Elektronik und elektronische Datenerfassung mit Labview nbsp;· 16 Elektronik und elektronische...

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  • 16 Elektronik und elektronische Datenerfassung mit LabView

    Vorausgesetzte Kenntnisse: Halbleiterdioden, PN-bergang, lineare und nichtlineare Widerstnde, allgemeine Stromkreisgesetzte (Ohmsches Gesetz, Kirchhoffsche Gesetze), Funktionsprinzip von Transistoren und verschiedene Anwendungsmglichkeiten, insbesondere Verstrkerschaltung.

    Literatur: [1] H.-G. Dahn Praxisbuch LabVIEW 3: professionell messen, steuern, regeln,

    simulieren mit Hilfe graphischer Objekte, IWT-Verlag, Vaterstetten bei Mnchen (1993).

    [2] D. Zastrow Elektronik: Einfhrung in Analogtechnik, Digitaltechnik,

    Leistungselektronik, Vieweg-Verlag, Braunschweig, Wiesbaden (1997).

    [3] K. Beuth, W. Schmusch Grundschaltungen. Elektronik 3, Vogel-Verlag, Wrzburg

    (1997). [4] U. Tietze, Ch. Schenk Halbleiterschaltungstechnik, Springer Verlag, Berlin,

    Heidelberg (1999). [5] Emitterschaltung: http://www.elektronikinfo.de/strom/emitterschaltung.htm

  • Inhaltsverzeichnis

    1 Einleitung ..................................................................................................................................... 3

    1.1 Versuchsablauf ...................................................................................................................... 3

    2 Messplatz ..................................................................................................................................... 4

    2.1 Hardware ............................................................................................................................... 4

    2.2 Software................................................................................................................................. 5

    Funktionsprinzip von LabVIEW .................................................................................................. 5

    2.3 Programmierung mit LabVIEW ............................................................................................ 7

    3 Teil A: Vermessung elektronsicher Bauteile mit LabVIEW ..................................................... 11

    3.1 Ohmscher Widerstand ......................................................................................................... 11

    Theoretische Grundlagen ........................................................................................................... 11

    Aufgabenstellung ....................................................................................................................... 11

    3.2 Spannungsstabilisierung mit Z-Diode ................................................................................. 11

    Theoretische Grundlagen ........................................................................................................... 11

    Aufgabenstellung ....................................................................................................................... 13

    3.3 Auf- und Entladung eines Kondensators ............................................................................. 13

    Theoretische Grundlagen ........................................................................................................... 13

    Aufgabenstellung ....................................................................................................................... 15

    3.4 Transistor Kennlinien .......................................................................................................... 16

    Theoretische Grundlagen ........................................................................................................... 16

    Eingangskennlinie ...................................................................................................................... 18

    Ausgangskennlinie ..................................................................................................................... 19

    4 Teil B: Elektronische Schaltungen in der Anwendung .............................................................. 20

    4.1 Einweggleichrichtung .......................................................................................................... 20

    4.2 Verstrkerschaltung ............................................................................................................. 21

    Theoretische Grundlagen ........................................................................................................... 21

    Aufgabenstellung ....................................................................................................................... 23

    4.3 Schmitt-Trigger ................................................................................................................... 24

    Theoretische Grundlagen ........................................................................................................... 24

    Aufgabenstellung ....................................................................................................................... 27

    4.4 Schaltverzgerung mit Transistor ....................................................................................... 28

    5 Anhang ....................................................................................................................................... 30

  • 1 Einleitung Moderne Messwerterfassung und viele Experimente werden heute mit der Untersttzung des Computers durchgefhrt. Teilweise aus rein praktischen Grnden, um eine hohe Anzahl von Messwerten aufzunehmen und zu verarbeiten, andererseits um eine einfache und bersichtliche Steuerung von Experimenten und Versuchsaufbauten zu gewhrleisten. Viele Messwerte sind aus zeitlichen Grnden nicht von Hand aufnehmbar, da sie in sehr kurzen Zeitabstnden registriert werden mssen oder aber auch bei Langzeitexperimenten nur sehr selten und in langen Zeitabstnden aufeinander folgen. Auch bieten Softwareprogramme und Computerlsungen oft eine uerst flexible und individuelle Lsung fr die verschiedensten Anwenderprobleme. Die ehemals starren Grenzen zwischen reiner Messwerterfassung und Steuerung verschieben sich immer mehr, denn die flexiblen Mglichkeiten der Datenerfassung, der Analyse, der Steuerung und der Visualisierung verschmelzen mehr und mehr zu einer einheitlichen Software-Einheit. Das ursprnglich in den 80er Jahren von National Instruments fr die Mess- und Automatisierungstechnik entwickelte Programm LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) ist mittlerweile immer mehr zu einer effektiven Alternative fr herkmmliche Programmiersprachen geworden und zhlt heute neben C zu den meist-verwendeten Programmiersprachen fr technisch wissenschaftliche Anwendungen. Um physikalische Experimente zu steuern und durchzufhren, muss der Anwender meist eine textorientierte Programmiersprache wie C, Pascal oder Basic beherrschen. Sehr oft muss man sich mehr mit der Syntax der Sprache auseinandersetzen als mit der eigentlichen Messaufgabe. LabVIEW bietet hier eine ganz neue Mglichkeit. Statt seitenweise komplizierte Systemprogramme zu schreiben, sind lediglich grafische Elemente auf dem Bildschirm zu platzieren, und wie aus dem Labor bekannt, diese mit Drhten zu verbinden. Bedienungselemente, wie sie aus der Labormesstechnik gelufig sind, bilden die Bedienungsoberflche, die der Anwender selbst gestalten kann. Im Idealfall wird die Problembeschreibung, Problemlsung und die Dokumentation in einem Arbeitsgang erledigt. Die eigentlich zu lsende Aufgabe rckt mit Hilfe dieser grafischen Programmierung wieder in den Vordergrund und gleichzeitig werden die nicht problembezogenen Aufgaben minimiert sowie die Programmentwicklungszeit erheblich verkrzt. LabVIEW bietet ebenfalls den entscheidenden Vorteil der Plattformunabhngigkeit und ist somit sehr flexibel einsetzbar.

    1.1 Versuchsablauf Der Versuch Elektronik und elektronische Datenerfassung mit LabVIEW verfolgt zwei Ziele: erstens die Vermittlung von grundlegenden Kenntnissen der Elektronik und zweitens der zunehmend wichtiger werdenden computeruntersttzten Messwerterfassung und Steuerung von Experimenten. Der Praktikumsversuch unterteilt sich thematisch in zwei Teilgebiete:

    Teil A: Vermessung elektronischer Bauteilen mit LabVIEW Teil B: Elektronische Schaltungen mit Anwendung des Transistors

  • In Teil A steht die Programmierung mit LabVIEW im Vordergrund. Es sollen die Funktionsweise von LabVIEW und die Programmierung vermittelt werden. Anhand von einfachen Messaufgaben aus dem Bereich Elektrotechnik/Elektronik sollen LabVIEW-Programme erstellt werden. Der Schwerpunkt liegt in der Erarbeitung der Programme. Innerhalb von Teil B werden der Bipolartransistor und seine Anwendung behandelt. Teilweise knnen Programme, die in Teil A entwickelt wurden, hier zur Messwertaufnahme verwendet werden. Die Programmierung tritt in den Hintergrund und das Bauelement Transistor soll untersucht und dessen Anwendungen deutlich gemacht werden. Bitte bringen Sie am Versuchstag einen USB-Stick mit, da die Praktikumsrechner aus Sicherheitsgrnden keinen Netzwerkzugriff haben.

    2 Messplatz

    2.1 Hardware Das Programm LabVIEW ist auf einem handelsblichen Personalcomputer installiert. Die Datenerfassung erfolgt ber eine Multifunktionskarte, die als Einsteckkarte in den PC eingebaut ist. Sie bietet die Mglichkeit der analogen sowie der digitalen Ein- und Ausgabe. Diese DAQ-Einsteckkarte (Data Acquisition) verwendet zur Messwerterfassung analoge Eingnge zur Spannungsmessung, analoge Ausgnge (steuerbare Spannungsquellen) sowie digitale Ausgnge (steuerbare Schalter). Die Megenauigkeit wird von der Analog-/Digital-Wandlung der Mekarte vorgegeben. Diese hat eine 12 (bzw. 16) -bit-Auflsung bei einem Mess- / Einstellbereich der Spannung von 10 V. Die einzelnen Versuche werden auf Steckbrettern aufgeb