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@ -1,6 +1,7 @@
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\chapter{Vermessung}
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\label{chap:measurements}
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In diesem Kapitel wird der erstellte Schaltkreis auf seine Funktionstüchtigkeit
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untersucht.
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@ -125,7 +126,7 @@ Verbindung zwischen Widerstandsgröße und Bandbreite erkennbar.
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Die gemessenen
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-3dB Grenzfrequenzen sind in Tabelle \ref{table:v10_bandwidths} aufgelistet.
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\begin{table}[h]
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\begin{table}[H]
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\centering
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\caption{\label{table:v10_bandwidths}-3dB-Frequenzen des ungefilterten TIV-Ausgangs}
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\begin{tabular}{ |r|r|r| }
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@ -153,21 +154,6 @@ wenig Spielraum für die nachfolgende Filterung.
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\end{figure}
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\begin{table}[h]
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\centering
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\caption{\label{table:v10_bandwidth_filters}-3dB-Frequenzen der gefilterten Ausgänge des TIVs}
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\begin{tabular}{ |r|r|r| }
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\hline
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Widerstand & -3dB Punk \\
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\hline
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$\SI{20}{\mega\ohm}$ & $\SI{58.484}{\kilo\hertz}$ \\
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ & $\SI{49.355}{\kilo\hertz}$ \\
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$\SI{120}{\mega\ohm}$ & $\SI{32.111}{\kilo\hertz}$ \\
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\hline
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\end{tabular}
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\end{table}
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\todo[inline]{Fix these up!}
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Abbildung \ref{fig:v10_bandwidths_ch2} zeigt die Messungen der gefilterten
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Ausgänge derselben Platinen.
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Die Auslegung der Filterstufe soll erst ab der Grenzfrequenz
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@ -179,6 +165,20 @@ Wie bereits theorisiert ist die Bandbreite der $\SI{120}{\mega\ohm}$-Variante zu
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für die vollen $\SI{30}{\kilo\hertz}$. Die anderen beiden Varianten besitzen
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genug Bandbreite.
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\begin{table}[H]
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\centering
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\caption{\label{table:v10_bandwidth_filters}-3dB-Frequenzen der gefilterten Ausgänge des TIVs}
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\begin{tabular}{ |r|r|r| }
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\hline
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Widerstand & -3dB Punk \\
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\hline
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$\SI{20}{\mega\ohm}$ & $\SI{30.22057}{\kilo\hertz}$ \\
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ & $\SI{30.199}{\kilo\hertz}$ \\
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$\SI{120}{\mega\ohm}$ & $\SI{25.118}{\kilo\hertz}$ \\
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\hline
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\end{tabular}
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\end{table}
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\begin{figure}[htb]
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\centering
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@ -192,6 +192,7 @@ die Bandbreiten des ungefilterten und gefilterten Ausgangs des $\SI{47}{\mega\oh
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Die Eckfrequenz des Filters sowie der -40dB/Dekade-Abfall ist deutlich zu erkennen.
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\FloatBarrier
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\newpage
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\subsubsection{Einfluss der Abschirmung}
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\label{chap:measurements_v10_shielding}
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@ -202,7 +203,7 @@ des Widerstandsteilers auf zu hohe/zu niedrige Spannungen
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im Vergleich zum Sollwert gelegt.
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Hiernach werden die Übertragungsfunktionen vermessen und ausgewertet.
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\begin{figure}[h]
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\begin{figure}[H]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/compensation.png}
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\caption{\label{fig:v10_compensation_comparison}Übertragungsfunktionen
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@ -214,8 +215,9 @@ bei variierten Abschirmungs-Spannungen. Deutlich zu erkennen ist ein starker Ein
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der Abschirmung auf die Verstärkungen selbst bei kleineren Frequenzen ab $\SI{500}{\hertz}$,
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wobei die Abschirmung den Frequenzgang sowohl anheben als auch absenken kann.
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So kann z.B. bei weiterer Anhebung des Frequenzganges
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eine Instabilität und Oszillation auftreten. Zudem ist die ein möglichst flacher Frequenzgang
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gewünscht.\\
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eine Instabilität und Oszillation auftreten. Zudem ist ein möglichst flacher Frequenzgang
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gewünscht.
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Hieraus kann geschlossen werden, dass die Abschirmungen einen merklichen und wichtigen Einfluss auf
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die Stabilität des Frequenzganges haben. Die korrekte Abstimmung der Abschirmung ist somit
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notwendig für die Funktionalität des TIVs.
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@ -233,7 +235,7 @@ welche zwischen dem maximalen und minimalen Pegel wechselt. Somit
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ist keine Bandbreitenmessung möglich, da die Eingangs-Sinus-Welle
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nie korrekt übertragen wird.
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\begin{figure}[h]
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\begin{figure}[H]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/unshielded_47M.png}
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\caption{\label{fig:v10_unshielded_waveform}
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@ -250,6 +252,9 @@ bei zu kleiner Abschirmung hin.
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Die Instabilität bei keiner Abschirmung ist somit erwartet, und weißt zusätzlich darauf hin
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dass die bestehende Abschirmungsgeometrie ausreichend ist um diese Instabilität zu vermeiden.
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\FloatBarrier
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\newpage
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\subsection{Rauschen}
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In diesem Abschnitt wird das Rauschen des Schaltkreises genauer untersucht.
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@ -267,7 +272,7 @@ $\SI{500}{\hertz}$ bis $\SI{1}{\mega\hertz}$ aufgenommen, wobei jeweils 1000 Spe
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summiert und der Durchschnitt berechnet wird, um die durchschnittliche Verteilung
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des Rauschens zu berechnen.
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\begin{figure}[h]
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\begin{figure}[H]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/noises.png}
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\caption{\label{fig:v10_noises_ch1}Durchschnittliches Rauschspektrum
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@ -299,14 +304,36 @@ Deutlich zu erkennen ist eine starke Reduktion des Rauschens ab der $\SI{30}{\ki
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Grenzfrequenz des Filters, welches das gewünschte Verhalten ist. Der Filter reduziert
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somit effektiv das Rauschen des TIV Ausgangs.
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\todo[inline]{Add calculated RMS noise levels}
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Es wird zudem das RMS-Level des Rauschens sowohl vor als auch nach der
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Filterung gemessen, und ist in Tabelle \ref{table:v10_noise_table} aufgelistet.
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Deutlich zu erkennen ist das niedrigere Rauschniveau der Varianten mit größeren
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Widerständen, sowie die effektivität der Filterung des Ausganges.
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\begin{table}[H]
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\centering
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\caption{\label{table:v10_noise_table}AC-RMS-Spannungen des Rauschens der Platinen}
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\begin{tabular}{ |r|r|r|r| }
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\hline
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Widerstand & Rauschen des
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& Rauschen des & Eingangsbezogenes \\
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& ungefilterten Ausgangs & gefilterten Ausgangs & Rauschen \\
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\hline
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$\SI{20}{\mega\ohm}$ & $\SI{10.356}{\milli\volt}$ & $\SI{4.484}{\milli\volt}$ & $\SI{4.484}{\pico\ampere}$ \\
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ & $\SI{7.999}{\milli\volt}$ & $\SI{3.367}{\milli\volt}$ & $\SI{3.367}{\pico\ampere}$ \\
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$\SI{120}{\mega\ohm}$ & $\SI{5.791}{\milli\volt}$ & $\SI{3.115}{\milli\volt}$ & $\SI{3.115}{\pico\ampere}$ \\
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\hline
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\end{tabular}
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\end{table}
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Insgesamt ist das Rauschverhalten der Platinen somit gut geeignet
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für die Messungen, mit einem breit verteiltem Rauschen ohne spezifische Töne und
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einem niedrigen Rauschlevel.
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\FloatBarrier
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\newpage
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\subsection{Stabilität am IMS}
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\label{chap:v10_instability}
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In diesem Abschnitt soll auf das Verhalten des Schaltkreises bei
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angeschlossenem IMS eingegangen werden. Die Präsenz des restlichen
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