CASSY Lab 2 - Institut für Experimentelle Kernphysik

1 STE Widerstand 20 Ω 577 23
1 STE Widerstand 47 Ω 577 28
1 STE Widerstand 100 Ω 577 32
1 STE Spule 500 Windungen 590 83
1 STE Kondensator 4,7 µF, 5 % 578 16
2 Paar Kabel, 50 cm, rot und blau 501 45
1 PC mit Windows XP/Vista/7
empfehlenswert:
1 Hochtonlautsprecher 587 07
1 Sockel 300 11
1 Eisenkern, geblättert aus 593 21
1 Paar Kabel, 50 cm, rot und blau 501 45
Versuchsaufbau (siehe Skizze)
CASSY Lab 2
Das Hochpass-Filter erster oder zweiter Ordnung wird entsprechend der Skizze an das Power-CASSY und das Sensor-CASSY
angeschlossen. Zur Erhöhung der Spuleninduktivität L kann ein geblätterter Eisenkern verwendet werden.
Zum besseren Verständnis der Messung des Amplitudengangs ist der Anschluss des Hochtonlautsprechers am
Ausgang des Power-CASSYs empfehlenswert.
Versuchsdurchführung
a) Sprungantwort
Einstellungen laden
� RC-Filter (1. Ordnung) bzw. RLC-Filter (2. Ordnung) realisieren.
� Messung mit starten
� Messung bei Bedarf mit veränderter Frequenz f (Zeiger im Anzeigeinstrument verschieben) oder Ordnung wiederholen.
b) Amplitudengang
Einstellungen laden
� RC-Filter (1. Ordnung) bzw. RLC-Filter (2. Ordnung) realisieren.
� Messung mit starten
� Messung bei Bedarf mit veränderter Ordnung wiederholen.
Modellbildung
Die Konstanten Widerstand R, Induktivität L und Kapazität C können durch Ziehen am Zeiger des entsprechenden
Anzeigeinstruments (oder durch Linksklick oder nach Rechtsklick) so verändert werden, dass das Modell mit der
Messung überein stimmt. Dabei ist der Gleichstromwiderstand der Spule (ca. 4 Ω) beim Dämpfungswiderstand R mit
zu berücksichtigen.
a) Sprungantwort
Die Darstellungen Modell RC und Modell RLC (mit der Maus auswählen) zeigen den Vergleich der gemessenen
Filterantwort mit dem entsprechenden Modell. Das Power-CASSY gibt die anregende Frequenz kontinuierlich aus.
Deshalb ist im Messsignal der Einschwingvorgang des Filters nicht zu sehen. Damit auch im Modell der Einschwingvorgang
unsichtbar ist, wurde als Startzeitpunkt der Berechnung eine Periode vor Null gewählt, also t0=–1/f.
Die weiteren Darstellungen Frequenzspektrum RC und Frequenzspektrum RLC erlauben den Vergleich der
Dämpfung des Eingangssignals in Abhängigkeit von der Frequenz und der Ordnung des Filters. Eine andere Möglichkeit
dieses Vergleichs bietet die direkte Messung des Amplitudengangs.
b) Amplitudengang
Das Power-CASSY regt das Filter mit einer variablen Frequenz (Chirp) an. In diesem Chirp wird die Frequenz sehr
schnell von ca. 2500 Hz auf 0 Hz verringert. Im Amplitudengang wird das Verhältnis der Amplituden des Ausgangssignals
zum Eingangssignal des Filters dargestellt. Die schwarze Kurve ist die Messkurve, die rote Kurve ist das
Ergebnis des Modells 1. Ordnung und die blaue Kurve zeigt das Modell 2. Ordnung.
Bei der Messung ist darauf zu achten, dass die Filterantwort das Sensor-CASSY nicht übersteuert (siehe Darstellung
Standard). Gegebenenfalls ist die Messung mit verringerter Amplitude A oder vergrößertem Widerstand R zu wiederholen.
Anmerkung zur Messung des Amplitudengangs
Bei Veränderung der Grundfrequenz f des Chirps (im Beispiel ist f = 2,5 Hz) auch gleichzeitig das Messintervall so
verändern, dass die Messzeit T wieder der Chirpperiode entspricht (im Beispiel ist T= 400 ms).
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