POMIARY I ANALIZA NUMERYCZNA UKŁADU Z DIOD LED

Transkrypt

1 Poltechk Błostock Wydzł Elektryczy tedr Elektrotechk Teoretyczej Metrolog Istrukcj do zj lbortoryjych Tytuł wcze POMIARY I ANALIZA NUMERYCZNA UŁADU Z DIOD LED Nuer wcze E3 Oprcowe: Ad Id kowsk Łuksz Zewsk Jrosłw Forec Błystok 9

2 Sps tre c. Wprowdzee...3. Projektowe obwodów elowych Bde eleetu elowego (bez rezystor) Bde ukłdu z eleete elowy z rezystore ogrczj cy pr d Oprcowe wyków Zstosowe etody jejszych kwdrtów do proksycj dody Syulcj odelu eleetu w progre PSpce Przebeg wcze Pyt sprwdzj ce Ltertur Wyg BHP...5 Dodtek - chrkterystyk dod bdych w wczeu...6 Mterły dydktycze przezczoe dl studetów Wydzłu Elektryczego PB. Wydzł Elektryczy, Poltechk Błostock, 9 Wszelke prw zstrze oe. d czę ś ć tej publkcj e o e być kopow odtwrz w jkejkolwek fore przy u ycu jkchkolwek ś rodków bez zgody posdcz prw utorskch. - -

3 . Wprowdzee Obwód elektryczy zywy elowy, je el zwer co jej jede eleet elowy. Eleete elowy zywy eleet, którego chrkterystyk pr dowo-p cow e jest l prost. Nelowo chrkterystyk eleetu elowego uwrukow jest zle o c jego rezystcj od wrto c zwrotu pr du w ty eleece lub wyst puj cego p c. Chrkterystyk eleetu elowego o e by przedstwo w postc jedej krzywej (dl eleetu esterowego jk o e by p. rówk, breter, dod pró ow czy półprzewodkow) lub rodzy krzywych - dl eleetów sterowych dodtkowy czyke steruj cy (p. lpy pró owe weloelektrodowe, trzystory). Alz obwodów elowych jest trudejsz z uwg chrkter rów je opsuj cych. Chrkterystyk elow proksyuje s krzyw o zy rówu. Fukcj proksyuj c pow by eskoplkow, by ułtw oblcze. Leryzcj poleg zst peu chrkterystyk eleetu elowego w otoczeu puktu prcy l prost. W przypdkch brdzej ogólych korzyst s z leryzcj weloodckowej. Brk jest ogólych etod lzy elowej tylko w elczych przypdkch o zle dokłde rozw ze. Zstosowe zjduj etody przybl oe (tercyje, grfcze). Nekedy elowy eleet rów w e s z pretre o łej wrto c (etod łego pretru). W kszo etod rozw zyw rów elowych oper s podej cu tercyjy (p.: etod Newto, seczych, relkscj tp.). Zle e od rodzju chrkterystyk pr dowo-p cowej rozró y eleety elowe o chrkterystyce syetryczej ( rówk, breter) esyetryczej (dod pró ow, dod gzow, dod półprzewodkow). N rys. przedstwo jest chrkterystyk pr dowo-p cow rówk z włóke wolfrowy, rys. b - dody półprzewodkowej

4 I ) b) I U U Rys.. Chrkterystyk pr dowo-p cowe: () - rówk z włóke wolfrowy, (b) - dody półprzewodkowej [8]. Wszystke eleety wyst puj ce we współczesych ukłdch elektryczych, zwłszcz elektroczych, wykzuj w ejszy lub w kszy stopu wł cwo c elowe. Posługwe s poj ce lowo c dje tylko przybl oy obrz rzeczywsto c, stope tego przybl e decyduje o zstosowu opsu fukcj low lub fukcj elowy. Dl eleetu rezystcyjego elowego o ów o wrto c rezystcj (koduktcj) tylko w pow zu z okre loy pukte prcy chrkterystyce pr dowo-p cowej. Dl k dego puktu chrkterystyk wprowdzoe s dw poj c: rezystcj sttycz rezystcj dycz (rys., b). ) I b) I I β I α U α β U U U Rys.. Rezystcj sttycz rezystcj dycz [8]. Rezystcj sttycz R s eleetu elowego w dy pukce chrkterystyk zywy lorz p c pr du w ty pukce: - 4 -

5 R s U s tgα () I Rezystcj dycz (ró czkow ) R d eleetu elowego w dy pukce chrkterystyk zywy pochod p c wzgl de pr du w ty pukce: R d U du l s tgβ () I I di gdze: s - współczyk skl. Rezystcj sttycz jest zwsze dodt, tost rezystcj dycz o e by dodt lub uje. W przypdku eleetu lowego R s R d cost. dl k dego puktu chrkterystyk. Dl zdego puktu chrkterystyk ukłd elowy chrkteryzuje s rówe współczyke stblzcj k, rozuy jko stosuek wzgl dych z welko c wej cowej do wzgl dych z welko c wyj cu. Dl eleetów elowych o chrkterystykch jk rys. defuje s (dl puktu prcy ) st puj ce współczyk stblzcj: - współczyk pr dowy - współczyk p cowy U U U I k I I U I I wej d (3) wyj I U I I k wej s U (4) U U Rd U wyj I R R R s - 5 -

6 Mówy, e eleet o zdej chrkterystyce stblzuje p ce, gdy k U >, czyl gdy R s > R d (rys. b.); stblzuje pr d, gdy k I >, czyl gdy R s < R d (rys..).. Projektowe obwodów elowych Bde eleetów elowych poleg rejestrcj chrkterystyk pr dowo-p cowych. W ty celu ł czyy ukłd porowy według schetu podego rys. 3. Do zcsków ozczoych jko U z podł czy zslcz stblzowy. Rys. 3. Ukłd porowy: U Z p ce zslj ce, A - lperoerz, V D woltoerz erz cy p ce bdy eleece elowy (D...D4 - dody LED - czerwo, zelo, ółt, bł), S...S4 przeł czk, R rezystor ogrczj cy pr d, V R woltoerz erz cy p ce rezystorze ogrczj cy... Bde eleetu elowego (bez rezystor) Nle y skofgurow ukłd porowy do postc przedstwoej rys.. Prowdz cy zj c wyberze jede z eleetów ozczoych D...D4 do dlszych bd. Przeł czee przeł czk S..S4 w prwo zł cz wybr dod LED. Zcsk ozczoe jko V R le y zewrze

7 Rys. 4. Ukłd porowy: U Z zslcz stblzowy, A lperoerz, V D woltoerz cyfrowy. Uzyske wyk otujey w tbel: Tbel Bdy eleet elowy:... (D..D4) U D [V] I [A] Podczs porów e przekrcz p c U z U d 3V pr du I A. Ilo puktów porowych orz krok p c zsl pod prowdz cy zj c... Bde ukłdu z eleete elowy z rezystore ogrczj cy pr d Nle y dobr rezystor R, który ogrczy pr d w obwodze z rys. 3. Np ce zslj ce, p ce dody orz pr d dody pod prowdz cy zj c. U Z... V U D... V I D... A - 7 -

8 Oblcze Rezystcj oblczo: R O... Njbl sz rezystcj z szeregu E (%): R... Oblczo oc rezystor: P... W Szereg doboru rezystorów E (%),, 5, 8,, 7, 33, 39, 47, 56, 68, 8 Nst pe le y wybry rezystor podł czy do zcsków ozczoych jko R. Merzyy p ce pr d bdy eleece uzyske wyk otujey w tbel. Tbel Poł czee szeregowe eleetu elowego rezystor R... U Z [V] U D [V] U R [V] I [A].3. Oprcowe wyków ) N podstwe wyków porów przeprowdzoych w puktch.. wyko wykres zwerj cy: - chrkterystyk eleetu elowego I f(u D ). - chrkterystyk ł cz (zst pcz ), I f(u Z ), szeregowego poł cze eleetu lowego elowego W sprwozdu porów otrzye chrkterystyk. Uwg: wykresy le y wyko pperze letrowy fortu A

9 b) Wyzczy zle o c fukcyje I f(u) dl porów p pr dów z tbel etod jejszych kwdrtów. c) N podstwe porów orz zle o c fukcyjych otrzyych etod jejszych kwdrtów skostruow odel dody w progre PSpce. d) Doko syulcj ukłdu rezystor odel dody w PSpce porów wyk z cz c zjwskowej..4. Zstosowe etody jejszych kwdrtów do proksycj dody W zgdeu terpolcj dl dych puktów (, y ) poszukuje s fukcj f() spełj cych w w złch terpolcj wruek f ( ) y,,,3,..., (5) Przy terpolcj weloowej du lo w złów terpolcj wyg skostruow welou wysokego stop (ogóle -). Trudo wówczs woskow o włso c otrzyej fukcj terpolcyjej. Dltego te dl uzyskych wyków porów wyzcz s zle o dzy poerzoy welko c w postc fukcj o zy przebegu. Zde to speł proksycj: dl dych pr welko c porowych (, y ) (,,...,) poszukuje s fukcj g( )... (6) przy czy wruek g( )y e us by spełoy orz jest du o ejsze od. Rozw ze tego zgde sprowdz s do wyzcze współczyków,,,... ró y etod, z których jbrdzej rozpowszecho jest etod jejszych kwdrtów. Ide tej etody jest st puj c. Tworzy s fukcj [ g(,,,..., y ] F( (7),,..., ) ) - 9 -

10 - - o tkch współczykch,,,..., by jej wrto był l, tz., e us by spełoy st puj cy ukłd rów. F F F M (8) Podstwj c wyzczoe pochode cz stkowe otrzyujey y y y ) ( ) ( ) ( M (9) po podzeleu rów przez przeeseu wyrzów wolych prw stro otrzyujey y y y y M () ukłd rów o ewdoych,,,..., który o rozw z p. etod elcj Guss.

11 Mo poszuk fukcj ych postc, które po odpowedch podstwech sprowdz s do postc welou stop perwszego, p.: f ( ) f, podstwee u () ), podstwee u () ( Przykłd Zle zle o fukcyj dl 4 porów welko c y: Przewdujey fukcj któr po podstweu przyje post y, ,5 4 g( ) (3) u, (4) g( u) u (5) Wtedy ukłd rów sprowdz s do ukłdu rów 4 4 u u y u u y 4 (6) Po wstweu do ukłdu wrto c su otrzyy - -

12 (7) st d,,5 (8) orz g( u), 5 u (9) przewdyw zle o osttecze przyje post g( ),5 () 3. Syulcj odelu eleetu w progre PSpce Progr syulcyjy PSpce pozwl wprowdze przez u ytkowk włsych odel eleetów elowych lub korzyst z bblotek typowych eleetów elektroczych, jk dody, trzystory, tyrystory, ukłdy scloe. orz elowych eleetów obwodów elektryczych, jk: dłwk, trsfortor rdzeowy, elow dukcyjo lub pojeo. Nelow rezystcj odeluje s w progre P-SPICE z pooc ródł pr dowego sterowego p ce (GPOLY). Chrkterystyk pr dowo-p cow tego eleetu jest podw w postc welou 3 5 I U U U... () 3 5 gdze:,, 3,... współczyk, których wrto c okre l s podstwe rzeczywstej chrkterystyk eleetu elowego, zdj tej etod porow (rys. 5). - -

13 I I 3 I I U U U 3 U Rys. 5. Przykłd proksycj chrkterystyk I(U) eleetu elowego podstwe porów Współczyk welou proksyuj cego zjduje s rozw zuj c ukłd rów lowych: I 3 5 U 3U 5U I () 3 5 U 3U 5U I U 3 3U 3 5U 3 Do rozw z o wykorzyst dost py progr tetyczy, jk p.: MATLAB, MATHEMATICA, MATHCAD, MAPLE, tp. Podstwj c oblczoe współczyk welou () do odelu elowej rezystcj GPOLY proksyuje s chrkterystyk eleetu elowego w progre P-SPICE. 3.. Przebeg wcze Zodelow elowy eleet o zdej chrkterystyce If(U ster ). Zdj jej przebeg przy poocy postprocesor PROBE. Schet ukłdu do zdejow chrkterystyk przedstwoo rys. 6. orzystj c z lzy stłopr dowej (DC Sweep) le y zbd chrkterystyk eleetu elowego, przyjuj c p ce U ster zej ce s lowo w przedzle 3 V. Zbd wpływ współczyków welou () ksztłt chrkterystyk. Wosk pod w sprwozdu

14 Rys. 6. Schet obwodu do zdejow chrkterystyk I f(uster) eleetu elowego. 4. Pyt sprwdzj ce. Zdefow poj ce obwodu elowego eleetu elowego. Pod przykłdy eleetów elowych ch chrkterystyk.. Zstosow eleetów elowych - pod przykłdy. 3. Zdefow poj ce rezystcj sttyczej dyczej. 4. Grfcze etody lzy obwodów elowych pr du stłego. 5. Stblzcj współczyk stblzcj. 5. Ltertur. Bolkowsk S.: Teor obwodów elektryczych. WNT, Wrszw, 8.. rkowsk M.: Elektrotechk teoretycz. To. Obwody lowe elowe. Wydwctwo Nukowe PWN, Wrszw, Osowsk J., Szbt J.: Podstwy teor obwodów. To I. WNT, Wrszw, Cchowsk Z.: Wykłdy z elektrotechk teoretyczej. Cz I. Wydwctwo Poltechk l skej, Glwce,. 5. PSPICE by McroS Corporto - User's Gude, Por bsk J., orohod P. - SPICE, progr lzy elowej ukłdów elektroczych, WNT Wrszw Zy P., rwowsk. - SPICE, klucz do elektrotechk. Skrypt Poltechk Gd skej, Gd sk Obwody rezystcyje elowe strukcj E

15 6. Wyg BHP Wruke przyst pe do prktyczej relzcj wcze jest zpoze s z strukcj BHP strukcj przecwpo row orz przestrzege zsd w ch zwrtych. Wybre urz dze dost pe stowsku lbortoryjy og posd strukcje stowskowe. Przed rozpocz ce prcy le y zpoz s z strukcj stowskowy wskzy przez prowdz cego. W trkce zj lbortoryjych le y przestrzeg st puj cych zsd: Sprwdz, czy urz dze dost pe stowsku lbortoryjy s w ste koplety, e wskzuj cy fzycze uszkodzee. Sprwdz prwdłowo poł cze urz dze. Zł czee p c do ukłdu porowego o e s odbyw po wyr eu zgody przez prowdz cego. Przyrz dy porowe le y ustw w sposób zpewj cy stł obserwcj, bez koeczo c chyl s d y eleet ukłdu zjduj cy s pod p ce. Zbrooe jest dokoywe jkchkolwek przeł cze orz wy eleetów skłdowych stowsk pod p ce. Z kofgurcj stowsk poł cze w bdy ukłdze o e s odbyw wył cze w porozueu z prowdz cy zj c. W przypdku zku p c zslj cego le y ezwłocze wył czy wszystke urz dze. Stwerdzoe wszelke brk w wypos eu stowsk orz eprwdłowo c w fukcjoowu sprz tu le y przekzyw prowdz ceu zj c. Zbr s sodzelego wł cz, pulow korzyst z urz dze e le cych do dego wcze. W przypdku wyst pe por e pr de elektryczy le y ezwłocze wył czy zsle stowsk lbortoryjych z pooc wył czk bezpecze stw, dost pego k dej tblcy rozdzelczej w lbortoru. Przed odł czee p c e dotyk por oego

16 Dodtek - chrkterystyk dod bdych w wczeu - 6 -