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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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