יום שישי, 12 בספטמבר 2014

מדידות ומכשור הנדסאי אלקטרוניקה ומחשבים כל מה שצריך לדעת חומר תאורטי

מדידות ומכשור הנדסאי אלקטרוניקה ומחשבים כל מה שצריך לדעת חומר תאורטי




למה צריך מדידות?
את כל התופעות באלקטרוניקה אי אפשר לראות בעין, אפשר לראות את התוצאה ולהרגיש אותה, אנחנו רואים רק תוצאה.
כדי לבנות ולבדוק האם מה שבנינו תקין, אנחנו משתמשים במדידה, כל מכשיר מדידה חייב להיות מדויק, בלי זה אין אלקטרוניקה, אין תורת החשמל. ישנה חשיבות רבה לכל מדידה.


משפט ספרותי הוא משפט שבכל מקום יכול להתפרש אחרת, לעומת זאת משפט מדעי לא יכול להתפרש בשום צורה אחרת

משפט ספרותי לדוגמה: הגבר הזה חתיך.
בשלל מדינות יש שלל גברים חתיכים: אישה שבדית תחשוב שמדובר במישהו גבוה עם שיער בלונדיני, ואילו אישה  סינית תחשוב שמדובר במישהו מלוכסן עיניים עם שיער חלק, לא גבוהה במיוחד.

משט מדעי: גובהו של הגבר הוא 1.72 מטר.


מדידה היא תהליך בו ניתן ערך מספרי לגודל פיזקלי שנמדד על ידי השוואתו לגודל פיזיקלי סטנדררטי (תקן).


M= XE
M – measure
X – ערך מספרי
E - סטנדרט

אנו עדים לכך שהעולם התקדם על ידי אנשים שהם חכמים ועצלנים.

מטרות המדידה:
1.  כיול - תחום פעולות המכשיר שמבטיח היצרן, רק אחרי תהליך השוואה של תוצאות המדידה עם מכשיר שנמצא בתקן ניתן להשתמש בו כמכשיר אמין.

בעזרת מכשיל סטנדרט ניתן לכייל את הכשיר.

תהליך כיול
להשוות עם מישהו בדרגה יותר גבוה כדי להשתמש במכשיר סטנדרט.

סטנדרט עבודה: 1% דיוק
סטנדרט לאומי: 0.01% דיוק
סטנדרט בינלאומי 0.0001%.

2.   מדידה לצורך בקרה
עוקב אחרי מטרה ומשנה אותה לפי הצורך.
למשל:
כיפת ברזל, עוקב אחרי טיל נכנס ומשנה את הטיל שעוקב אחריו לפי הצורך.

זאת אומרת לעקוב אחרי מצב קיים אותו בהתאם.

במכשור רפואי אחד התחומים החשובים, יש צורך בכיול, מפני שהסטייה הכי קטנה יכולה להשפיע על כמות התרופה שאנחנו ניקח, אם ישנה טעות הגוף יכול להינזק.

בתהליך בקרה אוטומטי שקיים בכל מערכת מודרנית, נעשות מדידות ללא הפסקה ומביאות לידי השוואה עם המספר הרצוי.

(למשל מכונת כביסה היא אינה אוטומטית היא אינה בודקת תוצאה, אפשר לומר שהיא חצי אוטומטית)


3.  מדידה לצורך אפיון ותיעוד:
בדיקה ורישום של הנתונים של רכיב או מכשיר שנמכר לצורך שימוש.
המוכר / היצרן חייב לעמוד על המכיר הנתונים הוא מציג.

בכל מכשור אלקטרוני יש 4 דרגות איכות:
1. עממי
2. טיפה יותר גבוה. (עובד יותר בדיקות)
3. צבאי (עובד עוד יותר בדיקות.
4. נאס"א, יצור ברמה גבוהה ביותר (עובר הכי הרבה בדיקות)


4.  מדידה לצורך איתור תקלות
יצרן מצרך מערך בדיקה עם נתונים שצריכים לקבל כדי שהמכשיר יפעל כראוי, הוא נותן תרשים חשמלי ורושם את כל הנתונים שצריכים לקבל מהמכשיר.

(כל מכשיר שמקבלים, מקבלים איתו גם ספר מהיצרן באנגלית בלבד, ניתן שם מערך בדיקה: מה שצריך לחבר למכשיר ומה הנתונים שצריך לקבל כדי לדעת שהוא בסדר גמור.
אם התוצאה לא כמו הספר, זאת אומרת שישנה תקלה ואז צריך לחפש הוראות מדויקות ומפורטות. ספר כזה לא יינתן בצריכה פרטית)



סוגי מדידה

1.  מדידה ישירה – השוואה של ערך הנמדד לסטנדרט שלו. כלומר אנחנו מודדים בעזרת המכשיר את ומקבלים את תוצאות המדידה בסטנדרט הרצוי.

למשל אנחנו מודדים בעזרת אמפרמטר (=מודד זרם) כדי לדעת מהו הזרם.

2.  מדידה עקיפה – על סמך כמה מדידות אחת אנחנו יכולים לחשב ולקבל את תוצאת המדידה בסטנדרט הרצוי.
למשל: בעזרת אמפר מטר, ובעזרת וולטרמטר (= מודד מתח) אנחנו יכולים לחשב את ההתנגדות.
התנגדות שווה למתח חלקי הזרם.



3.   מדידת ערכים פעילים – ערכים פעילים הם ערכים שמשנים את התנהגותם לפי כיוון המתח וזרם או גודל של מתח וזרם.
זאת אומרת שניתן למדוד אותם במצב פעולה בלבד.

ניתן לעשות אופיין לאותו רכיב, אופיין הוא שרטוט של גרף המתאר את התנהגותו לפי המתח והזרם.

דיודה הוא רכיב פעיל, להלן האופיין של הדיודה:


4. מדידת ערכים סבילים - מדידת ערך שלא תלוי בסביבה (יכול להיות מהירות, טמפרטורה, התנגדות קבועה = נגד וכו')


5. מדידה מרחוק: כאשר יש קושי להגיע לנקודת מדידה פיזית משתמשים במדידה מרחוק.
מקום שאותו אנחנו רוצים למדוד והוא נמצא במקום שקשה ו/או מסוכן להגיע אליו, למשל כמו בחברת חשמל: מתח גבוה ומסוכן וגבוה פיזית.
משהו מחובר למקום באופן קבוע ואת התוצאות מקבלים במקום אחר.
למדוד טמפרטורה של תנורי תעשייה - בנאדם לא יכול להיות קרוב לתנורי הללו, לכן צריך מדידה מרחוק.


מדידה אנלוגית:
הילה אנלוגי פירושה: רציף. כל מה שקורה בטבע שלנו הוא רציף. למשל צמיחת עץ מתרחשת באופן רציף הוא גדל כל פעם קצת. זאת אומרת שאין קפיצה פתאום העץ גדל ופתאום הוא קטן.. הכל קורה באופן רציף: אי אפשר לקפוץ באפס שניות לחמישים קמ"ש.. כדי להגיע לחמישים קמ"ש נצטרך לעבור במהירויות של 0 עד 50 קמ"ש...

דוגמה לגרף שמתאר אנלוגיות:


מדידה דיגטלית:
המילה דיגיטלית פירושה: סיפרתית (digit = סיפרה), כאן אין רציפות, אין רצץ, הכל קופץ ומשתנה.

דוגמה לגרף שמתאר דיגיטליות:





מאפיינים של מכשירי מדידה

      
1. דיוק accuracy - הסטייה המרבית של קריאת המכשיר מהערך האמיתי של הנמדד. (על פי היצרן).

את הערך האמיתי קובעים בשני דרכים:
א. ערב ממחושב
ב. ערך ממוצע



ערך מחושב
(דוגמה זו ניתנה באמפטר-מטר כאשר מחברים את האמפטר-מטר בטור לנגד שאנחנו רוצים לבדוק כמה זרם חל עליו, אפשר להשתמש במקום אמפטר-מטר, בוולט-מטר (מודד מתח), חיבור הוולט-מטר יתבצע במקביל לנגד שעליו אנחנו רוצים לבדוק את מפל המתחים עליו)

את הערך המחושב (האמיתית) אנחנו נסמן בגג. למשל אם אנחנו רוצים למצוא את הזרם במעגל טורי, אנחנו נסמן אותו כך:



I͞ 
את הערך הנמדד (זה שמדדנו בעזרת המודד) אנחנו נסמן כך:
I(A)  
A - מסמל את האמפר-מטר, מודד הזרם.

למודד הזרם בעצמו יש התנגדות פנימית, לכן הוא משנה במקצת את התוצאה של הזרם הנמדד.
את השגיאה המוחלטת אנחנו נסמן כך:
α = |I͞  - I| 

דברים אלו אינם מספיקים לנו בשביל לדעת מהו אחוז הדיוק, אנחנו צריכים לדעת מה אחוזי הדיוק שלו באחוזים - את השגיאה היחסית אנחנו נסמן כך:

 = α*100/ I͞   [%]




תרגילים עם פתרונות מלאים
שאלה מספר אחת:.
במעגל הנתון נמדד זרם:

I(A) = 0.85 mA.
א. חשב את הזרם האמיתי במעגל.
ב. חשב את שגיאת המדידה היחסית
ג. חשב את ההתנגדות הפנימית של האמפרמטר.


תשובה מלאה לשאלה מספר אחת:
א.
R(T) = 20+15+15 = 50kΩ.

I͞  = V/R(T) = 50/50 = 1mA.

ב.
α = |I͞  - I| 
α = |1- 0.85|  = 0.15
ε = α*100/ I͞   [%]
ε = 0.15*100/ 1= 15 %
ג.
ההתנגדות השקולה ללא האמפר-מטר היא: 
50Ω
כמו שחישבנו בתחילת סעיף א'.

נוכל לחשב את ההתנהגות הכוללת עם האפמטר-מטר:
I= V/R
R = V/I
r(A) = 50/0.85 = 58.82kΩ.

r(A) - התנגדות פנימית של האמפר-מטר

חיסור של ההתנגדות השקולה עם האמפר-מטר ביחד עם ההתנגדות השקולה ללא האמפר-מטר תביא לנו את ההתנגדות הפנימית של האמפטר-מטר.
58.82-50 = 8.82kΩ.


תרגיל מספר שתיים:




א. חשב

I͞ 1=?   I͞ 2=?   I͞ 3 =? 

ב. אם ידוע שההתנגדות הפנימית של האמפר-מטר היא:

r(A) = 0.6kΩ.

מהו הזרם Iהנמדד?

ג. חשב את השגיאה היחסית של מדידת I3.




תשובה מלאה לתרגיל מספר שתיים:

א. נחשב את ההנגדות השקולה:


R(T) = 1.6+ ((6*4)/(6+4)) = 1.6+2.4 = 4kΩ.

I͞ = v/R(T) = 20/4 = 5 mA. 

נעשה מחלק זרם: (עובד רק על שני נגדים במקביל)
במונה: הזרם שבא להתפצל כפול הזרם הנגד שאנחנו לא מחפשים עליו
את הזרם.
במכנה: סכום שני הנגדים.

I͞ = (5*4)/(6+4) = 2kΩ.

I͞ = (5*6)/(6+4) = 3kΩ.

ב. ההתנגדות השקולה כאשר יש את האמפר מטר:

R(T) = 1.6+ ((6*4.6)/(6+4.6)) = 1.6+2.6 = 4.2kΩ.

I͞ = v/R(T) = 20/4.2 = 4.76 mA.

I͞ = (4.76*6)/(6+4.6) = 2.7kΩ.

α = |I͞  - I| 

α = |3- 2.7|  = 0.3

ε = α*100/ I͞   [%]

ε = 0.3*100/ 3= 10 %




תרגיל מספר שלוש





א. חשב

͞V=?

ב. חשב את המתח הנמדד vאם ידוע 

r(v) = 80 kΩ.

ג. חשב את השגיאה היחסית של מדידת המתח.


תשובה מלאה לשאלה מספר שלוש:

א. נחשב את ההתנגדות השקולה:

R(T) = 20+15+15 = 50kΩ

I = V/R = 50/50 = 1 mA.

V = R*I

͞V1 =R1*I = 20*1 = 20 v.

ב. נחשב את ההתנגדות השקולה לאחר שנוסיף את הוולט-מטר

R(T) = (80*20)/(80+20) + 15+15 = 16+30= 46kΩ.

I = V/R = 50/46 = 1.08 mA.

נעשה מחלק זרם: (עובד רק על שני נגדים במקביל)

במונה: הזרם שבא להתפצל כפול הזרם הנגד שאנחנו לא מחפשים עליו את הזרם.

במכנה: סכום שני הנגדים.

I(r(A)) = (1.08*20)/(20+80)=0.126 mA.

V(A) = 0.126*80=17.28 v.

α = |͞V

α = |20- 17.28|  = 2.72

ε = α*100/ ͞V

ε = 2.72*100/ 20= 13.6 %

שאלה מספר 4



א. חשב את הערך האמיתי של זרם I͞ 3 =?

ב. אם הערך הנמדד  I3=0.7mA, חשב ε.


תשובה לשאלה מספר 4 תשובה מלאה דרך פתרון


א. נחשב את ההתנגדות השקולה


R(T) = (40*60)/(40+60) + 16 +10 = 24+26 = 50 kΩ

I = V/R

I1 = 100/50 = 2 mA.


נעשה מחלק זרם: (עובד רק על שני נגדים במקביל)

במונה: הזרם שבא להתפצל כפול הזרם הנגד שאנחנו לא מחפשים עליו את הזרם.

במכנה: סכום שני הנגדים
I= (2*40)/(40+60) = 0.8 mA.


ב.

α = |I͞  - I| 

α = |0.8- 0.7|  = 0.1

ε = α*100/ I͞   [%]

ε = 0.1*100/ 0.8= 12.5 %



תרגיל מספר 5



ידוע שההתנגדות הפנימית של מד מתח (וולטר-מטר) היא 

r(v) = 80 kΩ

א. חשב את הערך האמיתי  VAB
ב. חשב את מתח VAB הנמדד.
ג. חשב את שגיאת המדידה היחסית.


פתרון לתרגיל מספר 5

א.



RT = 8+6+6= 20kΩ.

I = V/R

I = 20/20= 1mA.

VAB = 6*1= 6v.



ב.


RT = 8+6+(40*6/(40+6))= 19.21 kΩ

I1 = 20/19.21 = 1.04 mA.

I3 = (1.04*40)/(40+6) = 0.9 mA.

VAB = 0.9*6 = 5.4v.

α = |I͞  - I| 

α = |6- 5.4|  = 0.6

ε = α*100/ I͞   [%]

ε = 0.6*100/ 6= 10 %


תרגיל מספר 6 


R1 = 10 kΩ

R2 = 80 kΩ

R3 = 20 kΩ

נמדד זרם 

I = 1.8 mA.


א. חשב את הערך האמתי של הזרם I1.
ב. חשב את שגיאת המדידה היחסית
ג. חשב את התנגדותו של מד הזרם.


תשובה לשאלה מספר שש

א.


RT = 10+ (80*20)/(20+80) = 26 kΩ

I͞ = 52/26 =2 mA.

α = |I͞  - I| 

α = |2- 1.8|  = 0.2

ε = α*100/ I͞   [%]

ε = 0.2*100/ 2= 10 %

מאפיינים של מכשיר מדידה

איכות המדידה נקבעת במידה מכרעת על ידי כושר המדידה של מכשיר המדידה. כושר המדידה של מכשיר מדידה מתואר כמפרט שלו על ידי מאפיינים שונים. אנו נדון במאפיינים החשובים של מכשיר מדידה ובתופעות המשפיעות עליהם.

דיוק Accuracy
דיוק של מכשיר מדידה מוגדר כסטייה המרבית (לפי הערכת היצרן) של קריאת המכשיר מהערך האמיתי של הגודל הנמדד. הדיוק מוגדר עבור תנאי פעולה מסוימים של המכשיר, המפורטים על ידי היצרן. בדרך כלל, למכשיר המדידה יש מספר תחומי מדידה, שכל אחד מהם מתאים למדידת תחום ערכים מסוים של הגודל הנמדד. במקרה זה, דיוק המכשיר שונה (בדרך כלל) בכל תחום מדידה. הדיוק המרבי מושג בתחום הנמוך ביותר.


את דיוק המכשיר היצרן תמיד נותן באחוזים ובתחום.

למשל:
1.5% בDC בתחום של 0-100v.
ערך שנמדד הוא 20v.


איך נחשב את שגיאת המדידה?
MF.S - תחום המדידה
Mi -ערך הנמדד
Δs - דיוק המכשיר
Δ1 - דיור המדידה באחוזים

Δ1=MF.S*Δs/Mi


נתייחס לדוגמה שלנו:


Δ1=100*1.5/20=7.5%

כל שהערך הנמדד קרוב יותר לתחום המדידה כך דיוק המדידה טוב יותר.



2. רזולוציה resulution כושר הבחנה
ההפרש הקטן ביותר בין שני ערכים סמוכים של גודל נמדד, שהמכשיר מסוגל להבחין ביניהם (כלומר שעבורם הוא יציג
קריאות שונות). כשלמכשיר מדידה יש מספר תחומי מדידה, כושר ההבחנה שונה בכל תחום כושר ההבחנה הוא המרבי בתחום המדידה הנמוך ביותר.

המידה הכי נמוכה שאותו מכשיר מדידה מסוגל להבחין בה).
מהו כושר ההבחנה שלנו.. האם הוא מבחין בעשיריות? במאיות? באלפיות? 

כושר הבחנה מוגדר כשינוי הקטן ביותר של אות הכניסה (הערך הנמדד) היוצר תגובה הניתנת להבחנה ומדידה באות המוצא.

זהו כושר ההבחנה של: 23.334v


R=0.001v

3. רגישות sensitivity

הרגישות של מכשיר מדידה נקבעת לפי האות הנמוך ביותר שיגרום לשינוי בתצוגת המכשיר.
רגישות של המכשיר מושפעת במידה רבה מהרעש הפנימי הנוצר בתור המכשיר.


שיפור הרגישות יש את הרזולוציה



4. זמן תגובה response time
זמן תגובה מוגדר כפרק הזמן החולף מרגע הופעת האות הנמדד במבוא המכשיר, עד להצגת הערך הנמדד בגבולות הדיוק של המכשיר.

5. יציבות stability
כושרו של מכשיר מדידה להציג קריאת זהות עבור מדידות חוזרות של גודל נמדד, אשר אינו משתנה בפרק זמן מסוים, מכונה יציבות. יציבות מכשיר מדידה מתייחסת לפרק זמן מסוים שנבחר על ידי יצרן המכשיר.

6. תחום טמפרטורת עבודה
דף המפרט של המכשיר חייב היצרן לציין את תחום הטמפרטורה של פעולת המכשיר. בתחום טמפרטורות זה, המכשיר מספק את היתרונות והיכולות המירביות, שהובטחו לנו על ידי היצרן. אם המכשיר נמצא בטמפרטורה גבוהה מהטמפרטורה המקסימלית שניתנה על ידי היצרן, פעולת המכשיר עלולה להשתבש, מאחר שנקודות העבודה של רכיבים בתוך המכשיר משתנות.

7. צריכת הספק
כל מכשיר שמחשבים למעגל שנדבק עלול לגול לשינוי בהתנהגות הנדבק אם עכבת המבוא/מוצא נמוכה מדי או גבוהה מדי - בהתאם לסוג המדידה, לדוגמה אם מבצעים מדידת מתח, דרושה עכבת מבוא גבוהה של המכשיר, כדי שהשפעת המכשיר על המעגל תהיה מינימלית. אם מודדים זרם, עכבת מד הזרם צריכה להיות נמוכה ביותר ביותר כי לא לשנות את תנאי הפעולה של המעגל הנבדק. בדף המפרט של מכשיר מדידה מופיע הפרמטר של עכבת מבוא/מוצא, ולפני שמבצעים מדידה יש לוודא שמכשיר המדידה לא ישפיע על המעגל הנבדק.

חישוב שגיאת מדידה שיטתית

שגיאה שיטתית נובעת מנתונים של מכשיר המדידה, היא שגיאה קבועה למכשיר הנתון.
שגיאה: סטייה בין ערך אמיתי לערך נמדד.

Δ1=√(Δs^2+R^2
R - כושר הבחנה, ביחידת המידה הנמדדת
Δs - תחום מרבי כפול אחוז הדיוק. יחידת המידה הנמדדת
Mi - הערך הנמדד
Δ1 - שגיאת מדידת שיטתית
Δ%=Δ1*100/Mi

שגיאה שיטתית נובעת מנתונים ל מכשיר המדידה, היא שגיאה קבועה למכשיר נתון.
שגיאה: סטייה בין הערך האמיתי לערך הנמדד.

שגיאה: סטייה בין ערך אמיתי לערך נמדד.
דוגמה:
נמדד מתח בעזרת וולט-מטר  (מד מתח) בעל דיוק של 1.5% בתחום 10V.
נמדד מתח 8.55v.
חשב את שגיאת המדידה השיטתית, גם באחוזים.


Δ1=√(Δs^2+R^2)

R - 0.01

Δs=10*1.5%=0.15 v

Δ1=√(0.15^2+0.01^2)=0.15v

Δ%=0.15*100/8.55=1.75%




שגיאה אקראית

שגיאה נובעת משינויים בסביבת מכשור המדידה ובדיוק הביצוע.
ממוצע:
סכום המספרים חלקי מספר האיברים = ערך אמתי, ערך ממוצע

סטיית תקן:

x͞ - ערך אמיתי או ערך ממוצע

Θ - סטיית תקן

Θ=√(((x͞1-x1)^2+(x͞2-x2)^2+...(x͞n-xn)^2)/n-1))

דוגמה:
אותה מדידה בוצעה מספר פעמים והניבה את התוצאות הבאותL
24
26
25
23

חשב את סטיית התקן?

נמצא את הערך האמיתי:


x͞ = (24+26+25+23)/4=24.5
n-1=3
נציב ונפתור:


Θ=√(((24.5-24)^2+(24.5-26)^2+(24.5-25)^2(24.5-26)^2)/3))=1.29v


משקף תנודות
מכשיר מדידה - משקף תנודות יכול להציג על המסך את המתח המחזורי יחסית לזמן וגם יחס בין שני מתחים. ניתן למדוד בעזרתו גם אופייניים של רכיבים ומעגלים.

שק"ק - שפופרת קרן קתודית  cathide ray tube

בתוך השפופרת קיים ריק, ואקום

אנודה ראשונה: 100
אנודה שנייה (אנודת האצה) 2KV


בתוך השפופרת קרן קתודית נמצאים החלקים הבאים:
תנור
קתודה
שתי אנודות
סריג
שני לוחות הטיה
מסך של שק"ק אשר מצופה מבפנים בחומר פלואורסנטי (חומר שמואר כאשר אלקטרון פוגע בו ונשאר מואר לזמן מה.

את הקתודה אנחנו מחממים בעזרת תנור כדי שהאלקטרונים ישתחררו בקלות.
באנודה הראשונה קיים מתח חיובי בן 800 ל 200 וולט שאלקטרונים נמשכים אליו.
אחרי אנודה שנייה קיימת אנודה שנייה עם מתח של בערך 2KV והיא נקראת אנודת האצה - תפקידה לתת לאלקטרונים
מספיק אנרגיה כדי שיגיעו ויפגעו במסך. אחרי הפגיעה במסך אלקטרונים חוזרים לאנודה שנייה והופכים לנטרלים

סריג - בין אנודה לקתודה, מחובר אליו עוצמת בהירות Intensity (עוצמה), לסריג מחובר מתח שלילי שבעזרתו ניתן
לשנות את כמות האלקטרונים המגיעים למך. השינוי נעשה בעזרת בורר מהירות.

בורר הוא כפתור חיצוני שנימצא על פאנל המשתמש שניתן לידי שינוי על ידי המשתמש.

לוחות הטייה אנכיים - vertica
לוחות הטייה אופקיים - horizontal
לוחות הטייה הם בוררים שאפשר לשנות אותם כדי לקבוע מצב התחלתי של הצירים: ציר אנכי וציר אופקי.

לוחות הטייה
לציר האנכי מחובר אות כניסה שמגיע ללוחות ההטייה האנכיים דרך מגבר. בעזרת מגבר מקבלים מתח מפיק גדול כדי שהאלקטרונים יגיעו לכל חלק של המסך.
מתח כניסה מגיע דרך בורר בעל שלושה מצבים:
מצב GND לכיוון של מתח התחלתי 0V.
מצב DC - אות מופיע על המסך במלואו.
מצב AC - מתח ישר לא מגיע למסך. (מראה אות סימטרי לציר אופקי).


מעגל בסיס הזמן - time base - מערכת שן מסור
מעגל ההחשכה מחובר לסריג





T1-  זמן מסך, הזמן שרואים את התמונה על המסך
T2 - פעולת מעגל החשכה
T3 - HOLD OFF כיוון השהייה בשן מסור



מערכת התנעה triggering

מערכת ההתנעה מתווכת בין אות כניסה החיצוני ומעגל שן מסור (בסיס הזמן) כדי לקבל תמונה יציבה על המסך.
כדי לקבוע פגישה בין אות כניסה חיצוני ומעגל בסיס הזמן משתמשים בשני בוררים:

LEVEL - רמה, מאיפה האות יתחיל

SLOPE - מדרון, שיפוע, יכול להיות חיובי או שלילי, האם האות יירד או יעלה.


בעזרת בוררים אלו נקבע מקום המפגש וגם נקודה שממנה רואים את האות על המסך.









מעגל השהייה שמחובר בין מגבר אנכי ולחות ההטייה האנכיים קיים כדי שללוחות ההטיה יגיע בו זמנית אות כניסה ומעגל בסיס הזמן.
אות כניסה חייב השהייה כדי להפעיל את את מערכת ההתנעה, מפני שאותה כניסה מגיע ראשון.

הרוחב של המסך בנוי ממשבצות:
שמונה משבצים לאורך, ועשר משבצות לרוחב.

איך לפתור תרגילים שאנו מתבקשים לשרטט לפי הנתונים את מה שייראה על המסך
יש שלושה שלבים שאנחנו צריכים לדעת לעשות ולחשוב:



1. Tמסך = time/div * 10div = הזמן של האות במס
2. T = 1/f = זמן מחזור
3. N כמות המחזורים  = Tמסך/T = כמה מחזורים יש לשרטט

דד
דברים שיש לשים לב אליהם:
בשריטוט ציר הY שלנו יהיה Vin, וציר הX שלנו יהיה זמן.

כאשר שואלים מה צריך להיות ה time/div כדי לקבל ארבע מחזורים על המסך, אנחנו נשתמש במשוואה השלישית, בצורה הבאה:


N = (10*x)/T


כאשר N ו T ידועים כאמור.

מתח DC גורם לירידה או עלייה של ה sin.
אם ה sin ללא DC, כלומר ב AC הוא יתחיל מאפס.

במערכת התנעה triggering קיימים שני אופני פעולה:
1. אוטומטי AUTO
2. נורמלי NORM



במצב אוטומטי המערכת מפעילה את שן מסור בתדר של 3 עד 4 KHz אפילו כאשר אין אות כניסה או כאשר LEVEL אינו פוגש אות כניסה.
במצב נורמל תמונה מתקבלת רק כאשר יש מפגש בין אות כניסה ומעגל בסיס הזמן.

כאשר ה LEVEL לא בתחום של האות מתקיים:
במצב נורמל מקבלים מסך ריק, כי אין מפגש בין LEVEL ואות הכניסה.
במצב אוטומטי מקבלים סינוס רץ ונעלם, משום שתדר של 3-4Kz העין עוד רואה כתמונה משתנה.

צורה כללית


V= X*SIN*ω+NV
ω = 2πf
X =+ - XV = הגובה החיובי והשלילי של אות הסינוס
N = VOLT OF DC מתח של 


איך לפתור תרגילים כאשר אנו מתבקשים על פי שרטוט שמתקבל על המסך לרשום את הנתונים.

תדר האותות: מספר משבצות בין שתי נקודות זהות כפול זמן לכל משבצת, ואז אחד חלקי הזמן שווה התדר.

משיא לשיא peak to peak: אנחנו: סה"כ המשבצות מלמעלה עד למטה כפול וולט למשבצת.

הפרש מופע: משיא לשיא סופרים את מפר המשבצות כפול זמן למשבצת, כפול 360, כל זה חלקי סה"כ זמן מחזור.

מצב בקר ה TRIGGER LEVEL: באיזה מתח זה מתחיל.

מצב בורר השיפוע (slope) - אם מתחיל מירידה שלילי, אם מתחיל מעלייה חיובי.

הגבר מחולל: Vout חלקי Vin: אנחנו עושים שיא לשיא של מתח היציאה, חלקי שיא לשיא של מתח הכניסה



משקף דו ערוצי




מערכת מיתוג אנלוגית פועלת בתדר גבוה ומחוברת ללוחות ההטייה האנכיים, כל פעם מכניסה אחרת, עקב מהירות המיתוג אנחנו רואים על המסך תמונה של שתי כניסות בו זמנית. 


קיימם שני מצבי הפעלה:

1. ALT - ALTERNATIVE
2. CHOP - CHOPPER
אלטרנטיב ALTERNATIVE מתואר כך בשירטוט:


מצב ATL מתאים להציג אות כניסה בתדר גבוה, לכן המערכת מספיקה לשרטט כל אות מההתחלה עד הסוף.



מצב CHOPPER שימושי כאשר אות כניסה בתדר נמוך. מערכת מיתוג עוברת במהירות רבה בין CH1 ל CH2 ולוקחת פיסה של אות כל פעם ממקור אחר, האות על המסך מתקבל כסכום של נקודות (פיסות) שמערכת מיתוג דוגמת אותם.



רוחב פס של משקף תנודות

(רוחב פס - תחום התדרים שבו משקף תנודות עובד)
tw -רוחב הפולס
tf - זמן ירידה
tr - זמן עלייה



זמן העלייה של משקף תנודות תלוי בצורה הפוכה מרוחב הפס שלו.

tr= 0.35/BW

ככל שרוחב הפס יותר קטן זמן העלייה יותר גדול, מה שיוצא עיוות.





בחון גשש מקוזז

סקופ בעל התנגדות פנימית (Rin) וקיבולת פנימית Cin.

עכבה: התנגדות דינמית (משתנה)
Xc= 1/2πfc


המעגל הזה מיועד לאות כניסה בתדר נמוך.
עכבת קבל זו התנגדות דינמית שמשתנה ביחס הפוך לתדר הכניסה, וזה אומר שכאשר יש אות כניסה בתדר גבוה מאוד,
עכבת הקבל הופכת להיות קטנה מאוד ואיתה המתח שנכנס למשקף התנודות.

תנאי הקיזוז

C1*R1=Cin*R1


בחון יכול גם להפחית מתח פי עשר

Rin/Rin+R1=1/10

כמו כן אם הוא יניח פי שלושים, אז האגף השני של המשוואה יהיה אחד חלקי שלושים






מונה תדר סיפרתי

מונה תדר סיפרתי יכול למדוד מספר ערכים:
1. תדר
2. זמן מחזור
3. זמן בי שני אירועים
4. יחס בין שני אירועים


1. מד תדר

כך נראה מד תדר:



תיאור מד תדר:  

סכמה מלבנית של מד תדר ספרתי



פירוט והסבר של סכמת המלבנים של מונה תדר סיפרתי

למעבר לתמונה בגודל המקורי: 


אנחנו מכניסים את האות שברצוננו למדוד את התדר שלו, כפי שמסומן באות A בשרטוט. אות זה יכול להיות כל אות.
האות הזה עובר עיצוב, זאת אומרת התאמה על ידי מעגל עיצוב שעושה אותו מותאם על מנת שנוכל למדוד את התדר שלו.

מעגל עיצוב הוא בעצם שמיט טריגר, שהופך גל סינוסואידלי  או כל אות אחר לגל מרובע.
מד התדר שלנו הוא סיפרתי לכן הוא עובד עם גלים ריבועיים.

A:


כפי שהזכרתי לעיל המתח שאנחנו נקבל אחרי מעגל העיצוב הוא: גל ריבועי:

B:



יש לנו גל ריבועי של מתח הכניסה, שיצא לנו כתוצאה ממעגל השמיט.
הוא מחובר לשער AND.

שער AND מעביר '1' (אחד לוגי) רק כאשר בשתי הכניסות יש אחד לוגי.

מעגל בסיס הזמן הוא מתנד גל ריבועי, אשר יוצר לנו גל ריבועי קבוע ויציב.

כפי שניתן לראות בשרטוט:

C:


התדר וזמן המחזור הם ביחס הפוך זה לזה. ניתן לראות זאת על פי הנוסחה:

f=1/T

T=1/f




זאת אומרת: שאם אנחנו מחלקים את התדר, אזי זמן המחזור גדל. אנו מחלקים את התדר בעזרת מחלקי תדר.
ככל שנחלק יותר את התדר, כך זמן המחזור יהיה גדול יותר - וכך נשיג תוצאת מדידת תדר מדוייקת יותר.

כך מתואר האות אחרי מחלקי התדר:

D:



התדר של אחרי חלוקת התדר, הוא בעצם העיניים של מונה, שם אנחנו קובעים מאיזה גודל של תדרים המונה שלנו יוכל למנות. הוא הרזולוציהכושר ההבחנה, ככל שתדר זה יהיה יותר קטן, המונה שלנו יוכל להבחין בתדרים יותר נמוכים וכך הוא יהיה מדויק יותר. כושר הבחנה, אנחנו מסמנים באות R.

אחרי ה TFF ( רכיב: T FLIP FLOP, דלג-לג) זמן המחזור שלנו מוכפל פי 2, (התדר שלנו מחולק בשתיים).
נניח שזמן המחזור שלנו לפני ה TFF היה t, אזי זמן המחזור אחרי ה- TFF הוא 2t, כאשר זמן של t הוא ב- '1' וזמן של t הוא ב- '0'.

Q:
בזמן של '1', 'זמן המכונה זמן פתיחת השער' מתבצעת המדידה.
בזמן של '0', זמן המכונה זמן סגירת השער, לא מתבצעת מדידה.

Q גג:
Q גג הוא ההפוך של Q. זאת אומרת שהאחד הוא ב '1' אזי השני הוא ב- '0'.
תפקידו הוא לאפס את המונה כאשר הוא ב-'1'. (בזמן הזה Q ב-'0', ולכן בשער AND לא יהיה '1', כי מספיק שבכניסה לשער יש '0' אחד, כדי שייצא '0')


זאת אומרת על ידי מציאת זמן המחזור של R=f, של לפני ה- TFF אנחנו בעצם מוצאים את זמן פתיחת השער, t מדידה.

TFF שעובד בעלייה כפי שניתן לראות בשרטוט:
(זאת אומרת משנה מצב רק בעלייה):
E:




F:



כמו שאמרתי, רק אם יהיו בשתי הכניסות של השער הלוגי AND אחד לוגי בו זמנית - הוא יוציא אחד לוגי ויגרום לכך שהמונה יספור את התדר.
ככל שזמן המחזור בכניסת שער הלוגי AND יהיה גדול יותר, אזי יהיה '1' יותר זמן , אזי זמן פתיחת השער יהיה גדול יותר ואנחנו נוכל למדוד למשך זמן רב יותר, ונוכל למנות את התדרים בצורה מדוייקת יותר.

זמן המחזור אחרי ה TFF מתחלק לשני חלקים שווים (סך הכל 2t).
חלק אחד הוא בזמן t:
זמן פתיחת השער הוא הזמן שבו שער AND מקבל 

חלק שני בזמן t:
זמן סגירת השער: הוא הזמן שהוא איך המונה סופר את התדר, אלא הוא מבצע איפוס על ידי '1' שמגיע אליו ישירות מה-Q גג.
ע

על מנת לפתור תרגילים אנחנו נשתמש בנוסחה הבאה:


F=N/t

F(in) - תדר של האות הנכס
t זמן מדידה = 1/R
n - מספר האירועים הנמדדים (התוצאה שתוצג לנו במסך).


R = כושר הבחנה, אנחנו מוצאים אותו כתדר של אחרי מחלקי התדר, וכתדר של לפני ה-TFF. היחידות שלו הם Hz (או KHz כמובן - בהתאם לתרגיל). 
אם נתון לנו את מה שהמסך מציג, הוא היחידה הקטנה ביותר שהמסך יכול להראות.


F(T.B) - התדר של מעגל בסיס הזמן



אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה