PRAKTIKUM ELEKTRONIKE (upute za vježbe)

Transcript

1 FILOZOFSKI FAKULTT U RIJI ODSJK ZA POLITHNIKU PRAKTIKUM LKTRONIK (upute za vježbe) Ime i prezime: Rijeka, 2008.

2 SADRŽAJ Vježba 1: Upoznavanje s oznakama i parametrima osnovnih elektroničkih elemenata 1.1. Određivanje parametara otpornika Određivanje parametara kondenzatora Određivanje parametara dioda Određivanje parametara bipolarnih tranzistora Vježba 2: ipolarni tranzistor kao sklopka 2.1. Projektna ploča GL Spoj bipolarnog tranzistora kao sklopke Vježba 3: Niskofrekventni oscilator 3.1. Niskofrekventni oscilator (zujalica) Vježba 4: Astabil - izvedba pomoću bipolarnih tranzistora 4.1. Princip rada astabila zasnovanog na bipolarnim tranzistorima Vježba 5: Astabil - izvedba pomoću integriranog sklopa N Princip rada astabila zasnovanog na integriranom sklopu N

3 VJŽA 1 Upoznavanje s oznakama i parametrima osnovnih elektroničkih elemenata 1.1 Određivanje parametara otpornika Otpornici su pasivni elektronički elementi čiji je osnovni zadatak stvaranje električnog otpora u strujnim krugovima. Za njihovu se izradu koriste materijali s vrlo visokim specifičnim otporom kao što su npr. grafit, konstantan, cekas i sl. Otpornici se proizvode kao standardizirane komponente. Najvažniji parametri otpornika su: 1. nazivna vrijednost električnog otpora otpornika, 2. tolerancija. Nazivna vrijednost električnog otpora otpornika obilježava se na samom otporniku na dva načina: slovima i bojama. Označavanje bojama prikazano je na sljedećoj slici: 1. znamenka 2. znamenka multiplikator tolerancija oja 1. znamenka 2. znamenka Multiplikator Tolerancija rna % Smeđa % rvena % Narandžasta % Žuta % Zelena Plava Ljubičasta Siva ijela Zlatna % Srebrna % - 5 -

4 Primjer: Pretpostavimo da tražimo iznos otpora otpornika prikazanog na sljedećoj slici: 1. znamenka (žuta = 4) 2. znamenka (zelena = 5) multiplikator (crvena = 100 ) tolerancija (srebrna = 10 %) Prema podacima prikazanim u tablici, vrijednost otpora prikazanog otpornika bi bila: 1. znamenka 2. znamenka multiplikato r izračun otpora tolerancija = [Ω] 10 % Zadatak: Odrediti vrijednosti otpora otpornika koristeći se oznakama na otpornicima te provjeriti dobivene rezultate korištenjem univerzalnog mjernog instrumenta. 1. Otpornik oja prstena Otpor prema oznakama Tolerancija Izmjereni otpor Usporediti rezultate dobivene mjerenjem mjernim instrumentom i korištenjem oznaka bojama na otpornicima

5 1.2. Određivanje parametara kondenzatora Kondenzatori su pasivni elektronički elementi koji se odlikuju svojstvom električnog kapaciteta. U ovisnosti o materijalu od kojeg su napravljeni dijele se na keramičke, zračne, folijske i elektrolitske. Kondenzatori se proizvode kao standardizirane komponente. Najvažniji parametri kondenzatora su: 1. električni kapacitet, 2. radni napon, 3. tolerancija, 4. temperaturni koeficijent. Vrijednosti parametara kondenzatora napisane su na samom kondenzatoru. Napisani iznos kapaciteta (ukoliko uz njega nije napisana i jedinica) je dan u piko Faradima [pf]. Također, iznos maksimalnog napona koji kondenzator u radu može podijeti naveden je na kučištu kondenzatora. Tolerancija se na kondenzatorima označava slovima prema sljedećoj tablici: Slovo Tolerancija Slovo Tolerancija 0.1 [pf] J 5 % 0.25 [pf] K 10 % D 0.5 [pf] M 20 % F 1 % Z - 20 % do + 80 % G 2 % Temperaturni koeficijent označava koliko će se vrijednost kapaciteta kondenzatora mijenjati u ovisnosti o promijeni temperature u okolini kondenzatora. Princip označavanja je oblika slovo-brojslovo (npr. Y5P), pri čemu prvo slovo i znamenka određuju temperaturni raspon (najniža - najviša radna temperatura), dok drugo slovo označava postotak promijene kapaciteta unutar tog raspona. Detaljno značenje pojedinih oznaka dano je u sljedećoj tablici. 1. slovo temperatura broj temperatura 2. slovo promijena Z + 10 [ ] [ ] A + 1 % Y 30 [ ] [ ] % X 55 [ ] [ ] % [ ] D % [ ] % F % P + 10 % R + 15 % S + 22 % T + 22 %, 30 % U + 22 %, 30 % V + 22 %, 30 % - 7 -

6 Za primjer Y5P to znači da bi kondenzator bio predviđen za rad na temperaturama od 30 do + 85 [ ] uz promijenu vrijednosti kapaciteta do 10 %. Ukoliko je na kondenzatoru označen polaritet tada se radi o elektrolitskom kondenzatoru (obično se označava samo negativna nožica). U tom slučaju kondenzator u spojevima mora biti pravilno postavljen (označena nožica na negativnijoj strani u spoju). U slučaju da se kondenzator spoji naopako od navedenih oznaka, prilikom rada će doći do njegova oštećenja, a nakon nekog vremena bi kondenzator mogao i eksplodirati. Zadatak: Skicirati nekoliko različitih kondenzatora te odrediti njihove parametre na osnovu oznaka na kondenzatorima. Kondenzator Skica kondenzatora lektrolitski DA N DA N DA N DA N Kapacitet Napon Tolerancija Temperatura - 8 -

7 1.3 Određivanje parametara dioda Poluvodičke diode se sastoje od PN strukture koja se, pri priključenom naponu, ponaša kao električni ventil, odnosno posjeduje ispravljačka svojstva. Parametri dioda navedeni su na samim komponentama prema podacima danim u tablici. Troznamenkasti broj iza slova označava tip i ovisi o proizvođaču. Prvo slovo Ostala slova A P Y Z germanij silicij foto dioda ispravljačka dioda zener dioda Na sljedećoj slici je prikazan električni simbol za diodu te je prikazana povezanost oznake na samom elementu sa stranama diode. anoda katoda anoda katoda Zadatak: Skicirati nekoliko različitih dioda, te prema oznakama na diodama odrediti njihove parametre. Dioda Skica diode Oznake i objašnjena - 9 -

8 1.4 Određivanje parametara bipolarnih tranzistora Tranzistori spadaju među aktivne elektroničke elemente građene od poluvodiča germanija i silicija. ipolarni tranzistori se po tipu dijele na PNP i NPN tip tranzistora. Svaki tranzistor ima tri elektrode: emiter (), bazu () i kolektor (). Parametri tranzistora navedeni su na samim komponentama prema sljedećim specifikacijama: Prvo slovo Ostala slova A D F S P U T germanij silicij nisko-frekvencijski tranzistor za male snage nisko-frekvencijski tranzistor za velike snage visoko-frekvencijski tranzistor sklopni tranzistor foto tranzistor visoko-frekvencijski tranzistor unipolarni (FT) tranzistor Troznamenkasti broj iza slova označava tip i ovisi o proizvođaču. Položaj emitera, baze i kolektora se određuje prema sljedećim crtežima (pogled odozdo): Zadatak: Skicirati nekoliko različitih tranzistora te prema oznakama na njima odrediti njihove parametre. Tranzistor Skica tranzistora Oznake i objašnjena

9 VJŽA 2 ipolarni tranzistor kao sklopka 2.1 Projektna ploča GL-11 Na slici 2.1. prikazana je projektna ploča GL-11. a) Slika projektne ploče GL-11 b) Povezanost kontakata na projektnoj ploči GL-11 Slika 2.1. Projektna ploča GL-11. Osnovna prednost rada na projektnim pločama u odnosu na direktnu izgradnju elektroničkih spojeva upotrebom tiskanih pločica i lemljenja elemenata na njih je u tome što se u slučaju eventualnih grešaka u spojevima te greške lako locirati i još lakše otklanjaju (jednom zalemljene elemente nije uvijek jednostavno odlemiti bez oštećivanja njih ili tiskane pločice). Projektne se ploče i koriste upravo u svrhu ispitivanja ispravnosti elektroničkih spojeva prije nego što ih se prenese na tiskane pločice. U vježbama koje će te u praktikumu elektronike izvoditi obično se koristiti dvije projektne ploče GL-11 spojene zajedno. Prilikom spajanja elektroničkih spojeva na projektnim pločama, uvijek je najpametnije ukoliko se shema koja se spaja prenese kao "tlocrt" na projektnu ploču. U tom slučaju je u spojevima s puno elemenata moguće lako uočiti koji je od elemenata gdje te se puno lakše provodi provjera spoja u slučaju da spoj ne radi

10 2.2. Spoj bipolarnog tranzistora kao sklopke Jedan od osnovnih načina uporabe bipolarnih tranzistora je njihova uporaba kao sklopke. Na dvjema spojenim projektnim pločama spojite strujni krug prema shemi prikazanoj na slici 2.2. (pokušajte da izrađeni spoj na projektnim pločama prostorno izgleda kao što je prikazan na shemi). + 9 [V] [kω] Slika 2.2. Spoj bipolarnog tranzistora kao sklopke. Za sklopku prikazanu na slici koristite kratku žicu. Uočite što se događa s LD diodom u slučaju kada je sklopka u shemi otvorena, odnosno u slučaju kada je sklopka zatvorena. Svoja zapažanja napišite na sljedeće crte. Nadogradite spoj prikazan na slici 2.2. dodavanjem elektrolitskog kondenzatora na način prikazan na slici 2.3. (VAŽNO: obavezno obratite pozornost na polaritet kondenzatora!!) + 9 [V] [kω] 220 [μf] Slika 2.3. Nadogradnja spoja bipolarnog tranzistora kao sklopke dodavanjem kondenzatora

11 Uočite što se događa u spoju prikazanom na slici 2.3. u slučaju kada je sklopka otvorena te u slučaju kada je sklopka zatvorena. Svoja zapažanja napišite na sljedeće crte. Usporedite način na koji se LD dioda u spoju pali i gasi u slučaju kada je u spoj ugrađen kondenzator (slika 2.3.) u odnosu na slučaj kada u spoju nema kondenzatora (slika 2.2.). Svoja zapažanja napišite na sljedeće crte

12 VJŽA 3 Niskofrekventni oscilator 3.1. Niskofrekventni oscilator (zujalica) Niskofrekventni oscilator (elektronički tongenerator ili zujalica) jedan je od jednostavnijih elektroničkih sklopova koji se mogu napraviti korištenjem osnovnih elektroničkih elemenata. U njemu se bipolarni tranzistori upotrebljavaju s ciljem pojačavanja ulaznog signala. Ovako pojačan signal postaje dovoljno jak da se može čuti na zvučniku. Na slici 3.1. prikazana je elektronička shema spoja niskofrekventnog oscilatora. 0,15 μf 0,5 W 8 Ω kω ,5 V 20 kω 56 kω Slika 3.1. Shema niskofrekventnog oscilatora. Nakon što uspješno spojite prikazanu elektroničku shemu na projektnim pločama, možete pomoću potenciometra mijenjati tonalitet zvuka koji se iz zvučnika čuje. Nakon uspješnog spajanja prikazanog spoja, odgovorite na sljedeća pitanja. 1. Da li je potrebno voditi računa o polaritetu kondenzatora korištenog u spoju i zašto? 2. Koja je razlika između dvaju bipolarnih tranzistora korištenih u spoju?

13 VJŽA 4 Astabil - izvedba pomoću bipolarnih tranzistora 4.1. Princip rada astabila zasnovanog na bipolarnim tranzistorima Dioda D 1 svijetli onda kada je tranzistor T 1 otvoren. U tom je slučaju kondenzator 1 spojen preko tranzistora T 1 na negativan, a preko otpornika R 2 na pozitivan pol izvora napajanja, te se kondenzatora 1 puni, tj. napon na njemu raste. Kondenzator 2 se prazni preko baze tranzistora T 1 te drži tranzistor T 1 otvorenim. Kako je pozitivan pol kondenzatora 1 spojen na bazu tranzistora T 2, s porastom napona na kondenzatoru 1 raste i iznos napona na kojemu se nalazi baza tranzistora T 2. Kada taj napon dosegne dovoljno velik iznos, tranzistor T 2 se otvara i počinje voditi struju. Posljedica otvaranja tranzistora T 2 je protjecanje struje kroz diodu D 2, te ta dioda počinje svijetliti. Također, otvaranjem tranzistora T 2 omogućava se punjenje kondenzatora 2 preko otpornika R 3 i spoja na negativan pol izvora napajanja preko otvorenog tranzistora T 2. Kondenzator 1, koji je uzrokovao otvaranje tranzistora T 2, se preko baze tranzistora T 2 počinje prazniti, te napon na njemu pada. Nakon nekog vremena iznos napona će pasti ispod granice koja tranzistor T 2 može držati otvorenim, te se tranzistor T 2 zatvara. Za vrijeme dok je tranzistor T 2 bio otvoren, kondenzator 2 se napunio te je iznos napona dovoljan da otvori tranzistor T 1 na njemu dosegnut upravo u trenutku kada je napon na kondenzatoru 1 pao ispod nivoa neophodnog za održavanje tranzistora T 2 otvorenim. Ovo uzrokuje otvaranje tranzistora T 1 i paljenje diode D 1, te zatvaranje tranzistora T 2 i gašenje diode D 2. Nakon toga se na kondenzatoru 1 počinju stvarati naponski uvjeti za ponovno otvaranje tranzistora T 2 i ciklus se ponavlja. Na slici 4.1. prikazana je elektronička shema opisanog spoja. 100 [Ω] 100 [Ω] 100 [Ω] 100 [Ω] + 9 [V] 47 [Ω] 47 [Ω] 22 [kω] R2 R3 22 [kω] D1 220 [μf] 220 [μf] + + D2 1 2 T1 T2 - Slika 4.1. lektronička shema astabila

14 Položaj emitera, baze i kolektora tranzistora određuje se prema sljedećim crtežima (pogled odozdo): Nakon što uspješno spojite elektroničku shemu prikazanu na slici 4.1., promijenite vrijednosti otpornika R 2 i R 3 (umjesto 22 [kω] stavite otpornike od 2,2 [kω]). Uočite što se događa sa brzinom paljenja i gašenja dioda D 1 i D 2, te objasnite zašto je došlo do uočene promjene. Kako se odnosi brzina paljenja i gašenja LD dioda prema veličini otpornika R 2 i R 3?

15 VJŽA 5 Astabil - izvedba pomoću integriranog sklopa N Princip rada astabila zasnovanog na integriranom sklopu N 555 Naizmjenično titrajući svjetlosni signal izveden je pomoću integriranog sklopa N 555 koji radi kao oscilator vrlo niske frekvencije koju prate dvije diode D 1 i D 2 spojene na izlazu iz sklopa (nožica br. 3 integriranog sklopa N 555). Za rad integriranog sklopa potrebna su dva otpornika R 1 i R 2 i elektrolitski kondenzator 1. Pomoću kondenzatora 1 i otpornika R 2 možemo mijenjati frekvenciju uključivanja dioda D 1 i D 2. Otpornici R 3 i R 4 ograničavaju struju dioda D 1 i D 2, koja ovisi o iznosu priključenog napona (u ovom slučaju 4,5 [V]). Na slici 5.1. prikazan je raspored nožica integriranog sklopa N 555 (pogled odozgo): N 555 N Slika 5.1. Raspored nožica integriranog sklopa N 555. Na slici 5.2. prikazana je električna shema spoja integriranog sklopa N 555 kao astabila. 4 2,2 [kω] R 1 D R [Ω] 200 [kω] R 2 N R [Ω] 4,5 [V] 4,7 [μf] 1 D 2 Slika 5.2. lektrična shema spoja integriranog sklopa N 555 kao astabila

16 Nakon što uspješno spojite električnu shemu prikazanu na slici 5.2., promijenite vrijednost otpornika R 2 (umjesto 200 [kω] neka otpornik ima vrijednost od 100 [kω]). Uočite što se događa sa brzinom paljenja i gašenja dioda D 1 i D 2, te objasnite zašto je došlo do uočene promjene. Kako se odnosi brzina paljenja i gašenja LD dioda prema veličini otpornika R 2? U čemu je razlika između astabila izvedenog pomoću bipolarnih tranzistora (vježba 4.) i astabila izvedenog pomoću integriranog sklopa N 555?