_
CMRR = 60 dB
Adm = 100 ggr
Biomedicinsk teknik vid LTH Sida 23 Laboration: Störningar
Inledning
Laborationen ger dig tillfälle att studera hur störningar kan sprida sig in i mätuppställningar och hur du kan bekämpa dessa störningar. Det finns aktiva störkällor i rummet!
Laborationen är uppdelad i tre delar:
• Kapacitivt kopplade störningar
• Induktivt kopplade störningar
• Resistivt kopplade störningar
Materiel
Aktiva störkällor
Oscilloskop TDS 210 eller 1002, med två 10x-probar Signalgenerator
Labbplatta med TTL-oscillator Transformator
Spole med banankontaktsanslutningar
Stor resp. Liten Slinga (ledare lagd som en slinga) Plint med 1MΩ motstånd
BNC-till-banan-adapter Trimmejsel
Koaxialkabel (BNC-kontakt till banankontakt)
Biomedicinsk teknik vid LTH Sida 24 Kapacitivt kopplade störningar
1. Sätt på oscilloskopet och koppla en lång labbsladd (med banankontakter) till ena ingången. Titta på signalen! Flytta runt den lösa sladdändan och se hur störningen ändras. Hur kopplas störningarna in till oscilloskopet?
2. Håll banankontaktens metalldel i handen! Hur förklarar Du den kraftiga ökningen?
Prova att hålla i någonting jordat med andra handen. Ändras störspänningen? Varför försvinner inte störningen helt när du jordar?
3. Kan Du hitta mer än en störning? Vilken (vilka) frekvens(er) har störningarna? Mät med FFT från 50 Hz till 1 GHz och anteckna de tydligaste frekvenserna du ser (du hittar säkert minst 10 olika frekvenser över hela området, anteckna dessa). Varifrån kommer dessa signaler?
4. Koppla in en koaxialkabel i det andra uttaget på oscilloskopet. Lägg koaxialkabeln bredvid labbsladden på bordet. Vilken kabel tar upp minst störningar? Varför blir det så?
Biomedicinsk teknik vid LTH Sida 25 5. Du ska i denna uppgift jämföra två uppkopplingar. Starta signalgeneratorn! Ställ in
signalen på 700 Hz och 1,0 Vpp (utläses som Volt peak-to-peak och är spänningen från
”botten-till-toppen”, dvs dubbla amplituden). Koppla först med labbsladdar enligt figuren nedan. Koppla in på oscilloskopet med övergångskontakt BNC-banan. Ser du några störningar?
6. Koppla därefter in ett motstånd på 1MΩ i serie med generatorn. Se fig. nedan.
a) Varför sjönk signalen på oscilloskopet till hälften (ca 0,5 Vpp) när du kopplade in 1MΩ-motståndet?
b) Blir det någon skillnad i störningsnivån med motståndet inkopplat? Varför?
A B
Signalgenerator 1,0Vpp
Laboratorie- sladdar
A B
Signalgenerator 1,0Vpp
Laboratorie- sladdar 1 MW
Biomedicinsk teknik vid LTH Sida 26 7. Anslut koaxialkabeln till signalen enligt figuren nedan.
OBS! Jordanslutningen i bilden sker via BNC-anslutningen direkt till jord. Ingen extra anslutning till oscilloskopsjord behöver göras.
Hittar du störningar nu? I så fall, varför?
8. Koppla in en labbsladd enligt figuren nedan.
OBS! Jordanslutningen i bilden sker via BNC-anslutningen direkt till jord. Ingen extra anslutning till oscilloskopsjord behöver göras.
Vad händer med
a) Störningsnivå? Varför?
b) Signalamplitud? Varför? Hur fördelar sig spänningen? Verifiera detta.
A B
Signalgenerator
1,0Vpp 1 MW Koaxial- kabel
A B
Signalgenerator
1,0Vpp 1 MW Koaxial- kabel
Laboratoriesladd
Biomedicinsk teknik vid LTH Sida 27 9. Ta bort labbsladden och koppla som i uppgift 7. Öka frekvensen hos signalgeneratorn
till cirka 7000 Hz. Varför påverkas signalamplituden av frekvensökningen?
Gränsfrekvensen är den frekvens där amplituden har sjunkit med en faktor 1/ 2 (3 dB) från den ursprungliga amplituden, dvs. ursprungliga amplituden multiplicerad med faktorn.
10. Börja din mätning på ca 700 Hz och bestäm nu gränsfrekvensen för a) kretsen med koaxialkabel och resistor (dvs. kopplat som i uppgift7).
b) kretsen med koaxialkabeln utbytt mot labbsladdar (dvs. kopplat som i uppgift 6)
11. Varför skiljer sig de båda resultaten?
12. Byt ut koaxialkabeln mot en 10x-probe och anslut proben till 1MΩ-motståndet.
Bestäm systemets gränsfrekvens med prob inkopplad. Jämför med det resultat du fick med koaxialkabeln.
13. Hur ser störningarna ut med proben inkopplad jämfört med tidigare mätningar?
Biomedicinsk teknik vid LTH Sida 28 Induktivt kopplade störningar
Här genereras den magnetiska störningen med en funktionsgenerator kopplad till en spole och magnetfältet fångas upp av endera av två slingor med olika areor.
14. Ställ in signalgeneratorn på maximal amplitud (se till att dämpsatserna, attenuation-knapparna, inte är inkopplade) och en sinussignal med frekvensen 0,5 MHz och koppla med labbsladdar till spolen. Spolen ska nu fungera som störsändare. Koppla därefter den stora slingan till en koaxialkabel med banankontakter i ena änden och koppla koaxialkabelns andra ända till oscilloskopet.
Håll slingan på olika sätt framför spolen. Hur skall du hålla slingan för att få störst störsignal?
15. Koppla in lilla slingan som har en mindre area.
a) Ger stora eller lilla slingan störst utslag? Varför blir det så?
b) Koppla bort jordledaren från slingan. Hur kopplas störningen nu?
Biomedicinsk teknik vid LTH Sida 29 16. På labbänken finns ett labbkort med en så kallad TTL-oscillator som genererar en
något asymmetrisk fyrkantsvåg (för den intresserade teknologen finns nedan en beskrivning på hur labbkortet fungerar).
Spänningsmata TTL-oscillatorn med 5V. Mät utsignalen (UT 2) från TTL-oscillatorn med proben, men utan att använda probjorden. Koppla istället en lång jordsladd (1 m eller längre) från oscilloskopets jordkontakt till labbplattans jord. I teorin ska signalen vara en något asymmetrisk fyrkantsvåg, studera hur utsignalen avviker från den teoretiska (ideala) signalen! Det kan vara en bra idé att zooma in avvikelserna.
Koppla nu bort den lösa sladden och jorda med probens jordsladd. Vad händer och vad beror skillnaden på? (TTL-oscillatorn har låg utimpedans)
1 2 3 4
UT 1 UT 2
UT 3
JORD R
C 74LS14
a) Varför blir det ringningar?
b) Ser du några reflektioner med lång jordledare? I så fall: varför blir det reflektioner med lång jordledare, men inte med probjord?
Biomedicinsk teknik vid LTH Sida 30 Handledning reviderad: 15-04-21 JG /15-06-15 JG /15-09-22 JG / 16-02-09 JG /
16-09-21 JG
Så här fungerar labbkortet: TTL står för Transistor-Transistor Logic och är en branschstandard för spänningsnivåer m.m. för en ”familj” av digitala kretsar. TTL-oscillatorn på laborationen är uppbyggd av en inverterande Schmitt-trigger, en kondensator (C) och ett motstånd (R). Ytterligare en inverterande Schmitt-trigger används som "driver" för utgången UT 2. Oscillatorns funktion i korthet: antag att utgången (UT 1) ligger på 0 V. Då ligger punkten mellan R och C (UT 3), och därmed Schmitt-triggerns ingång också på 0 V, vilket medför att utgången genast slår om till +5 V. Kondensatorn laddas upp via R och när spänningen över kondensatorn (UT 3) nått ungefär 1,8 V slår Schmitt-triggerns utgång om till 0 V. Kondensatorn laddas då ur via R och när kondensatorspänningen sjunkit till ca 0,8 V slår Schmitt-triggerns utgång åter om till +5V. På detta sätt alstras en fyrkantspänning på Schmitt-triggerutgången. Frekvensen bestämmes bland annat av tidskonstanten t = RC.