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E-Book

Analoge, digitale und virtuelle Messtechnik

AutorHerbert Bernstein
VerlagDe Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr2013
Seitenanzahl346 Seiten
ISBN9783486720013
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,95 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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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
1 Analoge und digitale Multimetersysteme13
1.1 Zeigermessgeräte13
1.1.1 Aufbau von Zeigermessgeräten14
1.1.2 Beschriftung von Skalen17
1.1.3 Genauigkeitsklassen und Fehler19
1.1.4 Messungen mit Zeigermessgeräten22
1.1.5 Leistungsmessungen24
1.1.6 Widerstandsmessungen26
1.2 Digitale Multimetersysteme30
1.2.1 3½-stelliges Digital-Voltmeter ICL7106 mit LCD-Anzeige30
1.2.2 Umschaltbares Multimeter mit dem ICL710633
1.3 Arbeiten mit dem simulierten Multimeter37
1.3.1 Grundeinstellungen des Multimeters38
1.3.2 Arbeiten mit simulierten Betriebsmessgeräten42
1.3.3 Messen von Kondensatoren und Induktivitäten43
1.4 Mikrocontroller als Multimeter47
1.4.1 8-Bit-Mikrocontroller ATtiny2648
1.4.2 Grundfunktionen des 8-Bit-Mikrocontrollers ATtiny2648
1.4.3 Absolute und relative Genauigkeit49
1.4.4 Integraler Linearitätsfehler50
1.4.5 Differentielle Nichtlinearität50
1.4.6 Offsetfehler51
1.4.7 Verstärkungsfehler51
1.4.8 Aufbau eines digitalen Systems52
1.4.9 Unterscheidungsmerkmale zwischen analogen und digitalen Systemen53
1.4.10 Systemfehler der AD-Umsetzung55
1.4.11 Statische Signale56
1.4.12 Quasistatische Signale56
1.4.13 Dynamische Signale56
1.4.14 Signalparameter57
1.4.15 Statistische Methoden der Signalauswertung58
1.4.16 Arithmetischer Mittelwert59
1.4.17 Fortlaufende Mittelwertbildung59
1.4.18 Schrittweise Mittelwertbildung60
1.4.19 Quadratischer Mittelwert62
1.4.20 Effektivwert62
1.4.21 Abtasttheorem und Aliasing62
2 Funktionsgenerator und Signalquellen67
2.1 Simulierter Funktionsgenerator68
2.1.1 Augenblickswert, Scheitelwert und Effektivwert69
2.1.2 Rechteck- und Dreieckspannung70
2.1.3 Messung der Phasenverschiebung72
2.1.4 RC-Glied an symmetrischer Rechteckspannung73
2.1.5 Messung einer Schwebung75
2.1.6 Messung einer Amplitudenmodulation (AM)77
2.1.7 Messung einer Frequenzmodulation (FM)78
2.1.8 Messung einer Rauschspannung80
2.1.9 Messung einer FSK-Spannung81
2.2 Realer Funktionsgenerator83
2.2.1 Blockschaltung des Funktionsgenerators MAX03883
2.2.2 Funktionsgenerator mit dem MAX03885
2.2.3 Wobbler mit dem MAX03888
2.3 Mikrocontroller ATtiny26 als Frequenzgenerator90
2.3.1 Mikrocontroller als Rechteckgenerator90
2.3.2 Mikrocontroller ATtiny26 als Sinusgenerator91
3 Wattmeter97
3.1 Elektrodynamisches Messwerk97
3.2 Elektrodynamisches Quotienten-Messwerk99
3.3 Messverfahren in der Starkstromtechnik100
3.3.1 Leistungsmessung im Einphasennetz101
3.3.2 Leistungsmessung im Drehstromnetz104
3.3.3 Blindleistungsmessung106
3.3.4 Leistungsfaktormessung107
3.4 Messpraktikum109
3.4.1 Leistungsmessung einer Glühlampe109
3.4.2 Leistungsmessung einer Spule110
3.4.3 Leistungsmessung einer RL-Schaltung111
3.4.4 Leistungsmessung einer RC-Schaltung112
3.4.5 Leistungsmessung einer Kompensation113
3.4.6 Leistungsmessung einer Sternschaltung (Drehstrom)115
3.4.7 Leistungsmessung an Drehstrom116
3.5 Leistungsmesser mit Mikrocontroller ATtiny26117
4 Oszilloskope119
4.1 Elektronenstrahlröhre119
4.1.1 Y-Verstärker mit Abschwächer121
4.1.2 X-Verstärker mit Abschwächer122
4.1.3 Zeitablenkschaltung123
4.1.4 Elektronischer Schalter124
4.1.5 Vorverstärker124
4.2 Digitale Speicheroszilloskope125
4.2.1 Analog-Digital-Wandler125
4.2.2 Genauigkeit und Auflösung126
4.2.3 Digitale Zeitbasis128
4.2.4 Digitalisierung der Daten128
4.2.5 Aliasing und Anti-Aliasing129
4.2.6 Impuls-Interpolation132
4.2.7 Vergleich zwischen Digital- und analogem Speicheroszilloskop134
4.2.8 Messmerkmale eines digitalen Speicheroszilloskops135
4.2.9 Auswahl eines digitalen Speicheroszilloskops138
4.3 Messübungen mit simuliertem Zweikanal-Oszilloskop143
4.3.1 Oszilloskopeinstellungen143
4.3.2 Messungen von unsymmetrischen Spannungen145
4.3.3 Messung der Phasenverschiebung149
4.3.4 Messung einer Frequenz mit Lissajous-Figur151
4.3.5 Messung der Blindleistung153
4.3.6 Messung der Phasenverschiebung an einer RCL-Reihenschaltung154
4.3.7 Messung einer Signalkopplung in einem Kleinsignalverstärker155
4.4 Messübungen mit simuliertem Vierkanal-Oszilloskop158
4.4.1 Messung von unterschiedlichen Spannungen158
4.4.2 Sinusgenerator mit RC-Phasenschieber158
5 Bode-Plotter161
5.1 Arbeiten mit dem Bode-Plotter162
5.1.1 Verhalten eines passiven RC-Tiefpass-Filters164
5.1.2 Verhalten eines Reihenschwingkreises165
5.1.3 Verhalten eines Parallelschwingkreises166
5.1.4 Reale Schwingkreise168
5.1.5 Güte und Bandbreite168
5.1.6 Untersuchung eines LC-Filters170
5.1.7 Untersuchung eines T- und -Filters171
5.1.8 Untersuchung eines Tiefpass-Doppelsiebgliedes173
5.1.9 Untersuchung eines Bandpasses nach Wien174
6 Frequenzmessgeräte177
6.1 Praxis der Dekadenzählung177
6.1.1 Mengenzählung177
6.1.2 Zeitmessung178
6.1.3 Frequenzmessung180
6.1.4 Frequenzverhältnismessung180
6.1.5 Frequenzuntersetzung181
6.1.6 Realisierung einer Zählerdekade182
6.2 Messungen mit dem simulierten Frequenzzähler183
6.3 Multifunktionszähler und Frequenzzähler186
6.3.1 Multifunktionszähler ICM7216A/B und Frequenzzähler ICM7216C/D186
6.3.2 Funktionen des ICM7216A/B189
6.3.3 Multifunktionszähler mit dem ICM7216A bis 10 MHz189
6.3.4 Frequenzzähler bis 10 MHz mit dem ICM7216C/D189
6.3.5 Erweiterte Schaltungen mit dem ICM7216C/D190
7 Logikanalysator und Bitmustergenerator195
7.1 Digitale Messgeräte195
7.1.1 Simulierter Bitmustergenerator197
7.1.2 Simulierter Logikanalysator198
7.1.3 Untersuchung des Dezimalzählers 7490200
7.1.4 Untersuchung des Schieberegisters 74164202
7.1.5 Untersuchung eines 8-Bit-DA-Wandlers203
7.1.6 Untersuchung eines 8-Bit-AD-Wandlers206
7.1.7 Mikrocontroller mit LED-Baranzeige207
7.1.8 Mikrocontroller am Logikanalysator208
7.1.9 Mikrocontroller mit DA-Wandler211
7.1.10 Mikrocontroller mit AD-Wandler212
7.1.11 Mikrocontroller mit AD- und DA-Wandler212
8 Logikkonverter215
8.1 Arbeiten mit dem Logikkonverter215
8.1.1 Verfahren nach Quine und McCluskey217
8.1.2 Untersuchung einer negierten UND-Verknüpfung217
8.1.3 Untersuchung einer UND-ODER-Verknüpfung mit zwei Eingängen218
8.1.4 Untersuchung einer UND-ODER-Verknüpfung mit drei Variablen219
8.1.5 Untersuchung einer UND-ODER-Verknüpfung mit vier Variablen220
8.2 Schaltungsanalyse von TTL-Bausteinen222
8.2.1 Untersuchung des NAND-Gatters 7400222
8.2.2 Untersuchung des Exklusiv-ODER-Gatters 7486224
8.2.3 Inhibition und Implikation225
8.2.4 Untersuchung des UND/NOR-Gatters 7451227
9 Kennlinienschreiber (I/U-Analyse)229
9.1 Kennlinie229
9.1.1 Statische Kennlinienaufnahme einer Diode231
9.1.2 Dynamische Kennlinienaufnahme einer Diode232
9.1.3 Kennlinienschreiber mit Diode235
9.1.4 Statischer und dynamischer Wert einer Diode236
9.2 Kennlinienschreiber für Transistoren238
9.2.1 Einfache Messungen und Prüfungen an bipolaren Transistoren238
9.2.2 Messung des Gleichstromverstärkungsfaktors B240
9.2.3 Messung der Eingangskennlinie IB = f (UBE)242
9.2.4 Ausgangskennlinien eines Transistors245
9.2.5 Dynamische Aufnahme von Ausgangskennlinien247
10 Klirrfaktormessgerät251
10.1 Messen einer Bandsperre mit Klirrfaktormessgerät253
10.1.1 Klirrfaktor253
10.1.2 Zweistufiger Verstärker mit kapazitiver Kopplung254
10.1.3 Intermodulations-Verzerrungen256
11 Spektrumanalysator und Netzwerkanalysator259
11.1 Grundlagen der Spektrumanalyse259
11.1.1 Frequenzbereiche259
11.1.2 Empfindlichkeit260
11.1.3 Signalanzeigebereich260
11.1.4 Dynamikbereich261
11.1.5 Messung eines AM-Demodulators263
11.2 Netzwerkanalysator265
11.2.1 Smith-Kreisdiagramm267
11.2.2 Messen mit dem Netzwerkanalysator268
11.2.3 Messen eines Collins-Filters271
11.2.4 Anpassschaltungen in der HF-Technik274
12 Simulierte Industriemessgeräte277
12.1 HP-Funktionsgenerator 33120A277
12.2 HP-Multimeter 34401A282
12.3 HP-Oszilloskop 54622D285
12.4 Tektronix-Oszilloskop TDS 2024288
13 Analysemethoden bei Simulationen mit MultiSim und PSPICE291
13.1 Analysiermethoden296
13.2 Simulation und Analyse297
13.3 AC-Frequenzanalyse299
13.4 Zeitbereichs-Transientenanalyse305
13.5 Fourier-Analyse308
13.6 Rausch- und Rauschzahlanalyse313
13.7 Verzerrungsanalyse319
13.8 Analyse mit linear variabler Gleichspannung (DC-Wobbeln der Übertragungsfunktion)324
13.9 Empfindlichkeitsanalyse326
13.10 Parameterdurchlauf-Analyse (lineare variable Parameterwerte)328
13.11 Temperaturdurchlauf-Analyse (variable Temperaturen)331
13.12 Monte-Carlo-Analyse333
13.13 Pol-/Nullstellenanalyse336
13.14 Worst-Case-Analyse (ungünstige Bedingungen)340
Stichwortverzeichnis343

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