Egyszerű áramkör megépítése és bemérése

Átírás

1 1. mérés Egyszerű áramkör megépítése és bemérése Bevezetés A szokásos mérnöki megközelítések az áramkörtervezésben azon alapulnak, hogy az elméleti ismeretek alapján elsőként az áramkör egy modelljét építik fel, és azt méretezik, ennek eredménye a kapcsolási rajz. Minden modell tartalmaz azonban egyszerűsítéseket, azaz bizonyos tényezőket a modellalkotás során figyelmen kívül hagyunk. Ezért a mérnöki munka következő lépése az, hogy a tervezés helyességét és a modell teljességét egy mintakísérlettel ellenőrizzük, amelyhez prototípust kell felépíteni. A mérés során, a hallgatók az adott áramkör számításától kezdve a megépítésen keresztül a bemérésig elvégzik a mérnöki munka minden fázisát, és a mérés folyamán nyert adatokból, a tanulság levonása után, jegyzőkönyvet készítenek. A jegyzőkönyv elkészítéséhez felhasználható a mérőhelyen a mérésvezető által a hallgatók rendelkezésére bocsátott kitöltetlen jegyzőkönyvváz. Az alkatrészek és a mérés során használt eszközök megismeréséhez segítséget nyújt a Laboratórium 2 c. tárgy webes adatlapja alatt található Mérési segédanyag az 1. méréshez c. melléklet, mely adatlapokat és fényképeket tartalmaz az alkatrészekről ill. az elkészítendő áramkörökről. A mérés célja A mérés kiemelt célja hogy a hallgatókat gyakorlati tapasztalatokhoz jutassa az áramkör építés és bemérés területén, a mérés céljai az alábbi pontokban foglalhatóak össze: a villamosmérnök számára nélkülözhetetlen a gyakorlati tapasztalatok bővítése, az elektronikai alkatrészekre és áramkörökre vonatkozó alapismeretek gyakorlati vonatkozásainak megismerése, fontos a mérések megtervezése, valamint a kivitelezés során felmerülő gyakorlati korlátok megismerése, az elméleti számítások és a realizált áramkörökön mért jellemzők ütköztetése, egyszerű áramkörök gyors összerakása, kipróbálása (az ún. élesztés), és az ehhez szükséges eszközök (mérőfej, mérőtű, mérőcsipeszek) alkalmazása, kéziszerszámokkal való munka megismerése, gyakorlása, és további tapasztalatok szerzése a műszerkezelés területén. A mérés elméleti alapjai [1] Dr. Hainzmann János Dr. Varga Sándor Dr. Zoltai József: Elektronikus áramkörök, Műegyetemi Kiadó, 44570, Bp., A neminvertáló alapkapcsolás, o. 9

2 Labor 2. Hallgatói segédlet 3.3 Az invertáló alapkapcsolás, o. 5.2 Integrátor kapcsolások, o. [2] BME VIK: Hallgatói segédlet a Laboratórium 1. c. tárgy méréseihez, Műegyetemi Kiadó, Budapest Átviteli karakterisztika mérése szinuszos gerjesztéssel, o. Fázisszög mérés, o. Feladatok a felkészüléshez 0. A mérést megelőző otthoni felkészülésként végezze el az alábbiakat önállóan. Az írásbeli feladatokat (kézzel írottan) be kell mutatni a mérésvezetőnek. Elfogadásuk előfeltétele a mérés megkezdésének. A szóbeli felkészülést a mérésvezető szúrópróbaszerűen ellenőrizheti. 1. Olvassa át alaposan A mérés elméleti alapjai c. szakaszban foglaltakat! 2. A Laboratórium 2 c. tárgy webes adatlapja alatt töltse le és válaszolja meg írásban az Ön számára kijelölt feladatokat! 3. Készüljön fel az invertáló, neminvertáló, integrátor, komparátor áramkörökből! Használja a Laboratórium 2 c. tárgy webes adatlapja alatt található Mérési segédanyag az 1. méréshez c. mellékletet! 4. Olvassa el és gondolja végig a Mérési feladatokat! 5. A breadboard panel ismeretében tervezze meg az áramkör beültetési rajzát. (A breadboard fényképét lásd a Mérési segédanyag az 1. méréshez c webes segédletben) 6. Válaszolja meg a (mérési leírás végén található) Ellenőrző kérdéseket! Alkalmazandó műszerek Oszcilloszkóp Tápegység Függvénygenerátor Digitális multiméter (6½ digit) Digitális multiméter (3½ digit) PC Agilent 54622A Agilent E3630 Agilent 33220A Agilent 33401A Metex ME-22T NEC TM600 Felhasznált eszközök A mérés során az alábbi eszközök kerülnek felhasználásra: breadboard (2 db), kézi szerszámok: csipesz, fogó, krokodilcsipesz, mérőtű, csupaszító, nagyító, stb., aktív elemek (IC), passzív elemek (ellenállások, kondenzátorok, diódák), mérővezetékek, mérőfejek, bekötő huzalok. 10

3 1.mérés Egyszerű áramkör megépítése és bemérése A mérés menete A mérést a hallgatók párban végzik. Az építési szakaszokban külön feladatokat kapnak, így ilyenkor az útmutató A és B hallgatóként hivatkozik a két hallgatóra. Ennek célja, hogy mindkét résztvevő gyakorolja az építést. A mérés során az építési és bemérési szakaszok váltogatják egymást. A bemérést a hallgatók mindig közösen végzik. Támpontok az építéshez A beültetési rajz készítésekor az alábbiakra kell ügyelni: az IC bemenete és kimenete közel legyen az elmenő csatlakozóhoz, az IC felett sem alkatrész, sem átkötés nem lehet (IC csere), az áramkör építésekor 0,8 mm-nél nagyobb átmérőjű vezetéket, ill. ennél nagyobb kivezetésű alkatrészt ne használjon (a szerelő panel tönkre mehet), fokozott gondot kell fordítani az IC-k tápfeszültség védelmére, (fordított polaritás bekötése esetén az IC tönkre mehet)! Mérési feladatok0. 1. Neminvertáló és invertáló erősítő alapkapcsolások A méréshez szükséges alkatrészeket a mérésvezetőtől kapják meg Az A hallgató breadboard-on állítson össze egy neminvertáló műveleti erősítős alapkapcsolást (elvi vázlat az 1-1. ábrán)! A felhasznált műveleti erősítő: TL082, tápfeszültség: ±15 V ábra. Neminvertáló erősítő alapkapcsolás 1.2. A B hallgató breadboard-on állítson össze egy invertáló műveleti erősítős alapkapcsolást! A felhasznált műveleti erősítő: TL082, tápfeszültség: ±15V. Az erősítő bemenete AC csatolású legyen! A kapcsolás elvi vázlata a 1-2. ábrán látható. 11

4 Labor 2. Hallgatói segédlet 1-2. ábra. Invertáló erősítő alapkapcsolás, bemenetén AC csatolással 2. Neminvertáló alapkapcsolás mérési feladatai Ellenőrizze a tápfeszültség helyes értékét a tápegységen (±15V)! Bekapcsolás előtt a mérésvezetővel ellenőriztesse az áramkört! 2.1. Mérje meg az erősítő ofszet feszültségét (zárja rövidre a bemenetet): mekkora kimenő-feszültség mérhető zérus bemenő feszültség esetén? A mért kimeneti ofszet értéket számítsa át a bemenetre és a kapott eredményt értékelje! Mi okozza az ofszet feszültséget, reális-e a kapott eredmény a műveleti erősítő adatlapjával összevetve? Milyen hibát okozhat a műveleti erősítő bemeneti munkaponti árama (bias current), hogyan célszerű megválasztani az R3 ellenállás értékét? 2.2. Mérje meg az erősítő kivezérelhetőségét! A kimeneti jelet figyelje oszcilloszkópon! Növelje a bemeneti feszültséget addig, amíg a kimenő jel torzítani nem kezd, majd csökkentse a bemeneti jelet, amíg a torzítás meg nem szűnik. Mérje meg a bemenő és kimenő feszültségeket (Urms és Up-p értékét)! 2.3. Mérje meg az erősítő feszültségerősítését! 3. Invertáló erősítő alapkapcsolás mérés feladatai 3.1. Mérje meg az erősítő feszültségerősítését: 1 khz-n! 3.2. Vizsgálja meg az erősítő impulzusjel átvitelét! Mérje meg a kimenőjel eltérését az ideálistól (fel- és lefutási idő, túllövés, tetőesés)! 3.3. Van-e eltérés a kisjelű és a nagyjelű viselkedés között? 3.4. Számítsa ki a műveleti erősítő slew-rate-jét! Kiegészítő mérési feladatok 4. Hullámforma generátor mérése 4.1. Az A hallgató a breadboard-on állítsa össze az 1-3. ábrán látható kapcsolás A részét, a B hallgató a B részét! A kapcsolást a mérésvezető által megadott paraméterekkel (elemértékek vagy működési jellemzők) valósítsák meg! 12

5 1.mérés Egyszerű áramkör megépítése és bemérése R7 C sz C2 2 _ TL082 R C sz _ R10 Integrátor A Ki1 B 8 TL082 _ 4 _ C sz C sz Komparátor R9 1 Ki ábra. Hullámforma generátor 4.2. Az A és B részek megfelelő összekötésével alakítsák ki a hullámforma generátort! Kapcsolják a komparátor kimenetét az integrátor bemenetére és az integrátor kimenetét komparátor bemenetére! Ellenőrizze a tápfeszültség helyes értékét a tápegységen (±15 V)! Bekapcsolás előtt a mérésvezetővel ellenőriztesse az áramkört! A kapcsolás Ki1 kimenetén háromszögjel, a Ki2 kimenetén négyszögjel jelenik meg ha a tervezés és az építés hibátlan volt. A négyszögjel amplitúdóját a műveleti erősítő kiülési feszültségei határozzák meg, a háromszög jelét pedig a hiszterézises komparátor rész komparálási szintjei Emelje be a jegyzőkönyvbe a kapcsolás jellemző jelalakjait: U ki1, U ki2 és f! Ellenőrző kérdések 1. Mi az ofszet feszültség? 2. Mi a különbség a kimeneti és a bemeneti ofszet feszültség között? 3. Milyen módszerekkel lehet megmérni egy erősítő kivezérelhetőségét? 4. Hogyan méri meg egy erősítő erősítési tényezőjét (Ao)? 5. Milyen fázisszög mérési módszereket ismer? 6. Milyen műszereket használ a Bode-diagram mérésekor? 7. Hogyan méri meg egy erősítő bemeneti ellenállását (Rbe)? 8. Hogyan méri meg egy hiszterézises komparátor transzfer karakterisztikáját? 9. A bemenő jelnek mekkora amplitúdójú és milyen hullámformájú jelet célszerű választani? 10. Milyen paraméterei vannak egy ideális műveleti erősítőnek? 11. Mekkora feszültség mérhető egy ideális műveleti erősítő és - bemenete között, ha az erősítő nincs túlvezérelve? 13

6 14