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e-pool:start [19 October 2022 18:18] – [Springseil-Kompass] knaak@iqo.uni-hannover.dee-pool:start [23 October 2023 00:08] (current) – [Was rauscht denn da?] wenn ein großer Widerstand mit einem langen Bananenkabel angeschlossen ist? knaak@iqo.uni-hannover.de
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 dieser Geräte Sie nutzen, entscheiden Sie.  dieser Geräte Sie nutzen, entscheiden Sie. 
  
-Am [[e-pool:start#themenwahl|Ende dieser Seite]] finden Sie Links zu +Am [[e-pool:start#termine|Ende dieser Seite]] finden Sie Links zu 
 Formularen, auf denen Sie ein Thema für sich auswählen.  Formularen, auf denen Sie ein Thema für sich auswählen. 
  
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 Ewas weiter unten auf dieser Seite finden Sie einen [[.:#Themen|Katalog mit möglichen Themen]]. Wählen Sie sich das Thema aus, das Sie am Praktikumsnachmittag bearbeiten möchten. Für die Auswahl finden Sie unten auf dieser Seite einen Link zu einem an Doodle angelehnten Formular. Dabei gilt die Randbedingung, dass jedes Thema an einem Termin nur von maximal einer Gruppe bearbeitet wird. Ewas weiter unten auf dieser Seite finden Sie einen [[.:#Themen|Katalog mit möglichen Themen]]. Wählen Sie sich das Thema aus, das Sie am Praktikumsnachmittag bearbeiten möchten. Für die Auswahl finden Sie unten auf dieser Seite einen Link zu einem an Doodle angelehnten Formular. Dabei gilt die Randbedingung, dass jedes Thema an einem Termin nur von maximal einer Gruppe bearbeitet wird.
  
-Damit wir Versuchsleiter sicher stellen können, dass es zu keinen Engpässen beim Material kommt, muss die Auswahl bis spätestens drei Tage vor Beginn des E-Pools erfolgen.+Damit wir Versuchsleiter sicher stellen können, dass es zu keinen Engpässen beim Material kommt, muss die Auswahl bis spätestens drei Tage vor Beginn des E-Pools erfolgen.((Ausnahme:  Für den ersten Termin im Semester reicht ausnahmsweise ein Tag vor dem Versuchsnachmittag.))
  
-<note important>Letzter Zeitpunkt für die Auswahl des Themas ist Sonntag 14:00 Uhr.+<note important>Letzter Zeitpunkt für die Auswahl des Themas ist Sonntag 14:00 Uhr. Beim ersten E-Pool Termin reicht ausnahmsweise Dienstag 14 Uhr. 
  
 Wer dies aus welchen Gründen auch immer verpasst, meldet sich bei Kai-Martin Knaak um eine alternative Lösung zu finden (<knaak@iqo.uni-hannover.de>). </note> Wer dies aus welchen Gründen auch immer verpasst, meldet sich bei Kai-Martin Knaak um eine alternative Lösung zu finden (<knaak@iqo.uni-hannover.de>). </note>
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 ==== 2. Messfrage ==== ==== 2. Messfrage ====
-Formulieren Sie zu ihrem Thema eine Frage, die sie während des Praktikumsnachmittags beantworten. Die Messfrage sollte so gestellt sein, dass die Antwort der Wert einer quantitativen physikalischen Größe ist. Dabei soll sich Ihre Frage von denen unterscheiden, die in diesem Semester andere Gruppen vor Ihnen bearbeitet haben. +Wählen Sie zu Ihrem Thema eine Messfrage. Die Abschnitte "Mögliche Messfragen" sind als Anregungen gemeint. Sie können gerne eine davon abweichende Eigenschaft Ihres Aufbaus messen.
- +
-Ihre Messfrage sollte die folgenden drei Komponenten enthalten: +
-  - eine ausformulierte Frage, die typischerweise mit einem Fragezeichen endet, +
-  - eine physikalische Größe, deren Wert die Antwort auf die ausformulierte Frage liefert, +
-  - die Einheit der physikalischen Größe.+
  
 Überlegen Sie sich ein Messprogramm für die physikalische Größe, die ihre Messfrage beantwortet. Schätzen Sie ab, in welcher Größenordnung sich der Wert wahrscheinlich bewegen wird.  Überlegen Sie sich ein Messprogramm für die physikalische Größe, die ihre Messfrage beantwortet. Schätzen Sie ab, in welcher Größenordnung sich der Wert wahrscheinlich bewegen wird. 
- 
-Beispiele:  
-  * "Wie groß ist die maximale Frequenz, mit der die Schaltung zufriedenstellend funktioniert?", Physikalische Größe: $f_\text{max}$, Einheit: Hz 
-  * "Wie groß ist die Abweichung zwischen berechneter und tatsächlich gemessener Ausgangsspannung?", Physikalische Größe: $V = U_\text{rech} / U_\text{mess}$, Einheit: einheitenloses Verhältnis von Spannungen" 
-  * "Wie groß ist der Proportionalitätsfaktor, mit dem der Wert des Widerstands R3 in die Verstärkung eingeht?", Physikalische Größe: $V_\text{R}$, Einheit: $1/\Omega$ 
- 
-<note> <fs larger>Ihre Messfrage muss sich von den Messfragen von Vorgängergruppen unterscheiden.</fs></note> 
- 
 ==== 3. Vorbereitung ==== ==== 3. Vorbereitung ====
 Skizzieren Sie einen Schaltplan, mit dem Sie das gewählte Thema angehen möchten. Welche Skizzieren Sie einen Schaltplan, mit dem Sie das gewählte Thema angehen möchten. Welche
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 Am Praktikumsnachmittag, ab 14:00 Uhr stellen Sie Ihren Kommilitonen Ihre Am Praktikumsnachmittag, ab 14:00 Uhr stellen Sie Ihren Kommilitonen Ihre
 Messfrage in einer kurzen Präsentation vor. Für Skizzen und Messfrage in einer kurzen Präsentation vor. Für Skizzen und
-Stichworte steht Ihnen ein Smartboard zur Verfügung.+Stichworte steht Ihnen ein Smartboard oder ein Flipchart zur Verfügung.
   * Notieren Sie auf der Tafel ihre Gruppennummer und ihre Themenwahl.   * Notieren Sie auf der Tafel ihre Gruppennummer und ihre Themenwahl.
   * Erklären Sie, wie die von Ihnen eingeplante Schaltung funktioniert.((Wenn Sie mehrere Schaltungen aufbauen, können sie alle vorstellen oder nur die "interssanteste".))   * Erklären Sie, wie die von Ihnen eingeplante Schaltung funktioniert.((Wenn Sie mehrere Schaltungen aufbauen, können sie alle vorstellen oder nur die "interssanteste".))
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   * Geben Sie einen Wertebereich an, in dem Sie das Ergebnis ihrer Messung erwarten.   * Geben Sie einen Wertebereich an, in dem Sie das Ergebnis ihrer Messung erwarten.
  
-Die Präsentation sollte nicht länger als etwa 4 Minuten sein -- also wirklich kurz. +Die Präsentation sollte nicht länger als etwa 3 Minuten sein -- also wirklich kurz. 
  
 ==== 5. Aufbau und Messung ==== ==== 5. Aufbau und Messung ====
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 ==== 6. Bericht ==== ==== 6. Bericht ====
-Eine Woche nach dem Versuchsnachmittag geben Sie in ILIAS einen Versuchsbericht ab. Dabei ist es noch wichtiger als bei Berichten zu "normalen" Versuchen, dass der Text für sich stehend verständlich ist. Denn beim E-Pool sind die Themen so offen formuliert, dass sich die Inhalte von Gruppe zu Gruppe deutlich unterscheiden.+Zwei Woche nach dem Versuchsnachmittag geben Sie in ILIAS einen Versuchsbericht ab. Dabei ist es noch wichtiger als bei Berichten zu "normalen" Versuchen, dass der Text für sich stehend verständlich ist. Denn beim E-Pool sind die Themen so offen formuliert, dass sich die Inhalte von Gruppe zu Gruppe deutlich unterscheiden.
  
 ====== Zu allen Themen ====== ====== Zu allen Themen ======
   * Elektrische Schaltungen brauchen üblicherweise eine gemeinsame Masse, auf das sich Signale beziehen. Ein Bereich, der ausdrücklich für die Masse reserviert ist, macht Ihren Aufbau übersichtlich ("Masseschiene").   * Elektrische Schaltungen brauchen üblicherweise eine gemeinsame Masse, auf das sich Signale beziehen. Ein Bereich, der ausdrücklich für die Masse reserviert ist, macht Ihren Aufbau übersichtlich ("Masseschiene").
-  * Messgeräte messen in Bezug auf ein Referenzpotential. Wenn ihr Eingang eine Schirmung hat, dann dient das Potential der Schirmung als Bezug. Es ist fast immer sinnvoll, die Schirmung mit der Masse der Schaltung zusammenzulegen.+  * Messgeräte messen Spannungen immer in Bezug auf ein Referenzpotential. Dieses Referenzpotential sollte in den meisten Fällen die Masse Ihres elektrischen Aufbaus sein.
   * In gleicher Weise bezieht sich der Ausgang von Spannungsquellen auf ein Referenzpotential. Das gilt für Funktionsgeneratoren genauso wie für Netzgeräte.   * In gleicher Weise bezieht sich der Ausgang von Spannungsquellen auf ein Referenzpotential. Das gilt für Funktionsgeneratoren genauso wie für Netzgeräte.
-  * Bei unseren BNC-zu-Banane-Adaptern ist der Anschluss mit dem Fähnchen und der schwarzen Buchse verbunden mit der Schirmung.+  * Bei unseren BNC-zu-Banane-Adaptern ist die schwarze Buchse mit der Schirmung verbunden.
   * Eingänge von integrierten Schaltungen (Opamps, Logik-Gatter) brauchen für korrekte Funktion jederzeit ein klar definiertes Spannungsniveau.   * Eingänge von integrierten Schaltungen (Opamps, Logik-Gatter) brauchen für korrekte Funktion jederzeit ein klar definiertes Spannungsniveau.
   * Für Signale, die von der Zeit abhängen, ist meist ein Oszilloskop das beste Messgerät.   * Für Signale, die von der Zeit abhängen, ist meist ein Oszilloskop das beste Messgerät.
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 ====== Themen ====== ====== Themen ======
 +Der Katalog der möglichen Themen ist nicht statisch. Im Laufe des Semesters können Themen hinzukommen. Sie erscheinen dann am Beginn dieser Liste. Falls Sie im Formular schon eine Wahl getroffen haben und spontan auf ein "neues Thema" umschwenken wollen, schicken Sie eine entsprechende Email an Kai-Martin Knaak (<knaak@iqo.uni-hannover.de>).
  
 ===== Dreiecksgenerator mit zwei Opamps ===== ===== Dreiecksgenerator mit zwei Opamps =====
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 ===== Körperschallgeschwindigkeit ===== ===== Körperschallgeschwindigkeit =====
-Bestimmen Sie die Schallgeschwindigkeit in den Tischen des Praktikums oder in geeigneten anderen Objekten Ihrer Wahl. Nutzen Sie dazu  +Bestimmen Sie die Schallgeschwindigkeit in geeigneten Objekten Ihrer Wahl. Eine kleine Auswahl an geeigneten Objekten befindet sich vor Ort im Praktikum (Aluminium-Zylinder, Eisen-Quader, Holzquader). Sie können aber auch ihr eigenes Objekt mitbringen. Geeignet sind Objekte, die eine flache Fläche mit etwa 3 cm Durchmesser aufweisen, auf die der Körperschallsensr aufgeklebt werden kann. Objekte, die aus einem einheitlichen Material bestehen - Reflektionen und Streuungen an Materialübergängen erschweren die Auswertung. Objekte, die eine einfache Geometrie aufweisen - unterschiedliche Schwingungsmoden erschweren ebenfalls die Auswertung.  
-  * Körperschall-Mikrofone zur Signalaufnahme, + 
-  * Aus Operationsverstärkern aufgebaute Komparatoren zur Signal-Erkennung, +Nutzen Sie dazu  
-  * Logik-Bausteine zur Erzeugung eines Puls, dessen Länge proportional zur Schallgeschwindigkeit ist.+  * Körperschall-Sensoren zur Signalaufnahme (Piezoscheiben, die auf das Messobjekt aufgeklebt werden), 
 +  * aus Operationsverstärkern aufgebaute Komparatoren zur Signal-Erkennung (Opamp-Steckbrett), 
 +  * NAND-Bausteine zur Erzeugung eines Puls, dessen Länge proportional zur Schallgeschwindigkeit ist (Logik-Steckbrett). 
 + 
 +Ausbauanregung: Erkunden Sie die Ausbreitung von Körperschall in den Tischen des Praktikums
  
 == Mögliche Messfragen == == Mögliche Messfragen ==
-  * ... +  * Wie groß ist die Schallgeschwindigkeit im Eisen-Joch der Spule des Versuchs "Hall-Effekt"? Größe: Geschwindigkeit, Einheit: m/s 
-====== Springseil-Kompass ====== +  * Wie wiederholbar ist die Messgung von "Schuss" zu "Schuss"? $\Delta v/v$,  einheitenloses Verhältnis 
-Ein Bananenkabel wie ein Springseil schwingen, erzeugt eine periodische Spannung. +  * Wie wiederholbar ist die Messung von Aufbau zu Aufbau?  $\Delta v/v$,  einheitenloses Verhältnis 
-Aus der Amplitude bei verschiedenen Richtungen die Himmelsrichtungen bestimmen.+===== Springseil-Kompass ===== 
 +Wenn man ein langes Bananenkabel zu einer Schleife schließt und wie ein Springseil schwingt, dann wird durch das Magnetfeld der Erde periodischen Strom induziert. 
 +  * Bauen sie mit einem Opamp einen Transimpedanzverstärker, der von dem erzeugten Strom ein Spannungssignal ableitet.  
 +  * Bestimmen Sie aus der Amplitude bei verschiedenen Richtungen die Himmelsrichtung Norden
 Literatur: Leifi und Wikipedia mit dem Stichwort "Leiterschleife" Literatur: Leifi und Wikipedia mit dem Stichwort "Leiterschleife"
  
 == Mögliche Messfragen == == Mögliche Messfragen ==
-  *  +  * Wie stark ist das Erdmagnetfeld in der Appelstraße? Größe: magnetische Flussdichte, Einheit: [T] 
- +  * Wie hängt die Amplitude der induzierten Stromschwankungen mit der Frequenz der Springseilschwingung ab? Größe $ I_\text{ind} / f_\text{Seil} $, Einheit: A/Hz
 ===== Schalten und Prellen ===== ===== Schalten und Prellen =====
 Kurz nachdem mit einem mechanischen Schalter ein elektrische Stromkreis erstmalig geschlossen wurde, geht der elektrische Kontakt kurzzeitig wieder verloren. Dieses [[wpde>Prellen|Prellen]] des Schalters kann sich mehrfach wiederholen, bevor der Stromkreis stabil geschlossen bleibt. Kurz nachdem mit einem mechanischen Schalter ein elektrische Stromkreis erstmalig geschlossen wurde, geht der elektrische Kontakt kurzzeitig wieder verloren. Dieses [[wpde>Prellen|Prellen]] des Schalters kann sich mehrfach wiederholen, bevor der Stromkreis stabil geschlossen bleibt.
-  * Charakterisieren Sie das [[WP>Prellen]] von im Praktikum vorhandenen Schaltern.+  * Charakterisieren Sie das [[WP>Prellen]] von im Praktikum vorhandenen Schaltern. Wie viele Preller werden treten auf? Wie groß ist die Varianz der Preller-Zahlen? Hängt das Prellen von der Bedienung des Schalters ab?
   * Ergänzen Sie den Schalter um eine Kombination aus [[wpde>Tiefpass|Tiefpass]] und NAND-Gatter, hinter der das Prellen nicht mehr sichtbar ist.   * Ergänzen Sie den Schalter um eine Kombination aus [[wpde>Tiefpass|Tiefpass]] und NAND-Gatter, hinter der das Prellen nicht mehr sichtbar ist.
  
 == Mögliche Messfragen == == Mögliche Messfragen ==
-  * +  * Wie groß ist im Mittel der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Prellern? Größe: Zeit, Einheit: [s] 
 +  * Welche charakteristische Zeit muss der Tiefpass mindestens haben, damit das Prellen des Schalters sich nicht auf das Ausgangssignal auswirkt? Größe: Zeit, Einheit: [s] 
 +  * Wie breit ist die statistische Verteilung der Preller-Zahlen (unter Annahme eines zufallsbestimmten Prozesses: Größe $\Delta n$, Einheit: Zahl
  
  
Line 266: Line 262:
   * Wie nahe an die Null kommen die "Täler" des erzeugten Signal? Größe: Spannung, Einheit: V   * Wie nahe an die Null kommen die "Täler" des erzeugten Signal? Größe: Spannung, Einheit: V
  
-===== Joker =====+ 
 +===== Die perfekte Welle ===== 
 +Ein n-kHz-Rechteck-Signal durch Wegfiltern der höheren Harmonischen in einen 
 +sauberen Sinus verwandeln. Dabei sollte n die letzten zwei Stellen ihrer Gruppennummer sein. 
 +  * Filter berechnen (Tipp: Nutzen Sie Widerstände, Kondensatoren und Operationsverstärker) 
 +  * Filter simulieren (Tipp: Nutzen Sie LT-Spice) 
 +  * Filter aufbauen 
 +  * Frequenzanalyse durch schnelle Fouriertransformation (FFT) vorher, hinterher, zwischendrin, ...  
 +  * Kür: Wie sehen Phasengang und Amplitudengang Ihres Filters aus? Erstellen Sie ein Bode-Diagramm 
 + 
 +== Mögliche Messfragen == 
 +  * Wie groß ist das Verhältnis der Amplitude von Grundwelle zu erster Harmonischen vor und nach dem Filter? Einheit: dB 
 +  * Um wie viel darf die Frequenz des Rechteck-Signals niedriger ausfallen, ohne dass die erste Harmonischen größer als -10 dB der Grundwelle wird? Einheit: Hz 
 +  * Wie weit weicht die gemessene charakteristische Frequenz ihres Filters von dem berechneten Wert ab? Einheit: Hz 
 +===== Was rauscht denn da? ===== 
 +Was misst das Oszilloskop 
 +  * wenn nichts angeschlossen ist? 
 +  * wenn der Eingang mit einem kurzen Bananenkabel kurzgeschlossen ist? 
 +  * wenn ein Mensch angeschlossen ist? (Messspitze mit der Hand anfassen) 
 +  * wenn ein langes Bananenkabel angeschlossen ist? 
 +  * wenn ein großer Widerstand angeschlossen ist? 
 +  * wenn ein großer Widerstand mit einem langen Bananenkabel angeschlossen ist? 
 +  * wenn ein Operationsverstärker "Nichts" verstärkt? 
 +  * ... 
 +  * Schnelle Fourier-Transformation (FFT), um Rauschspektren zu ermitteln (direkt im Oszilloskop und "extern") 
 +  * Die Allan-Varianz ausgewählter Messreihen bestimmen und interpretieren 
 + 
 +===== Sonderthemen ===== 
 +Sonderthemen können an einem Versuchsnachmittag von mehreren Gruppen parallel bearbeitet werden. 
 + 
 +==== Versuch C04, "Operationsverstärker" ==== 
 +Operationsverstärker sind eine wichtige Komponente im Bereich analoger Messtechnik. Außerdem werden diese integrierten Schaltungen in vielen Audio-Geräten eingesetzt. Beispiele dafür sind Mikrofonverstärker, Gitarrenverstärker, USB-Kopfhörer oder Bluetooth-Lautsprecher.  
 + 
 +Der Versuch C04 gibt Ihnen einen Einblick in die Grundfunktion von Operationsverstärkern. Statt mit einem Kurzvortrag über eine Messfrage zeigen Sie in einem regulären Testat, dass Sie sich auf den Versuchsnachmittag vorbereitet haben. 
 + 
 +Hier finden Sie die Anleitung zum Versuch: {{ :e-pool:c04_hf.pdf |C04_HF.pdf}}. 
 + 
 + 
 + 
 +==== Joker ====
 Sie haben eine Idee für einen Aufbau, der sich mit den Mitteln des E-Pools umsetzen lässt? Sie haben eine Idee für einen Aufbau, der sich mit den Mitteln des E-Pools umsetzen lässt?
  
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   * Zusammengeschaltete Widerstände. Messfrage: Wie gut stimmt der gemessene Gesamtwiderstand bei Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen mit den Werten überein, die sich aus dem Ohmschen Gesetz und den Kirchhoffschen Regeln ergeben? Physikalische Größe: $R_\text{Mess} / R_\text{Formel}$ Einheit: einheitenloses Verhältnis.((Auch eine vom Aufbau und Theorie leicht erscheinendes Aufgabe kann ein gutes Thema für den E-Pool sein. Dann verlagert sich der Schwerpunkt auf eine saubere Durchführung und Dokumentation mit korrekter Betrachtung der relevanten Unsicherheiten.))   * Zusammengeschaltete Widerstände. Messfrage: Wie gut stimmt der gemessene Gesamtwiderstand bei Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen mit den Werten überein, die sich aus dem Ohmschen Gesetz und den Kirchhoffschen Regeln ergeben? Physikalische Größe: $R_\text{Mess} / R_\text{Formel}$ Einheit: einheitenloses Verhältnis.((Auch eine vom Aufbau und Theorie leicht erscheinendes Aufgabe kann ein gutes Thema für den E-Pool sein. Dann verlagert sich der Schwerpunkt auf eine saubere Durchführung und Dokumentation mit korrekter Betrachtung der relevanten Unsicherheiten.))
  
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