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LA3-WW6

Messen mit dem Oszilloskop, Bodediagramm

Aufgabenstellung

· Kenntnis über Funktionsweise des Oszilloskops

· Messung von Spannung und Zeit

· Messung der Phasenverschiebung, Erstellung eines Bodediagramms

1 Inbetriebnahme, Allgemeines

Vor dem Einschalten sollte man eine mittlere Intensität und Zeitablenkung einstellen, Triggermodus Auto. Bei mehreren Signalen wählt man je nach der zu messenden Frequenz den Alternating- (hohe Frequenz, zeigt Kanäle abwechselnd) bzw. den Choped-Modus (geringe Frequenz, schaltet schnell zwischen den Kanälen hin und her).
Desweiteren ist darauf zu achten, daß sich alle Regler in der kalibrierten Stellung befinden.
Vor der Messung müssen alle Tastköpfe an einem Referenzsignal des Oszilloskops abgeglichen werden. Es handelt sich hierbei um ein Rechtecksignal, welches Mithilfe eines Trimmers am Tastkopf so einzustellen ist, daß die Flanken scharfkantig sind.

2 Messungen (1)-U, t, f

2.1 Messung der Spannung

Hierzu wurde der Ausgang von G1 an den Kanal 1 von P1 angeschlossen und die Spannung bei verschiedenen Abschwächungen (in dB) des Funktionsgenerators G1 gemessen:

Die rechnerischen Werte von U_ss wurden nach folgender Formel ermittelt:

2.2 Messung der Zeit

Hierzu wurden an G1 verschiedene Tastverhältnisse eingestellt (vergl. nebenstehende Abb.) :

2.3 Messung der Frequenz

Es handelt sich im Prinzip um eine Zeitmessung, wobei sich die Frequenz als Kehrwert der Periodendauer ergibt, welche am besten zwischen zwei gleichflankigen Durchgängen durch eine beliebige Linie am Oszilloskopschirm ermittelt wird.
Für das vorhergehende Beispiel ergibt sich eine Frequenz von 1,82 kHz.

Interpretation der Meßergebnisse:

Die Spannungs- wie Zeitmessung mit dem Oszilloskop ist kein größeres Problem. Die errechneten Werte stimmen den gemessen sehr gut überein.

3 Messungen (2)-Phasenverschiebung, Bodediagramm

3.1 Schaltung

3.2 Berechnung

Aufstellen von Z:

Durch Nullsetzen des Imaginärteils...

...ergibt sich für die Resonanzfrequenz:

3.3 Messungen

An der Schaltung wurde eine Sinusspannung von U₀=U_E=10V angelegt. Die Masse von
Kanal 1 wurde am Punkt C (vergl. Schaltung), der Kanal 1 am Punkt A und der Kanal 2 am Punkt B angeschlossen. Nach der Ermittlung von U_A wurde die Phasenverschiebung absolut in Mikrosekunden gemessen und auf Grad umgerechnet.

Interpretation der Meßergebnisse:

Resonanzfrequenz:

Sie liegt mit 472 Hz weitab vom errechneten Wert (2.14 kHz). Dieser große Fehler läßt sich kaum über Toleranzen der Bauteile erklären (mit einer Toleranz von ± 50% auf C und von 5% auf R ergibt sich eine Frequenz von 1,42 kHz). Ein geringe Abweichung könnte durch eine nicht konstante Eingangsspannung von G1 hervorgerufen worden sein. Ein Ablesefehler ist kaum möglich, da das Meßergebnis mehrfach kontrolliert wurde und durch eine Veränderung der Frequenz mit G1 der Übergang von positiver. zu negativer Phase gut zu beobachten war. Wodurch dieser große Fehler entstand, ist somit nur schwer erklärbar, da ein Schaltungs- oder Verständnisfehler bei solch einer einfachen Schaltung ziemlich sicher auszuschließen ist.

Spannung

Sie zeigt den erwarteten Kurfenverlauf mit einem Minimum bei der Resonanzfrequenz, auch wenn diese etwas verschoben ist.

Phase

Abgesehen von Unliniaritäten im Bereich von 10 bis 100 Hz, die in der Praxis immer wieder auftreten, fällt besonders der steile Teil bei 2 kHz auf. Hier wären weitere Kontrollmessungen angebracht gewesen, eine Erklärung hierfür muß ich leider schuldig bleiben. Da jedoch der Kurfenverlauf insgesamt stimmt, dürfte kein wesentlicher Fehler vorliegen.

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Letztes Update vom 25. Jul. 1999 von Florian Rosenauer