15 Störningar - Tfe - Umeå universitet

UMEÅ UNIVERSITET
Tillämpad fysik och elektronik
Sverker Johansson
Johan Pålsson
Personalia:
Namn:
Kurs, utbildningsprogram och termin:
Datum:
Återlämnad (ej godkänd):
Rättningsdatum Kommentarer
Godkänd:
Rättningsdatum Signatur Kommentarer
STÖRNINGAR
Laboration E15
ELEKTRO
2004-06-14
Rev 1.1

1. Brum
I denna uppgift skall du undersöka om någon störsignal kan registreras med hjälp av
ett oscilloskop för följande fyra fall
a) En skärmad oscilloskopmätkabel ansluten till oscilloskopet men i övrigt fritt
liggande
b) En fritt liggande, skärmad oscilloskopmätkabel enligt fall a, men som i andra
änden har en lång fritt liggande laboratoriesladd ansluten
c) En mätkabel och en laboratoriesladd enligt fall b, men där du tar i
laboratoriesladdens fria ände med handen
d) En mätkabel och en laboratoriesladd enligt fall b, där du med ena handen tar i
laboratoriesladdens fria ände och med andra handen håller runt en
strömförande nätkabel till någon apparat, tex. till oscilloskopet
1) Utför mätningarna enligt de fyra fallen ovan, använd gärna tabellen nedan.
Notera vilken enhet som gäller för dina mätningar. Vad finns det för för- resp.
nackdelar med de olika möjliga enheterna?
2) Vilken frekvens har störsignalen?
3) Störsignaler med nätfrekvens eller multiplar därav brukar kallas brum. Hur bör
man med ledning av dina mätningar arrangera en uppkoppling så att man
eliminerar eller åtminstone reducerar brummet?
Störsignal
Fall a Fall b Fall c Fall d
2

2. Kapacitivt och induktivt kopplade sinusformade
störsignaler
I denna uppgift skall du studera hur störsignaler på kapacitiv väg överförs från en
störkälla till olika typer av ledare. Mätningarna görs på en enkel anordning (Bild 1)
som består av en bockad plåt med fyra olika typer av transmissionsledningar,
nämligen
a) En enkelledare
b) En dubbelledare
c) En tvinnad dubbelledare
d) En skärmad enkelledare, dvs en koaxialkabel
Bild 1. Laborationsutrustning. Störsignalen är inkopplad på mittledaren och
jordanslutningen är kopplad direkt till plåten.
Ledaren i mitten av den bockade chassiplåten skall fungera som en simulerad
störkälla. Mellan denna ledare och den jordade chassiplåten inkopplas därför på ena
sidan en sinusformad signal (f = 1 kHz, maximal amplitud). Använd korta, sträckta
sladdar. På den bockade plåtens andra sida studeras, med hjälp av ett oscilloskop, den
signal som överkopplas från störkällan och till de olika ledarna. Eftersom en
signalgenerators inre impedans har betydelse för hur störningskänsligt systemet är,
skall tre signalkällor med olika inre impedanser Ri (100 Ω, 10 kΩ och 1 MΩ)
simuleras. Detta sker genom att du på samma sida som där ’störkällan’ är inkopplad
avslutar respektive ledning (a-d) med en resistans Ri (Bild 2). Mätsituationen
motsvarar det fall där en signalkälla själv inte skickar ut någon signal.
När du drar slutsatser av dina mätningar, tänk på att du gör dessa utifrån en begränsad
mängd mätningar på en enskild mätsituation (en speciell uppkoppling). Olika sätt att
minska störningar fungerar bättre eller sämre beroende på vad det är som orsakar
störningarna och mätsituationen (tex om vi har balanserad eller obalanserad
överföring, avståndet till störkällan och störkällans impedans).
3

Bild 2. Ri inkopplad med hjälp av två banankontakter.
1) Mät den överkopplade störsignalens topp-topp-värde för de fyra fallen.
Använd gärna tabellen nedan. Är det svårt att mäta någon signal, ange en
övre gräns. Försök att arrangera mätningen så att ledningarna hålls sträckta på
ett likartat sätt för de fyra fallen.
2) Vilka slutsatser drar du av dina mätningar?
Signalkällans Ri 100 Ω, 10 kΩ, 1 MΩ,
Enkelledare
Dubbelledare
Tvinnad dubbelledare
Koaxialkabel
4

3. Störsignalens storlek som funktion av frekvensen
Om man har en kapacitivt och/eller induktivt överförd störsignal kan man misstänka
att den överförda störsignalens storlek är beroende av störsignalens frekvens. I denna
uppgift skall du dels undersöka vilken eventuell betydelse störsignalens frekvens har
och dels skall du rita en ekvivalentkrets för hela försöksuppställningen.
1) Mät upp den till enkelledaren överkopplade signalen som funktion av
störsignalens frekvens då den simulerade signalkällan har inre resistansen
Ri = 1 MΩ. Om du använder figuren på nästa sida för att plotta upp resultatet,
tänk då på att båda axlarna har en logaritmisk skala.
2) Den frekvenskurva du mätt upp och plottat beskriver vilka egenskaper
försöksuppställningen har när mätningen görs med ett visst oscilloskop. Rita
ett ekvivalentschema som beskriver kopplingen mellan störkällan
(centralledaren) och mätkretsen (en enkelledare från en signalkälla med inre
resistansen 1 MΩ) och där mätningen görs med ett oscilloskop. Glöm inte
bort oscilloskopet i ekvivalentschemat.
3) Om allt har fungerat normalt skall du ha fått en kraftig dämpning även vid
höga frekvenser. Varför?
4) (Extra uppgift) Beräkna med hjälp av bl.a. den uppmätta frekvenskurvan ett
ungefärligt värde på kapacitansen mellan störledaren och enkelledaren.
Störsignalens storlek som funktion av frekvensen
5

4. Skärmning
Om man har problem med störsignaler måste man försöka skärma av dessa på något
sätt. I denna uppgift skall du undersöka vilken effekt en skärmning kan ha.
Skärmningen görs med hjälp av bockade plåtar som kan träs över den signalledning
som plockar upp störsignalen (Bild 3).
Bild 3. En perforerad skärmplåt är placerad över den
störande mittråden och kopplad till jord.
1) Låt störsignalens frekvens vara f = 1 kHz och den simulerade
signalgeneratorns inre impedans Ri = 1 MΩ. Mät den till enkelledaren
överkopplade signalen för de tre fallen
• utan skärmning
• med enkelledaren skärmad med en jordad, hel plåt
• med enkelledaren skärmad med en jordad perforerad plåt
Hur stor blir dämpningen om ledaren skärmas?
Typ av skärmning
Ingen
Hel plåt, jordad
Perforerad plåt, jordad
Störsignal
f =1 kHz
Ri = 1 MΩ
Dämpning (dB)
⎛ skärmat ⎞
⎜ ⎟
⎝ oskärmat ⎠
2) Tag bort jordningen av skärmen och undersök hur detta påverkar resultatet.
3) Skulle en skärm av en bockad plexiglasskiva ge ungefär samma resultat som
en icke jordad plåtskärm?
6

7
4) Skärma av enkelledaren med den perforerade skärmen. Jorda skärmen. Låt
den simulerade signalgeneratorns inre resistans vara Ri = 1 MΩ. Mät på
samma sätt som i uppgift 3 upp den till enkelledaren överkopplade
störsignalens storlek som funktion av frekvensen och plotta kurvan.
5) Jämför med uppgift 3. Vilka slutsatser drar du?
6) Om man ökar frekvensen tillräckligt, kan då hålen i skärmen så småningom
minska eller rent av helt äventyra skärmens dämpande inverkan på en yttre
störsignal och vid vilken frekvens inträffar i så fall detta?
Överkopplad signal som funktion av frekvensen

5. Kapacitivt kopplade fyrkantformade störsignaler
I denna uppgift skall du undersöka vilken inverkan störsignalens kurvform eventuellt
kan ha vid kapacitiv överkoppling.
1. Låt störsignalen vara en fyrkantspänning med frekvensen f = 1 kHz och
maximal amplitud. Koppla in den på mittledaren på samma sätt som tidigare
och upprepa även samma typ av mätningar av topp-topp-värdet som i
uppgift 2.
2. Vilka slutsatser kan man dra av dessa mätningar?
Signalkällans Ri 100 Ω, 10 kΩ, 1 MΩ,
Enkelledare
Dubbelledare
Tvinnad dubbelledare
Koaxialkabel
3. Mät upp och rita av de till enkelledaren överkopplade störsignalerna vid
frekvenserna f = 1 kHz och f = 100 kHz. Låt den simulerade
signalgeneratorns inre resistans vara Ri = 1 MΩ i båda fallen.
4. På vilket sätt påverkas överkopplingen av den fyrkantformade störsignalens
frekvens?
5. Vad kallas den typ av RC-krets som man har i detta fall och vars effekter
tydligast syns vid låga frekvenser?
8

Skiss över de till enkelledaren överkopplade signalerna vid
frekvenserna 1 kHz och 100 kHz.
9