Laborgeräte

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Inhalt

Der erste Versuch im Praktikum Digitaltechnik (DigiPrakt) behandelt die elementaren Charakteristiken der CMOS-Logik (Transfercharakteristik, Querstrom, Verlustleistung und Geschwindigkeit) und die etwas Spürsinn erfordernde Identifikation von ICs mit fehlender Bezeichnung. Alle Schaltungen sind auf einem Print (CB1, gedruckte Schaltung mit Bauteilen bestückt) aufgebaut.

Zur Durchführung des Versuches werden vier elementare Laborgeräte benützt: Speisegerät (SG), Digital Multimeter (DMM), Funktionsgenerator (FG) und Oszilloskop (KO). Die Funktionsweise, Bedienung und Anwendung der Laborgeräte wird hier allgemein und speziell zur Durchführung des Versuchs beschrieben.

Learning by doing ist auch zum Kennenlernen der Laborgeräte die beste Methode.

Nach bisherigen Erfahrung reicht die Vorbildung der Studierenden von "alles schon lange bekannt" bis zu "keine Ahnung was das ist". Jedefrau und Jedermann kann selbst bestimmen was Sie oder Er noch zur Durchführung des Versuchs 1 und als Basis für das weitere Studium. studieren will (bzw. muss).

Aufgepasst: Die Laborgeräte werden nur im Versuch 1 benützt. Denken Sie jetzt aber nicht dann kann ich darauf verzichten. Nein, jede Elektroingenieurin und jeder Elektroingenieur muss diese Standardgeräte einfach kennen, unbedingt.

Geräte im Praktikum

Alle Laborgeräte im Praktikum sind vom weltweit führenden amerikanischen Hersteller Tektronix. Der KO ist ein Einzelgerät, alle andern sind Module des flexiblen Systems TM500. Diese sind zum einschieben in ein Grundgerät mit mehreren Steckplätzen ausgeführt. Das Grundegerät übernimmt die (DC) Speisung aller Module und bildet ein stabiles Gehäuse.

Achtung: Ziehen Sie bitte keine Module aus den Grundgeräten heraus! Auf keinen Fall bei eingeschalteter Speisung.

Speisegerät

Zur Speisung elektronischer Schaltungen wird Gleichspannung und Gleichstrom benötigt. Dies wird als DC - Speisung (Direct Current) bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird die Speisung mit Wechselstrom mit AC (Alternating Current) bezeichnet. Alle unsere Laborgeräte benötigen selbst eine AC Speisung ab dem 230V/50Hz Netz. Ein Speisegerät (SG) liefert eine oder mehrere Gleichspannungen mit fest vorgegebenem oder einstellbarem Wert, normalerweise mit Strombegrenzung wieder fest vorgegeben oder einstellbar. Weitere gängige Bezeichnungen für Speisegeräte sind Netzgerät (NG) und englisch Power Supply (PS).

Unser Speisegerät

Das Speisegerät im Praktikum (PS503A) hat erzeugt zwei einstellbare Spannungen mit gemeinsamem Masseanschluss (COMMON). Die 'rechte' Spannung (+VOLTS) ist von 0 bis +20V, die 'linke' von 0 bis -20V einstellbar. Der kleine Knopf im Knopf dient jeweils zur Feineinstellung.

Beide Ausgänge haben eine einstellbare Strombegrenzung von 0 bis 1A (wenn das Modul ganz rechts im Grundgerät eingesteckt ist, bzw. 0 bis 400mA in den anderen Steckplätzen. Je eine rote Leuchtdiode zeigt an, wenn ein Ausgang in der Strombegrenzung arbeitet.

Ist der Drehknopf (VOLTS) oben in der Mitte herausgezogen, so werden beide Ausgänge gekoppelt eingestellt (im Praktikum nicht benötigt, der Knopf darf nicht gezogen sein). Die Drucktaste oben rechts (OUTPUT) dient zum Ein- und Ausschalten der Ausgangsspannungen.

Eine dritte Ausgangsspannung ist fest auf 5V programmiert (Buchsen ganz unten).

Einstellungen für den Versuch

Im Praktikum wird nur eines der beiden Speisegeräte im Grundgerät und daraus nur der positive einstellbare Ausgang benützt.

Stellen Sie die Spannung +VOLTS nach Skala auf 5V und die Strombegrenzug auf etwa 1/4 ein. (Beide Einstellungen werden wir noch mit dem Multimeter kontrollieren).

Schalten Sie die Ausgangsspannungen ein (Taste OUTPUT Stellung ON). die rechte Strombegrenzungs-LED darf nicht leuchten (am Ausgang ist nichts angeschlossen, es fliesst kein Ausgangsstrom). Schliessen Sie jetzt den Ausgang kurz (Kabel von COMMON nach 0-20V rechts), jetzt muss die Strombegrenzungs-LED leuchten! Danach den Kurzschluss wieder aufheben.

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Digital Multimeter

Das Multimeter dient zur Messung von Strom, Spannung und Widerstand. Der Messwert wird im Digital Multimeter numerisch auf einer mehrstelligen Anzeige angezeigt. DC-Signale (Gleichspannungen und Ströme) werden immer gleich gemessen. AC Signale (Wechselspannungen und Ströme können hauptsächlich auf zwei verschiedene Arten gemeseen werden:

Unser Digital Multimeter

Unser Digital Multimeter DM504A misst Spannung und Strom, beides DC und AC Effektivwert (echten Effektivwert, RMS) sowie Widerstände. Zur Auswahl dienen die drei übereinander liegenden Tasten in der Mitte:

Bei der Strommessung wird effektiv der durch den Strom an einem Messwiderstand (Shunt) erzeugte Spannungsabfall im kleinsten Spannungsmessbereich (200mV) gemessen.

Die Messbereiche können automatisch gewählt werden. Dies ist die bequemste Betriebsart und wird meistens gewählt. Mit den RANGE Tasten DOWN und UP wird jeweils von Hand in den nächst tieferen oder höheren Messbereich geschaltet. Beide Tasten gleichzeitig gedrückt schalten die Automatik ein.

Einstellung des Speisegerätes kontrollieren

Jetzt können wird mit dem Multimeter noch die Einstellungen am Speisegerät kontrollieren.

Achtung: Unser Multimeter hat eine 4-stellige Anzeige. Verlieren Sie aber bitte keine Zeit damit, Grössen bis auf die letzte Stelle genau einzustellen. Eine Genauigkeit von 2 bis 3% genügt!

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Funktionsgenerator

Der Funktionsgenerator dient zur Erzeugung von Wechselspannungen verschiedener Formen (Sinus, Dreieck, Rechteck), Amplituden und Frequenzen. Dem Ausganssignal kann eine Gleichspannung (Offset) überlagert werden. Damit lässt sich seine Nullinie verschieben.



Bessere Funktionsgeneratoren haben auch noch eine Reihe zusätzlicher Eigenschaften (Trigger, Gate, Sweep, Modulation) und können auch asymmetrische Signale (positive und negative Halbwellen unterschiedlich lang) erzeugen.

Unser Funktionsgenerator

Unser Funktionsgenerator FG501A kann Sinus- Dreieck- und Rechtecksignale im Frequenzbereich von 200uHz bis 2MHz mit variabler Amplitude und Offset erzeugen. Als besserer FG besitzt er viele Zusatzfunktionen die wir nicht brauchen und deshalb auch nicht weiter bebetrachten.

Die wichtigen Einstellmöglichkeiten sind:

Einstellung des Funktionsgenerators für den Versuch 1

Für den Versuch 1 muss der Funktionsgenerator eine Dreieckspannung mit Frequenz von ca 2kHz liefern. Die Ausgangsspannung soll sich genau zwischen 0V und 5V bewegen (Minimalwert 0V, Maximalwert +5V). Dies können wir mit Amplitude und Offset mit Hilfe des Multimeters einstellen.

Wir werden anschliessend diese Einstellungen mit dem KO kontrollieren. Normalerweise würde man diese sowieso direkt dem KO und nicht mit dem Multimeter vornehmen.

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Links

Hier finden Sie eine Reihe von Links zu verschiedenen Informationen externer Stellen (Sie benützen diese allerdings ausschliesslich auf eigene Verantwortung):


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