Opis wyposażenia Laboratorium Elektroniki Układowej

Transkrypt

1 Opis wyposażenia Laboratorium Elektroniki Układowej I. Standardowe wyposażenie stanowiska obejmuje (ćwiczenia prowadzone są "równym frontem"): 1. Zasilacz poczwórny KB prod. COBRABID. 2. Autotransformator KR 9303 prod. RADIOTECHNIKA. 3. Generator KZ 1404A prod. ZOPAN. 4. Multimetr cyfrowy V 543, V 553 lub V 560 prod. MERATRONIK. 5. Multimetr analogowy V 640 z sondą w.cz. prod. MERATRONIK. 6. Oscyloskop DT 6620 prod. RADIOTECHNIKA lub HM firmy HAMEG. 7. Rezystor dekadowy DR 5a-16 prod. INCO i obciążalnik rezystancyjny, wykonany przez IME Politechniki Wrocławskiej. 8. Miernik częstotliwości PFL-34 lub KZ 2133 prod. ZOPAN. 9. Mostek RLC E 303 prod. ELPO lub E 316 prod. MERATRONIK oraz miernik LCRG typ BM 591 prod. TESLA. 10.Wielokanałowy próbnik stanów logicznych KZ 3305 prod. ZOPAN. 11.Analizator stanów logicznych KZ 3307 prod. ZOPAN. 12.Termostat do badań wpływu temperatury na elementy i układy, wykonanie IME Politechniki Wrocławskiej. 13.Makiety układów elektronicznych (wykonanie IME i ZANiD Politechniki Wrocławskiej). 14.Zestaw elementów wymiennych do makiet (R, C, diody, tranzystory, tyrystory, zwory). 15.Różnego rodzaju przewody połączeniowe, krokodylki, rozgałęźniki itp. 16.Katalogi podzespołów stosowanych w Laboratorium. II Ogólne wyposażenie Laboratorium zawiera dodatkowe urządzenia, z których najważniejsze to: 2. Komputery z oprogramowaniem do symulacji analogowych i cyfrowych układów elektronicznych. 3. Charakterograf HM 6042 prod. HAMEG. 4. Mierniki zniekształceń PZM-12 prod. ZOPAN. 5. Stanowiska wyposażone w zestawy narzędzi do wykonywania prac montażowych. Parametry przyrządów, znajdujących się w Laboratorium, podają instrukcje obsługi dostępne dla użytkowników. Posługiwanie się nimi ułatwią następujące uwagi: Zasilacz Znajdujący się na stanowisku laboratoryjnym zasilacz zawiera 4 niezależne sekcje. Zaciski masy (środkowe) wszystkich sekcji połączone są ze sobą. Każda z sekcji może dostarczać napięcia dodatniego lub ujemnego w stosunku do tej masy (rys. l), w zależności od tego, który z zacisków wyjściowych jest z nią zwarty (w celu uzyskania napięcia dodatniego zwiera się zacisk ujemny z masą, napięcia zaś ujemnego - zacisk dodatni z masą). Wartość napięcia wyjściowego: a) po wciśnięciu przycisku "OV" jest regulowana dziesięcioobrotowym potencjometrem od około 30 mv do 10 V i podana orientacyjnie przez wskaźnik na gałce tego potencjometru; b) po wciśnięciu przycisku "10 V" jest zwiększona o 10 V w odniesieniu do wartości wskazanej na potencjometrze.

2 . Rys.l. Przykładowe połączenia zwor w jednej (a, b) lub dwóch (c, d, e) sekcjach zasilacza KB w celu uzyskania napięć wyjściowych o różnej polaryzacji i wartości. Każda z sekcji zasilacza posiada ogranicznik prądu. Niezależnie od wartości napięcia wyjściowego, prąd przepływający przez obciążenie nie może mieć wartości większej niż wybrana przez włączenie jednego z przycisków. Autotransformator Sygnalizacja załączenia autotransformatora jest wykonana w postaci neonówki, umieszczonej w obwodzie wejściowym (rys. 2), tzn. neonówka świeci także wówczas, gdy przepalony jest bezpiecznik w obwodzie wyjściowym. Rys.2. Schemat ideowy autotransformatora KR 9303 Generator Obsługując generator należy zwrócić uwagę na kilka szczegółów: a) napięcie wyjściowe generatora może być dziesięciokrotnie zmniejszane skokowo (wciśnięcie przycisku obok gniazda wyjściowego) oraz regulowane płynnie potencjometrem, b) regulacja offsetu (poziomu odniesienia) pozwala na uzyskiwanie przebiegów wyjściowych, które są sumą składowej stałej i zmiennej (rys. 3), Rys. 3. Regulacja offsetu napięcia wyjściowego generatora c) regulacje wypełnienia (tylko dla sygnałów prostokątnych) pozwala na uzyskanie napięcia wyjściowego o różnym stosunku czasu trwania impulsu do okresu przebiegu (rys. 4), Rys.4. Impulsy prostokątne o różnym wypełnieniu

3 d) wejścia oznaczone jako FM i AM służą do wprowadzania dodatkowego sygnału modulującego częstotliwościowe lub amplitudowo sygnał wyjściowy generatora (rys. 5). Rys. 5. Zasada modulacji sygnału wyjściowego generatora KZ Generator z sygnałem wyjściowym modulowanym częstotliwościowo w połączeniu z oscyloskopem może pełnić rolę wobuloskopu i dawać możliwość łatwego badania amplitudowo-częstotliwościowych charakterystyk układów. Multimetry cyfrowe Tylko multimetry cyfrowe V 543 mierzą wartość quasi-skuteczną napięcia przemiennego. Pozostałe multimetry mierzą wartość średnią, a wszystkie są wykalibrowane w jednostkach wartości skutecznej dla sygnałów sinusoidalnych. Wartość dodatkowego błędu metody, dla różnych typów multimetrów przy pomiarze napięć niesinusoidalnych, podano w tab. l. Tabela l. Multimetry V 543 i V 553 mają obwód wejściowy izolowany od masy i umieszczony wewnątrz ekranu ochronnego. Ekran taki mają z reguły wszystkie przyrządy o dużych czułościach i dokładnościach (zwłaszcza woltomierze i multimetry cyfrowe) Od użytkownika zależy czy ekran ten zostanie właściwie wykorzystany. Gdy nie rozumie on celu stosowania ekranu należy się spodziewać, że pozostawi go niepodłączony lub zewrze z uziemieniem miernika. Żadne z tych rozwiązań nie daje pozytywnych wyników z punktu widzenia minimalizacji wpływu zakłóceń, działających w układzie razem z sygnałem użytecznym (mierzonym). W celu wykorzystania do maksimum możliwości (zalet) ekranu ochronnego powinno się przestrzegać następującej reguły: Ekran ochronny powinien być zawsze tak podłączony, aby przez rezystancje wejściowe miernika nie mogły płynąć prądy, wywołane źródłami sygnałów zakłócających.

4 Typową strukturę obwodu pomiarowego, z wykorzystaniem miernika z ekranem ochronnym, przedstawiono na rys. 6. Zaciski Hi (High) i Lo (Low) są zaciskami wejściowego przetwornika pomiarowego. Zacisk G (Guard) jest zaciskiem ekranu ochronnego (osłony). Zacisk "ziemia" jest wyprowadzeniem lokalnego uziemienia obwodów pomiarowych miernika. Punkty uziemienia źródła mierzonej wielkości i miernika mogą nie być ekwipotencjalne. Występujące między nimi napięcie U to źródło sygnału niepożądanego, którego wpływ na wynik pomiaru powinien być w maksymalnym stopniu zniwelowany. Rys. 6. Obwód pomiarowy z miernikami, posiadającymi ekran ochronny - osłonę G. Także źródło sygnału mierzonego U X może w pewnych wypadkach znajdować się na potencjale uziemienia lokalnego. Napięcie U Z ma w takiej sytuacji również charakter zakłócenia i jego wpływ na wynik pomiaru wartości sygnału U X powinien być minimalizowany. Powstaje zatem problem znalezienia najlepszego sposobu połączenia ekranu ochronnego. Celem jest minimalizacja wpływu obu źródeł sygnału zakłócającego: U Z i U X na wynik pomiaru. Jego realizacja sprowadza się do redukcji na wejściu miernika składowej napięcia, spowodowanej działaniem obu źródeł pasożytniczych. Pięć możliwych sposobów połączeń pokazano na rys Multimetr V 560 ma obwody prądowe zabezpieczone bezpiecznikami topikowymi, umieszczonymi wewnątrz obudowy. Przeciążenie przyrządu i spalenie bezpiecznika powoduje zerowe wskazanie na polu odczytowym.

5 Rys. 7. Osłona została połączona z zaciskiem Lo. Prąd wywołany źródłami sygnałów niepożądanych U Z i U G, płynąc przez impedancje R C1 i R C2, R L1, Z 1, Z 2, powoduje powstanie napięcia pomiędzy zaciskami Hi i Lo. Osłona G nie daje zatem w tej sytuacji zabezpieczenia ani przed U Z ani przed U G. Rys. 8. Osłona została połączona z lokalnym uziemieniem miernika. Skutki, jak w przypadku z rys. 7. Rys. 9. Osłona nie jest podłączona do żadnego punktu układu pomiarowego. Skutki, jak w przypadku z rys. 7.

6 Rys. 10. Osłona została połączona z uziemieniem przy źródle. Wyeliminowano dzięki temu wpływ zakłócenia U G, ale prąd wywołany źródłem U Z powoduje powstanie napięcia między zaciskami Hi i Lo. Osłona nie daje żadnego zabezpieczenia przed U Z. Rys. 11. Osłona została podłączona do końcówki źródła U X. W tym wypadku prąd I Z+G wywołany źródłami U Z i U G, nie płynie przez obwody wejściowe miernika. Jest to rozwiązanie najlepsze! Multimetr analogowy Multimetr analogowy V 640 wymaga zerowania każdorazowo przed rozpoczęciem pomiarów.. W tym celu należy zewrzeć wejście, włączyć podzakres 1,5 mv oraz przycisk " + " lub "-" i ustawić pokrętłem "zero DC" zerowe wskazanie miernika. Podczas pomiarów rezystancji należy dodatkowo, po przełączeniu na właściwy zakres pomiaru rezystancji, wyzerować omomierz pokrętłem "zero R". Za pomocą przycisków "+" i "-" można zmienić polaryzację napięcia pomiarowego omonierza. Pomiar napięć i prądów zmiennych, przy częstotliwości sygnału do 20 khz, prowadzi się przy wciśniętym przycisku "LF". Przyrząd mierzy wartość średnią sygnału, a wykalibrowany jest w jednostkach wartości skutecznej. Wynikający stąd błąd metody podano w tab. l. Podczas mierzenia sygnałów o f > 20 khz, należy korzystać z dodatkowej wejściowej sondy w.cz., a na płycie czołowej miernika wcisnąć przycisk "HF". Przyrząd mierzy wówczas wartość szczytową sygnału, a wykalibrowany jest w jednostkach wartości skutecznej i błąd metody może być większy niż przy m.cz. - nie stanowi to jednak poważnego problemu ze względu na stosunkowo duży błąd podstawowy miernika (patrz fabryczna instrukcja obsługi przyrządu). Oscyloskopy

7 Oba typy oscyloskopów, stosowanych w Laboratorium, są jednostrumieniowe i dwukanałowe. Przełączanie kanałów odbywa się przez siekanie (CHOP) lub przemiennie (ALT) (rys. 12). Rys. 12. Zasada przełączania kanałów wejściowych w oscyloskopie: a) siekanie (CHOP), b) praca przemienna (ALT) Pracę siekaną stosuje się przy niższych częstotliwościach sygnału wejściowego (f < kilku khz), a przemienną przy wyższych. Pracę dwukanałową uzyskuje przez wciśnięcie jednego z przycisków ALT lub CHOP w oscyloskopie DT 6620; w oscyloskopie HM należy wcisnąć do pracy przemiennej (ALT) przycisk DUAL, do pracy siekanej (CHOP) przyciski DUAL + ADD. Oprócz pracy dwukanałowej możliwa jest oczywiście praca oscyloskopów po podaniu sygnału tylko na jeden kanał, wybrany odpowiednim przyciskiem. Można też na ekranie obserwować sygnał, będący sumą lub różnicą napięć podanych na oba wejścia - należy wcisnąć przycisk ADD, wybierając odpowiednią polaryzację napięć wejściowych. W ocyloskopie DT 6620 możliwe jest odwrócenie polaryzacji sygnału tylko z kanału II poprzez wciśnięcie przycisku POL +/- ; w oscyloskopie HM można zrobić inwersję napięcia w obu kanałach używając przycisków odpowiednio INV. CHI lub INV. CH II. Oba kanały w oscyloskopach wyposażone są w przełączniki, umożliwiające włączenie na wejście kondensatora separującego C (rys. 13). Jego użycie (pozycja "AC" przełącznika) pozwala na usunięcie składowej stałej z przebiegu wejściowego. Separacji tej nie można jednak stosować wtedy, gdy częstotliwość sygnału wejściowego jest mniejsza niż około 10 Hz, bowiem ładowanie i rozładowanie kondensatora powoduje zniekształcenie (różniczkowanie) obserwowanego przebiegu (rys. 14). Rys.13. Schemat przełączników na wejściu każdego z kanałów oscyloskopu Rys. 14. Zniekształcenia obrazu na ekranie oscyloskopu przy podawaniu napięcia wejściowego o małej częstotliwości przez kondensator separujący

8 Dodatkowy przełącznik GD (lub "ON-GDN") umożliwia odłączanie wejścia oscyloskopu od źródła mierzonego sygnału oraz zwieranie go do masy (rys. 13), co ułatwia sprawdzanie początkowego położenia linii (punktu) na ekranie oscyloskopu. Przy dużych częstotliwościach obserwowanych sygnałów (f > 100 khz) istniejąca pojemność wejściowa oscyloskopu i dodająca się do niej pojemność kabla powodują, że napięcie podane na oscyloskop zostaje scałkowane, co zniekształca obserwowany obraz, jak na rys. 15. Podawanie sygnału wejściowego poprzez skompensowaną sondę RC 512A poprawia wierność oglądanych przebiegów (pojemność wejściowa sondy 16 pf), chociaż zmniejsza dziesięciokrotnie czułość oscyloskopu (rys. 16). Rys. 15. Zniekształcenia obrazu na ekranie oscyloskopu przy obserwacji sygnałów dużej częstotliwości bez sondy wejściowej Rys. 16. Sonda RC o tłumieniu 1:10. a) zasada działania, b) porównanie charakterystyk przenoszenia układu wejściowego oscyloskopu z sondą i bez sondy Uzyskanie stabilnego obrazu na ekranie oscyloskopu wymaga włączenia układu synchronizującego, zapewniającego "współbieżność" częstotliwości sygnału podstawy czasu z częstotliwością napięcia wejściowego, która nigdy nie jest idealnie stała. Przy pracy jednokanałowej stabilniejszy obraz uzyskuje się, jeśli wykorzystuje się kanał pierwszy ( CH I ). Poziom zadziałania układu wyzwalania (synchronizującego) reguluje się pokrętłem "Level. Rezystory dekadowe Posługując się dekadowymi rezystorami należy zwrócić baczną uwagę, aby nie przekroczyć dopuszczalnego prądu, przepływającego przez wybrane ich sekcje. Rezystory DR 5a-16 mają precyzję 0,05%, ale tylko dla prądu stałego; dla prądu zmiennego istnieje duży wpływ parametrów resztkowych (pojemności i indukcyjności), powodujących zależność impedancji rezystorów od częstotliwości. Rezystory te powinno się używać wyłącznie w obwodach prądu stałego, bowiem włączenie ich w obwód wzmacniacza może doprowadzić nawet do wzbudzenia układu. Mierniki częstotliwości Mierniki częstotliwości PFL-34 i KZ 2133 są przystosowane do mierzenia częstotliwości sygnałów sinusoidalnych; przy sygnałach prostokątnych mogą wystąpić drgania w obwodach wejściowych przyrządu, wywołujące niepoprawne wskazania. Obsługa pozostałego, znajdującego się na stanowisku, standardowego wyposażenia nie wymaga na ogół dodatkowych wyjaśnień.

9 Zestaw wymiennych elementów do makiet zawiera: 1. Rezystory stałe metalizowane o mocy 0,25 W lub 0,5 W, tolerancji ±5% i wartościach nominalnych: 15,27,33,56,75,82,12O,18O,240,270,330,390,470,480,750 Ω; 1,2; 1,6; 1,8; 2,0; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2 kω; 10, 12, 15, 18, 27, 33, 47, 56, 68, 82 kω; 100, 220, 470, 680, 820, 2000, 3300 kω. 2. Rezystory nastawne o mocy 0,1 W lub 0,25 W i wartości maksymalnej: 100 Ω, l kω, 10 kω, 22 kω, 100 kω i 500 kω; tolerancja ±20%. 3. Kondensatory o napięciu dopuszczalnym min. 25 V i tolerancji ±20% a) elektrolityczne: 100 µf, 22 µf, 4,7 µf; b) polistyrenowe, poliestrowe, mikowe lub ceramiczne: 470; 100; 22; 10; 2,2; l nf oraz 220, 47, 10 pf. 4. Diody BZP C6V8 i BAVP Tranzystory i tyrystory BC 107, BC 147, BC 157, BC 211, BD 135, BF 245, BD 254, BD 255, 2N3055, BTP 10/200, KT 206/200, KT 207/600. Oprócz podanych wyżej elementów, przeznaczonych na każde stanowisko, istnieje w Laboratorium dodatkowy zestaw, obejmujący rezystory, kondensatory, diody i układy scalone, stanowiący uzupełnienie zestawów standardowych. Istnieje również możliwość zamontowania na wymiennych wtykach dowolnych elementów biernych lub czynnych, jeżeli będzie to pożądane w celu przeprowadzenia określonych eksperymentów w Laboratorium. Opracowali: EN & JN