|19200 bps	||66/19200||  0.00343 sec
|-
|38400 bps	||66/38400||  0.00171 sec
|-
|57600 bps	||66/57600||  0.00114 sec
|-
|115200 bps  ||66/115200||  0.00057 sec
|}

=== 10. Feladat ===

'''Hogyan tesztelne le egy FPGA-ban megvalósított, viszonylag kevés állípotú szinkron sorrendi hálózatot, ha a logikai analizátor áll rendelkezésre és az FPGA-ban még sok erőforrás van kihasználatlanul (bőven van hely további hardver megvalósításához)?'''

[[Kategória:Villamosmérnök]]