Frequenz-Sweep im Messlabor         


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Auszug aus dem Arduino Messlabor Kap. 7

Zur Untersuchung von Frequenzgängen verwendet man Sweep-Generatoren, die ihre Frequenz kontinuierlich verändern.  Insbesondere Im Hochfrequenzbereich werden diese auch als Wobbelsender oder Wobbler bezeichnet und dienen zur Einstellung von Filtern. In diesem Fall wird die Frequenz von 0 Hz bis 5 kHz hochgefahren. Im Oszillogramm kann dann direkt die Wirkung eines Tiefpassfilters abgelesen werden. Der Kanalschalter muss dazu auf A0(f) gestellt werden.
 

Frequenz-Sweep von 0 Hz bis 5 kHz

In der Firmware gibt es dazu ein neues Startkommando 73 für einen Start der Messung am Kanal A0. Danach wird bis zum Ende der Messung  der Phasensummand ph1 proportional zum Zähler adn erhöht.  Im Interesse einer geringen Rechenzeit verwendet die  Umrechnung eine Verschiebung um drei Bit, also eine Multiplikation mit dem Faktor 8. Nach 625 Messungen  wird das Produkt 5000 erreicht, das tatsächlich nur zu einer Frequenz von 4766 Hz führt. Die vereinfachte Umrechnung führt also zu einem Frequenzfehler von 5 %.

    if (c==73){   //f-Sweep
     
ADMUX = 0x60;
      duo = 0;
      ds1 = 1;
      ch = 0x60;
      adn=0;
      while (adn<629){
        asm ("nop");
        n = adn;
        ph1 = n<<3; 
      }
      ph1=0;
      a1=0;
   
}

In der Timer-Funktion des Anwenderprogramms wird nun statt des Startkommandos 65 das Kommando 73 abgesandt. Die eigentliche Darstellung auf dem Oszilloskop unterscheidet sich nicht von einem einfachen Einkanal-Oszillogramm.

If trigger = 0 Then
   If ch < 5 Then SENDBYTE 65
   If ch = 5 Then SENDBYTE 73
   If ch = 6 Or ch = 7 Then SENDBYTE 72
 End If

If ch = 5 Then  'Frequenz-Sweep
   alast = 258 - READBYTE
   For n = 0 To 625
     Ain = 258 - READBYTE
     Picture5.Line (n - 1, alast)-(n, Ain), vbBlack
     alast = Ain
   Next n
 End If

 Unterabtastung der Sweep-Frequenz

 
Zür eine korrekte Darstellung des Sweep-Signals eignen sich nur die schnellen Einstellungen mit 1 ms/div und 2 ms/div. Bei zu langsamer Messung kommt es zu einer Unterabtastung. 

Bei 20 ms/div beträgt die Abtastrate 62500 Hz / 20 = 3125 Hz. Genau bei dieser Frequenz durchläuft die Darstellung einen scheinbaren Nulldurchgang der Frequenz. Die höchste theoretisch noch darstellbare Frequenz ist die halbe Abtastrate mit 1652,5 Hz. Allerdings treten schon weit unterhalb dieser Frequenz Fehler in der Darstellung auf, weil der Signalverlauf mit zu wenigen Abtastpunkten gezeichnet wird.

Bandpassfilter

Ein Bandpassfilter kann man bekanntlich mit einem LC-Schwingkreis aufbauen. Alternativ kann auch ein OPV mit RC-Gliedern eingesetzt werden. Die vorgestellte Schaltung hat eine Resonanzfrequenz nahe 2 kHz. Die Funktion lässt sich anschaulich mit dem Sweep-Generator bis 5 kHz darstellen. Die Ablenkfrequenz wurde auf 2 ms/div eingestellt, weil ein schmalbandiges Filter eine ausreichende Einschwingzeit benötigt. Je schneller der Frequenzbereich durchfahren wird, desto mehr verwischt die Resonanzkurve.

 Das Bandpassfilter

 

 Der Frequenzgang des Filters

Eine alternative Messung verwendet einen Signalgleichrichter mit einer Diode und einem RC-Glied. Der Gleichrichter funktioniert wie der in Kap. 8.4, braucht aber nur eine einfache Diode, weil der OPV-Ausgang eine geringe Impedanz hat.

Resonanzmessung mit einem Signalgleichrichter

Der Vorteil des Messgleichrichters ist, dass man nun die Frequenz beliebig langsam durchfahren kann, um dem Filter ausreiche Zeit zum Einschwingen zu lassen. In diesem Fall wurde die Einstellung 10 ms/div gewählt.



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