ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ. Ε. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Ημερομηνία:... /.... /20... Τμήμα:..... Ομάδα: ΑΣΚΗΣΗ 3: ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΒΟΛΤΟΜΕΤΡΟΥ Βήμα 1. Υλοποιήστε μη αναστρέφων κύκλωμα τελεστικού ενισχυτή (σχήμα 3.1) Σχήμα 3.1 Επιλέξετε ενίσχυση τάσεως A V ίση με την μονάδα. Αν λοιπόν τοποθετήσετε αντίσταση R i = 15KΩ, τότε επιλέξτε την κατάλληλη R f ώστε να έχουμε την επιθυμητή ενίσχυση: R i = 15 KΩ A V =................ =.......... R f =.... Ω Για την πραγματοποίηση του κυκλώματος του σχήματος 3.1 χρησιμοποιήστε την πλακέτα που εικονίζεται παρακάτω επιλέγοντας τις κατάλληλες R i και R f. Για τροφοδοσία δώστε τάση ±15V (στα σημεία +V CC, -V CC και GND) από το τροφοδοτικό Τ 1. Στην έξοδο του ενισχυτή συνδέστε ένα ψηφιακό βολτόμετρο (όπως στο σχήμα 3.1). Πρώτα απ όλα δώστε μεγάλη προσοχή στην τοποθέτηση της γείωσης (GND) του τροφοδοτικού. Βραχυκυκλώστε την είσοδο του ενισχυτή με την γή και κάνατε Αντιστάθμιση με το ψηφιακό βολτόμετρο στην κλίμακα των 200mV ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 1 -
Βήμα 2. Για να επιβεβαιώσετε την ενίσχυση τάσεως A V του ενισχυτή, αποβραχυκυκλώστε την είσοδο του και δώστε του (στην θετική είσοδο) συνεχή τάση περίπου 500mV. Με το ψηφιακό βολτόμετρο μετρείστε την τάση στην έξοδο του. Είναι: V i =..... mv V o =..... mv A V =................ =.......... Βήμα 3. Μετρείστε τα χαρακτηριστικά στοιχεία του βασικού οργάνου: I max =...... ma (R f = 4,7K) V max =...... V R εσ =....... Ω ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 2 -
Βήμα 4β. Χρησιμοποιώντας την Πλακέτα 3 υλοποιήστε το κύκλωμα του σχήματος 3.2 και δώστε τάση V 1 από το τροφοδοτικό τέτοια ώστε στα άκρα της R 6 να αναπτυχθεί τάση V 2 περίπου 190mV. Μετρείστε την τάση V 2 που εμφανίστηκε στα άκρα Α και Β μόνο με ένα Ιδανικό βολτόμετρο (Ψηφιακό σχεδόν Άπειρη Εσωτερική Αντίσταση). R 5 = 1KΩ R 6 = 100Ω Σχήμα 3.2 Στην συνέχεια χωρίς να αφαιρέσετε το ψηφιακό βολτόμετρο διαβάσετε (από το ψηφιακό βολτόμετρο) την νέα τιμή της τάσεως V 2 που εμφανίζεται στα άκρα Α και Β όταν αυτή μετρηθεί με ένα Μη Ιδανικό βολτόμετρο του 1Volt (Βασικό Όργανο + R σ με Εσωτερική Αντίσταση του Μη Ιδανικού βολτομέτρου R εσ = R εσ + R σ =......... ) - (σχήμα 3.2β). R 5 = 1KΩ R 6 = 100Ω Σχήμα 3.2β Είναι: V 1 =...... V 2 =...... V 2 =...... Βήμα 5. Για να εξαλείψουμε το Σφάλμα Διαταραχής (το οφειλόμενο στο Μη Ιδανικό βολτόμετρο του 1Volt) θα παρεμβάλουμε ανάμεσα στην τάση που θέλουμε να μετρήσουμε (V 2 σημεία Α Β) και στο Μη Ιδανικό βολτόμετρο, ένα Τελεστικό Ενισχυτή. Για να μην εισάγει ο Τελεστικός Ενισχυτής αλλοιώσεις στην μέτρηση πρέπει να έχει τα εξής χαρακτηριστικά: ενίσχυση τάσεως A V ίση με την μονάδα άπειρη αντίσταση εισόδου σχετικά μικρή αντίσταση εξόδου Στο παρακάτω σχήμα 3.5 φαίνεται η παρεμβολή του Τελεστικού Ενισχυτή ανάμεσα στην προς μέτρηση τάση και στο Μη Ιδανικό βολτόμετρο του 1Volt (Βασικό Όργανο Εσωτερική Αντίσταση R εσ = R εσ + R σ =......... ). ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 3 -
Σχήμα 3.5 Στο σχήμα 3.5 για λόγους πληρότητας σχεδιάστε και τις τροφοδοτικές τάσεις του Τελεστικού Ενισχυτή. Μετρήστε τις τάσεις: V 2 =........, V' 2 =....... στα άκρα του Μη Ιδανικού βολτομέτρου Βήμα 6. Σε πολλές περιπτώσεις χρειάζεται να μετρήσουμε τάσεις μεγαλύτερες από 1Volt. Σ αυτές τις περιπτώσεις για να αυξήσουμε την κλίμακα μετρήσεων μας τοποθετούμε στην είσοδο του Ηλεκτρονικού Βολτομέτρου που κατασκευάσαμε (σχήμα 3.5) μια διάταξη υποβιβασμού τάσεως (σχήμα 3.6 δικτύωμα R 7 και R 4 ). Η διάταξη που χρησιμοποιήσαμε 1 εμείς έχει λόγο υποβιβασμού K = και έτσι το Ηλεκτρονικό μας Βολτόμετρο μπορεί 5 τώρα να μετρήσει τάσεις μέχρι 5Volt. Σχήμα 3.6 R 7 = 4 ΜΩ, R 4 = 1 ΜΩ Με βάση τα παραπάνω (και την ένδειξη του Βασικού Οργάνου) η προς μέτρηση τάση είναι V μετρ = V Βασικου / Κ Μετρείστε V Βασικου =......... Η τάση που μετρήσαμε με την διάταξη του σχήματος 3.6 (μετρημένη με ψηφιακό βολτόμετρο) είναι V μετρ =....... ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 4 -
Βήμα 7. Σε άλλες περιπτώσεις χρειάζεται να μετρήσουμε πολύ μικρές τάσεις. Σ αυτές τις περιπτώσεις για να βελτιώσουμε την ακρίβεια μέτρησης μπορούμε να αυξήσουμε την ενίσχυση του Τελεστικού Ενισχυτή ώστε οι ενδείξεις μας να είναι προς το τέλος της κλίμακας του Βασικού Οργάνου (μικρότερο σφάλμα). Στην δική μας περίπτωση (σχήμα Rf 30 ΚΩ 3.7) αυξήσαμε την ενίσχυση κατά A2 = 1+ = 1 + =... R 15 ΚΩ i Άρα αφού το Ηλεκτρονικό μας Βολτόμετρο μετρούσε πριν (με ενίσχυση Α=1) τάσεις μέχρι 1Volt, τώρα (με ενίσχυση Α=Α 2 ) θα μετρά τάσεις μέχρι..... V. Σχήμα 3.7 Η μετρούμενη τάση (με βάση την ένδειξη του Βασικού Οργάνου) θα είναι V μετρ = V Βασικου Α 2 Μετρείστε V Βασικου =........ Η τάση που μετρήσαμε με την διάταξη του σχήματος 3.7 (μετρημένη με ψηφιακό βολτόμετρο) είναι V μετρ =....... ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 5 -