Wellenformanalyse

TEILE UND MATERIALIEN

• IBM-kompatibler PC mit Soundkarte, auf dem Windows 3.1 oder besser läuft
• Winscope-Software, kostenlos aus dem Internet heruntergeladen
• Elektronische „Tastatur“ (musikalisch)
• "Mono"-Kopfhörerstecker (nicht Stereo) für die Tastatur
• "Mono"-Kopfhörerstecker (nicht Stereo) für den Mikrofoneingang der Computer-Soundkarte, mit Kabeln zum Anschluss an Spannungsquellen
• 10 kΩ Potentiometer

Teile und Ausrüstung für dieses Experiment sind identisch mit denen, die für das Experiment „PC-Oszilloskop“ benötigt werden.

QUERVERWEISE Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 7:„Mischfrequenz-Wechselstromsignale“

LERNZIELE

• Um den Unterschied zwischen Zeitbereichs- und Frequenzbereichsdiagrammen zu verstehen
• Um einen qualitativen Sinn für die Fourier-Analyse zu entwickeln

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Das Winscope-Programm bietet neben der typischen "Zeitbereichs"-Oszilloskopanzeige noch eine weitere Funktion:die "Frequenzbereichs"-Anzeige, bei der die Amplitude (vertikal) über der Frequenz (horizontal) aufgetragen wird. Die „Zeitbereichs“-Anzeige eines Oszilloskops stellt die Amplitude (vertikal) über der Zeit (horizontal) dar, was für die Anzeige der Wellenform gut geeignet ist. Wenn es jedoch wünschenswert ist, die harmonische Zusammensetzung einer komplexen Welle zu sehen, ist ein Frequenzbereichsdiagramm das beste Werkzeug.

Wenn Sie Winscope verwenden, klicken Sie auf das „Regenbogen“-Symbol, um in den Frequenzbereichsmodus zu wechseln. Erzeugen Sie mit der Musiktastatur (Panflöte oder Flötenstimme) ein Sinuswellensignal, und Sie sollten einen einzelnen „Spike“ auf dem Display sehen, der der Amplitude des Einzelfrequenzsignals entspricht. Wenn Sie den Mauszeiger unter den Peak bewegen, sollte die Frequenz unten auf dem Bildschirm numerisch angezeigt werden.

Wenn zwei Noten auf der Musiktastatur aktiviert sind, sollte der Plot zwei unterschiedliche Spitzen aufweisen, von denen jede einer bestimmten Note (Frequenz) entspricht. Grundakkorde (drei Noten) erzeugen drei Spitzen im Frequenzbereichsdiagramm und so weiter. Vergleichen Sie dies mit einem normalen Oszilloskop-Plot (Zeitbereich), indem Sie erneut auf das „Regenbogen“-Symbol klicken.

Ein im Zeitbereichsformat angezeigter Musikakkord ist eine sehr komplexe Wellenform, die sich jedoch auf einer Frequenzbereichsanzeige recht einfach in konstituierende Noten (Frequenzen) auflösen lässt.

Experimentieren Sie mit verschiedenen Instrumenten-„Stimmen“ auf der Musiktastatur und korrelieren Sie den Zeitbereichs-Plot mit dem Frequenzbereichs-Plot. Wellenformen, die über und unter ihrer Mittellinie symmetrisch sind, enthalten nur ungeradzahlige Harmonische (ungerade ganzzahlige Vielfache der Basis oder Grundschwingungen Frequenz), während unsymmetrische Wellenformen auch geradzahlige Harmonische enthalten. Verwenden Sie den Cursor, um die spezifische Frequenz jedes Peaks im Diagramm zu lokalisieren, und einen Taschenrechner, um zu bestimmen, ob jeder Peak gerade oder ungerade nummeriert ist.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt zur Signalmodulation
• AC-Wellenform-Arbeitsblatt
• Arbeitsblatt für Mischfrequenzsignale