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Praktikum ElektronikÜbung 1G. Kemnitz
Institut für Informatik, Technische Universität Clausthal23. Januar 2015
G. Kemnitz · Institut für Informatik, Technische Universität Clausthal 23. Januar 2015 1/16
Zielstellung
Vorgegebene Schaltungen
auf einer Steckplatine aufzubauen
durch ein numerisch lösbares Gleichungssystem nachbilden
und die Ausgaben für mehrere Eingabewerte miteinandervergleichen.
Berechnungen: Matlab
Messaufbau: Electronics Explorer mit Datenexport nachMatlab
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Matlab-Befehle
dir Anzeige der Dateien im Arbeitsverzeichniscd Verzeichnis wechseln
help <Funktionsname> genaue Beschreibung der Funktionx=[1 0 0]; Eingabe eines Zeilenvektors (Trennung der Elemente
durch Leerzeichen). Variablen wie hier x müssennicht vereinbart werden, sondern sie werdenautomatisch als Gleitkommazahl oder wie imBeispiel als eine Matrix von Gleitkommazahlenangelegt.
whos Anzeige aller angelegten Variablen mit Typ undGröÿe.
Variablenname ohne Semikolon Anzeige des Wertes der Variablen* / + - Grundrechenarten, auch auf Matrizen anwendbar
n^k Potenz nk
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Schaltungsanalyse
R1 = <Wert>; %in Ohm
UE = <Wert>; %in Volt
R3 = <Wert>; %in Ohm
R2 = <Wert>; %in Ohm
M = [ 1 −1 −1;
R1 R2 0;
0 −R2 R3];
I = (M^−1) * V;
V = [0; −UE; 0];
UR3R3
UR1I3
R1
I2
UE
I1
R2UR2
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Graphische Darstellung von Funktionen
plot(t, f); 2D-Darstellung der Funktion f(t), z.B. einerSinusfunktion
t=0:pi/50:10*pi; % Vektor t=[0 pi/50 2*pi/50 ...]
f=sin(t); % Vektor f=[sin(0) sin(pi/50) ...]
plot(t, f); % Darstellung der Funktion f(t)
plot3(u, v, w); Ausgabe einer 2D-Projektion eines3D-Linienzuges. Der nachfolgende Zweizeiler erzeugteinen 3D-Helix:
t=0:pi/50:10*pi;
plot3(sin(t), cos(t), t);
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Electronics Explorer
verbundeneLochspalte
verbundeneLochzeile
Masseanschlussealle miteinander
verbunden
USB-Anschluss
SteckernetzteilAnschluss
VersorgungsspannungenVoltmetereingange
OszilloskopeingangeRefernzspannungen
analogeSignalquellen
digitale Signalquellen und Logikanalysatoreingange
Einschalter
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Funktionen /Anschlüsse
Steckfeld POWER:
VP+: positive Versorgungsspannung (0 . . . 9 V)VP-: negative Versorgungsspannung (0 . . .− 9 V)VCC: Versorgung für Digitalschaltungen (5V oder 3,3V)
Steckfeld ANALOG
VREFi (i ∈ 1, 2) Referenzspannungen −10 V . . . 10 V max.10mAAWGi (i ∈ 1, 2) analoge SignalgeneratorausgängeVMTRi (i ∈ 1, 2, 3, 4) Voltmetereingänge
Steckfeld SCOPE
ACi (i = 1, 2, 3, 4): Oszilloskopeingänge mitGleichspannungstrennungDCi (i = 1, 2, 3, 4): Oszilloskopeingänge mitGleichspannungskopplung
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Inbetriebnahme
USB-Kabel anschlieÿenSpannung anschlieÿen
a) b)
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Fenster Power Supplies and Voltmeters
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Multimeter
WiderstandsmessungSpannungsmessungDurchgangsprüfer etc.
InbetriebnahmetestsFehlersuche
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Beispielschaltung
−5V5V
GNDAI2
R1
R3R2R2
R1
R3
AI2GND...
Mess-adapter
−5V5V
Spannungs-versorgung
5V
−5V
R2
R1
R3 UR3
Messaufbau gesteckte Schaltung
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Versuchsschaltung
c) Steckaufbau
UQ2
UQ1K1
K2
K3
R2
R1 R3
UR3
b) Anschluss der Quellen und Messgerate
a) Schaltung
K1 K3
Vp-
Vp+
POWER ANALOGR1 R3
Vmtr1R2K2 UR3
K2
K1
K3
R3
R2
R1
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Simulation
% Testeingabewerte
eingabe =[1 -3; % Eingabewerte in Volt als Matrix
2 -2; ... % mit Zeilentupeln UQ1 UQ2
for i:<Zeilenanzahl der Matrix>
UQ1 = eingabe(1,i); UQ2 = eingabe(2,i);
UR3(i) = <f(UQ1, UQ2)>
end
UR3 % Ergebnisanzeige
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Inbetriebnahme einer Schaltung
Während des Aufbaus Electronics Explorer auszuschalten.Inbetriebnahme in vorsichtigen Schritten
Sichttest: optische Kontrolle aller Bauteile undVerbindungen.MDA1-Test: Kontrolle der Widerstände entlang undzwischen allen Verbindungen. Entlang einer Verbindungmuss der Widerstand unter einem Ohm und zwischenVerbindung in der Regel über 100 Ω . . . 1kΩ sein.
1 Rauchtest: Einstellen der Strombegrenzung auf denmindestens erforderlichen Wert (vorher abzuschätzen).Einschalten der Versorgungsspannung. Kontrolle aufErwärmung und Rauchentwicklunng.
2 Funktionstest: Einstellung der Eingangsspannungen undAblesen der Ausgangsspannungen.
1MDA Manufacturing Defect AnalyzeG. Kemnitz · Institut für Informatik, Technische Universität Clausthal 23. Januar 2015 14/16
Messwertaufnahmen
Messzeitpunkten erfolgt mit:
Settings > Options > Plot style > Dots
Irritierend ist in der derzeitigen Software-Version, dass immer nurdas im linken Fenster ausgewählte (blau unterlegte) Signal, dasrechts mit groÿen Kreuzen gekennzeichnet ist, in demZeitdiagramm mit dem richtigen Wert dargestellt wird.
Wenn für alle zu untersuchende Eingabewertepaare die Messwerteaufgezeichnet sind, ist der Button Export zu betätigen. Eserscheint eine Tabelle der aufgezeichneten Werte mit demneuesten Wert oben (Abb. ??). Im Gegensatz zur Graphik werdenhier für alle Signale die aufgezeichneten Werte richtig angezeigt.Auf der linken Fensterseite sind US - Tab Del... auszuwählen,Comments und Labels abzuwählen, unten der Pfad und derDateiname für den Export einzustellen und zu speichern.
Gespeichert wird eine Textdatei in derselben Zeilen- undSpaltenform wie im Fenster angezeigt:
Voltmeter 1 (V) Positive Supply (V) Negative Supply (V)
4.463 9.0005 -3
2.978 6 -2.995
0.9855 1.9925 -2.9975
0.984 1.9935 -2.996
0.979 1.9945 -4.001
...
In Matlab erfolgt der Import mit:
dlmread('<Dateiname>','\t',1);
Der Parameter '\t' legt den Tabulator als Trennzeichen, dienachfolgende 1, dass die erste Zeile weggelassen wird. DasErgebnis der Funktion ist ein 2D-Feld mit den Werten aus derDatei ohne Spaltenbeschriftung. Dieses 2D-Feld kann ähnlich wiedas manuell erstellte Feld eingabe am Ende von Abschnitt ??weiterverarbeitet werden:
ans =
4.463 9.0005 -3
2.978 6 -2.995
0.9855 1.9925 -2.9975
...
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Abzurechnende Aufgaben
Aufgabe 1.5: Tabelle, Rechnung (auf dem Papier oder mitMatlab)
Aufgabe 1.6: Tabelle, Messaufbau, Matlabprogramm
Aufgabe 1.7: Wert des Innenwiderstands und der Rechenweg,wie er bestimmt wurde
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