Analoges Oszilloskop

Das wohl wichtigste Messgerät in der Elektronik wird mehr und mehr von digitalen Geräten verdrängt. Im Grundlagenstudium lassen sich aber Aspekte wie Bandbreite, Zeitbasis und Triggerung frei von Abtasttheorem, Aliasing und co. vermitteln. In diesem Versuch werden verschiedene Schaltungen aufgebaut und mit einer Kleinwechselspannung betrieben. Mit dem Oszilloskop werden Zeiten, Frequenzen, Spannungen und Ströme bestimmt.

Themen: Oszilloskop, Bedienelemente, Ersatzschaltbilder, Tastkopf, Frequenz, Amplitude, Anstiegszeit, Brückengleichrichter, Kondensator, Leuchtdiode.


Digitales Oszilloskop

Was bedeutet die Bandbreite beim digitalen Oszilloskop? Und wie schnell muss abgetastet werden, damit ein vernünftiges Ergebnis herauskommt? Welche Abtaststrategien gibt es und welche Einschränkungen haben diese? Diese Fragen werden in diesem Versuch geklärt indem zunächst alle "Gimmicks" des Gerätes abgeschaltet und die "Rohdaten" des Wandlers betrachtet werden. Schritt für Schritt wird dann in die Bedienung des Gerätes eingeführt.

Themen: Bandbreite, Abtasttheorem, Interpolation, Kontaktprellen, Relexion auf Leitungen, gestörte Signale.


Schwingkreise und Oszillatoren

Zur Vertiefung der erarbeiteten Oszilloskop-Kenntnisse werden ein Parallelschwingkreis und eine Transistor-Verstärkerstufe messtechnisch untersucht. Schwingkreis und Verstärker lassen sich in drei Varianten zu einem Colpitts-Oszillator kombinieren. Auch diese Schaltungen werden aus diskreten Teilen aufgebaut und mit dem Oszilloskop untersucht. Am Ende wird die Signalqualität mit der FFT-Funktion eines modernen Digitaloszilloskops analysiert.

Themen: Parallelschwingkreis, kapazitive Dreipunktschaltung, Transistor-Verstärker, Emitter-, Kollektor-, und Basisschaltung, Schleifenverstärkung, Schwingungsbedingung, Colpitts-Oszillator


Operationsverstärker

Mit dem Oszilloskop werden Grundschaltungen von Operationsverstärkern untersucht. Die Schaltungen werden auf dem Rastersteckbrett diskret aufgebaut, vermessen und mit den Ergebnissen der Vorbereitungsaufgaben verglichen. Besonders interessant ist die Realisierung von Integrations- und Differentiationsstufen und ihre Wirkung auf Sinus, Rechteck- und Dreiecksspannungen.

Themen: Oszilloskop, Verstärkerschaltung (invertierend, nicht invertierend), Integrator, Differenziator.


Wechselspannungsmessungen

Zunächst vergleichen wird die Messergebnisse eines billigen Handmultimeters mit denen eines soliden Labormultimeters über der Frequenz und der Wellenform. Ist die Werkzeugfrage dann geklärt, werden die Spannungen an einem Reihenschwingkreis untersucht und mit den Ergebnissen der komplexen Berechnung verglichen. Zur Entspannung gibt es dann noch einen Versuch zur Wien-Brücke.

Themen: Effektivwert, Scheitelfaktor, Kapazität, Induktivität, Reihenschwingkreis, Spannungüberhöhung, Güte.


Rechnergestützte Messungen

Es gilt, ein Spielzeugauto durch eine Rennstrecke zu steuern. Weil wir aber nicht spielen, sondern Ingenieure ausbilden, arbeiten wir nicht mit dem Handregler sondern mit Lichtschranke, Zähler, Netzteil, IEEE-488 Bus, PC und der Programmiersprache C. Das Programmgerüst wird vorgegeben und alle Steuerfunktionen müssen von den Studierenden erstellt werden.

Themen: Pulsdauer, Geschwindigkeit, IEEE-488, SICL, VISA, SCPI, Visual C++, C-Programmierung.


Digitale Signalverarbeitung

Signale werden mit dem Rechner verarbeitet. Das Werkzeug ist MatLab. Die Algorithmen: verschiedene Filter und die schnelle Fourier-Transformation. Damit es nicht zu abstrakt wird, arbeiten wir im ersten Teil des Versuches mit Daten die nichts mit Elektrotechnik zu tun haben.

Themen: MatLab, Sonnenflecken, Mittelwerte, Amplitudenspektren.

 


Einführung in die Hochfrequenzmesstechnik

Der Spektrumanalysator und seine Funktionsweise sind Thema dieses Versuches. Dabei geht es zunächst um die Darstellung von Signalen im Frequenzbereich. Dann werden Mischung, Auflöse- und Videobandbreite erklärt. Abgerundet wird der Versuch durch abhören einer CT1+ Handyverbindung und dem Stöbern im UKW Rundfunkband.

Themen: Frequenzbereich, Mischung, Modulation, ZF-Filterung, Detektion, Demodulation, Dezibel.


Leistungsmessung

Verschiedene Leistungsmessungen, am verschiedenen Spannungen und mit verschiedenen Messgeräten sind Thema dieses Versuches. Vom einfachen Voltmeter, über das Fluke 123 Handozilloskop bis zum Fluke Oberwellenanalysator und von 40V bis 400V ist alles drin. Untersucht werden Widerstände, Dimmer, Haartrockner und ein Drehstrommotor.

Themen: Spannungs- und Strommessung (direkt, indirekt), Aron-Schaltung, Stromzange, Phasenanschnitt, Kosinus Phi, Wirkungsgrad.


Der Transformator

Ausgehend von einem Transformator-Ersatzschaltbild werden die Verlustleistungen im Leerlauf- und Kurzschlussbetrieb gemessen und die zugehörigen parasitären Kennwerte von Ringkern- und Universaltrafo bestimmt. Im letzten Versuchsteil werden zwei Transformatoren benutzt um Energie verlustleistungsoptimiert  über eine simulierte Überlandleitung zu transportieren. 

Themen: Induktionsgesetz, idealer und realer Transformator, komplexe Strom- und Widerstandsrechnung


Spannung, Strom und Widerstand

An verschiedenen Widerständen werden durch Messung von Spannung und Strom die Begriffe Stromfehler und Spannungsfehler begreiflich. Neben der Auswahl der richtigen Messmethode lernen die Studierenden das Löten und die richtige Behandlung von elektronischen Bauelementen kennen.

Themen: Strom- und Spannungsmessung, Ohmsches Gesetz, Schaltung, Löten, Lot.


Innenwiderstand einer Spannungsquelle

Wie verhält sich die Ausgangsspannung einer Spannungsquelle bei Laständerung? Wie lässt sich dieses Verhalten elektrotechnisch erklären? Und wie genau kann man das messen? Hier ist nicht die Messung, sondern die Auswertung das Abenteuer...

Themen: Absoluter und relativer Fehler, Fehler bei analogen und digitalen Messgeräten.




Der Spannungsteiler

Messungen am unbelasteten und am belasteten Spannungsteiler. Wie wirkt sich eine Belastung aus und wie kann dieser Effekt minimiert werden? Wie modelliert man die Ersatzspannungsquelle für einen Spannungsteiler und wie groß ist deren Innenwiderstand?

Themen: Ohmsches Gesetz, Parallelschaltung von Widerständen, Verlustleistung, Leistungsanpassung.


Messbereichserweiterung

Wir erweitern ein handelsübliches Drehspul-Messwerk so, dass verschiedene Spannungs- und Strommessbereiche zur Verfügung stehen. Die dazu erforderlichen Widerstände werden in der Vorbereitungsphase berechnet. Im Versuch wird dann die Praxistauglichkeit dieser Berechnungen getestet.

Themen: Messwerk, Verzweigter Stromkreis, Ohmsches Gesetz, Innenwiderstand.