Mérés laboratórium 3 - 2. mérés ellenőrző kérdései

1. Hogyan értelmezik a dB-t?

A méréstechnikában az erősítést a számértékével jellemzik, a híradástechnikában rendszerint egy logaritmikus skálát, a deciBel (dB) skálát használják.
Feszültségerősítés esetén:

Au [dB] = 20 log (Uaki / Uabe)

Teljesítményerősítés meghatározásánál:

Ap [dB] = 10 log (Pki / Pbe)

2. Egy erősítőt vizsgálunk. A bemenetre 0,5 V_eff értékű, sávközépi frekvenciájú jelet adunk. A kimeneten 10 V_eff értéket mérünk. Mekkora az erősítés dB-ben?

Au [dB] = 20 log (Uaki / Uabe) = 20 log (10 / 0,5) = 20 * 1,3 = 26 dB

3. A fenti erősítő esetében, változatlan bemenő jelszintet feltételezve, mekkora feszültséget fogunk mérni a kimeneten az erősitő -3dB-es felső határfrekvenciáján? És az erősitő -3dB-es alsó határfrekvenciáján?

A -3dB ~0.7-szeres (10^(-3/20)) erősítést jelent, így kb. 7V_eff a kimenő jel feszültsége.

(a -3dB relatív erősítés a ~26dB-hez képest, azaz az erősítés ~23dB=20log(A)-> A=10^(23/20)=~14,12 (ami egyébként 20*~0,7, tehát stimmel az erősítés és dB közti számítás) 0,5Veff*14,12=kb 7,06Veff) (by Poro)

(az első megoldásnál az ${\frac {1}{\sqrt {2}}}$ számomra nem túl érthető... Viszont ha az erősítést -3dB-nek veszed, és $U_{abe}$ értékét 10 V-nak, akkor 7,079 V-ot fogsz kapni kimeneti feszültségnek az 1. feladat képlete alapján) (by Lordy)

(Azért nem érthető az 1/gyök(2), mert nem is annyi...
1/gyök(2) = 0.7071067812
10^(-3/20) = 0.7079457844
kijavítom - RK)

Vagy, hogy még logikusabb legyen
20*log(A) = -3dB
log(A) = -0.15
A = 10^(-0.15) ~= 0.708 (by TSG)

Igen ám, viszont nem gondoljátok, hogy ha -3dB az erősítés, akkor a kimeneti feszültség kisebb kell hogy legyen, mint a bemeneti?
a képlet helyesen:
20*log(A/0.5) = -3 , mert a feladat írja hogy a bemenet megegyezik az előző feladattal, és a kimenetre vagyunk kíváncsiak
így az eredmény: 0.708*0.5 ~= 0.354V (Gácsi)

Mivel a felső és alsó határfrekvencián az erősítés mértéke azonos, így a kimeneti feszültség értéke is.

4. A 34401A típusú multiméter bementére egy 2 Vpp nagyságú, +1 V ofszet feszültségű, 600 Hz frekvenciájú szinuszjelet adunk. Milyen értéket fog mutatni a multiméter AC V üzemmódban (VAC kijelzés)? Milyen értéket fog mutatni a multiméter DC V üzemmódban (VDC kijelzés)?

AC V: a multiméter a váltóáramú komponens effektív értékét méri, ez ${\frac {1}{\sqrt {2}}}$ (1V a szinuszjel csúcsértéke, gyökkettő a szinusz alatti terület, ld. 220V)
DC V: a multiméter csak az egyenáramú komponenst méri ebben a módban, így +1V az eredmény (ez egyenlő az ofszet feszültséggel, vagyis azzal, hogy mennyivel van eltolva a jel a 0-tól függőlegesen)

5. Minek a mértékegysége a Baud?

Jelváltási sebesség. A baud (ejtsd: bód) a telekommunikációban és az elektronika területén a „jelarány” mértéke, amely megmutatja, hogy egy adott átviteli media esetén hány modulált jelet továbbítottak 1 másodperc alatt.

6. Milyen esetben egyezik meg a jelváltási sebesség az adatátviteli sebességgel?

Ha olyan kódolást alkalmaznak, aminél 1 bithez pontosan egy jelváltás tartozik. (Abban az esetben, ha kiegészítő biteket, pl. a startbit, CRC is adatnak tekintjük.)

Ahhoz, hogy egy jel egy bitet kódoljon a következő kell: ha V a használt jelszintek száma, M a jelváltási sebbesség (Baud-ban), akkor D = M * log₂(V) az adatátviteli sebesség. Tehát V=2 esetén, azaz bináris jelnél lesz a jelsebesség és az adatsebesség azonos.

7. Milyen skálázásúak a Bode-diagram tengelyei?

A vízszintes tengelyen a frekvencia logaritmikus skálázású.
Íme egy Bode-diagram példaként:

És egy Matlab által generált üres diagram:

8. Egy hálózat (pl. erősítő, szűrő, jelcsatorna-modell) átvitelét leíró függvény frekvenciafüggő része egyetlen pólust tartalmaz, zérusa nincs ( a = 1/(s-p1) ). Milyen a frekvenciafüggés jellege? (aluláteresztő, felüláteresztő, sáváteresztő, sávzáró)

Alulátresztő (0Hz-nél vízszintesen indul a karakterisztika, majd a pólusnál -20dB/dekád meredekséggel csökkenni kezd).

9. Tételezzük fel, hogy az átviteli függvény csak egyetlen pólust tartalmaz. Milyen meredekségű lesz az átvitel "levágása" a határfrekvencia felett?

-20dB/dekád (ld. Szabályozás technika ea. 2005.10.21)

10. Mekkora a B sávszélességű, zajmentes csatorna maximális adatátviteli sebessége, ha a jel V diszkrét szintből áll?

Nyquist elmélete szerint: maximális adatátviteli sebesség = *2*B*log₂(V) bit/s*. A mérésnél majd V helyére 2, B helyére pedig a -3dB értéknek megfelelő határfrekvencia kerül.

11. Egy aluláteresztő jellegű jelcsatorna felső határfrekvenciája 5 kHz. Az átviendő alapsávi jel 4 állapotú. Mekkora az elméleti csatornakapacitás?

L = 4
B = 5
C = 2*B*log₂L = 20 kbit/s

12. Milyen komponensei vannak egy f1 frekvenciájú, szimmetrikus négyszögjel spektrumának? Milyen lefutású a spektrum "burkológörbéje"?

Van egy DC(egyenáramú)komponense, egy alapharmonikusa illetve az alapharmonikus páratlan számú többszöröseinél felharmonikusai. Pl. 3 kHz-es négyszögjel esetén az alapharmonikus 3 kHz-nél látható, az első felharmonikus 9 kHz-nél. A mérésben majd látni fogjuk hogy az aluláteresztő szűrő amit csatornaként használunk 3kHz-nél csak az alapharmonikust engedi át, így a négyszögjel a kimeneten szinte teljesen tiszta szinusz lesz. A spektrum burkológörbéje sin(x)/x.

13. Mire használják a szem-ábrát?

A szem-ábrát (eye-diagram) a digitális jelek torzulásának, "elkenődésének" vizsgálatára használják az átviteltechnikában.
A szem-ábra felvételénél az összes vizsgált kombinációhoz tartozó elemi jelet (bit-jelalakot) egymásra rajzolják az adatjel időzítő jeléhez szinkronizálva, és így jelenítik meg a képernyőn. Az így kapott ábra egy bitnyi része hasonlít egy emberi szemre, innen eredeztethető az elnevezés.
A szem-ábrán a csatorna véges sávszélessége, frekvenciafüggő futási ideje által okozott alaktorzuláson kívül a csatorna saját zajának hatása is megjelenik.

14. Mit jelent az, hogy a szem-ábra "nyitott"?

A "szem függőleges nyitottsága" az amplitúdó tartalékot jellemzi, a "szemnyílás szélessége" pedig az időzítési tartalékot.

Ha a soros porton túl nagy baud ratettel küldjük a jelet a szem-ábra elkenődése azt jelenti hogy a jel nem lesz visszaállítható. (14400 baudnál például)

15. Nevezzen meg 3 hasznos LabVIEW funkciót, amely segítséget nyújt a hibakeresésben (debuggolásban)!

• Végrehajtás szemléltetése (izzólámpa ikon)
• A törött nyílra kattintva megtudhatjuk, hogy hol van szintaktikai hiba
• Jobb egérgombbal a vezetékre rakható probe (kijelzi a huzalon "áramló" adatot)
• Huzalozás adatainak folyamatos elmentése a végrehajtás során
• Belépés SubVI-be, Kilépés SubVI-ből, SubVI átlépése.

16. Mi a különbseg a FOR és a WHILE ciklusok között LabVIEW-ban?

A FOR ciklusnak van ciklusszámlálója (i, Iteration Terminal), a ciklusok számát pedig az N bemeneti változó (Count Terminal) értéke határozza meg. A ciklus 0-tól N-1-ig fut.

A WHILE ciklusnak van ciklusszámlálója (i, Iteration Terminal). Legalább egyszer lefut. A ciklusok számát a ciklusfeltétel (Conditional Terminal) szabja meg.

17. Hogyan valósítana meg egy if-then-else jellegű struktúrát LabVIEW-ban?

Egy olyan case struktúrával, aminek logikai kiválasztó bemenete van (2 case-es, logikai 0/1). Ezt a logikai kiválasztó jelet előállíthatja például egy komparátor.

-- VMiklos - 2007.10.25.

-- dnet - 2008.10.27.

-- Tóth Gábor - 2010.12.01.

bonusz:

Ajánlom mindenki figyelmébe hogy nézze át erre a mérésre a feszültségosztást, mert van olyan labor ahol bemeneti feszültségből egy ellenállás hálózaton ki kell számolni mekkora feszültség esik valamelyik ellenálláson. Esetleg Ohm törvényt, ellenálláson disszipált teljesítményt is kérdeznek.

-- Luzsan - 2009.11.23.