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E-Book

Analoge, digitale und virtuelle Messtechnik

Autor	Herbert Bernstein
Verlag	De Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr	2013
Seitenanzahl	346 Seiten
ISBN	9783486720013
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	49,95 EUR

Das Buch behandelt analoge und digitale Messinstrumente zur Strom-, Spannungs- und Widerstandsmessung mit einem klaren Fokus auf modernen Messgeräten wie den Multimetersystemen, Zwei- und Vierkanal-Oszilloskopen sowie Logik- und Netzwerk-Analysatoren, die in der elektrotechnischen Lehre und Praxis heutzutage die Hauptrolle spielen. Ferner führt das Buch in die weit verbreitete Software MultiSIM ein, die virtuelle Messgeräte zur Verfügung stellt und es so ermöglicht, am Rechner komplexe Messschaltungen aufzubauen, zu testen und zu optimieren.

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort	5
1 Analoge und digitale Multimetersysteme	13
1.1 Zeigermessgeräte	13
1.1.1 Aufbau von Zeigermessgeräten	14
1.1.2 Beschriftung von Skalen	17
1.1.3 Genauigkeitsklassen und Fehler	19
1.1.4 Messungen mit Zeigermessgeräten	22
1.1.5 Leistungsmessungen	24
1.1.6 Widerstandsmessungen	26
1.2 Digitale Multimetersysteme	30
1.2.1 3½-stelliges Digital-Voltmeter ICL7106 mit LCD-Anzeige	30
1.2.2 Umschaltbares Multimeter mit dem ICL7106	33
1.3 Arbeiten mit dem simulierten Multimeter	37
1.3.1 Grundeinstellungen des Multimeters	38
1.3.2 Arbeiten mit simulierten Betriebsmessgeräten	42
1.3.3 Messen von Kondensatoren und Induktivitäten	43
1.4 Mikrocontroller als Multimeter	47
1.4.1 8-Bit-Mikrocontroller ATtiny26	48
1.4.2 Grundfunktionen des 8-Bit-Mikrocontrollers ATtiny26	48
1.4.3 Absolute und relative Genauigkeit	49
1.4.4 Integraler Linearitätsfehler	50
1.4.5 Differentielle Nichtlinearität	50
1.4.6 Offsetfehler	51
1.4.7 Verstärkungsfehler	51
1.4.8 Aufbau eines digitalen Systems	52
1.4.9 Unterscheidungsmerkmale zwischen analogen und digitalen Systemen	53
1.4.10 Systemfehler der AD-Umsetzung	55
1.4.11 Statische Signale	56
1.4.12 Quasistatische Signale	56
1.4.13 Dynamische Signale	56
1.4.14 Signalparameter	57
1.4.15 Statistische Methoden der Signalauswertung	58
1.4.16 Arithmetischer Mittelwert	59
1.4.17 Fortlaufende Mittelwertbildung	59
1.4.18 Schrittweise Mittelwertbildung	60
1.4.19 Quadratischer Mittelwert	62
1.4.20 Effektivwert	62
1.4.21 Abtasttheorem und Aliasing	62
2 Funktionsgenerator und Signalquellen	67
2.1 Simulierter Funktionsgenerator	68
2.1.1 Augenblickswert, Scheitelwert und Effektivwert	69
2.1.2 Rechteck- und Dreieckspannung	70
2.1.3 Messung der Phasenverschiebung	72
2.1.4 RC-Glied an symmetrischer Rechteckspannung	73
2.1.5 Messung einer Schwebung	75
2.1.6 Messung einer Amplitudenmodulation (AM)	77
2.1.7 Messung einer Frequenzmodulation (FM)	78
2.1.8 Messung einer Rauschspannung	80
2.1.9 Messung einer FSK-Spannung	81
2.2 Realer Funktionsgenerator	83
2.2.1 Blockschaltung des Funktionsgenerators MAX038	83
2.2.2 Funktionsgenerator mit dem MAX038	85
2.2.3 Wobbler mit dem MAX038	88
2.3 Mikrocontroller ATtiny26 als Frequenzgenerator	90
2.3.1 Mikrocontroller als Rechteckgenerator	90
2.3.2 Mikrocontroller ATtiny26 als Sinusgenerator	91
3 Wattmeter	97
3.1 Elektrodynamisches Messwerk	97
3.2 Elektrodynamisches Quotienten-Messwerk	99
3.3 Messverfahren in der Starkstromtechnik	100
3.3.1 Leistungsmessung im Einphasennetz	101
3.3.2 Leistungsmessung im Drehstromnetz	104
3.3.3 Blindleistungsmessung	106
3.3.4 Leistungsfaktormessung	107
3.4 Messpraktikum	109
3.4.1 Leistungsmessung einer Glühlampe	109
3.4.2 Leistungsmessung einer Spule	110
3.4.3 Leistungsmessung einer RL-Schaltung	111
3.4.4 Leistungsmessung einer RC-Schaltung	112
3.4.5 Leistungsmessung einer Kompensation	113
3.4.6 Leistungsmessung einer Sternschaltung (Drehstrom)	115
3.4.7 Leistungsmessung an Drehstrom	116
3.5 Leistungsmesser mit Mikrocontroller ATtiny26	117
4 Oszilloskope	119
4.1 Elektronenstrahlröhre	119
4.1.1 Y-Verstärker mit Abschwächer	121
4.1.2 X-Verstärker mit Abschwächer	122
4.1.3 Zeitablenkschaltung	123
4.1.4 Elektronischer Schalter	124
4.1.5 Vorverstärker	124
4.2 Digitale Speicheroszilloskope	125
4.2.1 Analog-Digital-Wandler	125
4.2.2 Genauigkeit und Auflösung	126
4.2.3 Digitale Zeitbasis	128
4.2.4 Digitalisierung der Daten	128
4.2.5 Aliasing und Anti-Aliasing	129
4.2.6 Impuls-Interpolation	132
4.2.7 Vergleich zwischen Digital- und analogem Speicheroszilloskop	134
4.2.8 Messmerkmale eines digitalen Speicheroszilloskops	135
4.2.9 Auswahl eines digitalen Speicheroszilloskops	138
4.3 Messübungen mit simuliertem Zweikanal-Oszilloskop	143
4.3.1 Oszilloskopeinstellungen	143
4.3.2 Messungen von unsymmetrischen Spannungen	145
4.3.3 Messung der Phasenverschiebung	149
4.3.4 Messung einer Frequenz mit Lissajous-Figur	151
4.3.5 Messung der Blindleistung	153
4.3.6 Messung der Phasenverschiebung an einer RCL-Reihenschaltung	154
4.3.7 Messung einer Signalkopplung in einem Kleinsignalverstärker	155
4.4 Messübungen mit simuliertem Vierkanal-Oszilloskop	158
4.4.1 Messung von unterschiedlichen Spannungen	158
4.4.2 Sinusgenerator mit RC-Phasenschieber	158
5 Bode-Plotter	161
5.1 Arbeiten mit dem Bode-Plotter	162
5.1.1 Verhalten eines passiven RC-Tiefpass-Filters	164
5.1.2 Verhalten eines Reihenschwingkreises	165
5.1.3 Verhalten eines Parallelschwingkreises	166
5.1.4 Reale Schwingkreise	168
5.1.5 Güte und Bandbreite	168
5.1.6 Untersuchung eines LC-Filters	170
5.1.7 Untersuchung eines T- und -Filters	171
5.1.8 Untersuchung eines Tiefpass-Doppelsiebgliedes	173
5.1.9 Untersuchung eines Bandpasses nach Wien	174
6 Frequenzmessgeräte	177
6.1 Praxis der Dekadenzählung	177
6.1.1 Mengenzählung	177
6.1.2 Zeitmessung	178
6.1.3 Frequenzmessung	180
6.1.4 Frequenzverhältnismessung	180
6.1.5 Frequenzuntersetzung	181
6.1.6 Realisierung einer Zählerdekade	182
6.2 Messungen mit dem simulierten Frequenzzähler	183
6.3 Multifunktionszähler und Frequenzzähler	186
6.3.1 Multifunktionszähler ICM7216A/B und Frequenzzähler ICM7216C/D	186
6.3.2 Funktionen des ICM7216A/B	189
6.3.3 Multifunktionszähler mit dem ICM7216A bis 10 MHz	189
6.3.4 Frequenzzähler bis 10 MHz mit dem ICM7216C/D	189
6.3.5 Erweiterte Schaltungen mit dem ICM7216C/D	190
7 Logikanalysator und Bitmustergenerator	195
7.1 Digitale Messgeräte	195
7.1.1 Simulierter Bitmustergenerator	197
7.1.2 Simulierter Logikanalysator	198
7.1.3 Untersuchung des Dezimalzählers 7490	200
7.1.4 Untersuchung des Schieberegisters 74164	202
7.1.5 Untersuchung eines 8-Bit-DA-Wandlers	203
7.1.6 Untersuchung eines 8-Bit-AD-Wandlers	206
7.1.7 Mikrocontroller mit LED-Baranzeige	207
7.1.8 Mikrocontroller am Logikanalysator	208
7.1.9 Mikrocontroller mit DA-Wandler	211
7.1.10 Mikrocontroller mit AD-Wandler	212
7.1.11 Mikrocontroller mit AD- und DA-Wandler	212
8 Logikkonverter	215
8.1 Arbeiten mit dem Logikkonverter	215
8.1.1 Verfahren nach Quine und McCluskey	217
8.1.2 Untersuchung einer negierten UND-Verknüpfung	217
8.1.3 Untersuchung einer UND-ODER-Verknüpfung mit zwei Eingängen	218
8.1.4 Untersuchung einer UND-ODER-Verknüpfung mit drei Variablen	219
8.1.5 Untersuchung einer UND-ODER-Verknüpfung mit vier Variablen	220
8.2 Schaltungsanalyse von TTL-Bausteinen	222
8.2.1 Untersuchung des NAND-Gatters 7400	222
8.2.2 Untersuchung des Exklusiv-ODER-Gatters 7486	224
8.2.3 Inhibition und Implikation	225
8.2.4 Untersuchung des UND/NOR-Gatters 7451	227
9 Kennlinienschreiber (I/U-Analyse)	229
9.1 Kennlinie	229
9.1.1 Statische Kennlinienaufnahme einer Diode	231
9.1.2 Dynamische Kennlinienaufnahme einer Diode	232
9.1.3 Kennlinienschreiber mit Diode	235
9.1.4 Statischer und dynamischer Wert einer Diode	236
9.2 Kennlinienschreiber für Transistoren	238
9.2.1 Einfache Messungen und Prüfungen an bipolaren Transistoren	238
9.2.2 Messung des Gleichstromverstärkungsfaktors B	240
9.2.3 Messung der Eingangskennlinie IB = f (UBE)	242
9.2.4 Ausgangskennlinien eines Transistors	245
9.2.5 Dynamische Aufnahme von Ausgangskennlinien	247
10 Klirrfaktormessgerät	251
10.1 Messen einer Bandsperre mit Klirrfaktormessgerät	253
10.1.1 Klirrfaktor	253
10.1.2 Zweistufiger Verstärker mit kapazitiver Kopplung	254
10.1.3 Intermodulations-Verzerrungen	256
11 Spektrumanalysator und Netzwerkanalysator	259
11.1 Grundlagen der Spektrumanalyse	259
11.1.1 Frequenzbereiche	259
11.1.2 Empfindlichkeit	260
11.1.3 Signalanzeigebereich	260
11.1.4 Dynamikbereich	261
11.1.5 Messung eines AM-Demodulators	263
11.2 Netzwerkanalysator	265
11.2.1 Smith-Kreisdiagramm	267
11.2.2 Messen mit dem Netzwerkanalysator	268
11.2.3 Messen eines Collins-Filters	271
11.2.4 Anpassschaltungen in der HF-Technik	274
12 Simulierte Industriemessgeräte	277
12.1 HP-Funktionsgenerator 33120A	277
12.2 HP-Multimeter 34401A	282
12.3 HP-Oszilloskop 54622D	285
12.4 Tektronix-Oszilloskop TDS 2024	288
13 Analysemethoden bei Simulationen mit MultiSim und PSPICE	291
13.1 Analysiermethoden	296
13.2 Simulation und Analyse	297
13.3 AC-Frequenzanalyse	299
13.4 Zeitbereichs-Transientenanalyse	305
13.5 Fourier-Analyse	308
13.6 Rausch- und Rauschzahlanalyse	313
13.7 Verzerrungsanalyse	319
13.8 Analyse mit linear variabler Gleichspannung (DC-Wobbeln der Übertragungsfunktion)	324
13.9 Empfindlichkeitsanalyse	326
13.10 Parameterdurchlauf-Analyse (lineare variable Parameterwerte)	328
13.11 Temperaturdurchlauf-Analyse (variable Temperaturen)	331
13.12 Monte-Carlo-Analyse	333
13.13 Pol-/Nullstellenanalyse	336
13.14 Worst-Case-Analyse (ungünstige Bedingungen)	340
Stichwortverzeichnis	343

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