Opis wyposażenia LEU.DOC

Opis wyposażenia
Laboratorium Elektroniki Układowej
I. Standardowe wyposażenie stanowiska obejmuje (ćwiczenia prowadzone są "równym frontem"):
1. Zasilacz poczwórny KB 60-01 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 303-3 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.
.
Rys.l . Przykładowe połączenia zwor w jednej (a, b) lub dwóch (c, d, e) sekcjach zasilacza KB 60-01 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 t akże wówczas, gdy
przepalo ny 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
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 1404.
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.
T a b e l a 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.
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 UX może w pewnych wypadkach znajdować się na potencjale
uziemienia lokalnego. Napięcie UZ ma w takiej sytuacji również charakter zakłócenia i jego
wpływ na wynik pomiaru wartości sygnału UX powinien być minimalizowany.
Powstaje zatem problem znalezienia najlepszego sposobu połączenia ekranu ochronnego.
Celem jest minimalizacja wpływu obu źródeł sygnału zakłócającego: UZ i UX 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. 7-11.
Multimetr V 560 ma obwody prądowe zabezpieczone bezpiecznikami topikowymi,
umieszczonymi wewnątrz obudowy. Przeciążenie przyrządu i spalenie bezpiecznika powoduje
zerowe wskazanie na polu odczytowym.
Rys. 7. Osłona została połączona z zaciskiem Lo. Prąd wywołany źródłami sygnałów niepożądanych UZ i UG, płynąc przez
impedancje RC1 i RC2, RL1, Z1 , Z2, powoduje powstanie napięcia pomiędzy zaciskami Hi i Lo. Osłona G nie daje zatem w tej
sytuacji zabezpieczenia ani przed UZ ani przed UG.
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.
Rys. 10. Osłona została połączona z uziemieniem przy źródle. Wyeliminowano dzięki temu wpływ zakłócenia UG , ale prąd
wywołany źródłem UZ powoduje powstanie napięcia między zaciskami Hi i Lo. Osłona nie daje żadnego zabezpieczenia przed UZ.
Rys. 11. Osłona została podłączona do końcówki źródła UX . W tym wypadku prąd IZ+G wywołany źródłami UZ i UG , 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 . c z . , 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
Oba typy oscyloskopów, stosowanych w Laboratorium, są jednostrumieniowe i dwukanałowe.
Przełączanie kanałów odbywa się przez siekanie (CHOP) lub przemiennie (ALT) (rys. 1 2 ) .
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 303-3 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 303-3 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. 1 3 ) . 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. 1 4 ) .
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
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.
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, 2 7 , 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 k Ω ;
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 , 2 5 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 18.
5. 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