Elektronika II Feladatlapok jegyzet 1
Ezt a jegyzetet azért csináltam, hogy megkönnyítsem az elektronika 2 tantárgy elvégzését. De a leírtakért nem vállalok felelısséget, könnyen elıfordulhatnak hibák. Kérlek ha hibát találsz, jelezd a wormed@freemail.hu címen, igyekszem kijavítani. Tartalomjegyzék M1... MicroCap ismertetése M2... Mőszerek ismertetése M3... Feszültség, áram, ellenállás mérése, tápegységek, multiméterek kezelésének megismerése M4... Jelgenerátorok, oszcilloszkópok kezelésének megismerése M5... Mőveleti erısítı alapparaméterek vizsgálata M6... Mőveleti erısítıs kapcsolások mérése (Idıtartomány és frekvencia tartomány) M7... Mőveleti erısítık impulzustechnikai alkalmazásai M8A... Dióda paraméterek meghatározása szimulációval M8B... Diódák és egyenirányító kapcsolások vizsgálata M9A...Digitális alapáramkörök analóg szimulációja Transzfer karakterisztika meghatározása M9B... Digitális alapáramkörök analóg szimulációja Jelterjedési késési idık, felfutási és lefutási idık meghatározása M10A... Digitális alapáramkörök analóg szimulációja II Kimeneti jellemzık meghatározása M10B... Digitális alapáramkörök analóg szimulációja II Dinamikus teljesítményfelvétel meghatározása M11... Digitális alapáramkörök mérése Transzfer karakterisztika, jelterjedési késési idı meghatározása méréssel M12A... Jelformáló és idızítı kapcsolások vizsgálata szimulációval M12B... Jelformáló és idızítı kapcsolások vizsgálata szimulációval (M1, M2, M3, M4, M5 nincs osztályzás) M1 M2 A MicroCap illetve a labor eszközök bemutatása (ezekhez az órákhoz nincs feladatlap) 2
M3 (mérés) Feszültség, áram, ellenállás mérése, tápegységek, multiméterek kezelésének megismerése 1. Mérje meg a mérésvezetı által adott ellenállások értékét A megadott ellenállást a következı kapcsolásba kell bekötni: 2. Állítsa be egy fix értékő ellenállás és egy ellenállás-dekád segítségével a mérésvezetı által elıírt értékeket. Az elıírt érték az eredı ellenállása a fix értékő ellenállásnak és a dekádnak. Két eset lehetséges: Ha a fix ellenállás nagyobb mint az eredı, akkor párhuzamosan kell bekötni az ellenállást és a dekádot. A dekád értéke a következı képletbıl határozható meg: R e = R x R D, Vagyis R D = R e *R / (R-R e ) Ha a fix ellenállás kisebb mint az eredı, akkor sorosan kell bekötni az ellenállást és a dekádot. (a dekád értéke R D =R e -R) 3
3. Mérje meg a mérésvezetı által adott diódák záró-irányú áramát. Nagyon kis érték, sok esetben nem mérhetı, ekkor ezt kell beírni. 4. Mérje meg a mérésvezetı által adott diódák nyitóirányú feszültségét 1mA-es és 10mA-es áramnál. A kapcsolás ugyanaz mint a 3. feladatnál, csak fordítva kell bekötni a diódát. A feszültség mérésénél ügyelni kell, hogy az ellenálláson is esik feszültség, ezt le kell vonni a mért értékbıl. (1mA-es áramnál ez 1V, 10mA-es áram esetén pedig 10V) 5. Mérje meg a mérésvezetı által adott diódák Zener feszültségét 1mA-es áramnál. Ugyanaz a kapcsolás mint a 4. feladatban. (vigyázni kell nyitóirányban nem használjuk Ha 1V-nál megy fel az áram meg kell fordítani a diódát.) Az áramot 1mA-re állítjuk. Leolvassuk a feszültséget. (vigyázni kell: itt is le kell vonni az ellenálláson esı 1V-ot.) 4
M4 (szimuláció) Jelgenerátorok, oszcilloszkópok kezelésének megismerése 1. Állítsa be a függvénygenerátoron a mérésvezetı által megadott jeleket A jel beállítása után kb. ugyanazokat az értékeket kell beírni amit megadott a mérésvezetı (pár százados/tizedes eltéréssel). 2. Mérje le a függvénygenerátoron a mérésvezetı által megadott paraméterő négyszögjel alábbi jellemzıit. Az 1. feladathoz hasonlóan be kell állítani a jelet. A négyszögjel nem áll be elsıre hanem valami hasonló lesz látható: 3. Mérje le az oszcilloszkóppal a mérésvezetı által beállított jel ismeretlen paramétereit. Ezt nekünk nem kellett megcsinálni, de hasonló az elsı feladathoz. 5
M5 (szimuláció) Mőveleti erısítı alapparaméterek vizsgálata 1. feladat AC Analízissel ( X=F, Y=db(v(Uki)/v(v1)) ) GO TO Y nal ki kell keresni -3db 2. feladat I b = ( I(R1) + I(R2) ) / 2 I bo = I(R1) I(R2) Tranziens analízis futtatás kilépés az analízisbıl A Currents ikonnal nézhetı meg az ellenállások árama 3. feladat Tranziens analízis 4. feladat Tranziens analízis A két kurzorral ki kell jelölni a lineáris szakaszt. A görbe meredeksége a Slew Rate (S) 6
M6 (mérés) Mőveleti erısítıs kapcsolások mérése (idıtartomány és frekvenciatartomány mérése) Nekünk csak a 3. feladatot kellett megcsinálni. A jelgenerátoron be kellett állítani egy kis amplitúdós szinusz jelet (100-200mV csúcstól csúcsig) A kimeneti jelet úgy kell beállítani, hogy torzítatlan legyen a jel. A táblázatban szereplı értékeket (frekvencia) kell a jelgenerátorral elıállítani. A kurzorokkal meg kell mérni a kimeneti jel értékét csúcstól csúcsig (delta), a táblázat minden értéke esetén. A kapott értéket kell beírni a táblázatba. Ábrázolás: 20*log U ki /U be képlettel kell kiszámítani, hogy a táblázatban adott frekvencián hány decibeles erısítés van. A kapott értékeket ábrázolni kell a diagramon, végül egy folytonos vonallal összekötni ıket. Nekem valami ilyesmi jött ki: 7
M7 (szimuláció) Mőveleti erısítık impulzustechnikai alkalmazásai 1. feladat U M U m U f, U a nagyjából ugyanazokat az értékeket kell beírni mint amit megadott. Az ábrába be kell írni az ellenállások és az U ref értékeit. Szimuláció elıtt meg kell határozni: R 1, R 2 és U ref értékeit. Ezeket a két esetben különbözı képletekkel lehet számolni. (R2 sokkal nagyobb mint R1 kb. 3-4 szeres) invertáló esetben: U f =U ref (R2/(R1+R2)) + U M (R1/(R1+R2)) U a =U ref (R2/(R1+R2)) + U m (R1/(R1+R2)) nem-invertáló esetben: U ref =U f (R2/(R1+R2)) + U m (R1/(R1+R2)) U ref =U a (R2/(R1+R2)) + U M (R1/(R1+R2)) Impulzusgenerátor beállításai mindkét esetben: Tranziens analízis futtatással (Time Range = 2) 2. feladat U M és U m nagyjából ugyanazt kell beírni mint amit megadott. A T (periódusidı) T=1/f képlettel számolható. (Az utolsó három sort nekünk nem kellet kiszámolni.) Kapcsolás: Tranziens analízis kell. (az idı függvényében kell vizsgálni az uki-t, és uc-t. (ha az operating point be van jelölve nem ad jó eredményt) A Time Range értéke kb 15m (ez a kapacitás értékétıl függ). A szimuláció során a kimeneti feszültség négyszögjel alakú, A kondenzátor feszültsége háromszög alakú. 8
M8A (szimuláció) Dióda paraméterek meghatározása szimulációval 1.feladat (A szimuláció során négyszögjel kell, de a pontos paraméterekre nem emlékszem.) (Egyszerre csak az ábra egyik fele lesz látható (-U rész és +Urész).) (Ha valami nem mőködik megfelelıen a generátorral kell trükközni.) 2.feladat Viszonylag nagy periódusidejő négyszögjelet kell venni. Az ellenállás szabadon választható (kb. 10-100ohm) Tranziens analízissel az idı függvényében vizsgáljuk a dióda áramát és a generátor feszültségét. Kinagyítjuk azt a részt amikor a generátor feszültség 1-bıl 0-ba vált. Azt az idıt kell lemérni amíg a dióda árama eléri a 90%-ot záróirányú feléledési idı MR500-as dióda esetén: 13µs 9
M8B (szimuláció) Diódák és egyenirányító kapcsolások vizsgálata 1. feladat Ki kell számolni a generátor amplitúdóját, a kondenzátort és az ellenállást. Képletek: (jelölések: max kimeneti áram It, hullámosság megengedett max értéke Uhmax, kimeneti feszültség minimális értéke Ukimin, Hálózati feszültség effektív értéke 220, +- 5% esetén kf=1,05, ka=0,95) R1=Ukimin / It 1. lépés Cpuff = It * tkisütési / Uhmax (tkisütési egyutasnál 20ms, kétutasnál és graetz-nél 10ms) 2. lépés A C sorból választani kell a kiszámított Cpuff-nál nagyobb értéket, és le kell ellenırizni, hogy az jó-e. (A választott értéket meg kell szorozni a C sornál megadott negatív százalékos értékkel (+-25% esetén pl. 0.75-el), ha az így kapott érték még mindig nagyobb vagy egyenlı mint Cpuff, akkor a választás jó.) 3. lépés Uhmax-tényleges kiszámítása: Uhmax-tényleges = It * tkisütési / a választott kapacitás 2. pontban kiszámolt csökkentett értéke. 4. lépés: Uszek meghatározása Uszek = (Ukimin + Uhmax-tényleges + n*ud) / gyök2 * ka Az UD vehetı 1V-nak, graetznél n=2, egyébként n=1 5. lépés: A kiszámított Uszek-nél nagyobb feszültség választása a szekunder feszültség sorból. 6. lépés: Ucmax = kf * gyök2 * Uszek-választott Végül az így kapott értéknél nagyobb érték választása a C feszültség sorból. egyutas kapcsolás: kétutas kapcsolás: graetz kapcsolás: 2. feladat nekünk nem kellett megcsinálni. 10
M9A (szimuláció) Digitális alapáramkörök analóg szimulációja Transzfer karakterisztika meghatározása 11
M9B (szimuláció) Digitális alapáramkörök analóg szimulációja Jelterjedési késési idık, felfutási és lefutási idık meghatározása 12
M9B Győrős kapcsolás Azonos színt kell kijelölni (2 periódust) azonos feszültségnél, és lemérni köztük az idıt. Ezt az idıt elosztva 6-tal kapjuk a tpdp-t. 13
M10A (szimuláció) Digitális alapáramkörök analóg szimulációja II Kimeneti jellemzık meghatározása Kapcsolás: (I1: Component/AnalogPrimitives/WaveformSources/ISource értéke 100m) (Az ellenállás 1 ohmos) DC analízissel kell vizsgálni i(r1) v(ki) Valami ilyesminek kell kijönni. (Ezt kell berajzolni az ábrába.) Valamint be kell írni hogy hol metszi az y (Uki) tengelyt. (Ehhez ki kell nagyítani azt a részt.) (Ha felfelé megy a görbe akkor meg kell fordítani az ellenállást!) A lap alján lévı táblázatban a következıket kellett kitölteni: Iki(Uki=0): Ahol 0 a feszültség mennyi az áram (Ahol metszi az x-tengelyt ehhez is nagyítani kell.) RkL: és RkH: a kurzorokkal ki kell jelölni az egyenes szakaszt, a Slope-ból számolhatók az ellenállás értékek, de pontosan nem tudom hogyan. (Én megnéztem 0.000K feletti (RkH) és alatti (RkL) lineáris szakaszokat.) 14
M10B (szimuláció) Digitális alapáramkörök analóg szimulációja II Dinamikus teljesítményfelvétel meghatározása Kapcsolási rajz: (Az inverter helye: Component/AnalogPrimitives/Macros/Inverters) Tranziens analízissel kell vizsgálni az idı T függvényében i(r2)-t és avg(i(r2))-t avg(i(r2))-t kell lemérni és szorozni 5-tel. Ezt kell beírni a táblázatba. (Ha nagyon hullámzik az avg(i(r2)) akkor átlagolni kell.) Nekünk csak 15pF-os kondenzátorral kellett szimulálni, de a többihez csak át kell írni a kondenzátor értékét. (a tpd-t, és tpd*pd-t nem kellett meghatározni.) A frekvenciát a generátornál kell megadni.: 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 15
M11 (mérés) Digitális alapáramkörök mérése Transzfer karakterisztika, jelterjedési késési idı meghatározása méréssel A laborvezetı megadja a mérıdobozt, meg 2db inverter sorszámot. 1. feladat A jelgenerátorral háromszögjelet kell beállítani. Viszonylag nagy frekvenciásat (5kHz). Ofsettel el kell tolni a bemeneti jelet, hogy ne legyen negatív. (A háromszögjel alja 0-n legyen). Az idı legyen a vízszintes tengelyen, a két jel pedig a függılegesen. A vízszintes kurzorokkal lemérhetı Uki(1) és Uki(0). Ha a kimeneti feszültség nem egyenes, akkor a csúcsot kell mérni. (nálam ilyen volt (9-es)). Ubillenési ahol a két jel (kimeneti, bemeneti) metszi egymást. Ha hiszterézises akkor a bemeneti jelet nem ugyanabban a pontban metszi 0-ból 1-be váltáskor és 1-bıl 0-ba váltáskor. Hiszterézises esetben Ubillenési a két metszéspont átlaga. Az Uhiszterézis meghatározásához a bemeneti jel függvényében kell vizsgálni a kimeneti jelet. Azt a tartományt kell kijelölni a függıleges kurzorokkal ahol a kimeneti jel egyszerre 0 és 1. Uki(1) a kimeneti (invertált) jel magas értéke Uki(0) a kimeneti (invertált) jel alacsony értéke Ubillenési Mekkora feszültségnél történik az átváltás Hiszterézis (van/nincs) Uhiszterézis kezdeti V vég V Kis meredekségő szakasz (nekünk nem kellett meghatározni) A második ábra csak akkor kell, ha hiszterézises. (általában az egyik hiszterézises, a másik nem a megadott típusok közül.) 2. feladat Bemeneti jel: 1MegaHz körüli négyszögjel A késési idıket kell meghatározni (1 0 és 0 1 esetén) Az átlaghoz össze kell adni a két mért idıt és osztani 2-vel. (A feladat ugyanaz mint az M9B esetében, csak itt az oszcilloszkópról kell leolvasni az értékeket.) (Ezt az intervallumot kell lemérni: kezdet: a bemeneti jel váltásakor vége: amikor a kimeneti jel feléig átvált.) /rajz: 12 oldal lap alja/ 3. feladatot nekünk nem kellett megcsinálni. M12A (szimuláció)jelformáló és idızítı kapcsolások vizsgálata szimulációval M12B (szimuláció)jelformáló és idızítı kapcsolások vizsgálata szimulációval 16