Polimetroa. Osziloskopioa. Elikatze-iturria. Behe-maiztasuneko sorgailua.

Transcript

1 Elektronika Analogikoa 1 ELEKTRONIKA- -LABORATEGIKO TRESNERIA SARRERA Elektronikako laborategian neurketa, baieztapen eta proba ugari eta desberdinak egin behar izaten dira, diseinatu eta muntatu diren zirkuituen funtzionamendua egokia dela ziurtatzeko. Horretarako, oinarrizko tresna hauek behar dira: Polimetroa. Osziloskopioa. Elikatze-iturria. Behe-maiztasuneko sorgailua. 1.. POLIIMETROA Polimetroak ( tester ingelesez), bere izenak adierazten duenez, hainbat magnitude neurtzeko balio du. Gehienetan neurtzen diren magnitudeak hauek dira: Korronte zuzenaren tentsioa (V). Korronte zuzenaren intentsitatea (I). Korronte alternoaren tentsioa (V). Korronte alternoaren intentsitatea (I). Erresistentzia elektrikoa (Ω). Bestalde, gutxiagotan bada ere, polimetroa beste magnitude batzuk neurtzeko ere erabil daiteke: seinale elektrikoen maiztasuna (f); kondentsadoreen kapazitatea (C); dezibelak (db); argiaren fluxua (luxa); tenperatura (T), eta beste zenbait. 9

2 .Elektronika-laborategiko tresneria Polimetroaren bidezko neurketak Polimetroak, lehen esan dugunez, erresistentzia elektrikoa, korronte elektrikoaren intentsitatea eta tentsioa neurtzeko erabiltzen dira, eta magnitude horiek neurtzeko garaian honakoak izan behar ditugu kontuan: Erresistentzia: Zirkuituak elikatu gabe egon behar du eta polimetroaren konexio- -puntak neurtu nahi dugun elementuarekin paraleloan aplikatuko dira. Tentsioa: Zirkuitua elikatu ondoren, konexio-puntak paraleloan ezarriko dira neurtu nahi dugun tentsioaren bi puntutan. Intentsitatea: Zirkuitua elikatuta dagoelarik eta korrontea zein puntutan neurtu nahi dugun erabaki ondoren, puntu horretan zirkuitua ireki egingo da eta bi konexio-puntak seriean tartekatuko dira. Neurketa hau da arriskutsuena polimetroarentzat. Ampereak neurtzeko prestatu ondoren bi konexio-buruen artean potentzial-diferentzia ezarriko bagenu, barne-zirkuituak (edo babes- -fusiblea) hondatu egingo lirateke. Zenbait modelotan tentsioa neurtzeko konexio-buru aktiboa (gorria) ez da konektatzen intentsitatea eta erresistentzia neurtzeko erabili den borne berean, beste batean baizik. Oro har, neurtu nahi den magnitudea edo funtzioa aukeratzeko teklak daude (Ω, V, A...). Bestalde, eskalaren maila aukeratzeko teklak daude (maila automatikoki aukeratzeko tekla barne). A R B R + V + A R Ω + E=15V + E=15V a) Erresistentzia balioaren neurketa. b) Tentsio eta intentsitatearen neurketa adibideak. Polimetro digitala Polimetro digitalak irakurterrazak, erabilgarriak, gogorrak eta doitasun handikoak dira. Neurrien emaitzak erakusteko kristal likidozko pantaila (LCD) erabiltzen dute. Voltmetro digitalak neurtzen duen tentsioa zuzena denez, beste magnitude batzuk neurtzeko zirkuitu lagungarriak behar ditu. Bestalde, neurketaren balioaren arabera, kommutadore-hautagailu bat beharrezkoa du seinale handiak edota txikiak egokitzeko. (1. irudia) Horrela, gauza asko adierazteko gai dira, hala nola, zeinuak, bateriaren egoera, etab. Bestalde erresistentzia 0Ω dela (jarraikortasun elektrikoa) adierazteko, txistua jotzen dute, eta maila logikoak adierazteko ikurrak ere izaten dituzte irudia. Polimetroaren bidezko neurketak.

3 Elektronika Analogikoa Sarrera - I = V = I ~ V~ Voltmetro digitala (Liquid Cristal Display) 2. irudia. Polimetro digitalaren bloke-diagrama Korronte zuzenaren, korronte alternoa edota erresistentzien balioak neurtzeko, polimetro barruko hainbat zirkuituk hartzen dute parte. Voltmetro digitala korronte zuzenaz elikatzen denez, korronte zuzeneko magnitudeak neurtzeko ez da aldaketa handirik egin behar. Korronte alternoko neurketak egiteko, ordea, lehenik eta behin magnitudeak korronte zuzenera eraldatu behar dira. Irudiko polimetroak, ohiko neurketak egiteaz gain, kondentsadoreen C kapazitatea nahiz transistoreen β irabazpena neurtzeko aukera ematen du. 3. irudia. Polimetro edo multimetro digitala. Polimetro analogikoa Polimetro analogikoak gero eta gutxiago erabiltzen dira, digitalek errendimendu hobea dute eta. Instrumentazio analogiko guztien oinarria galvanometroa da. Osagai elektromagnetiko horrek orratz bat eskala graduatuan mugiarazten du. Neurketaren emaitza voltmetro analogikoaren orratz mugikorraren bidez adierazten du, eta neurtu nahi dugun magnitudearen balioa mailakatutako karatulan irakur daiteke. 4. irudia. Polimetro analogikoa. 11

4 .Elektronika-laborategiko tresneria Ezaugarri orokorretatik aparte, polimetroen kalitat a adierazten diguten ezaugarriak hauek dira: Sentikortasuna: Eskalaren bukaeraraino desbideratzeko behar duen seinalerik txikiena. Normalean, ohm/volt (Ω/V) erara adierazten da. Barne -erresistentzia: Haril higikorraren hariaren erresistentziaren araberakoa da. Doitasuna: Zenbat eta handiagoa izan, hainbat eta gehiago hurbilduko da egiazko baliora. 2.. OSZILOSKOPIOA Seinale elektriko edota elektronikoak neurtzeko tresna garrantzitsuena da eta denboraren arabera erakusten digu seinalea pantailan. Seinaleen itxura erakusten digu eta bertatik seinaleen balioak atera ditzakegu. Oro har, osagai hauek ditu: katodo-izpien hodia, anplifikadore bertikala, anplifikadore horizontala, bi elikatze-iturri eta denbora-oinarria. 2.1 KATODO-IZPIEN HODIA Hauxe da osziloskopioaren gailurik garrantzitsuena. Seinale elektrikoen itxura erakustea da bere eginkizuna. Pantaila fosforeszentean puntu argitsu eta mugikor batek marraztuko ditu seinaleak. Gailu honen osagai nabarmenenak hauek dira: harizpia eta katodoa, kontroleko saretxoa, anodo azeleratzaileak eta plaka desbideratzaileak. Anodo azeleratzaileak Plaka desbideratzaile horizontalak Elektroi- -izpiak Harizpia Katodoa Kontroleko saretxoa Plaka desbideratzaile bertikalak 5. irudia. Osziloskopioaren hodi katodikoa 12

5 Elektronika Analogikoa Harizpia eta katodoa Hodi katodikoan elektroi-izpiak sortzeko behar diren elektroiak ekoizten dituzte. Elementu horiek elektroi-lainoa sortzen dute eta gero pantaila fosforeszentean seinalea marraztuko dute. Harizpiari tentsioa aplikatutakoan gori-gori jartzen da, katodoa berotu egiten du, eta horrek, material termoionikoz egina dagoenez, elektroiak igortzen ditu. (4. irudia) Kontroleko saretxoa Saretxoaren betekizuna elektroien kopurua mugatzea da. Tentsio elektriko negatibora (0 eta 50V bitartekora) konektaturik dago, eta tentsio horren arabera, elektroi gehiago edo gutxiago utziko du pasatzen. Zilindro-itxura du eta bere barruan harizpia/katodoa multzoa dago (5. irudia). 6. irudia. Harizpi, katodo eta saretxoaren multzoa. Harizpia Katodoa Kontroleko saretxoa e - e - e - e - Elektroi-lainoa Anodo azeleratzaileak Horien betekizuna elektroi-izpi mehe-meheak lortzea da. Horrela, pantailan puntu zehatz bat marraztuko dute. Plaka desbideratzaileak Plaka par bertikalak eta beste pare horizontalak osatzen dute multzo hau. Pantailan azalduko den puntuaren mugimendua kontrolatzen dute, elektroi-izpien norabidea, aplikatzen zaien tentsioaren polaritatearen eta balioaren arabera, aldatuz. 2.2 ANPLIFIKADORE BERTIKALA Plaka desbideratzaile bertikalei aplikatzen zaizkien seinaleak anplifikatzen ditu, plaken artean pasatzen diren elektroi-izpiek desbideratze egokia izan dezaten eta pantailan seinaleak ondo irudika daitezen. Maiztasun desberdineko seinaleak anplifikatu behar dituenez, banda- -zabalera handikoa izan behar du. Osziloskopioaren aurreko aldean dagoen anplitudea finkatzeko aginteak (V/cm) aldarazten du bere balioa. 2.3 ANPLIFIKADORE HORIZONTALA Anplifikadore bertikalak duen zeregin bera du, baina horizontalean. Osziloskopioaren aurreko aldean dagoen denbora-oinarriko aginteak (s/cm) aldarazten du bere balioa eta, horrekin batera, pantailan ikusten dugun irudiaren zabalera. 13

6 .Elektronika-laborategiko tresneria 2.4 BARNE-ELIKADURA Batetik, katodo-izpien hodia goi-tentsioaren bidez elikatu behar du (3.000V ingurukoa) elikatze-iturri batek. Bestetik, beste elikatze-iturri batek osziloskopioko barne-zirkuituetako elementu erdieroaleek behar dituzten tentsio zuzen egokiak ere sortu behar ditu. 2.5 DENBORA-OINARRIA Zerra-hortzen sorgailua da, eta bere maiztasuna eta anplitudea aldatu egiten dira anplitude eta denbora-oinarriko aginteen bidez. Pantailan azalduko den seinalearen parametroekin sinkronizatuta egongo da eta, horrela, pantailako seinalea finkaturik ikusiko da. 2.6 OSZILOSKOPIO-ESKAINTZA Merkatuan eskaintza zabala topa daiteke. Promax, Alecop, Hameg eta beste zenbait etxeren eskaintza horretarako prestatutako web orrietan ikus daiteke. Honako hau osziloskopio arrunta dugu; bi seinale irudikatzeko eta osagaiei testa egiteko aukera ematen du, besteak beste. 7. irudia. HAMEG etxeko oszioloskopio konbentzionala. 2.7 NEURKETAK OSZILOSKOPIOAZ Osziloskopioaz tentsioak nahiz denborak neur daitezke. Osziloskopioak eskaintzen dituen aukerak aztertzeko, alboko irudia erabiliko dugu. Irudi honetan, ahultzailearen eta denbora- -oinarriaren kokapena adierazi da. Denbora-oinarria: t/zat = 1ms Ahultzailea: V/ZAT = 10V 8. irudia. Osziloskopioan jasotako bi seinaleri dagozkien uhinak. 14

7 Elektronika Analogikoa Ahultzaileak markatzen duen balioa eta seinaleak ardatz bertikalean adierazitako koadrotxo-kopurua biderkatuz neurtzen da tentsioa. Neurketa hori egin aurretik, lerro adierazlea, Y position potentziometroaz, pantailako erdialdeko marrara (y=0) doitzea komeni da. Horretarako, AC-DC-GND kommutadorea GND posizioan jartzen da. ADIBIDEA: Kalkulatu aurreko irudian jasotako seinalean adierazitako V max tentsioaren balioa. Seinaleak zero mailatik (y=0) balio maximora betetzen duen N koadrotxo-kopurua hiru da, eta, beraz, ahultzaileak markatzen duen balioa V/ ZAT =10V izanik: V max =N. V/ ZAT = = 30V Nahi izanez gero, hemendik aterako genituzke V RMS tentsioaren balio efikaza, V bat batez besteko tentsioa, eta abar. Seinalearen periodoa neurtzeko antzeko prozesua behar da. Periodoa denbora-oinarriak markatzen duen balioa eta seinaleak ardatz horizontalean adierazitako koadrotxo-kopurua biderkatuz neurtzen da. Neurketa hori egiteko, uhinak zero balioa duen gune hori, X position potentziometroa mugituz ardatz bertikal batera doitzea komeni da, neurketa ziur egiteko. ADIBIDEA: Kalkulatu goialdeko irudian jasotako seinalean adierazitako Periodoaren balioa. Seinalearen ziklo batek ezkerretik eskuinera betetzen duen N koadrotxo-kopurua zortzi da, eta, beraz, denbora-oinarriak markatzen duen balioa t/ ZAT =1ms izanik: Periodoa = N. t/ ZAT = = 8ms Nahi izanez gero, hemendik aterako genuke seinalearen f maiztasuna. f = Hz 3 T = 8.10 = Osziloskopioaz sarritan egiten den beste neurketa bat bi seinaleren arteko desfasearena da. Desfase hori neurtzeko, bi seinaleak zerotik, eta noranzko berean, pasatu bitartean dauden koadrotxoak neurtzen dira X ardatzean. Neurtutako balio hori desfase-denbora da, jakina, eta magnitude hori ez da segundotan neurtzen, gradutan baizik. Ondorioz, hiruko erregela erabili behar da. 15

8 .Elektronika-laborategiko tresneria ADIBIDEA: Berriro ere arestian marraztutako irudira joz, kalkulatu bi seinaleen arteko desfasea. Bi seinaleak y=0-tik noranzko berean pasatzean, bien artean dagoen koadrotxo-kopurua bat da, eta, beraz, denbora-oinarriak markatzen duen balioa t/ ZAT =1ms izanik: Desfase-denbora= N. t/zat = = 1ms 8ms 360º 1ms X 360 º.1 ms desfasea = 8 ms = 45 º ARIKETAK 1. Kalkula itzazu irudiko seinalearen Vmax eta maiztasuna, osziladorearen ahultzailea eta denbora-unitatea, hurrenez hurren, V/ ZAT =2V eta t/ ZAT =15ms posiziotan doituta badaude. 2. Marraztu seinale sinusoidala, V/ZAT=1V eta t/ ZAT =5µs izanik, bere maiztasuna 100kHzekoa eta balio efikaza 3,53V-ekoa bada. Kalkulatu eta irudikatu aldiuneko tentsioaren balioa t=7µs denean. Maiztasun-patroi batetik abiatuz, bi seinaleren arteko desfasea nahiz maiztasuna detekta daiteke Lissajousen irudiak erabiliz. Metodo hori erabiltzeko, seinale bat sarrera horizontalean eta bestea bertikalean sartu behar dira. Ondoren, XY funtzioa aktibatuz gero, KIHren pantailan uhin berezi batzuk irudikatuko dira bi seinaleen arteko desfasearen arabera. Irudi horiek desfasearen balioaz informatzen dute, hain zuzen ere. 16

9 Elektronika Analogikoa Azpialdeko irudietan, zenbait desfase-angeluri dagozkion irudiak marraztu dira. Irudi horiek adierazitako desfasea kalkulatzeko ondorengo adierazpena dugu: α = B arc sin A A B 9. irudia. a desfase-angelua kalkulatzeko erabili beharreko adierazpenaren jatorria. Hona hemen Lissajousen oinarrizko irudiak eta bakoitzari dagokion desfase-angelua: A A A B B B 0º-tako desfasea 25º-tako desfasea 35º-tako desfasea A B A B A B 90º-tako desfasea 155º-tako desfasea 180º-tako desfasea 10. irudia. a desfase-angelu zenbaiten Lissajousen irudi baliokideak. Maiztasuna neurtzeko, seinaleak X eta Y ardatzak zenbat aldiz ebakitzen dituen zenbatzen da. Bi emaitza horiek elkarrekin zatituz gero, maiztasun-erlazioa lortzen da. Irudian ikus daitekeenez, jakina, uhindurak ezberdinak dira desfasearen eta maiztasunaren arabera. 17

10 .Elektronika-laborategiko tresneria Maiztasun erlazioa 1:2 0º-ko desfasea Maiztasun erlazioa 1:2 90º-ko desfasea Maiztasun erlazioa 1:3 0º-ko desfasea Maiztasun erlazioa 1:3 90º-ko desfasea Maiztasun erlazioa 1:4 0º-ko desfasea Maiztasun erlazioa 1:4 90º-ko desfasea 11. irudia. a desfase angeluaren eta maiztasunaren araberako Lissajousen irudiak. 2.8 OSAGAIAK EGIAZTATZEKO IRUDIAK OSZILOSKOPIOAN Hainbat osziloskopiok osagaiak egiaztatzeko aukera ematen dute. Osagai bat lotzen zaionean, osagai horri atxikiriko irudia pantailaratzen du. Egiaztapen-lan horretarako, osziloskopioaren COMPONENT TESTER funtzioa aktibatu behar da, INTEN, FOCUS eta X POS funtzioak zainduz. 18

11 Elektronika Analogikoa a) Osagai solteen irudiak: Zirkuitulaburra 510Ω-eko erresist. Sareko transform. primarioa 33µF-ko kondents. b) Transistore solteetako terminalen arteko irudiak: B-C lotura B-E lotura E-C lotura FET c) Diodo solteen irudiak: Zener 7V-etik behera Zener 7V-etik gora Siliziozko diodoa Germaniozko diodoa Artezgailua Tiristorea, G eta A kon. 12. irudia. Zenbait osagai elektronikori dagozkion irudiak. 19

12 .Elektronika-laborategiko tresneria 3 ELIKATZE--ITURRIA Zirkuitu elektronikoek funtziona dezaten behar dugun potentzial-diferentzia emango digun gailua dugu. Sarreran sareko korronte alternoa aplikatuz (220V), irteeran korronte zuzena ematen du, eta balioa 5V-etik 30V-erainokoa izan daiteke. Batzuek irteera aldakorra izaten dute balio minimo eta maximo baten artean. Sarrerako ezaugarri teknikoak: Sarrerako tentsioa: Sareko seinalearen balio efikaza (220V). Sarrerako seinalearen maiztasuna: Europan 50Hz. Kontsumoa: Irteeran aplikatzen zaion kargaren menpe dago. Maximoa. Irteerako ezaugarri teknikoak: Irteerako tentsioa: Balio finkoa edo minimo eta maximo baten artean alda litekeena. Korronte maximoa: Aplikaturiko kargari eman diezaiokeen handiena. Egonkortasuna: Irteerako tentsioaren gorabeherak sarrerako tentsioa edo aplikaturiko karga aldatzen denean. 13. irudia. Elektronika-laborategian izan ohi diren elikatze-iturrietako mota bat. ARIKETA: Ingura itzazu laborategian 24V-era doitutako elikatze-iturri bat, 220/24V-eko transformadore bat, polimetroa eta osziloskopioa. Tresneria hori erabiliz, osatu ondorengo taula. Azal ezazu bi kasuetan neurtu diren balioak zein motatakoak diren. POLIMETROA OSZILOSKOPIOA 24V-eko elikatze-iturria. 220/24V-eko transformadorea. 20

13 Elektronika Analogikoa 4 BEHE--MAIZTASUNEKO SORGAILUA Gailu honek zirkuitu elektronikoak doitu eta horien funtzionamendua egiaztatzeko behar ditugun seinaleak sortzen ditu. Seinale horiek, sinusoidalak, triangeluarrak edota karratuak izan daitezke, eta anplitudean (0V-etik 15V ingururainokoak) eta maiztasunean (0Hz-etik hasi eta MHz-erainokoak) aldakorrak dira. Aginteak: Seinale-mota aukeratzeko teklak. Tentsio-maila aldatzeko agintea. Maiztasuna aukeratzeko teklak (doitasun handikoa bat eta txikikoa bestea). Irteerak: Seinale sinusoidala, triangeluarra edota karratua ematen duena. (600Ω-eko irteerako inpedantzia duena) TTL mailakoa (zirkuitu logikoentzat 5V-eko seinale karratuak). 14. irudia. BMS digital honek ematen dituen uhinen ezaugarriak pantailaratzen ditu. 21

14 .Elektronika-laborategiko tresneria 5 AUTOEBALUAZIOA 1) Polimetro analogikoan ez bezala, digitalean neurketa: a) Zuzenean egiten da. b) Kalkulu matematikoren bat eginez burutzen da. c) Beti paraleloan burutzen da. 2) Polimetro digitalek zirkuitu lagungarri bat behar dute: a) Tentsio zuzenak lortzeko. b) Tentsio alternoak lortzeko. c) Korronte zuzenak lortzeko. 3) Instrumentu analogikoaren oinarria: a) D/A bihurgailua da. b) Polimetroa da. c) Galvanometroa da. 4) Neurketarako osagai baten sentikortasunak honakoa adierazten du: a) Sendotasuna. b) Kalitatea eta doitasuna. c) Neurtzeko gai den magnitude-kopurua. 5) Neurtu nahi den tentsioaren balioa ezagutzen ez denean, polimetroaren zein eskala hautatu behar da? a) Txikiena. b) Handiena. c) Tarteko eskala bat. 6) Neurketa ahalik eta doitasun handienaz egiteko, hautatu behar den eskala: a) Balioa baino bat handiagoa. b) Berdin dio. c) Balioa baino bat txikiagoa. 7) Osziloskopioaren Katodo Izpien Hodiaren (KIH) zeregina: a) Seinale elektrikoa ikusteko modukoa bihurtzea da. b) Plaka desbideratzaileetan aplikatutako seinalea handitzea da. c) Irudia pantailaratzea da. 8) Osziloskopioan, arazorik gabe ikus daitezke ondorengo seinaleak: a) 10MHz-ekoa. b) 100GHz-ekoa. c) Aurreko bi erantzunak zuzenak dira. 9) Osziloskopioaren zunden bitartez: a) Zirkuituko edozein ataletako tentsioak irudika daitezke. b) Zirkuituko edozein ataletako korronteak irudika daitezke. c) Aurreko bi erantzunak zuzenak dira. 10) Osziloskopioan, bi neurketa egin daitezke aldi berean bi zunda erabiliz, baina: a) Bakoitzaren aktiboak lotu behar dira. b) Bakoitzaren masak lotu behar dira. c) Masa bakar bat lotu behar da zirkuituarekin. 22