27.4.18: Ein S-Meter überprüfen
Ein S-Meter soll auf Kurzwelle 50 µV am Antenneneingang als S9 anzeigen. Jede S-Stufe entspricht 6 dB. S8 = 25 µV, S7 = 12,5 µV, S6 = 6 µV, S5 = 3 µV usw. Aber stimmt die Anzeige wirklich? Woher bekommt man ein zuverlässiges HF-Signal mit bekanntem Pegel?
Als Signalquelle verwende ich einen Rechteckgenerator mit dem SI5351, eingestellt auf 10 kHz. Die Ausgangsspannung von 3,3 Vss entspricht auf der Grundfrequenz ungefähr einer Sinus-Amplitude von 1 Veff. Der Spannungsteiler verringert die Spannung zweimal um den Faktor 20. Am Ausgang steht also ein Signal mit 2,5 mV bei 10 kHz. Dazu gibt es Obertöne auf jedem ungeraden Vielfachen von 10 kHz, also z.B. bei 7010 kHz, 7030 kHz usw. Die Amplitude sinkt mit der Ordnung des Obertöne (z.B. 2,5 mV/5 = 0,5 mV bei 50 kHz). Bei 10 MHz hätte man also nur noch 2,5 µV. Für die wichtigsten Amateurfunkbänder sind die Pegel: 3,5 MHz: 7 µV (= S6), 7 MHz: 3,5 µV (S5), 14 MHz: 1,8 µV (S4). Damit konnte ich das S-Meter überprüfen, und es stimmt tatsächlich im Rahmen der Messgenauigkeit.
Ein S-Meter soll auf Kurzwelle 50 µV am Antenneneingang als S9 anzeigen. Jede S-Stufe entspricht 6 dB. S8 = 25 µV, S7 = 12,5 µV, S6 = 6 µV, S5 = 3 µV usw. Aber stimmt die Anzeige wirklich? Woher bekommt man ein zuverlässiges HF-Signal mit bekanntem Pegel?
Als Signalquelle verwende ich einen Rechteckgenerator mit dem SI5351, eingestellt auf 10 kHz. Die Ausgangsspannung von 3,3 Vss entspricht auf der Grundfrequenz ungefähr einer Sinus-Amplitude von 1 Veff. Der Spannungsteiler verringert die Spannung zweimal um den Faktor 20. Am Ausgang steht also ein Signal mit 2,5 mV bei 10 kHz. Dazu gibt es Obertöne auf jedem ungeraden Vielfachen von 10 kHz, also z.B. bei 7010 kHz, 7030 kHz usw. Die Amplitude sinkt mit der Ordnung des Obertöne (z.B. 2,5 mV/5 = 0,5 mV bei 50 kHz). Bei 10 MHz hätte man also nur noch 2,5 µV. Für die wichtigsten Amateurfunkbänder sind die Pegel: 3,5 MHz: 7 µV (= S6), 7 MHz: 3,5 µV (S5), 14 MHz: 1,8 µV (S4). Damit konnte ich das S-Meter überprüfen, und es stimmt tatsächlich im Rahmen der Messgenauigkeit.
24.4.18: Überschwinger an Rechtecksignalen
Dieses Oszillogramm zeigt zwei um 90 Grad verschobene Rechtecksignale mit 1 MHz und 8 Vss. Ich wollte die Phasenlage eines Vierphasen-Generators überprüfen und hatte unterschiedliche Empfindlichkeiten auf beiden Kanälen eingestellt, um beide besser unterscheiden zu können. Das Messergebnis zeigt genau das, was ich erwartet habe. Aber zusätzlich fand ich, dass es einfach sehr schön aussieht, auch deshalb steht es jetzt hier im Labortagebuch.
Interessant sind die gedämpften Schwingungen mit offensichtlich etwa 20 MHz. So etwas entsteht immer dann, wenn ich keine kurze Masseverbindung verwende, sondern mich auf die große Masseschleife über den Schutzleiter der Steckdose verlasse. Die Masseleitung wirkt dann zusammen mit dem Messkabel wie eine große Drahtschleife mit einer Eigenresonanz. Es entstehen stehende Wellen aufgrund von Reflexionen. Jede scharfe Flanke regt eine neue Schwingung an. Man kann die Gesamtlänge der beteiligten Leiter abschätzen. Bei 20 MHz wäre eine volle Wellenlänge 15 m. Ich vermute eine Lambda-Viertel-Resonanz bei 3,75 m. Zusammen mit den Netzkabeln des Netzgerätes und des Oszis und der Länge das Messkabels kann das stimmen.
Ich habe schon einen selektiven Blick für solche Signale entwickelt und sehe dann einfach nur ein sauberes Rechtecksignal. Man darf eben nicht alles glauben, was der Schirm zeigt. Wenn mich die Überschwinger mal stören, schließe ich das kurze Massekabel am Oszi-Messkabel an die Masse des Messobjekts an und erhalte dann ein wirkliches Rechteck. Das ist übrigens auch deshalb sinnvoll, weil es ungewollte Abstrahlungen von Oberwellen verhindert. In diesem Fall hatte ich für den zweiten Kanal gerade nicht das richtige Kabel parat und habe ein einfaches Krokokabel verwendet.
Eigentlich müsste ein abklingendes Sinussignal immer an einer Rechteckflanke entstehen. Das eine der beiden Signale erscheint dagegen ungewöhnlich, weil die Schwingung in der Mitte der Impulse beginnt. Wenn man genau hinsieht, erkennt man, dass die Flanken des einen Signals die Schwingungen auf beiden Kanälen anregen. Das andere Signal (sauber angeschlossenes Messkabel) zeigt dagegen nur einen sehr kleinen Überschwinger an den eigenen Flanken.
Dieses Oszillogramm zeigt zwei um 90 Grad verschobene Rechtecksignale mit 1 MHz und 8 Vss. Ich wollte die Phasenlage eines Vierphasen-Generators überprüfen und hatte unterschiedliche Empfindlichkeiten auf beiden Kanälen eingestellt, um beide besser unterscheiden zu können. Das Messergebnis zeigt genau das, was ich erwartet habe. Aber zusätzlich fand ich, dass es einfach sehr schön aussieht, auch deshalb steht es jetzt hier im Labortagebuch.
Interessant sind die gedämpften Schwingungen mit offensichtlich etwa 20 MHz. So etwas entsteht immer dann, wenn ich keine kurze Masseverbindung verwende, sondern mich auf die große Masseschleife über den Schutzleiter der Steckdose verlasse. Die Masseleitung wirkt dann zusammen mit dem Messkabel wie eine große Drahtschleife mit einer Eigenresonanz. Es entstehen stehende Wellen aufgrund von Reflexionen. Jede scharfe Flanke regt eine neue Schwingung an. Man kann die Gesamtlänge der beteiligten Leiter abschätzen. Bei 20 MHz wäre eine volle Wellenlänge 15 m. Ich vermute eine Lambda-Viertel-Resonanz bei 3,75 m. Zusammen mit den Netzkabeln des Netzgerätes und des Oszis und der Länge das Messkabels kann das stimmen.
Ich habe schon einen selektiven Blick für solche Signale entwickelt und sehe dann einfach nur ein sauberes Rechtecksignal. Man darf eben nicht alles glauben, was der Schirm zeigt. Wenn mich die Überschwinger mal stören, schließe ich das kurze Massekabel am Oszi-Messkabel an die Masse des Messobjekts an und erhalte dann ein wirkliches Rechteck. Das ist übrigens auch deshalb sinnvoll, weil es ungewollte Abstrahlungen von Oberwellen verhindert. In diesem Fall hatte ich für den zweiten Kanal gerade nicht das richtige Kabel parat und habe ein einfaches Krokokabel verwendet.
Eigentlich müsste ein abklingendes Sinussignal immer an einer Rechteckflanke entstehen. Das eine der beiden Signale erscheint dagegen ungewöhnlich, weil die Schwingung in der Mitte der Impulse beginnt. Wenn man genau hinsieht, erkennt man, dass die Flanken des einen Signals die Schwingungen auf beiden Kanälen anregen. Das andere Signal (sauber angeschlossenes Messkabel) zeigt dagegen nur einen sehr kleinen Überschwinger an den eigenen Flanken.
Bei der Arbeit an einem ESP32 trat folgendes Problem auf: Wenn der Flash-Speicher völlig leer war, kam eine bei 115200 Baud nicht klar lesbare Meldung. Messungen mit dem Oszi zeigten eine Bitlänge von 8,3 µs. Daraus ergab sich eine tatsächliche Übertragungsrate von 120 kBaud. Dann ist mir wieder eingefallen, dass mein Terminal (Terminal.exe bis COM255) auch ungewöhnliche Baudraten kann, sofern die Hardware das unterstützt. Das ist z.B. bei einer echten RS232 in einem modernen PC der Fall. In diesem Fall war ein USB-Wandler CH340G auf der Platine. Er konnte tatsächlich zu einer Geschwindigkeit von 120 kBaud überredet werden. Damit wurde die Meldung klar lesbar (wenn auch nicht ganz verständlich). Wenn man übrigens ein eigenes Programm in den ESP32 lädt, läuft danach wieder alles mit genauen 115200 Baud.