Laboratórium 2

1. mérés Egyszerű áramkör megépítése és bemérése

Az első laboratóriumi gyakorlat célja, hogy a hallgatók tapasztalatokat szerezzenek elektronikus áramkörök építése (kísérleti összeállítása) és bemérése terén. A konkrét feladat egy-egy előzetesen, erre a gyakorlatra történő felkészülés keretében megismert és méretezett egyszerű elektronikus áramkör megépítése, kipróbálása és bemérése. Ehhez a hallgatók rendelkezésére állnak a szükséges aktív és passzív alkatrészek, a kísérleti áramkört befogadó panel (breadboard), a megfelelő huzalanyagok, továbbá a huzalozáshoz használandó kéziszerszámok. A megépített áramkör működőképességének ellenőrzését követően a mérőhelyen rendelkezésre álló mérőeszközök segítségével a hallgatók bemérik a megépített áramkör kijelölt jellemzőit, és az eredményeket összevetik az előzetesen számított értékekkel. Ezt követően elemzik a mért és a számított értékek közötti értékek közötti eltérés lehetséges okait, és szükség szerint korrigálják a mérés programját.

2. mérés Nyomtatott áramkör tervezés

A második laboratóriumi gyakorlat célja, hogy a hallgatók megismerkedjenek az OrCAD programrendszer legalapvetőbb szolgáltatásaival, és elsajátítsák a nyomtatott áramkör tervezés főbb lépéseit. Ennek érdekében (1) megterveznek egy egyszerűbb áramkört OrCAD Capture CIS felhasználásával, (komponensek, footprintek megismerése, OrCAD Layout Library Manager használata, kapcsolási rajz elkészítése), (2) szimulációval ellenőrzik az elkészített áramkör tulajdonságait PSpice AD segítségével (időbeli jelalakok vizsgálata, Bode-diagram, alkatrészek paramétereinek megváltoztatása által okozott hatások vizsgálata), (3) elkészítik az áramkör nyomtatott áramköri tervét Layout Plus alkalmazásával (kétoldalas NYÁK megtervezése, SMD és furatszerelt alkatrészek elhelyezése, forgatása, másik oldalra pakolása, autorouter használata), (4) megismerik az extra nyomtatott áramkör komponensek (fólia padok, thermal relief, copper pour) használatát, a back-annotation alkalmazását és a Gerber file készítését.

3. mérés EMC alapjelenségek mérése

A harmadik laboratóriumi gyakorlat célja néhány olyan jelenség vizsgálata, amelyek elektromos eszközök és berendezések kölcsönhatása révén, ill. tranziens viselkedésének eredményeként jönnek létre, és amelyek ismerete alapvető a villamosmérnöki gyakorlat számára. A gyakorlat keretében a hallgatók: (1) közelítő számításokkal modellezik és mérik a teszt környezetben megvalósított induktív, a kapacitív és a konduktív csatolási jelenségeket, (2) mérésekkel ellenőrzik az elektromos készülékben használt hálózati szűrők működését, és (3) tanulmányozzák az izzólámpa, a transzformátor, valamint a relé be- és kikapcsolási tranzienseit.

4. mérés Villamos teljesítmény és tápellátás mérése

A negyedik laboratóriumi gyakorlat célja, hogy a hallgatók gyakorlati tapasztalatokat szerezzenek a teljesítményméréséről és annak eszközeiről (elektronikus teljesítménymérő, lakatfogó), valamint a tápellátást szolgáló áramkörökről (hálózati transzformátor, egyenirányító). A mérés keretén belül a hallgatók gyakorlatban is használt eszközök, például személyi számítógép által felvett teljesítményt is mérik több fajta módszerrel, és értékelik az elvégzett méréseket.

5. mérés Tranzisztoros erősítőkapcsolások vizsgálata

Az ötödik laboratóriumi gyakorlat keretében a hallgatók a tranzisztoros alapkapcsolások jellemzőinek méréssel és számítással történő meghatározását gyakorolják. Ennek keretében elmélyítik az egyes kapcsolások munkaponti és üzemi paramétereinek kiszámítására és mérésére vonatkozó ismereteiket, és a frekvencia függvényében felveszik a vizsgált kapcsolás átviteli jellemzőit, valamint bemeneti és kimeneti impedanciájának értékét. A frekvencia függvényében végzett mérések kapcsán azt is megismerik, hogy hogyan lehet a rendelkezésre álló műszerek felhasználásával automatikus mérőrendszert kialakítani.

6. mérés Mérőerősítő kapcsolások vizsgálata

A hatodik laboratóriumi gyakorlat keretében a hallgatók a műveleti erősítővel megvalósított mérőerősítő kapcsolások (nem-invertáló, invertáló, ill. szimmetrikus mérőerősítő egy műveleti erősítővel) jellemzőinak méréssel és számítással történő meghatározását gyakorolják. Ennek keretében a gyakorlatban is megismerik (1) a műveleti erősítő nullpont hibájának kompenzálását, (2) az invertáló és nem-invertáló erősítő erősítésének frekvenciafüggő viselkedését, (3) a szimmetrikus kapcsolás közös jel elnyomásának beállítását, (4) a szimmetrikus kapcsolás szimmetrikus és közös-jel erősítésének frekvenciafüggő viselkedését, valamint (5) egy – két időállandóval jellemezhető – műveleti erősítő visszacsatolásával létrehozott mérőerősítő frekvencia-menetének kompenzálását, és az erősítő viselkedését mind az idő-, mind a frekvenciatartományban.

7. mérés A/D és D/A átalakítók vizsgálata

A hetedik laboratóriumi gyakorlat célja (1) az analóg-digitális és digitális-analóg átalakítás jellemzőinek mérése, (2) hibamodellek felállítása mérnöki megfontolások alapján, (3) az átalakítók nemlineáris viselkedésének vizsgálata, (4) a dinamikus jellemzőik vizsgálata, (5) az átalakítók használatának bemutatása jelformáló rendszerekben, továbbá (6) az eszköz adatlapok értelmezésének és használatának bemutatása. A gyakorlat keretében a hallgatók a méréseket az Analog Devices gyártmányú AduC-812 Quickstart fejlesztőrendszer és demonstrációs kártya felhasználásával végzik (8051 alapú mikrokontroller mag, és A/D, ill. D/A átalakítók egy chipen).

8. mérés Rendszer-identifikáció és szabályozás

A nyolcadik laboratórium gyakorlat keretében a hallgatók egyrészt gyakorlati tapasztalatokkal bővítik a modell-illesztéssel, ill. rendszer-identifikációval kapcsolatos ismereteiket, másrészt állapot-megfigyelőn és állapot-visszacsatoláson alapuló szabályozót terveznek és valósítanak meg előírt dinamikus viselkedés biztosítása céljából. A szabályozandó fizikai rendszert a laboratóriumi gyakorlat keretében analóg áramköri modellje reprezentálja, a modell illesztést, a szabályozó tervezését, ill. valós-idejű megvalósítását – a mérést végző hallgatók közreműködésével - a mérőhelyen rendelkezésre álló számítógép végzi Matlab, Simulink és Control System Toolbox felhasználásával. A gyakorlat programja: (1) Az analóg rendszer-modell gerjesztése és jellegzetes paramétereinek (gyorsaság, csillapítás) behatárolása. (2) A mintavételi idő megválasztása. (3) Identifikációs célú gerjesztő-jel választás, számítógépes adatgyűjtés, modell-illesztés. (4) Áttérés a diszkrétidejű, átviteli függvényen alapuló modellről folytonos-idejű állapotteres leírásra. (5) A szabályozott rendszer dinamikus minőségi jellemzőinek megválasztása. (6) Állapot-visszacsatoláson és állapot-megfigyelőn alapuló kompenzálás megtervezése. (7) A megtervezett rendszer ellenőrzése szimulációval. (8) Az állapotteres kompenzálás valós-idejű megvalósítása. (9) Az alapjel-követési és zavaró jel kompenzálási tulajdonságok ellenőrzése és összevetése a számításokkal.

9. mérés Analóg fáziszárt hurok vizsgálata

A kilencedik laboratóriumi gyakorlat keretében a hallgatók megismerkednek az analóg fáziszárt hurok (APLL) áramkör blokkjainak működésével, az egyes blokkok karakterisztikáival, az APLL Bode diagramon alapuló analízis és tervezési módszereivel, az APLL mérési eljárásaival, és az APLL néhány, tipikus alkalmazásával. A mérés során a hallgatók mérésekkel ellenőrzik az APLL dinamikus viselkedését, a gyakorlatban is megismerkednek az analóg FM, PM és a digitális FSK modulációs eljárásokkal. A gyakorlat programja: (1) Az APLL áramkör blokkjainak mérése (PD és VCO karakterisztika felvétele), (2) Az APLL áramkör befogási és követési tartományainak felvétele, (3) Az APLL-t jellemző átviteli függvények mérése (H(s) zárthurkú átviteli függvény, [1-H(s)] hibafüggvény), (4) Analóg FM és PM demodulátorok megvalósítása APLL áramkörrel, illetve ezen demodulátorok karakterisztikáinak felvétele, (5) Digitális FSK demodulátor megvalósítása és mérése (Mérés kislöketű FSK esetén, mérés nagylöketű FSK esetén (a hurok szétejtése, befogási tranziens generálása)), (6) Két különböző csillapítási tényezővel jellemzett APLL dinamikájának mérése.

10. mérés 900 MHz-es FSK adatátviteli berendezés vizsgálata

A tizedik laboratóriumi gyakorlat keretében a hallgatók az FSK modulációs eljárás és a szuperheterodin vevő terén megszerzett ismereteiket egészítik ki egy, a “System-on-a-Chip” (SoC) koncepció jegyében kialakított, a 900 MHz-es ISM sávban működő, szimplex FSK összeköttetést biztosító rádió berendezés mérésén keresztül. Ennek kapcsán megismerkednek a berendezés rendszertechnikai felépítésével, az egyes blokkok feladatával és működésével, a blokkok legfontosabb paramétereivel, az ezekhez tartozó rendszeranalízis és szintézis módszerekkel, valamint a SoC koncepció néhány alapelvével. A berendezés magját képező TRF6900A 900 MHz-es adó-vevő IC és a TRF6900 EVM fejlesztő rendszer dokumentációjának tanulmányozása révén a hallgatók jártasságot szereznek a komplex IC-k angol nyelvű adatlapjainak és tervezési segédleteinek használatában. A gyakorlat programja: (1) A TRF6900 IC adójának mérése: az adó blokkjainak programozása, az adó névleges frekvenciájának beállítása, a frekvenciaszintetizátor spektrumának ellenőrzése, a modulált FSK jel spektrumának mérése. (2) A TRF6900 IC vevőjének mérése: a vevő blokkjainak programozása, a lokálfrekvencia kiválasztása, az FSK vevő paramétereinek mérése (A vevő átviteli függvényének mérése, a frekvencia-diszkriminátor karakterisztikájának felvétele, FSK jel vétele esetén a döntő áramkör be- és kimenetének mérése a bemenő szint függvényében).

11. mérés Logikai vezérlők alkalmazástechnikája

A tizenegyedik laboratóriumi gyakorlat célja, hogy hallgatók gyakorlati tapasztalatokkal bővítsék a számítógépes technológiai-folyamat irányítás néhány tipikus eszközére, és a hozzájuk tartozó tervezési és megvalósítási módszerekre vonatkozó ismereteiket. A gyakorlat keretében felhasznált rendszer Siemens S7 PLC egységekből épül fel, komponensei a WinCC operációs rendszer, Simatic Manager szoftver, PROFIBUS hálózati csatoló, PROFIBUS kábelezés, S7-314C-DP kompakt PLC modulok (2 egység, mindegyikben CPU, analóg és digitális ki- és bemenetek). A rendszer szolgáltatásait a hallgatók egy egyszerű mintafolyamaton elvégzendő mérések, ill. beavatkozások keretében ismerik meg. A gyakorlat programja: (1) a rendszer konfigurálása előkészített könyvtári elemekből építkezve a WinCC felületen keresztül, (2) a konfigurált rendszer megfelelőségének ellenőrzésére alkalmas tesztek segítségével, (3) a mintafolyamat előírt viselkedésének biztosítása érdekében egyszerű mérési, irányítási és diagnosztikai algoritmusok tervezése, valamint realizálása könyvtári modulok felhasználásával, (4) a megtervezett rendszer üzembe helyezése, működtetése és bemérése, továbbá az eredmények összevetése az előzetes számításokkal.