Elektrické měření

Elaboráty

Měření na klopných obvodech

Zadání

1)      Ze stínítka osciloskopu sejměte průběhy výstupních signálů

a)      astabilního klopného obvodu (AKO) sestaveného z diskrétních součástek,

b)      AKO realizovaného pomocí časovače 555, 556, 558,

c)      Schmittova klopného obvodu (SKO) sestaveného z diskrétních součástek,

d)      SKO realizovaného pomocí časovače 555, 556, 55.

Při nastavení tvaru a velikosti signálu na stínítku osciloskopu se řiďte v dalších bodech zadání.V případě potřeby sejměte celý signál i jeho detajly.

2)      Zhodnoťte kvalitu výstupních obdélníkových signálů na základě měření VŠECH MĚŘITELNÝCH NEBO VÝPOČTEM DANÝCH CHARAKTERISTICKÝCH PARAMETRŮ PERIODICKÝCH obdélníkových signálů uvedených níže !!!

3)      Pokuste se stanovit velikost napěťové hystereze na měřených SKO. Průběh “hysterezní smyčky” sejměte ze stínítka osciloskopu.

4)      Zjistěte odezvu všech měřených obvodů z hlediska kvality výstupního signálu na změnu napájecího napětí v rozsahu 0-5V.

5)      Nakreslete SKO sestavený z diskrétních součástek, proveďte jeho návrh pro zvolenou hodnotu napájecího napětí a uveďte možnosti nastavení hystereze tohoto obvodu.

6)      V závěru měření porovnejte naměřené parametry a zhodnoťte možnosti využití daných obvodů c praxi.

Teoretický úvod

Elektrický impuls se rovná časovému průběhu napětí nebo proudu působícího po určitou dobu. Může být jednorázový nebo opakující se = periodický.

Nejčastějším typem impulsu je videoimpuls, který nabývá hodnot od nuly do konstanty a lze jej popsat obecnou funkcí s(t).Dalším typem impulsu je radioimpuls, představovaný řadou harmonických kmitů napětí nebo proudu, nejčastěji vysokofrekvenční, jejichž amplituda se mění s časem a obálka radioimpulsu má tvar videoimpulsu. Je to tedy vlastně videoimpuls namodulovaný na nosnou vlnu.

       Funkce s(t) může vyjadřovat skutečný časový průběh napětí nebo proudu.

1)      doba náběhu impulsu t_r – je nejčastěji definována jako nárůst impulsu z hodnoty 0,1A na 0,9A, kterou impuls nabývá po spuštění překmitu čela

2)      překmit čela γ_r – je určen poměrem maximální hodnoty překmitu Δar přes jmenovitou úroveň a ke jmenovité hodnotě A a udává se obvykle v procentech:

3)      šířka impulsu – u obecného impulsu je třeba upřesnit určením úrovně impulsu, ke které šířku impulsu vztahujeme – nejčastěji uvažujeme šířku impulsu na úrovni 0, označenou symbolem t_i, někdy je šířka uvažována na úrovni 0,5A a označena symbolem t_a

4)      pokles vrcholu impulsu Δv – v procentech vyjádřený úbytek hodnoty signálu v porovnání s jeho jmenovitou hodnotou A:

5)      doba zpoždění impilsu t_d – čas za který čelo impulsu dosáhne předem definované  úrovně – obvykle doba definovaná dosažením úrovně 0,1A, někdy dosažením úrovně 0,5A

6)      doba doběhu t_f – čas nutný k poklesu impulsu z 0,9A na 0,1A

7)      dokmit impulsu γ_z – určen poměrným překmitnutím signálu pod nulovou úroveň vyjádřeným obvykle v procentech:

      Pro definované signály lze použít další parametry:

8)      činitel využití α – dán poměrem šířky impulsu t_i k periodě T:

9)      klíčovací poměr- -dán převrácenou hodnotou činitele využití impulsu α

10)  střída impulsů – poměr doby impulsu a doby pauzy mezi impulsy

K hodnocení impulsu z energetického hlediska se používá dalších parametrů

11)  střední výkon signálu P_s- představuje efektivní výkon impulsového zařízení vztažený k době T

       K……..vodivost pro napěťové signály, odpor pro proudové signály

       A²_ef…...druhá mocnina efektivní hodnoty signálu v době jedné periody T

12)  impulsový výkon signálu – představuje výkon impulsového signálu vztažený pouze k šířce impulsu t_i. Mezi středním a impulsovým výkonem platí převodní vztah:

Charakteristické parametry impulsů obdélníkového a trojúhelníkového tvaru

Astabilní klopný obvod

Neustále se překlápí z jednoho kvazistabilního stavu do druhého. Pokud zvolíme stejné součástky pak dojde k symetrii obou impulzů.

Schmittův klopný obvod

Obvod má dva stabilní stavy, které se mění skokem při průchodu vstupního signálu. Je možno tak z analogového signálu získat signál logický.

Schéma zapojení

AKO

SKO

Postup měření

Před měřením si připravíme asi tak 10-12 ks průhledných fólií o velikosti stínítka osciloskopu.

Přípravky s uvedenými klopnými obvody zapojíme podle obecného schématu. Bezpodmínečně dodržíme doporučené hodnoty napájecího napětí, které jsou vhodné pro jednotlivé druhy zapojení(u všech přípravků 5V). Pomocí osciloskopu sledujeme průběhy výstupních signálů jednotlivých obvodů. Tyto průběhy sejmem ze stínítka pomocí průsvitné fólie ve vhodném měřítku. Ty pak ve vhodném měřítku (min. 2:1) překreslíme a vyznačíme v nich všechny parametry. U SKO určíme navíc hysterezi výstupního signálu a kvalitu odezvy na vstupní harmonický signál.

            Pro všechna měření je nutné použít osciloskop s dvěma časovými základnami nebo osciloskop s jemnou časovou lupou. 

Návrh SKO

U_cc = 9V; u₂ = 5V; U_E =  = 3 V

NPN tranzistory KSY 71

Z grafů odečteme: I_c2sat = 8,4mA; U_ce2sat = 0,95V; I_b2sat = 0,125mA;U_BE2sat = 1,24V

proud děličem volíme I_d = 0,3mA

pro 1. stabilní stav platí:

odpor R₁₂ lze určit, když zanedbáme R_C1

Odpor R_C1 zanedbáme Þ

pro zajištění hystereze volíme I_C1sat = 0,8I_C2sat = 0,8 . 0,0084 = 6,72mA

Naměřené a vypočítané hodnoty

SKO – se snižujícím se napětím 5V – 0V

            4,5V – vyšší amplituda – žádné zkreslení

            4V – vyšší amplituda – žádné zkreslení

            3V – vyšší amplituda – žádné zkreslení

            2V – vyšší amplituda – žádné zkreslení

            1,5V – zmenšení a následné zkreslení

při dalším snižování napětí – signál mizí

SKO – se snižujícím se napětím 5V – 0V

            5V – žádné zkreslení

            4V – nižší amplituda

            3V – nižší amplituda

            2,5V – veliké zkreslení, impuls mění tvar a kmitá

            níže nepoužitelné

Použité přístroje

Osciloskop : 1-16b-BL62

Vodiče

Zdroj

Generátor : 02-6-BL28

SKO, AKO Přípravek

Závěr

Pokud se podíváme na grafy obdélníkových signálu jednotlivých klopných obvodů, zjistíme, že klopné obvody zhotovené v IO maji lepší výstupní signál oproti klopným obvodům sestaveným z diskrétních součástek. Tyto mají delší dobu náběhu. Velikost napěťové hystereze je zapsána u každého takového grafu. Podle mého názoru se v praxi více uplatní klopné obvody v IO, protože maji jak lepší vlastnosti, tak menší a snadnější montáž.