Laboratórium 1 - 2008 őszi ZH megoldások

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.

Mérőműszer	Mért érték	Kijelzett érték
Effektív érték mérő	$10V$	${\frac {10}{\sqrt {2}}}V$
Csúcsértékmérő	$10V$	$10V$
Abszolút középértékmérő	$10V$	$10*{\frac {\pi }{2{\sqrt {2}}}}V$

Nem biztos, hogy helyes ez a megoldás!

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 $\Delta t$. 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: $\varphi =360^{\circ }{\frac {\Delta t}{T}}$

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.

3. Feladat

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

• Szinusz jel spektruma:

• Háromszögjel időfüggvénye és spektruma:

• Megjegyzés: spektrum meghatározása: $a_{n}={\frac {4A}{n^{2}{\pi }^{2}}}\sin \left|{\frac {n\pi }{2}}\right|$

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.

5. Feladat

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

$U_{1}$	primer feszültség
$U_{2}$	szekunder feszültség
$Z_{1},Z_{2}$	primer, szekunder oldali szórási impedanciák	Valós komponens: rézellenállás; Képzetes komponens: szórási induktivitás
$Z_{0}$	mágnesező impedancia	$L_{0}$ mágnesező impedanciából és $R_{0}$ vasveszteségi ellenállásból áll

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

6. Feladat

Egy D flip-flopot a következő gyári adatok jellemeznek:

setup time	$t_{su,max}$	10 ns
hold time	$t_{h,max}$	5 ns

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

Az inverter jelterjedési késleltetései:

	min	max
$t_{LH}$	3ns	5ns
$t_{HL}$	2ns	4ns

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

15 ns a setup worst case-ben

$t_{su}'=t_{su}-min(t_{LH})+max(t_{LH},t_{HL})$

$t_{h}'=t_{h}+max(t_{LH})-min(t_{LH},t_{HL})$

Itt a '-s tagok a módosított ff paraméterei. Az első korrekciós tag az órajel késleltetésének a hatása, ezért kell csak a $t_{LH}$ sorból venni a min/max értékeket (táblázat első sora). A második korrekciós tag az adat késleltetésének eredménye, így a $t_{LH}$ és $t_{HL}$ 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!

• $g_{b'c}={\frac {1}{r_{c}}}-\mu g_{b'e}$
• $g_{ce}={\frac {\mu }{r_{e}}}$
• $r_{e}={\frac {U_{t}}{I_{C}}}$
• $g_{b'e}={\frac {1}{r_{e}(\beta +1)}}$
• $g_{m}={\frac {I_{c}}{U_{t}}}$

8. Feladat

Egy törölhető 6-os számláló ($Q_{2}\dots Q_{0},Cl,CLK$) 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!

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.

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

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

Labor 1. - 2008 pótZH

1. _Graetz típusú egyenirányító_

• jelölje a váltakozó áramú bemenetet és az egyenáramú kimenetet, jelölje a polaritást is
• rajzolja fel a kimeneten megjelenő jel alakját abban az esetben, ha a bemenetre $f_{0}$ frekvenciájú szinuszos feszültséget kapcsolunk

A transzfer karakterisztika segítségével megrajzolható, hogy milyen a kimenet.

• adja meg az egyenirányított jel váltakozó komponensének frekvenciáját

A lüktető egyenáram frekvenciája a váltóáram duplája.

Ezen a helyen volt linkelve a PZH_2008_1.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

Ezen a helyen volt linkelve a Graetz.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

3. 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: $f_{0}$ frekvenciájú négyszögjel összetevői $n\cdot f_{0}$ frekvenciákon vannak, ahol $n$ páratlan szám. Az egyes összetevők amplitúdói a frekvencia növekedtével ${\frac {1}{x}}$ szerint csökkennek.

Az alapfrekvencia páratlanszámú többszörösein jelennek meg összetevők csökkenő amplitúdóval, azaz _f_ frekvenciájú négyszögjelnek lesz összetevője $f,3f,5f,7f...$ 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. Három és ötvezetékes mérés. Milyen esetekben fontos az ötvezetékes?

Ezen a helyen volt linkelve a PZH_2008_4.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

Hárompólus négykapcsú mérésénél ötvezetékes mérést kell használnunk, $Z_{1},Z_{2}$ impedanciák áramát G pontba tereljük.

5. Egy 600 $\Omega$ -os forrást TELECOM transzformátor segítségével 600 $\Omega$ -os terheléshez illesztünk. A transzformátor primer és szekunder ellenállása 25,3 $\Omega$. Számítsa ki a transzformátor áttételét!

$R_{b}=R_{1}+n^{2}R2+n^{2}R_{t}$

ahol $R_{b}$ - generátor belső ellenállása $R_{1},R_{2}$ - tekercsek DC ellenállása $R_{t}$ - terhelő ellenállás $n$ - menetszám áttétel n = ${\frac {N_{primer}}{N_{szekunder}}}$

$n={\sqrt {\frac {R_{b}-R_{1}}{R_{2}+R_{t}}}}=0.95$

6. 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!

Ezen a helyen volt linkelve a PZH_2008_6.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

• a mérésen 0V alapszintű 5$V_{p}p$ nagyságú kb. 350Hz-es jellel kellett vizsgálni XY üzemmódban (mindképpen pozitív feszültség kell, hiszen a TTL áramkörök a negatív feszültséget levágják)

Ezen a helyen volt linkelve a PZH_2008_6b.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

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

$h_{21}={\frac {\Delta I_{c}}{\Delta I_{B}}}|U_{CE}=konstans$

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). $I_{B},I_{C}$ értékéből számítható.

Itt van elrendezés: https://wiki.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI2006ZH

8. 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. 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

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. 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)?

-- GAbika - 2010.12.08.