Mérés laboratórium 3 - 2. mérés ellenőrző kérdései

Ez az oldal a korábbi SCH wiki-ről lett áthozva. Az eredeti változata itt érhető el.

Ha úgy érzed, hogy bármilyen formázási vagy tartalmi probléma van vele, akkor kérlek javíts rajta egy rövid szerkesztéssel.

Ha nem tudod, hogyan indulj el, olvasd el a migrálási útmutatót

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)

[math]$A_u\mathrm{[dB]} = 20\log_{10} \frac{U_{\mathrm{aki}}}{U_{\mathrm{abe}}}$[/math]
Teljesítményerősítés meghatározásánál:

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

[math]$A_p\mathrm{[dB]} = 10\log_{10} \frac{P_{\mathrm{ki}}}{P_{\mathrm{be}}}$[/math]

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?

[math]$A_u\mathrm{[dB]} = 20 \log \frac{U_{\mathrm{aki}}}{U_{\mathrm{abe}}} = 20 \log \frac{10}{0,5} = 20 \cdot 1,3 = 26dB$[/math]

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 [math]\frac{1}{\sqrt{2}}[/math] számomra nem túl érthető... Viszont ha az erősítést -3dB-nek veszed, és [math]U_{abe}[/math] 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 [math]\frac{1}{\sqrt{2}}[/math] (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:

Ezen a helyen volt linkelve a bodediagram1.jpg nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

És egy Matlab által generált üres diagram:

Ezen a helyen volt linkelve a bodediagram2.jpg nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

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.

Ezen a helyen volt linkelve a szem1.jpg nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

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

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

Ezen a helyen volt linkelve a szem2.jpg nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

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.