1

Lite mätteori i kursen Digitalteknik och konstruktion

TNE094

Ole Pedersen / Carl-Magnus Erzell

Institutionen för Teknik och Naturvetenskap

Augusti 2013

2

Dokumentet är en sammanfattning av vad som sägs på föreläsningar och lektioner om

mätteknik i kursen ”Digitalteknik och konstruktion, TNE094”.

Kursen TNE094 har en s.k. mätstrimma (en inledande mätteknikdel) inlagd i början av

kursen. Syftet är att förbereda dej inför de laborationer och mättekniska uppgifter som väntar i

kursen TNE094 men också i kommande kurser på programmet.

Innehåll:

1.1 Vad innebär det att mäta något? 3

1.2 Kalibrering och normaler 4

1.3 Noggrannhet och precision 5

1.4 Mätfel och hur dessa redovisas 6

1.5 Olika instrument på mätplatsen 7

1.6 Ett bra sätt att arbeta på laborationerna 18

Appendix 1 – det internationella SI-systemet 19

Appendix 2 – färgkodning för resistorer 20

3

1.1 Vad innebär det att mäta något ?

Du har troligen erfarenheter av olika typer av mätningar under tidigare utbildningar från

grundskolan och gymnasiet. Du har kanske inte funderat så mycket på vad en mätning

egentligen är för något och vad den innebär.

Hur vet du exempelvis att det du mäter är meningsfullt?

Ta det här som ett exempel: Du ska baka bröd och vill mäta upp 600 gram vetemjöl. Eftersom

du har tänkt dej ett bakprojekt så har du säkert en våg i närheten som du kan väga mjölet på.

Du häller upp mjöl i en skål och avläser på något vis när det är lagom mängd, dvs 600 gram.

Om du är noggrann har du dessutom vägt den tomma skålen först så att du vet hur mycket

extra vågen ska visa. Alternativt så har du en mer avancerad våg som kan nollställas för

skålens egenvikt, så att du kan läsa av 600 gram mjöl direkt. Du litar på din våg och kan gå

vidare i bakprojektet.

Men ur mätteknisk synvinkel är det läge att stanna upp här!

Troligen vet du ingenting om vad vågen egentligen visar om du ska vara ärlig. I alla fall om

det är en vanlig hushållsvåg och du inte har ägnat den några närmare studier, läst en eventuell

medföljande instruktionsbok, kanske frågat i affären där vågen köptes in eller t.o.m. skickat e-

post till tillverkaren och frågat om konstruktionen. Det är dessutom inte så troligt att du just

idag kan säga att vågen väger rätt. Den kanske gjorde det förra året när du sist hade ett

bakprojekt igång och vågen var nyinköpt.

Det är en ganska vanlig situation att den som mäter något inte funderar så mycket på de här

detaljerna. I alla fall inte i vardagssituationer. Men i tekniska mätsituationer är det däremot

mycket viktigt att veta just de detaljerna. Teknisk mätteknik brukar klassiskt delas in i

mekanisk mätteknik och elektrisk mätteknik. Exemplet med hushållsvågen kan vara både

mekanisk och elektrisk mätteknik. En gammal våg är troligen ett exempel på mekanisk

mätteknik.

Vare sig du utför mekanisk mätteknik eller elektrisk mätteknik bör du kunna grunderna, som

är gemensamma. Mättekniken som vetenskap kallas metrologi (ej att förväxla med

meteorologi, som handlar om vädret).

En mätning innebär alltid en jämförelse med något. Om du använder dej av en våg för att

mäta mängden mjöl, jämförs mjölets tyngd med någon tyngd i den mekaniska vågen. Om det

är en elektrisk våg jämförs mjölets tyngd, eller den tyngdkraft den alstrar på vågen, med en i

vågen motsvarande tyngdkraft.

Just när du läser av ditt mätvärde i vågen, råder det alltså balans mellan två tyngder eller två

krafter. Du gör indirekt en jämförelse mellan två storheter. För att det här skall vara

meningsfullt, måste vågen på något sätt vara korrekt inställd, eller som det heter i vårt

sammanhang, korrekt kalibrerad.

4

1.2 Kalibrering och normaler

Alla mätinstrument måste vara korrekt kalibrerade för att visa rätt mätetal. För

hushållsredskap och enklare mätinstrument görs kalibreringen vid tillverkningen. Därefter

behöver ingen mer kalibrering göras eller kan inte göras.

Elektriska mätinstrument, som är det vi ska syssla med, behöver vanligen kalibreras med

jämna intervaller. För enklare lab.instrument behöver det här inte göras särskilt ofta men om

instrumentet är mer avancerat och mätningarna krävande, måste användaren kalibrera

instrumentet oftare. I många forskningssammanhang mäter man låga elektriska spänningar

eller små elektriska strömmar och då måste också instrumenten vara rätt inställda. Det är

egentligen inget konstigt med det.

Kalibrering av instrument görs på speciella auktoriserade mätplatser eller på Statens

Provningsinstitut i Borås. Vissa företag eller institutioner på universitet kan vara

auktoriserade mätplatser för någon storhet, t.ex. elektrisk spänning (V), kraft (N), ljudnivå

(dB), längd (m) eller något annat. De mätplatserna kan kalibrera instrument för aktuell

mätstorhet på ett korrekt sätt, och skriva ut ett kalibreringsintyg.

All kalibrering av instrument måste utgå ifrån något att jämföra med. De jämförande

storheterna kallas för normaler. Det finns normaler för längd, massa, elektrisk ström, tid m.fl.

så kallade grundstorheter (mer om det på föreläsningen om mätteknikens grunder och S.I.-

systemet). En normal är en mycket exakt definierad storhet som hela världens alla

kalibreringsinstitut och auktoriserade mätplatser kan jämföra med vid kalibrering av

mätinstrument. Som ett exempel kan nämnas att världsnormalen för längd, länge var en stav

av platina med två smala ritsar eller märken som definitionsmässigt var på avståndet 1 meter.

Det betyder att längden 1 meter från första början var, om inte helt godtyckligt vald, så i alla

fall nästan (den har en koppling till jordens storlek och en bråkdel av jordomkretsen som

uppmättes under 1700-talet, men det är en annan historia). Numera är längdnormalen

omdefinierad med hjälp av ett speciellt laserljus och ett antal miljoner våglängder av

laserljuset.

De bästa normalerna kallas för världsnormaler. Därefter i rang kommer landsnormaler och

labnormaler (arbetsnormaler). Det är viktigt (och självklart) att alla normaler för en viss

storhet är lika varandra. För att man ska kunna avgöra hur bra t.ex. en labnormal är i

förhållande till en landsnormal och slutligen världsnormalen, pratar man i mättekniska

sammanhang om begreppet spårbarhet. Spårbarhet innebär att en användare av en normal ska

kunna följa (spåra) sin egen normal och dess kvalité till nästa högre normal. Det ska gå att

avgöra exakt hur bra eller dålig den aktuella normalen är och hur mycket den skiljer sig från

den bästa normalen, världsnormalen. Utan möjlighet till spårbarhet skulle tillverkningen av

tusentals labnormaler världen runt, lätt ”spåra ur” och kalibreringen av ytterligare tusentals

mätinstrument skulle kunna bli så olika så att mätfelen ökar drastiskt.

Som ett intressant och aktuellt exempel kan nämnas att om kalibreringen av de mest exakta

klockorna för GPS-satelliterna inte var tillräckligt bra, så skulle alla världens GPS-enheter i

bilar, båtar, flygplan och för friluftsmänniskor, visa mycket mer fel än de gör idag (typiskt

5m).

5

1.3 Noggrannhet och precision

Nästa två metrologi begrepp att reda ut är noggrannhet och precision.

Med noggrannhet (eller onoggrannhet) menas hur pass nära det uppmätta värdet är det exakta

mätvärdet.

Det råder alltid ett förhållande mellan uppmätt mätetal och exakt mätetal enligt följande:

Uppmätt mätetal = Exakt mätetal Mätfel

Om ett instrument har en dålig noggrannhet, dvs stor onoggrannhet, måste intrumentet

troligen kalibreras (justeras). Det som då händer är att instrumentets noggrannhet ökar, i bästa

fall. Ett okalibrerat instrument, eller dåligt kalibrerat instrument, ger ett mätfel som kallas för

systematiskt fel. Ett systematiskt fel känns igen på att de uppmätta mätetalen alltid blir för

stora eller för små, i förhållande till det exakta mätetalet.

Exempel: Du har en ute-/inne-termometer hemma som alltid visar 1.5 grader för mycket. Du

kan då misstänka att termometern är dåligt kalibrerad och det du kan göra är att antingen

lämna in termometern för omkalibrering eller helt enkelt komma ihåg att den visar 1.5 grader

för mycket och alltid dra av 1.5 grader på dina avläsningar.

Systematiska fel är av den typen att du själv kan justera dina mätavläsningar, när du väl

känner det systematiska felets storlek.

Med precision menas hur pass nära varandra mätetalen ligger när du mäter exakt samma

storhet under likadana förutsättningar, ett flertal gånger. Precisionen säger ingenting om hur

exakta mätetalen är, bara hur nära varandra de är. Hög precision, eller stor precision, innebär

att om du gör 10 mätningar av t.ex. temperaturen inomhus, under en kort tid när temperaturen

kan antas vara konstant, så får du mätvärden som alla ligger nära varandra. Däremot kan alla

mätvärdena visa cirka 1.5 grader för mycket.

Precisionen anger alltså hur mycket dina mätvärden sprids när du gör flera mätningar. Dålig

precision ger upphov till mätfel som kallas för slumpmässigt fel. Slumpmässiga fel känns igen

på att de varierar slumpmässigt, till synes utan orsak uppåt och nedåt.

Exempel: Du läser av en termometer som visar två decimaler och får de 7 mätvärdena:

[20.53 , 20.51 , 20.49 , 20.53 , 20.48 , 20.50 , 20.51] grader Celsius.

Om du avrundar till en decimal får du mätvärdet 20.5 grader Celsius och du kan säga att din

termometer har en bra precision (åtminstone på nivån en decimal). Förutsättningen här är

naturligtvis att temperaturen verkligen var konstant åtminstone på nivån två decimaler under

själva mätningen.

Slumpmässiga fel är av den typen att du inte kan justera dina mätavläsningar med något givet

värde. Det bästa knepet för att minska inverkan av slumpmässiga fel är att mäta många gånger

och sen beräkna ett medelvärde av alla mätvärden. Eftersom slumpmässiga fel just är

slumpmässiga, så elimineras inverkan av mätfelet när du beräknar ett medelvärde.

6

1.4 Mätfel och hur dessa redovisas

Mätfel kan redovisas på lite olika sätt. Men ett av de vanligaste är att mätfelet anges som ett

intervall efter mätetalet. Ett exempel:

3.01.23 V

Mätfelet ( 0.3 V) anger att det finns en osäkerhet om det korrekta värdet. Det kan vara så

mycket som 23.4 V men det kan också vara så lågt som 22.8 V. Alla värden från 22.8 till 23.4

är också möjliga.

Ett vanligt sätt att uppskatta mätfelet är att helt enkelt titta i mätinstrumentets manual och där

se vilket felintervall som anges för mätvärden. Det mätfel som du uppskattar kan som en

första grov approximation bero endast på mätinstrumentet. I själva verket beror det totala

mätfelet på orsaker som exempelvis: mätinstrument, mätmetod, kanske temperaturen i

mätlokalen, omgivande elektriska störningar, dina avläsningsfel och felkopplingar (som i

mätsammanhang kallas för grova fel) och glapp kontakt i kopplingar. Kort och gott kan man

säga att en mätning alltid är felaktig, mer eller mindre. Frågan är om felintervallet är

acceptabelt i den mätsituation du befinner dej i. Om felintervallet är tillräckligt litet för din

applikation, bör du inte slösa mer energi på att utreda dess orsaker och minska det ytterligare.

Om det inte står speciellt att du ska ange ett felintervall i laborationsuppgifterna, får du själv

bestämma om du vill ange ett mätresultat med felintervall eller utan. Det är alltid klokt att

åtminstone tänka efter själv hur bra den aktuella mätningen rimligen kan vara.

7

1.5 Olika instrument på mätplatsen

Voltmetern – multimetern.

Vi börjar med att hantera begrepp som är knutna till en multimeter, alltså ett elektriskt

mätinstrument för mätning av ström, spänning samt resistans. Vi börjar med att titta på

sambanden mellan dessa tre storheter och räknar på några olika nät som vi senare skall mäta

på.

Först några definitioner:

Likspänning = medelvärdet av spänningen.

(Sambanden mellan de tre storheterna ges av genom

Ohms lag : U= R*I)

Växelspänning = En spänning vars medelvärde är noll.

Frekvensen = antalet hela perioder per sekund.

I många fall växlar spänningen och strömmen riktning. Storheten som begränsar strömmen är

nu inte enbart resistans utan även något som kallas reaktans och som skapas i andra typer av

komponenter (kondensatorer, spolar).

Spänningen i figur 1 på nästa sida är sinusformad växelspänning med toppvärdet 300 V samt

frekvensen 50 Hertz. När du mäter med en multimeter i vägguttaget visar multimetern inte

300 V utan 300/2 230 V som är spänningens effektivvärde. (Växelspänningen ger lika mycket

värme i ett motstånd som en 230 V:s likspänning)

8

Definition av begreppet effektivvärde:

Det värde på växelspänningen som en multimeter visar motsvarar en likspänning som ger

samma värmeutveckling i en resistor som växelspänningen ger.

När du ansluter en multimeter är det viktigt att:

a) Sladdarna är hela. (personfara om spänningen är högre är 50 V)

b) Att mätområdesinställningen verkligen står på spänning. (Och inte ström eller resistans)

Multimetern är ett instrument för att kontrollera att du har spänning i olika kontaktpunkter

men också hur stor spänningen är.

Du kan mäta upp resistansen hos olika resistorer och kontrollera att uppmärkningen av

resistorn är korrekt.

Du kan kontrollera att det finns förbindelse mellan två punkter genom ”förbindelsetest”

funktionen.

Du kan mäta strömmen som går genom en komponent genom att bryta upp förbindelsen och

koppla in multimetern som strömmätare (amperemeter).

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

-300

-200

-100

0

100

200

300

oscilloskopsbild

tiden i sekunder

spännin

gen i V

olt

Figur 1

9

Det finns i vissa fall även andra mätfunktioner hos en multimeter, men dessa får du läsa om i

respektive manual. En funktion som kan nämnas är frekvensmätfunktionen.

Frekvensmätfunktionen ger spänningens frekvens.

Hur mäter en multimeter?

En multimeter kan vara ett mycket komplicerat instrument, men vi skall försöka att plocka ut

några delar som hjälper dig att förstå funktionen.

Spänningsmätning

Modellen av voltmetern (figur 2) är en resistor på 10 Mohm som utgör ingångsimpedansen

samt en ideal spänningsmätare. Spänningsmätaren innehåller en förstärkare, en analog till

digitalomvandlare samt en display. Den enkla modellen ser ut som figuren nedan.

Strömmätning

Modellen (figur 3) är kompletterad med ett motstånd som ger ett känt spänningsfall på t.ex.

200 mV då strömmen genom kretsen är t.ex. 100 mA. Istället för att skriva 200 mV och låta

dig räkna ut strömmen så är displayen direkt graderad i mA. Överstiger strömmen 100 mA

måste du byta mätområde d.v.s. koppla in ett mindre motstånd. För att förhindra att du

bränner upp motståndet genom att låta en för stor ström gå igenom kretsen (P=I^2*R) finns

ibland en säkring som måste bytas om olyckan varit framme. Du kan dock inte räkna med att

säkringen finns i alla instrument utan att strömmätningsfunktionen skadas om instrumentet

överbelastas.

10 M Spänningsmätare

In till instrumentet

Extra resistor som ger ett

spänningsfall. Spänningsfallet

är proportionellt mot

strömmen.

Säkring

Figur 2

Figur 3

10

Resistansmätning

Modellen (figur 4) är här kompletterad med en strömgenerator som exempelvis ger strömmen

1,00 mA oberoende av vilket motstånd Rx (den okända resistorn du vill mäta) som strömmen

går igenom. Strömmen passerar 10 Mohms resistorn men också den okända resistorn Rx.

Spänningsfallet över resistorn blir kanske 0,047 V. Detta spänningsfall används

för att beräkna det okända resistansvärdet.

Nu finns det ju många olika lösningar, figur 4 visar endast en förenklad sådan. Du kommer

senare att studera hur bl.a. analog till digitalomvandling sker, så det ska vi inte diskutera i

detalj här.

Vilka begränsningar har multimetern?

Det finns ganska många begränsningar och som du säkert förstår skiljer sig instrumenten åt

rejält. En billig multimeter kanske kostar 125 kr medan en multimeter som du använder här

kanske kostar 2000 kr. Det är uppbyggnaden som skiljer, mekanisk stabilitet, men framför allt

hur instrumentet mäter spänning. Vilken metod används för att mäta spänning? Hur höga

frekvenser kan instrumentet ”hantera”? Hur bra är skyddet mot elektriska överslag? Hur är

instrument skyddat mot för stora elektriska strömmar? Spelar det någon roll vilken kurvform

din mätsignal har (sinuskurvform eller annan kurvform)?

Rx

Strömgenerator

10 M

Figur 4

11

Oscilloskopet.

Lösningen på några av de problem som räknats upp ligger i att använda ett oscilloskop.

Oscilloskopet har förmågan att hantera signaler med mycket varierande frekvensinnehåll och

kurvform och låter dig ha bra kontroll på signalens utseende. Tyvärr är det inte den billigaste

lösningen men ett oscilloskop ger mycket mer mätinformation till användaren.

Fotografiet visar ett kombinationsinstrument med mycket

goda prestanda. Kombinationsinstrumentet kan sägas

vara en blandning av oscilloskop och multimeter.

Ibland kallas dessa instrument för ”Scopemeter”.

Elfa PersonalScope HPS10

med ett pris av c:a 2 kkr

Hur fungerar ett oscilloskop?

Oscillskopet avbildar en eller ofta flera elektriska spänningar som funktion av tiden.

Avbildningssättet kan variera beroende på om det är ett gammalt oscilloskop eller ett relativt

nytt. Men gemensamt för alla oscilloskop är att de kan avbilda en mätsignal som funktion av

tiden (eller en annan mätsignal) i en X-Y graf eller horisontell / vertikal graf. Oscilloskopet

som mätinstrument uppfanns under 1900-talet.

Uppbyggnaden kan beskrivas i ett blockschema. Se figur 5. De olika blocken kommer att

diskuteras mer i detalj i olika elektronikkurser. Här behöver du bara få en översiktlig bild av

funktionen.

Grundinställningen gör du med något som kalls ”autoscale-funktionsknappen”. Autoscale

klarar de flesta grundsignalerna och ger ofta en mycket bra bild av signalen direkt utan att du

behöver justera något mer på instrumentet. Om du är en nybörjare på ett oscilloskop eller inte

vet hur mätsignalen ser ut, så behöver du bara trycka på ”autoscale”, så ställs instrumentet in

för den aktuella mätsignalen.

12

Ingångssteg Förstärkare

Triggenheten Tidbasen

Med AC/DC/GND väljer du var du vill ha nollpunkten för signalen.

Vertikala förstärkaren justerar du om du önskar minska eller öka amplituden på skärmen.

Triggenheten justerar du om bilden inte är stabil, eller om du önskar att signalen skall starta i

en annan punkt på mätsignalen.

Tidbasen (horisontella utslaget) justerar du om du önskar ”trycka ihop” signalen eller ”dra isär

signalen” (zoomning).

Mätmöjligheter med oscilloskopet

Oscilloskopets (figur 6) speciella mätmöjligheter gör att du kan jämföra två signaler med

varandra samt att du kan mäta på tidsberoende storheter som olika digitala pulser (finns i

mängder i datorer, nästan all annan elektronik och i kommunikationssammanhang bland

annat).

Det moderna digitala oscilloskopet har dessutom en mängd inbyggda funktioner, funktioner

som ger mätmöjligheter i tiden (horisontella axeln, TIME), eller möjligheter att mäta

spänningar (vertikala axeln, VOLTAGE).

AC

DC

GND

Vertikal

förstärkn Analog-

digtal-

omvand-

lare

Trigg-

enhet Tidbas

(horisont

ell inst)

Vertikalt

utslag

Horisontellt

utslag

Insignal

Figur 5

13

Ett vanligt arbetssätt med oscilloskopet är att du skapar en lämplig mätsignal eller testsignal

som du låter påverka ditt testobjekt som du vill undersöka. Signalen skapas av en s.k.

funktionsgenerator (mer om denna senare).

På oscilloskopets skärm kan du se testsignalen som den ser ut i original eller hur det ser ut

elektriskt någonstans inuti ditt testobjekt, ifall du placerar mätsladdarna där.

Vilka egenskaper skiljer mellan olika oscilloskop?

Som du förstår är det skillnad mellan olika oscilloskop, det märks ju inte minst på priset. Det

finns dock stora likheter mellan de flesta generella ”vanliga” oscilloskop. En funktion som de

flesta oscilloskop har är ”autoscale”.

Alla oscilloskop har s.k. mätprobar eller mätklämmor som bör användas. De minskar bland

annat påverkan av yttre störningar. Observera att en probe måste justeras första gången den

används. Justeringen sker med hjälp av den inbyggda utrustningen som finns i oscilloskopet.

Tidbas samt vertikalförstärkare kan variera en del mellan olika oscilloskop. Oscilloskopets

möjligheter att mäta på elektriska spänningar som har olika frekvens varierar stort. Ett bra

oscilloskop kan mäta elektriska spänningar som har en hög frekvens, t.ex. inom

mobilkommunikation.

Mätfunktioner

Tidbas (horisontell

inställning)

Vertikal förstärkare

Oscilloskopskärm

Här ansluts mätsladdarna för

kanal 1 (kallas också A eller

Ch1)

Här ansluts mätsladdarna för

kanal 2 (kallas också B eller

Ch2)

Figur 6

14

Mätproben

Eftersom användningen av en mätprobe ger stor åtkomlighet, mindre störningar samt minskar

belastningen på mätobjektet är det bra om du använder den så ofta som möjligt. Tänk dock på

följande:

a) Du bör justera ingången på oscilloskopet så att oscilloskopet skalar mätvärden korrekt.

I menyn väljer Du probe 10:1 eller 100:1, beroende på vilken probe du har.

b) Du måste kontrollera att proben är korrekt justerad genom att ansluta en pulsspänning

(testsignal) från den inbyggda utrustningen på oscilloskopet. Det du ser på

oscilloskopets skärm, när du ansluter proben till testsignalen, bör vara en mätsignal

med samma kurvform som testsignalen själv har. Testsignalerna för det här ändamålet

brukar ha ”fyrkantkurvform”, se figur 7. Om oscilloskopbilden ser ut som i figur 7 så

är proben korrekt justerad och förvränger alltså inte dina kommande mätsignaler.

0 0.5 1 1.5 2 2.5

x 10-3

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2 oscilloskopsbild

tiden i sekunder

spännin

gen i V

olt

Figur 7

15

Funktionsgeneratorn (signalgeneratorn)

Funktionsgeneratorn skapar de testsignaler du vill ha när du testar din konstruktion. Det finns,

som du kommer att se, några olika standardkurvformer.

Sinusform, som ju knappast behöver någon presentation.

Triangelform, vars utseende du kan variera med hjälp av inställningar på instrumentet.

Fyrkantform, vars utseende du kan variera med hjälp av inställningar på instrumentet.

Alla testsignaler kan skapas med olika amplitud och frekvens.

En testsignal kan exempelvis vara symmetrisk kring värdet 0 Volt, se figur 8, eller lyftas upp

en viss spänningsnivå, se figur 9. När signalen är upplyft från sitt symmetriska läge kring 0

Volt, säger man att signalen har fått en offsetspänning. Offsetspänningen kan ställas in.

0 V nivå

Figur 8 Figur 9

16

Vanlig konfigurering

När du använder funktionsgeneratorn kan du använda denna översiktsmodell, figur 10.

Du ställer din funktionsgenerator så att den ger en lämplig testsignal. Du påför testsignalen på

ingången till ditt testobjekt samtidigt som den kopplas till oscilloskopets ingångskanal 1

(godtyckligt vilken kanal egentligen).

Sedan tar du en mätprob som anslutits till oscilloskopets kanal 2 och följer testsignalens väg

genom ditt testobjekt, genom att mäta på olika punkter. På så sätt skaffar du dig en

uppfattning om hur testobjektet fungerar. Åtminstone elektriskt.

Funktions-

generator

Din kon-

struktion

som ska

testas

Oscillo-

skop

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05

-6

-4

-2

0

2

4

6

oscilloskopsbild

tiden i sekunder

spännin

gen i V

olt

U1

U2

Figur 10

17

Spänningsaggregat – spänningskälla

En labplats har också ett instrument som inte används för mätändamål utan för att generera

energi så att elektroniken du ska testa kan fungera . De här instrumentet är minst lika viktigt

att förstå sig på som de rena mätinstrumenten. Ett felaktigt inställt instrument kan spoliera

hela mätningen eller i värsta fall förstöra mätobjektet, DUT = Device Under Test, som det

också kallas.

Energikällan på en mätplats är ofta ett s.k. spänningsaggregat, spänningskälla (power

supply). Instrumentet har många namn och det svenska kraftaggregat är egentligen inte

korrekt eftersom det handlar om en energikälla. Energin hämtas från elnätet där spänningen är

230 V, växelspänning och därmed för hög för elektronik i allmänhet. Spänningsaggregatet

kan ställas in på lite olika spänningar som är mer lämpade för elektronik och det är vanligt att

det finns ett antal fasta spänningar (5V, +15V, -15V) att välja på samt en möjlighet att välja

en valfri spänning från 0V till kanske 24V eller högre.

Anslutningar för

utgående spänningar

18

1.6 Ett bra sätt att arbeta på laborationerna

Det värsta som kan inträffa under kopplingsarbete på en mätplats (labplats) är att du orsakar

en kortslutning. En kortslutning innebär att strömmen tar den genaste vägen mellan

energikällans två anslutningar. Det här kan innebära att en del av DUT brinner upp eller om

du själv är en del i den elektriska kretsen, att strömmen går genom din kropp.

Nu laborerar vi i de flesta kurser med låg spänning och låga strömmar men ström genom

kroppen kan i alla fall innebära att du får en rejäl stöt och du kan i värsta fall få hjärtflimmer

och behöva uppsöka läkare. Så arbeta alltid spänningslöst, när du ansluter och bygger upp en

mätuppställning. Först därefter är det dags att koppla in spänningen. Glöm inte heller att

stänga av spänningen om du måste göra ändringar och koppla om något.

Ett gott råd vid laborationer där signalgeneratorer ingår, är att arbeta i följande ordning:

I. Koppla upp alla digitala kretsar som ska ingå i mätningen, utom

spänningsaggregatet på ett kopplingsdäck (se senare del av detta dokument

om kopplingsdäck).

II. Slå på nätaggregatet och ställ in rätt spänningsnivå. Använd en multimeter

om du är osäker på vad nätaggregatets display visar.

III. Anslut nu nätaggregatets utgångar till ditt kopplingsdäck (DUT).

IV. Anslut signalgeneratorn till ett oscilloskop och ställ in korrekt kurvform,

korrekta spänningsnivåer m.m. Använd oscilloskopet för att studera att

kurvformen blir rätt med rätt nivåer.

V. Anslut därefter signalgeneratorns utgång till ditt kopplingsdäck.

Om du alltid försöker ha den här ordningsföljden när du laborerar, är risken minimal att något

går sönder eller att du behöver få obehagliga överraskningar. När du kopplar ner, avslutar

eller byter labmoment, är det alltid klokt att stänga av signalgeneratorn först och därefter

stänga av spänningsaggregatet, innan du börjar koppla om eller riva i kopplingarna.

Anslut aldrig spänningsaggregatet påslaget till din DUT innan du har

kopplat klart. Det finns annars risk för att du förstör något i din DUT

under själva arbetet eller i värsta fall skadar dej själv.

19

Appendix 1 – det internationella SI-systemet

Källa: Ohlon, Rolf, ”Gamla mått och nya”, sid 183, Ingenjörsförlaget

20

Appendix 2 – färgkodning för resistorer

FÄRG VÄRDE MULTIPLIKATOR

svart 0 x 1

brun 1 x 10

röd 2 x 100

orange 3 x 1000 eller 1K

gul 4 x 10000 eller 10K

grön 5 x 100000 eller 100K

blå 6 x 1000000 eller 1M

violett 7

grå 8

vit 9

guld = 5% silver = 10%

ingenting = 20%

Värdesiffror

Multiplikator Tolerans