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Laborbericht

Wie verhalten sich Impulse auf Leitungen

1.392 / ~17 sternsternsternsternstern Manuela R. . 2015
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Laborbericht
Elektrotechnik

HTL Hollabrunn

1, Prof. Z, 2015

Manuela R. ©
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ID# 49856







Labor Ãœbung III/4

Allgemeiner Teil

Titel der Ãœbung: Impulse auf Leitungen

Ãœbungsleiter:

Ãœbungsnummer: III/4

Ãœbungsplatz: T7

Datum der Ãœbung: 27.02.2015

Klasse:

Schriftführer:

Ãœbungsteilnehmer:


Inhalt



1. Ausgangsimpedanz ist ein Leerlauf

1.1 Aufgabenstellung


Es ist diese Schaltung aufzubauen, bei der die Ausgangsimpedanz einem Leerlauf entspricht.

Die Verläufe der Spannung sind mit dem Oszilloskop aufzunehmen.


1.2 Schaltung


G1…Frequenzgenerator

Z0….Innenwiderstand des Generators

Zw…Wellenwiderstand der Leitung

Za….Ausgangswiderstand (in diesem Fall ein Leerlauf)


1.3 Oszilloskop Bild


Messschaltung:


P1…Oszilloskop


X5

t1

X4

X3

X2

X1

CH1: Anfang der Leitung

CH2: Ende der Leitung

Eingangsspannung:10V

Erklärung des Oszilloskop Bildes:


Am Anfang (X1) „sieht“ das Signal nur den Wellenwiderstand der Leitung. Da dieser 50Ω beträgt, ergibt sich ein Spannungsteiler mit dem Innenwiderstand des Generators der auch 50Ω beträgt, es ergibt sich genau die Hälfte der Eingangsspannung(X2). Zu dem Zeitpunkt, an dem an CH2 ein Signal ankommt(X3) ist das Signal am Ende der Leitung angekommen.

Zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Signal am CH1 ca. verdoppelt, ist das Signal wieder am Anfang der Leitung angekommen und hat die Informationen weitergegeben, dass am Ausgang ein Leerlauf ist und somit die „ganze“ Eingangsspannung am Eingang anliegen muss(X4). Bei der markierten Stelle X5 sieht man, dass Z0 nicht 100%-ig gleich ist wie Zw und es somit eine kleine Reflexion gibt.

1.4 Messung der Länge der Leitung


Es ist die Länge der Leitung zu bestimmen, indem man die Zeit zwischen X1 und X3 misst.


Die Ausbreitunsgeschwindigkeit in der Leitung ist 2/3 der Lichtgeschwindigkeit. Die Zeit, die das Signal vom Anfang bis zum Ende benötigt ist t1/2 und geht von X1 bis X3.


2. Ausgangsimpedanz ist ein Kurzschluss


2.1 Aufgabenstellung


Es ist eine Schaltung aufzubauen, bei der die Ausgangsimpedanz einem Kurzschluss entspricht. Die Verläufe der Spannung sind mit dem Oszilloskop aufzunehmen.


2.2 Schaltung


G1…Frequenzgenerator

Z0….Innenwiderstand des Generators

Zw…Wellenwiderstand der Leitung

Za….Ausgangswiderstand (in diesem Fall ein Kurzschluss)


2.3 Oszilloskop Bild



Messschaltung:


P1…Oszilloskop


Der Kurschluss wurde durch einen Bügel verursacht.


X4

X5

X3

X2

X1

CH1: Anfang der Leitung

CH2: Ende der Leitung

Eingangsspannung:10V

Erklärung des Oszilloskop Bildes:


Am Anfang (X1) sieht das Signal nur den Wellenwiderstand der Leitung. Da dieser wie bei der vorherigen Messung 50Ω beträgt, ergibt sich wieder ein Spannungsteiler. Beide Widerstände sind gleich groß, daher ergibt sich die Hälfte der Eingangsspannung (X2). Zu dem Zeitpunkt X3 ist das Signal am Ende der Leitung angekommen, der Bügel am Ende der Leitung hat einen Widerstand von 10Ω, somit kommt es zu einer kleiner Reflexion.

Zu dem Zeitpunkt X4 ist die Information angekommen, dass am Ende der Leitung ein Kurschluss ist, somit „darf“ keine Spannung am Ende anliegen. Die Restspannung (X5) ergibt sich aus dem Leitungswiderstand.


2.4 Kommentar


Das BNC- Kabel von Frequenzgenerator zur Leitung wirkt sich nicht in der Messung aus, da wir das Oszilloskop direkt am Anfang der Leitung angeschlossen haben. Die BNC- Kabeln der Tastköpfe wirken sich auch nicht aus, sie verzögern das Signal lediglich nur. Wen beide Kabel der Tastköpfe gleich lang sind, ist die Verzögerung gleich groß und die Messung wird nicht verfälscht.


3. Messung des Leitungswiderstand

3.1 Aufgabenstellung


Es ist eine Schaltung aufzubauen bei der man den Leitungswiderstand der einzelnen Leitung messen kann. Es wird mit Hilfe eines Potentiometers der Widerstand so abgeglichen damit die Ausgangsimpedanz dem Leitungswiderstand entspricht.

3.2 Schaltung

G1…Frequenzgenerator

Z0….Innenwiderstand des Generators

Zw…Wellenwiderstand der Leitung

Za….Ausgangswiderstand (in diesem Fall ein Potentiometer)


Messschaltung:


P1…Oszilloskop

3.3 Messung der einzelnen Leitungswiderstände


Es wird der Leitungswiderstand jeder einzelnen Leitung gemessen gleichzeitig wird die Verzögerungszeit mit dem Oszilloskop gemessen. Die Widerstände werden mit einem Ohmmeter gemessen.


Messergebnisse:


Leitung

Verzögerung [ns]

Leitungswiderstand (Wellenwiderstand) [Ω]

Leitung 1

50

61,72

Leitung 2

123

88,76

Leitung 3

123

91,95

Leitung 4

100

106,46

t1

X3

X2

X1

CH1: Anfang der Leitung

CH2: Ende der Leitung

Eingangsspannung:10V

Erklärung des Oszilloskop Bildes:


Zu Anfang (X1) wird das Signal „weggeschickt“, da das Signal zuerst nur den Wellenwiderstand der Leitung sieht und weil der Generatorwiderstand genauso groß ist wie der Wellenwiderstand, ergibt sich die halbe Eingangsspannung. Zu dem Zeitpunkt X2 kommt das Signal am Ausgang an.

Nach 2xt1 ist das Signal wieder beim Eingang angekommen, mit der Information, dass sich ein Widerstand mit 61,72Ω am Ende der Leitung befindet. Es ergibt sich der Spannungsteiler mit dem Leitungswiderstand und dem Ausgangswiderstand. Bei X3 sieht man das der Wellenwiderstand der Leitung und der Ausgangwiderstand gleich groß sind.

3.5 Messablauf

Am Ausgang der Leitung wurde ein Potentiometer angeschlossen, danach wurde Spannung an die Leitung angelegt. Mit dem Oszilloskop konnte man das Potentiometer so verstellen bis die beiden Kanäle auf der gleichen Spannung waren.

Das BNC- Kabel von Frequenzgenerator zur Leitung wirkt sich nicht in der Messung aus. Genauere Erläuterung. (siehe Punkt 2.5)


4. Zusammenschluss mehrerer Leitungen

4.1 Zusammenschluss der Leitungen 2 und 3

4.1.1 Aufgabenstellung


Es ist eine Schaltung aufzubauen, bei der man zwei Leitungen zusammenschließt und deren Leitungswiderstand abgleicht. Die Spannung des Einganges und des Ausganges ist mit dem Oszilloskop aufzunehmen.

4.1.2 Schaltung


G1…Frequenzgenerator

Za…Ausgangsimpedanz (Potentiometer)


4.1.3 Oszilloskop Bild


Messschaltung:

P1…Oszilloskop

X3

X2

X1

t1

CH1: Anfang der Leitung

CH2: Ende der Leitung

Eingangsspannung:10V


Erklärung des Oszilloskop Bildes:


Zum Zeitpunkt X1 sieht das Signal nur den Wellenwiderstand der Leitung und den Innenwiderstand des Generators, diese bilden einen Spannungsteiler. Durch den Spannungsteiler ergibt sich, da die Widerstände gleich groß sind, die halbe Eingangsspannung. Die Zeit t1 entspricht der Länge der Leitung.


4.1.4 Kommentar


Der Messablauf entspricht dem Messablauf der vorherigen Schaltung. (siehe 3.6)

Das BNC- Kabel von Frequenzgenerator zur Leitung wirkt sich nicht in der Messung aus. Genauere Erläuterung. (siehe Punkt 2.5)


4.2 Zusammenschluss der Leitungen 2,3 und 1


4.2.1 Aufgabenstellung


Die Leitungen 2 und 3 sind direkt miteinander zu verbinden, die Leitung 1 ist mit einem T- Stück hinzuzufügen. Die Spannungen sind mit dem Oszilloskop aufzunehmen. Weiters ist dann der Leitungswiderstand mit einem Potentiometer abzugleichen.


4.2.2 Schaltung

G1…Frequenzgenerator

Za…Ausgangsimpedanz (Potentiometer)

4.2.3 Oszilloskop Bild


Messschaltung:

P1…Oszilloskop

X4

X3

t1

X2

X1

CH1: Anfang der Leitung

CH2: Ende der Leitung

Eingangsspannung:10V


Erklärung des Oszilloskop Bildes:


Bei X3 sieht man, dass der Ausgangswiderstand nahezu dem Leitungswiderstand entspricht. Kleine Reflektionen treten aber auch hier auf, welche von der Leitung 1 kommen könnten.


4.2.4 Verbesserung der Schaltung


Wie schon bei der vorherigen Messung erwähnt wird versucht die Reflektionen von der Leitung 1 zu minimieren, dies wird mit einem 50Ω Widerstand am Ende der Leitung 1 versucht.


Messschaltung:


4.2.5 Oszilloskop Bilder der verbesserten Schaltung


CH1: Anfang der Leitung

CH2: Ende der Leitung

Eingangsspannung:10V


Erklärung des Oszilloskop Bildes:


In dem eigekreisten Bereich sieht man, dass der 50Ω Widerstand am Ende der Leitung 1 der richtige Abschlusswiderstand ist, weil es nur mehr sehr geringe Reflektionen gibt.

4.2.6 Wellenlaufplan


Erklärung des Wellenlaufplanes:


Die Zeit 346,8 auf der Senderseite sieht man bei Punkt 4.2.3 X2 beim CH1.

Die beiden Zeiten findet man auch auf der Empfängerseite, die dem CH2 entspricht.

5. Messungen mit der Stromzange

5.1 Messung des Stromes im Leerlauffall

5.1.1 Aufgabenstellung


Es ist der Stromverlauf mit Hilfe einer Stromzange mit dem Oszilloskop aufzunehmen. Der Stromverlauf ist im Leerlauffall aufzunehmen.

5.1.2 Messschaltung


G1…Frequenzgenerator Za….Ausgangswiderstand (in diesem Fall ein Leerlauf)

Z0….Innenwiderstand des Generators P1…Oszilloskop

Zw…Wellenwiderstand der Leitung

5.1.3 Oszilloskop Bild

X1

CH1:Eingang CH2:Ausgang CH3:Stromzange Eingangsspannung:10V


Beschreibung des Oszilloskop Bildes:


Das Oszilloskop Bild unterscheidet sich nur durch eine Sache, CH1 und CH2 haben dasselbe verhalten wie bei 1.3. Am Anfang fließt bei CH3 50mA, wenn die Information am Eingang angekommen ist, dass am Ausgang ein Leerlauf ist, sinkt der Strom wieder(X1). Bei einem Leerlauf fließt kein Strom.

Es ist der Stromverlauf mit Hilfe einer Stromzange mit dem Oszilloskop aufzunehmen. Der Stromverlauf ist im Kurzschlussfall aufzunehmen.

5.2.2 Messschaltung

G1…Frequenzgenerator

Z0….Innenwiderstand des Generators

Zw…Wellenwiderstand der Leitung

Za….Ausgangswiderstand (in diesem Fall ein Kurzschluss)

P1…Oszilloskop


5.2.3 Oszilloskop Bild


CH1:Eingang CH2:Ausgang CH3:Stromzange Eingangsspannung:10V


Beschreibung des Oszilloskop Bildes:


Das Oszilloskop Bild unterscheidet sich nur durch eine Sache, CH1 und CH2 haben dasselbe verhalten wie bei 2.3. Am Anfang fließt bei CH3 50mA, wenn die Information am Eingang angekommen ist, dass am Ausgang ein Kurzschluss ist, steigt der Strom an(X1). Bei einem Leerlauf fließt der volle Strom.


6. Inventarliste

7. Mitschrift



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