MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV A mérés tárgya: Egyszerű áramkör megépítése és bemérése (1. mérés) A mérés időpontja: 2004. 02. 10 A mérés helyszíne: BME, labor: I.B. 413 A mérést végzik: A Belso Zoltan B Szilagyi Tamas Mérőcsoport: K1, 1. csoport A mérést vezeti: <mérésvezető neve> Felhasznált eszközök PC NEC Express 5800 TM600 GEP 12 Digitális oszcilloszkóp AGILENT 54622A MY40008976 Függvénygenerátor AGILENT 33220A MY43001877 Digitális multiméter (6½ digit) AGILENT 33401A MY41036357 Tapegyseg E3630A MY40006589 Kézi multiméter METEX AD401947 Breadboard Kéziszerszámok Csipesz., nagyító, csípőfogó Mérési feladatok Ube R3 R 1 5 8 C s z 6 4 C R z 2 7 U ki 1. Neminvertáló alapkapcsolás mérési feladatai 1.1. Határozza meg a kapott alkatrészek értékét! R1=10k R2=100k R3=10k Csz=22n 1.2. Mérje meg az erősítő ofszet feszültségét (zárja rövidre a bemenetet): mekkora kimenő-feszültség mérhető zérus bemenő feszültség esetén? Kimeneti ofszet: Uoki=35.2 mv. 1.3. A mért kimeneti ofszet értéket számítsa át a bemenetre és a kapott eredményt értékelje! A nevleges erosites A0=(R1R2)/R1=11, igy a bemeneti ofszet Uobe=Uoki/A0=3.2 mv. 1
Mérési jegyzőkönyv 1.4. Mi okozza az ofszet feszültséget, reális-e a kapott eredmény a műveleti erősítő adatlapjával összevetve? Az ofszetet az erosito belso munkapontjainak apro elterese okozza. A bemeneti ofszet 3.2 mv ami jol megegyezik a katalogousban szereplo 3 mv-os ertekkel. 1.5. Milyen hibát okozhat a műveleti erősítő bemeneti munkaponti árama (bias current), hogyan célszerű megválasztani az R3 ellenállás értékét? A bemeneti munkaponti aram feszultsegesest okoz a kulso ellenallasokon, ezert az R3=R1xR2 valasztas a celszeru. 1.6. Mérje meg az erősítő kivezérelhetőségét! A kimeneti jelet figyelje oszcilloszkópon! A kivezerelhetoseg 26.3V pk-pk. Ehhez 2.3V pk-pk bemenet tartozik. 1.7. 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 Bemenet: Urmsbe = 815 mv, Upk-pkbe = 2.34 V Kimenet: Urmski = 9.16V Upk-pkki = 26.3V 1.8. Mérje meg az erősítő feszültségerősítését! Az erosites a fenti mert adatokbol A = Upk-pkki / Upk-pkbe = 11.24. 2
10. mérés Sorrendi hálózatok vizsgálata 2. Invertáló erősítő alapkapcsolás mérés feladatai C1 Ube R4 R6 6 5 4 R5 8 7 U ki 2.1. Határozza meg a kapott alkatrészek értékét! C1=100n R4=10k R5=100k R6=10k Csz=22n 2.2. Mérje meg az erősítő feszültségerősítését: 1 khz-n! A feszultsegerosites: A = Upk-pkki / Upk-pkbe = 10.13/1.05 = 9.65. 2.3. Vizsgálja meg az erősítő impulzusjel átvitelét! Mérje meg a kimenőjel eltérését az ideálistól (fel- és lefutási idő, túllövés, tetőesés)! 3
Mérési jegyzőkönyv 1 khz frekvencian, 1 Vpk-pkbe bemenet eseten: 20 khz frekvencian: 4
10. mérés Sorrendi hálózatok vizsgálata A kisebb frekvenciak eseten a bemeneti csatolokondenzator miatt nagyobb a tetoeses. Ez a kondenzator R4, R5 ellenallasokon keresztul sul ki. A felfutasi idot es a tetoesest az alabbi abra mutatja: 2.4. Van-e eltérés a kisjelű és a nagyjelű viselkedés között? 5
Mérési jegyzőkönyv Kisjelu viselkedes (50 mv bemeneti feszultseg): A korabbi nagyjelu abrakkal osszehasonlitva megallapithato, hogy a felfutasi ido 3 us-rol 2.2 us-ra csokkent. A tetoeses a jelnagysaggal aranyosan csokkent, tehat a jellege nem valtozott. 2.5. Számítsa ki a műveleti erősítő slew-rate-jét! 6
10. mérés Sorrendi hálózatok vizsgálata A felfutas elso, kozel linearis szakaszat tekintve, 580 ns alatt a jel 10.16 V-ot emelkedik, ez 17.5 V/us slew rate-nek felel meg. A katalogusban 13 V/us slew rate talalhato. 3. Hullámforma generátor mérése C2 R9 R7 2 8 3 1 R8 3 2 4 R10 Integrátor Ki1 8 4 Komparátor 1 Ki2 3.1. Határozza meg a kapott alkatrészek értékét! C2=100n R7=10k R8=50k R9=100k R10=0 ohm Csz=22n 3.2. A kapcsolás Ki1 kimenetén háromszögjel, a Ki2 kimenetén négyszögjel jelenik meg ha a tervezés és az építés hibátlan volt. A haromszogjel amplitudojat a komparator 1:2-es visszacsatolasi osztasi aranya hatarozza meg. A 30 V pk-pk kiulesi feszultsegbol igy 15 V pk-pk nagysagu haromszogjel keletkezik. 3.3. Emelje be a jegyzőkönyvbe a kapcsolás jellemző jelalakjait: U ki1, U ki2 és f! 7
Mérési jegyzőkönyv A haromszogjel feszultsege Uhpk-pk = 14.7 V A negyszogjel feszultsege Unpk-pk = 29.4 V A rezges frekvenciaja 498.8 Hz. A visszacsatolas osztasaranyat az R8 helyere tett 150 kohm-os potenciometerrel valtoztattuk. Az R7 helyere 4.7 kohm-os potenciometert tettunk, hogy az integrator meredekseget is allitani tudjuk. Meresi tapasztalat, hogy a parameterek szelsoseges erteke mellett a jelalakok torzulnak. A hatarhelyzetet az alabbi abra illusztralja: Megjegyzes: az elobbi esetben a rezgesi frekvencia mar majdnem 10 khz volt. 8
10. mérés Sorrendi hálózatok vizsgálata 4. Kiegészítő mérési feladatok 15v D1 U be1 C3 R6 100n 22k U be2 R11 10k R12 20k R13 20k 2 3 6 5 8 4 1 7 IC1 R16 1k R17 1k D2 D3 R14 20k R15 10k 2 8 3 4 6 5 1 7 IC2 R18 1k R19 1k D4 D5 4.1. Ellenőrizze a LED-ek kigyulladási feszültségeit az U be2 bemenetről! UD5 = 1.89 V UD4 = 5.63 V UD3 = 9.36 V UD2 = 13.09 V Az elmeleti ertekek UD5 = 1.875 V; UD4 = 1.625 V; UD3 = 9.375; UD2 = 13.125 V. A mert ertekek ezzel igen jol megegyeznek, az elteres foleg az ellenallasok pontatlansagabol szarmazik. 4.2. Mekkora áram folyik a világító LED-eken? A D4 diodahoz tartozo 1 kohm-os ellenallas pontos erteke 0.984 kohm. Amikor a LED vilagit, az ellenallason 12.888 V a feszultseg. A LED arama ebbol ILED = 13.1 ma. 4.3. Mekkora a világító LED-eken eső feszültség? A LED feszultseget kozvetlenul merjuk. ULED = 2.105 V. 4.4. Mérje meg a C3 -R6 RC-kör időállandóját! 9
Mérési jegyzőkönyv A jel lefutasat vizsgalva, a kezdodo exponencialis gorbe jo kozelitessel egybeesik az erintovel. Mivel a jel elmeleti megfontolasok alapjan 0 Voltig csokkenne (ha nem jonne a kovetkezo felfuto impulzus), az idoallando: tau = 9.37 V / 1.96 * 0.504ms = 2.38 ms. Az elmeleti ertek tau = RC = 2.2 ms. 10
10. mérés Sorrendi hálózatok vizsgálata Annak igazolasa, hogy a feszultseg tenyleg nullaig csokken (alacsony, 30 Hz frekvencian merve): 4.5. Mérje meg a váltakozó feszültséghez tartozó LED kigyulladási küszöbfeszültségeket U be1 bemenetről! Használjon 10MHz frekvenciájú mérőjelet! Az oszcilloszkoppal az aramkor bemeneti jelet es a LED-ek feszultseget merjuk. Nagyobb frekvenciak fele a bemeneti kondenzator hatasara a komparatorokra eso feszultseg egyre kisebb, 10 MHz-en mar csak a legalso LED vilagit. 103 khz felett a 4-es LED mar nem vilagit (feszultsege nem eri el a nyitofeszultseget). 23 khz felett az 5-os LED mar nem alszik ki tobbe. 11
Mérési jegyzőkönyv Az 5-os LED feszultseget merve: A 4-es LED feszultseget merve: 12
10. mérés Sorrendi hálózatok vizsgálata 4.6. Mit tapasztalunk és miért, ha a kigyulladási küszöbfeszültségeket egyre kisebb frekvenciájú bemenő jellel mérjük? A feszultsegjelzo altal erzekelt jelszint a frekvencia novelesevel csokken. A bemeneti kondenzator egyre kisebb impedanciat kepvisel. 13