are Dispozitive Si Circuite Electron Ice - Laborator 1

Embed Size (px)

Citation preview

Lucrarea nr.1

APARATURA DE LABORATORI. OBIECTIVEDeprinderea utilizarii aparatelor de laborator (sursa de tensiune, multimetru digital, generator de semnale, osciloscop catodic) necesare studiului experimental a unor dispozitive si circuite electronice. b) ntelegerea principiului de functionare al osciloscopului catodic.a)

II. APARATURA NECESARAAparatele pe care le vom folosi sunt cele disponibile n laboratorul de Dispozitive si circuite electronice: sursa dubla de tensiune continua stabilizata 0-24V/0.8A, multimetru digital DM302, generator de semnale (versatester) E0502 si osciloscop catodic cu doua canale XJ4245 sau E0103. Pentru realizarea conexiunilor necesare folosim conductoare prevazute cu banane electrice la ambele capete si sonde ecranate.

III. SUPORT TEORETICDeoarece cartile tehnice si manualele de utilizare pentru aparatele de laborator nu sunt tocmai usor de gasit, n continuare se prezinta succint modul de utilizare al fiecarui aparat si principiul de functionare al osciloscopului catodic.

T1. Sursa de tensiune continua stabilizataT1.1. Notiuni generale O sursa de tensiune stabilizata are rolul de a mentine constanta tensiunea de iesire la variatia ntre anumite limite a unor marimi (tensiune de intrare, sarcina, temperatura, etc. ) Sursele de tensiune continua stabilizata sunt folosite pentru alimentarea majoritatii circuitelor electronice, furnizndu-le acestora energie electrica de curent continuu. T1.2. Elemente de comanda, semnalizare si acces ale sursei duble stabilizate 0-24V/0,8A n laborator folosim o sursa dubla de tensiune continua stabilizata. n aceasi carcasa ea contine 2 surse flotante, independente, de tensiune continua stabilizata, reglabile. Panoul frontal al aparatului este prezentat n Fig. 1.1., iar descrierea elemetelor de pe panoul frontal este data n Tabelul 1.1.

7

1

2

SURSA DUBLA STABILIZATA 0-24V/0,8A Reglaj tensiune Brut V A + + Reglaj tensiune Brut

Lucrarea nr. 1

3

4

5

6

7

Fin

Fin

9

10

8

11

12

13

Fig.1.1. Panou frontal al sursei duble stabilizate 0-24V/0,8A Tabelul 1.1 NUME ELEMENT Comutator pornit oprit Indicator optic al functionarii Iesire tensiune stabilizata Reglarea valorii tensiunii stabilizate Comutare aparate de masura Voltmetru Ampermetru NUMaR ELEMENT 13 7 9,10 11,12 3,4 5,6 8 1 2 FUNCTIE ELEMENT prin actionarea comutatorului sursa este alimentata cu tensiunea de retea 220V c.a. este aprins cnd sursa este alimentata cu tensiunea de retea borna pozitiva, respectiv negativa a tensiunii de iesire pentru sursa din stnga borna pozitiva, respectiv negativa a tensiunii de iesire pentru sursa din dreapta potentiometrul pentru reglaj brut, respectiv fin al valorii valorii tensiunii sursei din stanga potentiometrul pentru reglaj brut, respectiv fin al valorii valorii tensiunii sursei din stnga n functie de pozitia comutatorului, stnga sau dreapta, aparatele de masura 1 si 2 sunt cuplate la iesirea sursei din stnga, respectiv din dreapta masoara valoarea tensiunii continue stabilizate a sursei selectate prin comutatorul 8 masoara valoarea intensitatii curentului continuu debitat de sursa selectata prin comutatorul 8

T2. Multimetrul digitalT2.1. Notiuni generale Multimetru digital este un aparat electronic cu ajutorul caruia putem masura rezistente, tensiuni si curenti (de c.c. si c.a.). Pentru semnalele de curent alternativ sinusoidal este masurata valoarea efectiva. Prelucrarea semnalelor si afisarea rezultatelor este digitala. T2.2. Elemente de comanda, semnalizare si acces a multimetrului digital DM302 Multimetrul digital DM302 are afisaj de 3 1/2 digiti, valoare maxima afisata fiind 1999. Pentru fiecare marime aparatul este prevazut cu mai multe domenii de masurare. O precizie de citire ct mai buna se obtine folosind domeniul cu capatul de scala cel mai mic, fara a avea depasire de scala (1 aprins pe prima pozitie, celelalte pozitii fiind stinse). Panoul frontal al multimetrului este prezentat n Fig. 1.2.8

APARATURA DE LABORATOR

1

DC V

AC V DC A

2 Fig. 1.2. Panoul frontal al multimetrului digital DM302

5 OHM DM-302 4 3

Descrierea elementelor de pe panoul frontal al multimetrului digital DM302 este prezentata in tabelul 1.2. Tabelul 1.2 NUME NR. FUNCTIE ELEMENT ELEMENT ELEMENT Afisaj 1 afisaj LCD ( cu cristale lichide ) 3 1/2 digiti OFF: aparatul este oprit DCV: 5 domenii pentru masurarea tensiunii continue (max. 1000V) OHM: 5 domenii pentru masurarea rezistentei (max 2M ) : se poate verifica o jonctiune pn; este afisata caderea de tensiune pe dioda. Comutator : este generat un semnal dreptunghiular axat pe 0V, cu mod de 2 amplitudine de 5V si frecventa de KHz. lucru 10A: domeniu pentru masurarea valorilor mari a intensitatii curentului continuu (max. 10A) DCA: 5 domenii pentru masurarea intensitatii curentului continuu (max. 2A) ACV: 2 domenii pentru masurarea valorii efective a tensiunii alternative (max 750V) COM: borna de referinta (fir rece, masa, -) fata de care se 3 fac toate masuratorile; de obicei firul care se aplica acestei borne are culoarea neagra 4 V mA:borna de masura (fir cald, +); de obicei firul ce se Borne de aplica acestei borne este de culoarea rosie pentru toate masura marimile de masurat cu exceptia curentului continuu cu intensitate mai mare de 2A 5 10A: borna de masura (fir cald, +) numai pentru masurarea valorilor mari a intensitatii curentului continuu (max. 10A)

T3. Generator de semnaleT3.1. Notiuni generale Generatorul de semnal este un aparat electronic ce furnizeaza semnale variabile de diferite forme (sinus, dreptunghi, triunghi, impuls, etc.), permitand modificarea dupa dorinta9

Lucrarea nr. 1 a unor parametrii: amplitudine, frecventa, factor de umplere, etc. Generatorul se foloseste la aplicarea de semnale variabile n circuitele electronice care se studiaza experimental. T3.2. Elemente de comanda semnalizare si acces ale versatesterului E0502 Versatesterul E0502 este un aparat electronic care poate ndeplini functia de generator de semnale, voltmetru electronic si frecventmetru. El generaza semnale sinusoidale sau dreptunghiulare, de frecventa si amplitudune reglabila (se stabileste de catre utilizator). Aparatul poate furniza si un semnal logic TTL de frecventa reglabila. Valoarea frecventei si a nivelului de tensiune a semnalului este masurata si afisata pe un afisaj de 4 digiti. Panoul frontal al versatesterului este prezentat n Fig. 1.3. Descrierea elementelor de pe panoul frontal este prezentata n tabelul 1.3. Tabelul 1.3 NUME NR. FUNCTIE ELEMENT ELEM. ELEMENT Buton pornire 5 cu butonul tras versatesterul este alimentat cu tensiunea de retea oprire 220V c.a. 2 afiseaza pe 4 digiti marimea masurata n functie de pozitia Afisaj comutatorului 13 1 led-ul aprins indica unitatea de masura a valorii afisate EXTERN: versatesterul lucreaza ca si frecventmetru (pozitia F); sau voltmetru (pozitia Vef~); afisnd frecventa, respectiv valoarea efectiva a tensiunii aplicate la borna 10 Mod de lucru 13 INTERN: versatesterul lucreaza ca generator de semnal: se masoara si se afiseaza frecventa (pozitia F), respectiv valoarea efectiva sau amplitudinea (n functie de pozitia comutatorului 9) semnalului generat- pozitia Vef~/Uvv/2 Nivel semnal 11 comutare n trepte masurat 12 comutare continua Intrare semnal 10 mufa BNC la care se aplica semnalul de masurat Selectare 9 semnalul la bornele 16 sau 17 poate fi sinusoidal - pozitia ~ , semnal generat respectiv dreptunghiular (factor de umplere 50%) - pozitia mufe BNC pentru semnal de iesire sinusoidal sau dreptunghiular 1 5 16,17 2 n functia de pozitia comutatorului 9: 8impedanta de iesire este 6 7 3 9 4 Iesire semnal 600 respectiv 50 , 4 mufa BNC pentru semnal logicTTL Hz Hz Khz Khz Khz de Frecventa 3 comutator decadic pentru selectarea gameiMhz frecventa MHz 10 -100 - 1 -continuu --1 brut, respectiv din - al - 10 semnalului 6,7 potentiometru pentru reglaj 10 - 100 V generatKHz frecventei n interiorul fiecarei decade IESIRE Nivel semnal 18 regalj n trepte al nivelului de tensiune alsemnalului generat TTL mVgeneratHz 8,19 reglaj continuu -brut, respectiv fin - al nivelului tensiunii semnalului generat VERSATESTER Sincronizare 14 borna intrare sincronizare fin tip E 0502 RETEA Masa 15 borna de masa, legata FRECVENTA aparatului ct si la firul de att la carcasa mpamntare 600V 100 10 mV1000 100 Uef~ F nivel EXTERN F Uef~ Vvv/2 50 INTERN sinc. intrare 10 ~ IESIRE nivel 1000mV 300 100 30 10 3 Fmax 1 Mhz V 3 *10 Fmax 1 MHz

INTR U F

10

11

12

13

16

14

15

17

18

19

APARATURA DE LABORATOR

Fig. 1.3. Panoul frontal versatester E0502

T4. Osciloscopul catodicT4.1. Notiuni generale Osciloscopul este un aparat electronic ce permite vizualizarea pe ecranul unui tub catodic a curbelor ce reprezinta variatia n timp a diferitelor marimi sau a curbelor ce reprezinta dependenta dintre doua marimi. Imaginile obtinute pe ecran se numesc oscilograme. Osciloscopul poate fi utlizat pentru: -vizualizarea variatiei n timp a tensiunilor electrice, precum si masurarea parametrilor acestora: valoare varf la varf, amplitudine, valoarea componentei continue, perioada (frecventa); -vizualizarea relatiei dintre doua tensiuni variabile n timp, putnd determina raportul frecventelor tensiunilor si defazajul dintre ele. -trasarea curbelor caracteristice ale unor dispozitive sau materiale (caracteristici statice ale unor dispozitive sau circuite electronice, ciclu de histerezis al materialelor feromagnetice, etc. ) T4.2 Principiul de functionare Schema bloc a unui osciloscop catodic este prezentata n Fig. 1.4. AtX,AtY- atenuatoare pentru semnale vx,vy; micsoreaza semnalele prea mari nainte de a fi aplicate amplificatoarelor Ax, Ay Ax, Ay- amplificatoare pentru semnalele vx, vy; amplifica semnalul de studiat prea mici nainte de a fi aplicate pacilor de deflexie Px, Py GBT - generatorul bazei de timp (generatorul de baleaj); genereaza tensiunea liniara variabila n timp (dinte de fierastrau) ce se aplica placilor de deflexie Px pentru lucrul n modul Y-t CSi- circuitul de sincronizare, sincronizeaza baza de timp fie cu semnalul de vizualizat, fie cu un alt semnal din exterior CSt-circuitul de stingere; asigura stingerea spotului pe durata cursei de ntoarcere Px, Py- placile de deflexie pe orizontala, respectiv pe verticala TC- tub catodic E- ecranul fluorescent al tubului catodic

11

Lucrarea nr. 1 K- catod termoemisiv

Vy

AtY

Ay

Py K

Vy

Px TC E

Y

CSi

GBT

X

0 1 Vx AtX 2 C Ax CSt Vx

Fig. 1.4. Schema bloc a osciloscopului catodic Partea esentiala a osciloscopului catodic este tubul catodic TC, reprezentat simplificat n Fig. 1.4. Acesta este un tub cu vid n care se formeaza prin emisie termoelectronica un fascicul de electroni orientat axial. Electronii emisi de catodul K bombardeaza ecranul fluorescent E, care transforma energia lor cinetica n energie luminoasa, astfel ncat n punctul de impact apare o pata luminoasa numita spot. Dupa ncetarea bombardarii unui punct al ecranului luminozitatea lui mai persista un anumit timp, numit remanenta ecranului. La tuburile catodice uzuale, remanenta ecranului este foarte mica, de ordinul fractiunilor de secunda. n drumul lor de la catodul K la ecranul E, electronii trec printre doua placi metalice Py si printre doua placi metalice Px, cele doua perechi de placi fiind dispuse perpendicular una pe alta (Fig. 1.4). Cu ajutorul placilor se poate comanda traectoria electronilor, deviindu-i de la directia axiala; astfel se comanda pozitia spotului pe ecran. Pentru devierea spotului dupa directia orizontala OX se aplica o tensiune Vx placilor Px, crendu-se ntre ele un cmp electric orizontal. Pentru devierea spotului dupa directia verticala OY se aplica o tensiune Vy placilor Py, crendu-se ntre ele un cmp electric vertical. Deoarece timpul n care ajung electronii de la placi la ecran este neglijabil de mic, deviatiile x si y ale spotului pe ecran sunt n fiecare moment proportionale cu valorile instantanee ale tensiunilor Vx, respectiv Vy:x (t ) = Sx Vx (t ) y (t ) = Sy Vy (t )

(Sx si Sy sunt constante si reprezinta sensibilitatea tubului catodic pe orizontala, respectiv pe verticala; ele se exprima n cm/V). Relatiile de mai sus reflecta propietatea fundamentala pe care se bazeaza functionarea osciloscopului catodic. Ca urmare spotul se va deplasa dupa directiile OX si OY n acelasi ritm n care variaza tensiunile Vx si Vy. Osciloscopul poate functiona n doua moduri: - modul Y-t : pe ecran apare curba y(t) - modul Y-X : pe ecran apare o curba ce reprezinta relatia y(x), prin eliminarea timpului ntre cele doua variatii x(t) si y(t). Modul Y-t Pentru ca traiectoria ce apare pe ecran sa reprezinte curba y(t), este necesar ca placilor Px sa li se aplice o tensiune proportionala cu timpul:Vx = k X t

Tensiunea Vx este o tensiune periodica liniar variabila (dinte de fierastrau) (Fig. 1.5.) obtinuta de la generatorul bazei de timp cu comutatorul C pe pozitia 1 (Fig. 1.4.)12

APARATURA DE LABORATOR

Vx

t t1 t2 t3

Fig. 1.5 Tensiune liniar variabila n intervalul [t1,t2] spotul se deplaseaza de la stnga spre dreapta, pe ecranul osciloscopului. Daca la intrarea Y a oscilocopului se aplica o tensiune variabila, spotul va avea o deplasare si pe verticala, descriind curba y(t). n intervalul [t2,t3] are loc revenirea spotului n partea stnga a ecranului. Pentru ca traiectoria de revenire sa fie invizibila pe ecran se foloseste un circuit de stingere ce reduce la zero intensitatea fasciculului de electroni n intervalul [t2,t3]. Imaginea pe ecran va fi stabila si clara daca perioada semnalului de vizualizat va fi un submultiplu ntreg al perioadei bazei de timp:TVY = 1 TVX ; k k N

Pentru realizarea acestei conditii, generatorul bazei de timp are frecventa reglabila si exista posibilitatea sincronizarii ( momentul nceperii pantei crescatoare a fiecarui dinte de fierastrau) ei prin circuitul de sincronizare, fie cu semnalul de vizualizat, fie cu un semnal din exterior (Fig. 1.4). Pentru semnalele Vx si Vy din Fig. 1.6. se obtine oscilograma din Fig. 1.7. Generatorul bazei de timp poate functiona (la alegere ) fie n mod continuu (automat), fie n mod declansat. La functionarea n mod continuu se genereaza semnal liniar variabil (dinte de fierastrau) tot timpul, indiferent daca exista sau nu semnal de intrare, pe cnd n mod declansat semnalul de studiat va declansa generarea fiecarui dinte de fierestrau (si deci a baleajului ) atunci cnd el atinge un anumit nivel - nivel ce se poate regla cu ajutorul unui potentiometru. n modul declansat pot fi vizualizate si semnale neperiodice.Vy

tVx

t Fig. 1.6. Tensiunile pe placile Py si Px Fig. 1.7. Oscilograma Observatie: n modul de lucru cu baza de timp declansata, daca la intrare nu se aplica semnal, spotul nu baleiaza ecranul (baza de timp nu genereaza dinte de fierestrau ), deci pe ecranul osciloscopului nu apare trasa (linie luminoasa orizontala de culoare verde). Modul X-Y n acest mod de lucru baza de timp se decupleaza (comutator C n pozitia 2, Fig. 1.4.) si pe placile Px se aplica un semnal din exterior. Pe ecran se obtine o curba y(x) care nu depinde de timp. Acest mod de lucru se foloseste pentru ridicarea caracteristicilor statice ale unor dispozitive sau circuite electronice.13

Lucrarea nr. 1

T4.3. Elemente de comanda, semnalizare si acces ale osciloscoapelor E-0103 si XJ-4245 Panourile frontale ale celor doua osciloscoape sunt prezentate n Fig. 1.8, respectiv Fig. 1.9. n tabelul 1.4. sunt descrise elemente de comanda, semnalizare si acces pentru osciloscopul de productie chinezeasca XJ-4245 si pentru osciloscopul de productie romneasca E-0103 .

1 OSCILLOSCOPE E 0 0 -A 13

2

3

5 4

1 5 8 6 9 1 0 7 1 1 1 2 1 3 1 4 1 9 2 1 1 8 2 0 2 2 2 3 1 7 2 4 2 8 2 9 2 5

PWR

EXT

4 7 4 8 5 0 4 9 4 6 4 5 4 4 4 2 4 3 4 1 4 0 3 9

YA V/DIV

TIMP/DIV V/DIV YB

3 8

3 3 3 3 3 3 5 5 3 3 2 7 5 2 4 3 6 1 2 1 0 7

2 6

Fig .8 Pa o l fro ta a os s p lu E - 0 0 .1 . n u n l l cilo co u i 13

14

APARATURA DE LABORATOR

15XJ-4245 OSCILLOSCOPE DC 10MHz

8 9 16 17 14 13 18 24POS POS

25LEVEL

Y1

VOLTS/div

Y2

VOLTS/div

X

TIME/div

23 22 27

INTEN FOCUS

POS

Y1

Y2

EXT TRIG

31

2

1

3

4

6

7 19(a-g) 10 20 11

21

12

28 26

29 30

Fig.1.9.Panoul frontal al osciloscopului XJ - 4245Tabelul 1.4. NUME ELEMENT 1 Comutator pornit-oprit Indicator optic al functionarii Luminozitate Focalizare Astigmatism Semnalizare pozitie spot Iluminare scala ecran Deplasarea pe orizontala 1 Deplasarea pe verticala NUMAR XJ-4245 2 1 PULL POWER ON 2 INTEN 1 FOCUS 3 ASTIIG (pe panoul din spate) _ _ POS 7 2 16,18 POS ELEMENT E-0103 3 POWER 14 14 INTENSITY 4 FOCUS 3 ASTIGMATIZM 2 1 SCALE LIGHT 5 POSITION 8,15 3 52,34 POSITION15

FUNCTIE ELEMENT 4 Prin tragerea comutatorului osciloscopul este alimentat cu tensiune de 220V c.a. LED-ul (becul) se aprinde cnd osciloscopul este pus sub tensiune prin rotirea potentiometrului se controleaza intensitatea trasei prin rotirea potentiometrului se controleaza focalizarea spotului se foloseste n conjunctie cu focalizarea pentru a obtine un spot bine definit semnalizeaza pozitia spotului fata de ecran (sus, jos, dreapta, stnga) reglarea continua a iluminarii caroiajului de pe ecranul osciloscopului deplasarea oscilogramei spre dreapta sau stnga 4 deplasarea oscilogramei pe verticala pe canalul Y1(YA),respectiv Y2(YB)

Lucrarea nr. 1 7 PULL5MAG 9,13 PULL5MAG 15,17 BAL VOLTS/DIV 8,14 9,13* VAR _ TIME/DIV 22,23* VAR s 27 ms oscilograma se dilata pe orizontla daca butonul este tras cu butonul tras oscilograma se dilata pe verticala pentru canalul Y1, respectiv Y2 9 oscilogrma se dilata de 10 ori att pe MAGNIFIER orizontala ct si pe verticala 45,43 se regleaza echilibrarea amplificatoarelor DC BAL pe verticala pe fiecare din cele 2 canale V/DIV reglaj n trepte al coeficientului de deviatie 50,38 verticala pe fiecare din cele doua canale VARIABLE reglaj fin al coeficientului de deviatie pe 49,37* verticala pe fiecare din cele doua canale POLARITY semnalul de intrare pe cele 2 canale este 51,33 afisat deasupra liniei de referinta: +UP, sau sub linia de referinta -UP TIME/DIV alegerea n trepte a coeficientilor de 29 deviatie pe orizontala pentru ambele VARIABLE canale 28* reglaj fin al coeficientilor de deviatie pe orizontala selecteaza unitatea de masura a timpului: _ apasat: s relaxat : ms AUTO : baza de timp lucreaza automat: genereaza continuu tensiune liniar variabila; apare trasa si n absesnta AUTO semnalului de intrare DECL 31 DECL: baza de timp lucreaza declansat: MONO generarea dintelui de fierastrau este declansata de semnalul de studiat sau de un semnal extern de sincronizare MONO: baza de timp este declansata o singura data comutatorul n pozitie normala: baza de timp lucreaza declansat (vezi mai sus) comutatorul tras: baza de timp lucreaza automat (vezi mai sus) pe fiecare canal, amplificatorului pe verticala i se aplica : 47 AC DC: direct semnal de intrare 39 GND AC: semnalul de intrare trece printr-un DC condensator ce taie componenta continua , (GND): un potential egal cu potentialul de referinta (masa) al osciloscopului TIME BASE modul de lucru Y-t: NORM, (TIME 10 BASE) 1V/DIV modul de lucru Y-X: Y-X, (1V/DIV sau 10V/DIV 10V/DIV) 3 4

Extindere

Echilibrare Atenuator pe verticala Polaritate Baza de timp

Selectarea unitatii de timp

Declansarea bazei de timp LEVEL 25 HF

Modul de cuplare al semnalului de intrare Mod de lucru

AC AC 19 a b f g DC DC NORM 20 Y-X 2

1

16

APARATURA DE LABORATOR

DUAL 9e SINGLE Y1 ALT 9c 9d Y2 CHOP Lucrul n modul Y-t: se vizualizeaza variatia tensiunii n functie de timp NORM 21 XALT Lucrul n modul Y-X (se vizualizeaza caracteristici statice sau Figuri Lisssajous NORM 20 Y-X TIME BASE 10 1V/DIV 10V/DIV 11 EXT 31 EXT TRIG EXT 26 INT Sincronizare (TRIGGER) AB COMP 36 TRIGGER TRIGGER , + 17 19 B 35 (ALT,CHOP, A+B) ALT CHOP A+B 32 A

SINGLE: afiseaza semnalul de pe un canal n functie de pozitia butonului 9c: Y1 sau Y2 DUAL: semnalele de pe ambele canale sunt afisate simultan prin doua procedee: ALT: afisarea este comutata de la un canal la celalalt la nceputul fiecarei pante crescatoare a tensiunii liniar variabile CHOP: afisarea este comutata de la un canal la altul cu o frecventa fixa A: afiseaza semnalul aplicat la YA B: afiseaza semnalul aplicat la YB A+B: afiseaza suma semnalelor aplicate la intrarile YA si YB (ALT,CHOP,A+B): semnalele aplicate la YA si YB sunt afisate alternat sau comutat sau adunat (n functie de pozitia comutatorului 32) cele doua semnale aplicate la intrarile Y1 si Y2 sunt afisate n jumatatea stnga, respectiv dreapta a ecranului pe pozitia Y-X -la intrarea amplificatorului pe X este cuplat unul din semnalele de intrare Y1 sau Y2 n functie de pozitia butonului 19c, celalalt semnal fiind aplicat amplificatorului pe verticala pe pozitia 1V/DIV sau 10V/DIV -intrarea amplificatorului pe X este cuplata la borna EXT mufa BNC pentru aplicarea semnalului extern n mod de lucru X-Y mufa BNC la care se aplica semnal de sincronizare extern ca si semnal de sincronizare se foloseste: EXT: semnal aplicat la mufa EXT TRIG INT: unul din semnalele aplicate la intrarea celor 2 canale n functie de pozitia comutatoarelor: 9c -osciloscopul XJ-4245 36 -osciloscopul E-0103 sincronizare cu semnalul aplicat la canalul A sau B sau cu un semnal compus (compunere algebrica) alegerea pantei pozitive sau negative a semnalului de sincronizare

EXT 21 INT

+ 28 -

17

1

Cuplarea semnalului de sincronizare

2 AC 29 DC LINE 30 NORM

3

DC 18 LF HF Nivel de sincronizare Aplicare semnal intrare Masa Stabilitate Calibrare Retinere Rotire trasa Iesire poarta Iesire TLV Modulatie Z LEVEL 25 HF Y1 Y2 10 12 11 STAB 24 4 XCAL 6 _ 32 pe panoul din spate _ _ LEVEL 25 YA YB 48 40 13 STAB 24 CALIBRATOR 6,7 HOLD ON 26 TRACE ALIGNEMENT 12 GATE OUT pe panoul din spate SWEEP OUT panou spate ZMODULATION INPUT panou spate

4 semnalul extern de sincronizare este cuplat direct (DC) sau printr-un condensator (AC) LINE: sincronizarea se face cu frecventa sursei de alimentare a osciloscopului (220V a.c.) sincronizare cu semnal extern cuplat: direct (DC) prin FTJ: 10Hz...2MHz(LF) prin FTS: 2KHz..50MHz(HF) reglarea nivelului tensiunii cu care se face sincronizarea mufe BNC la care se aplica semnalul de intrare prin intermediul sondelor (conductor ecranat) borna de masa legata att la sasiul aparatului cat si la mpamntare controleaza modul de functionare al circuitului de baleiaj ( reglajul stabilitati) borne de iesire pentru semnal dreptunghiular cu frecventa de 1KHz si amplitudinea nscrisa pe panoul frontal eliminarea sincronizarii multiple reglarea paralelismului trasei cu liniile reticulare orizontale de pe ecranul osciloscopului mufa BNC ce furnizeaza semnal dreptunghiular avnd frecventa bazei de timp mufa BNC ce furnizeaza tensiune liniar variabila mufa BNC de intrare pentru modularea luminozitatii spotului

* Daca potentiometrele nu sunt pe pozitia calibrat; maxim dreapta (CALD) pentru osciloscopul XJ4245, respectiv maxim stnga (CAL) pentru osciloscopul E-0103, indicatiile comutatoarelor pentru reglajul n treapte nu sunt valabile (necalibrare).

IV. EXPERIMENTARE E1. Obtinerea tensiunilor continueE1.1. Tensiune de un singur semn (unipolara) Se introduce stecherul cordonului de alimentare n priza Se alimenteaza aparatul cu tensiunea de retea punnd comutatorul 13 (Fig. 1.1.) n pozitia sus. 24

CIRCUITE DE COMUTARE DR, DIPORTI SI MULTIPORTI SIMPLI Se cupleaza voltmetrul aparatului la sursa cu care se dorim sa lucram (comutatorul 8) si se regleaza valoarea tensiunii la 12V (potentiometrul 3,4 sau 5,6 Fig. 1.1). Cu multimetrul digital pe domeniul 0-20V DC, borna COM legata la borna - a sursei, se masoara valoarea tensiunii.

ntrebari: Valorile de tensiune citite cu voltmetrul sursei, respectiv cu multimetru, sunt identice sau diferite? De ce? Avnd de alimentat un circuit cu +12V fata de masa, care borna a sursei o vom lega la firul de masa si care la firul de alimentare al circuitului? Dar daca circuitul trebuie alimentat cu -12V fata de masa? Este posibila obtinerea unui tensiuni continue de 40V cu sursa dubla de tensiune? Daca da, cum? E1.2. Tensiunea diferentiala Se leaga borna - a sursei din stnga cu borna + a sursei din dreapta Se alimenteaza sursa cu tensiunea de retea 220V c.a. Pe fiecare din cele 2 surse se regleaza valoarea tensiunii la 15V Cu multimetrul, borna COM n punctul comun al surselor, se masoara pe rand tensiunea amblelor surse. ntrebare: Pentru alimentarea unui circuit cu +15V, respectiv -15V fata de masa, cum vom lega cele 3 fire de alimentare ale circuitului (+15V, masa, -15V) la bornele surselor de alimentare? Observatii Pentru alimentarea unui circuit electronic, mai nti reglam tensiunea sursei de alimantare la valoarea dorita si numai dupa aceea conectam firele de alimentare ale circuitului la sursa de tensiune. Ori de cte ori efectuam modificari n montajul experimental (nlocuirea unui componente, realizarea unei lipituri, etc.) acesta se va face cu montajul nealimentat.

E2. Vizualizarea tensiunilor cu osciloscopulE2.1. Punerea n functiune a osciloscopului Dupa introducerea n priza a cordonului de alimentare se pune aparatul sub tensiune prin tragerea comutatorului pornit/oprit: 1 (Fig. 1.9), 14 (Fig. 1.8) Se pun potentiometrele pentru deplasarea pe orizontala si verticala pe pozitia de mijloc: 7, 16, 18 (Fig. 1.9), 8, 15, 52, 34 (Fig. 1.8) Se pun potentiometrele pentru reglaj fin al coeficientilor de deviatie pe orizontala si verticala pe pozitia calibrat: 9, 13, 23 (Fig. 1.9), 49, 37, 28 (Fig. 1.8) Se pune comutatorul de sincronizare EXT/INT pe pozitia INT: 26(Fig. 1.9), 21 (Fig. 1.8) Comutatorul pentru decalnsarea bazei de timp se pune pe pozitia corespunzatoare functionarii continue (automate) a bazei de timp: 25 se trage (Fig. 1.9), 31-AUTO (Fig. 1.8) Comutatoarele modului de lucru se pun pe pozitia corespunzatoare modului de lucru Y-t: 20, 21-NORM (Fig. 1.9), 10-TIME BASE (Fig. 1.8) Comutatoarele pentru lucrul n modul Y-t se pun pe pozitii corespunzatoare vizualizarii unui singur canal: 9c-Y1, 9e-SINGLE (Fig. 1.9), 35-A (Fig. 1.8) Dupa aproxomativ 1 minut de la punerea sub tensiune, din potentiometrul de luminozitate se regleaza luminozitatea spotului la o valoare optima: 1 (Fig. 1.9), 4 (Fig. 1.8) 25

ATENTIE: Functionarea cu spotul exagerat de luminos duce la distrugerea stratului de luminofor de pe ecranul tubului catodic. Eventual se regleaza potentiometrul de focalizare si astigmatism pentru a obtine un spot cat mai clar delimitat: 3, panou spate (Fig. 1.9), 3, 2 (Fig. 1.8) Daca spotul nu apare se actioneaza din butoanele de reglaj ale deviatiei pe orizontala si pe verticala si din potentiometrul de luminozitate. E2.2. Vizualizari n modul de lucru Y-t A. Vizualizarea unui singur semnal Dupa punerea n functiune a osciloscopului se fac operatiile: Se pune comutatorul modului de cuplare al semnalului de intrare: 19 a (Fig. 1.9), 47 (Fig. 1.8) pe pozitia DC, daca dorim vizualizarea semanlului cu componenta sa continua, sau pe pozitia AC, daca dorim doar vizualizarea componentei alternative a semnalului. Se pune n functiune versatesterul (Fig. 1.3) Se pune sub tensiune aparatul prin ntroducera n priza a cordonului de alimentare si tragerea butonului RETEA (5) Comutatorul modului de lucru (13) se pune ntr-una din pozitiile corespunzatoare modului de lucru INTERN Se selecteza generarea unui semnal sinusoidal (comutatorul 9 pe pozitia ~) Se regleaza valoarea frecventei ( butoanele 3, 7, 6) si a valorii efective a tensiunii (butoanele 18, 8, 19). Cu ajutorul sondelor coaxiale se leaga borna de iesire a versatesterului (16, sau 17 Fig. 1.3) cu borna de intrare a osciloscopului 10 (Fig. 1.9), 48 (Fig. 1.8) Pentru osciloscopul E-0103 se pune comutatorul de selectare al canalului cu care se face sincronizarea (comutatorul 36) pe pozitia corespunzatoare canalului la care am aplicat semnalul de intrare (n cazul de fata A). Pentru baza de timp se stabileste modul de lucru declansat 25 (Fig. 1.9)- se trage, 31 (Fig. 1.8)-DECL Se selecteaza panta semnalului pe care dorim sa se faca sincronizarea: 28 (Fig. 1.9), 17 (Fig. 1.8) Se regleaza potentiometrele pozitie X si pozitie Y, 7 (Fig. 1.9), 8, 15 (Fig. 1.8), respectiv 16 (Fig. 1.9), 52 (Fig. 1.8); comutatoarele atenuatorului pe verticala 8 (Fig. 1.9) ,50 (Fig. 1.8); comutatorul bazei de timp 22 (Fig. 1.9), 29 (Fig. 1.8); potentiometrul nivelului de sincronizare 25 (Fig. 1.9), 25 (Fig. 1.8) pna se obtine o imagine stabila, optima. Se poate ncerca obtinerea unei imagini stabile si cu baza de timp lucrnd continuu (generare automata a tensiuni de baleaj: 25 (Fig. 1.9) mpins, 31 (Fig. 1.8)-AUTO. De asemenea se pot manevrea potentiometrele 9, 23 (Fig. 1.9), 49,28 (Fig. 1.8) dar nu mai putem conta pe indicatiile comutatoarelor atenuatorului pe verticala si a bazei de timp. B. Vizualizarea simultana a doua semnale Se aplica unui canal al osciloscopului un semnal variabil de la versatester, iar la celalat canal o tensiune continua de la sursa de tensiune continua stabilizata. Comutatoarele de stabilire a lucrului n modul Y-t se pun pe pozitii corespunzatoare vizualizarii simultane a semnalelor aplicate celor 2 canale: 9e-DUAL (Fig. 1.9) 35ALT,CHOP,A+B (Fig. 1.8) Pentru obtinerea unei imagini optime pe ecranul osciloscopului se manevreaza butoanele de pozitie pe X si pe Y, comutatoarele atenuatoarelor pe verticala, 26

CIRCUITE DE COMUTARE DR, DIPORTI SI MULTIPORTI SIMPLI comutatoarele bazei de timp, nivel de sincronizare. Sincronizarea se va face cu semnalul aplicat de la versatester. E2.3. Masurari n modul de lucru Y-t Pentru usurarea masuratorilor, ecranul osciloscopului este prevazut cu un rastru (caroiaj) care l mparte n cmpuri dreptunghiulare. Masurarea tensiunilor si timpului (perioadei ) se face direct prin citirea deviatiilor spotului pe verticala respectiv pe orizontala. A. Masurarea tensiunilor cu osciloscopul calibrat Pentru masurare se folosesc indicatiile comutatorului atenuatorului pe verticala 8, 14 (Fig. 1.9), 50, 38 (Fig. 1.8). Se pot masura amplitudinea, valoarea vrf la vrf si componenta continua ale unei tensiuni. Pentru acesta se nmulteste deviatia verticala citita pe ecran cu indicatia corespunzatoare pozitiei n care se afla comutatorul. De exemplu, daca deviatia verticala totala este 4,2 div si comutatorul se afla n pozitia 0,1V/div valoarea totala a tensiuni este: 4,2 div x 0,1 V/div = 0,42 V Potentiometrele de reglaj fin al coeficientilor de deviatie pe verticala se pun n pozitia calibrat: 9, 13- maxim dreapta (Fig. 1.9), 49, 37- maxim stnga (Fig. 1.8) Se fac operatiile de la paragraful E2.2. Vizualizari n modul de lucru Y-t, aplicnd un semnal sinusoidal. Se masoara valoarea vrf la vrf Avv a semnalului pentru semnale cu valoarea efectiva de 1, 2, 3, 4 si 5V, citite pe afisajul versatesterului (pentru semnale sinusoidale instrumentele generatorului sunt etalonate de obicei n valori efective). B. Masurarea perioadei cu osciloscopul calibrat Masurarea se face folosind indicatiile comutatorului bazei de timp. Pentru aceasta se nmulteste numarul de diviziuni pe orizontala, corespunzatoare unei perioade, cu indicatia corespunzatoare pozitiei n care se afla comutatorul. De exemplu, daca deviatia orizontala este 4,6 diviziuni si indicatia este 5ms/div, perioada Ty va fi: Ty = 4,6 div x 5ms/div = 23ms Potentiometrul de reglaj fin al coeficientului de deviatie pe orizontala se pune n pozitia calibrat 23-max. dreapta (Fig. 1.9), 28-max stnga (Fig. 1.8). Se fac operatiile de la E2.2. Vizualizari n modul de lucru Y-t, aplicnd un semnal sinusoidal sau dreptunghiular. Se masoara perioada Ty pentru semnale de frecventa 1, 2, 3, 4, 5 [KHz], citite pe afisajul versatesterului. E2.4. Masurari n modul de lucru Y-X Se trece osciloscopul n modul de lucru Y-X: - pentru osciloscopul XJ-4245 (Fig. 1.9) -comutatorul modului de lucru (20) se trec n pozitia Y-X. Pe axa OX (n locul timpului ) vom avea semnalul aplicat canalului Y1, (comutatorul 9c-pe pozitia Y1) iar pe axa OY semnalul aplicat canalului Y2. - pentru osciloscopul E-0103 (Fig. 1.8) -comutatorul modului de lucru (10) se pune pe una din pozitiile 1V/DIV sau 10V/DIV. Pe axa OX avem tensiunea aplicata bornei 11-EXT, iar pe axa OY tensiunea aplicata canalului YA (sau YB). n cadrul acestui experiment vom masura Figuri Lissajoux cu ajutorul carora putem determina raportul a doua frecvente si defazajul a doua tensiuni variabile de aceasi forma. Se aplica canalului corespunzator axei OX tensiunea de frecventa etalon, reglabila fX de la un versatester, iar celuilalt canal tensiunea a carei frecventa dorim sa o masuram fY (de la alt versatester). Se regleaza butoanele de pozitie X si Y si atenuatorul pe verticala, pna se obtine imaginea optima ca amplitudine si pozitie. 27

Se regleaza frecventa fX pna ce se obtine o imagine stabila numita Figura Lissajoux (cteva exemple sunt aratate n tabelul 1.5.). Se cauta obtinerea mai multor Figuri Lissajoux, masuratorile facndu-se pentru fY de ordinul KHz-ilor.

Tabelul 1.5

V. REZULTATE R2. Vizualizarea tensiunilor cu osciloscopulR2.2. Vizualizari n modul de lucru Y-t A. Vizualizarea unui singur semnal Desenati forma de unda obtinuta pe ecranul osciloscopului. B. Vizualizarea simultana a doua semnale Desenati cele doua forme de unda obtinute pe ecranul osciloscopului. R2.3. Masurari n modul de lucru Y-t A. Masurarea tensiunilor cu osciloscopul calibrat Se trec n Tabelul 1.6 valorile vrf la vrf Avv ale tensiunii vizualizate, pentru valorile efective de 1, 2, 3, 4 si 5V indicate de instrumentul versatesterului. Se calculeaza valoarea efectiva cu formula de mai jos si rezultatele se trec n tabelul 1.6.Aef = Avv 2 2

Care este valoarea componentei continue a tensiunilor vizualizate ? Tabelul 1.6 Marimi masurate cu Valoarea osciloscopul si efectiva calculate masurata cu instrum. generatorului [V] 1 2 3 Valoarea vrf la vrf [V] Valoarea efectiva [V]

28

CIRCUITE DE COMUTARE DR, DIPORTI SI MULTIPORTI SIMPLI 4 5 B. Masurarea perioadei cu osciloscopul calibrat Se trec n Tabelul 1.7 perioadele Ty masurate, pentru valorile de 1, 2, 3, 4 si 5KHz ale frecventei semnaluilui aplicat. Se calculeaza frecventa cu formula: f=1/Ty; rezultatele se trec n tabelul 1.7. Tabelul 1.7 Marimi masurate cu osciloscopul si calculate Frecventa reglata la generator [V] 1 2 3 4 5 R2.4. Masurari n modul de lucru Y-X Se schiteaza graficele obtinute si se calculeaza pentru fiecare frecventa fY cu formula:

Perioada [ms]

Frecventa [KHz]

fY = f X

mX mY

unde mX (mY) este numarul de tangente cu latura orizontala (verticala) a dreptunghiului n care se poate nscrie imaginea obtinuta.

Avnd de-acum la dispozitie tot echipmentul necesar, vom ncepe mpreuna ascensiunea spre piscurile nvaluite n mister ale electronicii.

Lucrarea nr.2

CIRCUITE DE COMUTARE DR DIPORTI SI MULTIPORTI SIMPLI

I. OBIECTIVE29

Determinarea caracteristicilor statice de transfer n tensiune pentru un diport DR. Deducerea aplicatiilor unui diport DR pentru diverse forme de variatie n timp a tensiunii de intrare. c) Determinarea functiei electrice a unui triport de extrem spatial si a modului de folosire a lui ca si circuit logic.a) b)

II. COMPONENTE I APARATURFolosim montajul experimental echipat cu doua diode semiconductoare (banda indic catodul), un condensator i 2 rezistene. Deoarece aplicm i msurm att tensiuni continue ct i variabile avem nevoie de o surs de tensiune continua stabilizat, un generator de semnale, un multimetru digital i un osciloscop catodic cu dou canale.

III. SUPORT TEORETICExperimentele se coreleaza cu capitolul "Circuite de comutare cu D si R", din cursul de " Dispozitive si circuite electronice". Se pot consulta si lucrrile: Miron,C., Introducere n circuitele electronice, Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 1983 , pag.160-173 Miron,C., Bazele circuitelor electronice, Note de curs, fascicula 2, UTCluj-Napoca, 1994 pag.1-12

IV. EXERCITII PREGTITOARE P1. Diportul limitator DRP1.1. Caracteristica static de transfer n tensiune (CSTV) Pentru circuitul din Fig. 2.1 cum arat CSTV considernd v I(t)[-10;10][V]? Dar dac vI(t)[1;+1,5] [V]? Ce funcie ndeplinete circuitul? Care este expresia tensiunii de ieire pe fiecare din cele dou ramuri ale CSTV?

30

P1.2. Translatarea CSTV Cum arat CSTV pentru circuitul din Fig. 2.2., considernd VPOL=5V i vI(t)[10;+10][V]? Care este expresia tensiunii de ieire pe fiecare din cele dou ramuri ale CSTV? P1.3. Cronograme si aplicatii ale circuitului A.

Cum arat cronograma tensiunii vO(t) pentru circuitul din Fig. 2.1, dac vI(t) este sinusoidal cu amplitudinea lund pe rnd valorile 10V, 1V, 0.3[V] , folosind pentru dioda: a) modelul supapa electronica ideala; b) modelul exponential. Cum arata vO(t) pentru circuitul din Fig 2.1. daca tensiunea de intrare vI(t) consta dintr-o succesiune de impulsuri pozitive si negative cu amplitudine de 8V?

B.

P2. Triport de extrem spaial DRP2.1. Funcia electric a triportului DR Care este funcia electric a triportului reprezentat n Fig. 2.4.? Cum se exprim matematic aceast funcie? Pentru triportul reprezentat n Fig. 2.4., care este variaia n timp a tensiunii de iesire vO(t) pentru vA(t)=5V i vB(t)=10sint [V]? Dar pentru vB(t)=10sint [V] i vA(t)=-1V? P2.2. Triportul DR - circuit logic Pentru circuitul din Fig. 2.4., variabilelor electrice vA, vB i vO, li se asociaz variabilele logice A, B respectiv Y. Ce funcie logic ndeplinete circuitul? Se consider : 1 logic 10 V 0 logic 0 V

V. EXPERIMENTARE E1. Diportul limitator DRDintre cele patru posibile topologii de circuit cu 1R, 1D si o sursa de tensiune am ales pentru experimentare circuitul din Fig 2.1. ,fiind mai putin familiar dect circuitul cu iesirea pe R, dar la fel de important. E1.1. Caracteristica static de transfer n tensiune (CSTV) Se construiete circuitul din Fig. 2.1. a) Obinerea CSTV prin metoda punct cu punct. Tensiunea vI=10V c.c. se obine de la sursa de tensiune continu stabilizat. Cu multimetrul digital se msoar vI i vO. Se msoar vO i pentru urmtoarele valori ale vI: 5V, 1.5V, 0.8V, 0.4V, 0V, -1V, -5V, -10V. b) Vizualizarea CSTV cu ajutorul osciloscopului.

42

TIRISTORUL

Tensiunea vI se obine de la generatorul de semnale reglat pentru a furniza o tensiune sinusoidal cu amplitudine de 10V i frecven de 100Hz. R X Y

vI

D

vO

M Fig. 2.1 Diport limitator DR Se trece osciloscopul calibrat n modul de lucru Y-X (vezi si Lucrarea nr. 1, E2.4), se fixeaz originea sistemului de axe de coordonate n centrul ecranului i se conecteaz sonda corespunztoare intrrii X la intrarea circuitului iar sonda corespunztoare intrrii Y la ieirea circuitului (punctele X, respectiv Y din Fig. 2.1). Atenie: Punctele de mas ale circuitului, generatorului de semnale i osciloscopului se conecteaz mpreun n punctul M.

E1.2. Translatarea CSTV Se construiete circuitul din Fig. 2.2. X R D VPOL M Fig. 2.2 Diport limitator DR cu VPOL VPOL este realizat cu sursa de tensiune continu reglat la valoarea de 5V. Se vizualizeaz cu osciloscopul CSTV. Experimentul se desfoar n mod similar cu cel de la seciunea E1.1 b.

Y

vI

vO

E1.3. Cronograme si aplicatii ale circuitului A. Folosim circuitul din Fig. 2.1. La intrarea circuitului aplicm semnal sinusoidal cu frecvena de 100Hz i amplitudine de 10V de la generatorul de semnale. Cu osciloscopul calibrat, n modul de lucru Y-t, cu ambele canale cuplate direct, cu 0V la mijlocul ecranului se vizualizeaz semnalele vI i vO. Se repet msurtorile i pentru amplitudini ale vI de 1V i 0.3V. Atenie: Instrumentul de msur indic valoarea efectiv a tensiunii sinusoidale. B. Pentru a putea pune n evidenta o noua aplictie a circuitului vom folosi ca semnal de intrare impulsuri de tensiune de ambele polaritati. Pentru a obtine aceste impulsuri folosim43

Lucrarea nr. 5

circuitul derivator RD CD din fig. 2.3., caruia i aplicam la intrare semnal dreptunghiular cu perioada mult mai mare dect constanta de timp =RDCD a derivatorului. Construim circuitul din Fig. 2.3.CD R

Vs

RD

vI

D

vO

Fig. 2.3 Diport limitator si circuit de derivare

vS este semnal dreptunghiular de 8V cu frecventa de 100Hz obtinut de la generatorul de semnale. Cu osciloscopul calibrat in modul de lucru Y-t, cu ambele canale cuplate direct, cu 0V la mijlocul ecranului se vizualizeaza semnalele vS si vI, apoi vI si vO.

E2. Triport de extrem spaial DRPentru experiment folosim triportul din Fig. 2.4. cu A, B porti de intrare si Y poarta de iesire. E2.1. Funcia electric a triportului Se construiete circuitul din Fig. 2.4. A vA vB B R D1 D2 vO

Fig. 2.4. Triport DR vA este tensiune sinusoidal cu frecven de 100Hz i amplitudine de 10V, de la generatorul de semnale . VB=5V este tensiune continu. Cu osciloscopul, cu ambele canale cuplate direct, cu 0V la mijlocul ecranului se vizualizeaz vA i vO. Se repet vizualizarea vA i vO i pentru vB=-1V.

E2.2. Triportul DR - circuit logic Se folosete circuitul din Fig. 2.4. Tensiunile fiecreia dintre sursele vA i vB pot lua valorile de 0V sau 5V prin conectarea punctelor A i B la mas sau la sursa de tensiune continu reglat la 5V. Tensiunea vO se msoar cu multimetrul digital folosit ca i voltmetru de c.c. Se realizeaz pe rnd toate combinaiile posibile n funcie de valorile pe care le pot lua vA i vB, msurnd de fiecare dat vO.44

TIRISTORUL

VI. REZULTATE R1. Diportul limitator DRR1.1. Caracteristica static de transfer n tensiune (CSTV) a) Obinerea CSTV prin metoda punct cu punct. Tabel cu vI, vO pentru vI = -10V, -5V, 0V, +5V, +10V. Tabel cu vI, vO pentru vI = -1V, 0V, +0.4V, +0.8V, +1.5V. 2 grafice reprezentnd vO(vI), pentru datele din cele dou tabele de mai sus. Specificai pe grafice poriunile corespunztoare strilor de conducie, respectiv de blocare a diodei. n care situaie trebuie avut n vedere tensiunea de prag diferit de zero a diodei? b) Vizualizarea CSTV cu ajutorul osciloscopului. Comparai CSTV obtinut pe ecranul osciloscopului cu cea obinut prin metoda punct cu punct. Pentru ce valoare a tensiunii de intrare dioda trece din blocare n conducie? R1.2. Translatarea CSTV Analizai CSTV obinut. Ce deduceti prin compararea ei cu cea obinut la seciunea R1.1. Comentai. Pentru ce valoare a tensiunii de intrare dioda trece din blocare n conducie? Pe ce direcie s-a deplasat CSTV n comparaie cu cea obinut la seciunea R1.1? Cum explicai? R1.3. Cronograme si aplicatii ale circuitului A. Desenai tensiunile vI(t) i vO(t) pentru urmtoarele valori ale amplitudinii semnalului sinusoidal de intrare: 10V, 1V, 0.3V. Comparai ntre ele i interpretai cronogramele obinute. Care este aplicatia realizata de diportul DR? B. Desenati tensiunile vS(t), vI(t) si vO(t) obtinute cu ajutorul osciloscopului pentru vS(t) dreptunghiular de 8V si frecventa de 100Hz . Care este aplicatia realizata de diportul DR (vI se va considera semnal de intrare)? Acelasi diport DR poate fi folosit pentru diverse aplicatii. Cum putem oare interpreta acest fenomen straniu?

R2. Triport de extrem spaial DRR2.1. Funcia electric a triportului Desenai conogramele tensiunilor vA, vB i vO pentru vB(t) = 5V, apoi pentru vB(t) = -1V. Precizai pe cronogramele obinute intervalele de timp corespunzatoare strilor de conducie, respectiv de blocare a diodei. Comparai cu rezultatele obinute la exercitiile pregatitoare. Interpretai. Exist situaii n care ambele diode sunt n conducie? Dar n blocare? R2.2. Triportul DR - circuit logic45

Lucrarea nr. 5

Tabel cu vA ,vB i vO pentru toate combinaiile de valori pe care le pot lua vA i vB din mulimea {0V, 10V}. Tabel de adevar cu variabilele logice A, B i Y respectnd conveniile expuse n seciunea P2.2. Ce valori de tensiune corespund nivelului 1 logic la intrarea i la ieirea circuitului? Care ar fi cteva avantaje i dezavantaje ale triportului DR folosit ca i circuit logic.

Sperm c experienele de azi au fost folositoare i informative, dar nu prea obositoare.

Lucrarea nr. 3

DIPORI DE COMUTARE DCI. OBIECTIVEa) b)

Stabilirea legturii dintre alctuirea diportilor DC i funciile realizate de acestea. nelegerea modului prin care multiplicatoarele de tensiune (dublor, triplor) se pot construi folosind dipori DC simpli.

II. COMPONENTE I APARATURFolosim montajul experimental echipat cu trei diode semiconductoare de tip 1N4148 (banda indic catodul) i trei condensatoare cu valoarea de 100nF. Deoarece aplicm tensiuni continue i variabile i msurm tensiuni continue i variabile avem nevoie de o sursa de tensiune continua stabilizata, un generator de semnale, un osciloscop catodic cu dou canale i un multimetru digital.

III. SUPORT TEORETICExperimentele se bazeaz n principal pe notiele de curs ce trateaz tematica cuprins n titlul lucrrii de laborator. Se pot consulta lucrrile: Miron, C., Introducere n circuitele electronice, Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 1983 , pag. 173-179 Miron, C. Bazele circuitelor electronice, Note de curs, Fascicula 2, Cluj-Napoca 1994, 13-16

pag.

IV. EXERCIII PREGTITOARE46

TIRISTORUL

P1. Diportul de maxim temporalP1.1. Cronograme si functionarea circuitului Exerciiile din acest paragraf se vor rezolva folosind pentru diod att modelul supap ideal ct i modelul exponenial. Cum arat cronogramele tensiunilor vO(t) i vD(t) , n regim permanent, pentru circuitul din Fig. 3.1, dac vI(t)=5V c.c. ? Cum arat cronogramele tensiunilor vO(t) i vD(t) , n regim permanent, pentru circuitul din Fig. 3.1, dac vI(t) este tensiune sinusoidal cu amplitudinea lund pe rnd valorile 10V, 1V, 0.3V . Cum arat cronogramele tensiunilor vO(t) i vD(t) n regim permanent, pentru acelai circuit dac vI(t) este tensiune dreptunghiular variind ntre 0V i 5V?

P2. Diportul de translaie spre valori pozitiveP2.1. Cronograme si functionarea circuitului Exerciiile din acest paragraf se vor rezolva folosind pentru diod att modelul supap ideal ct i modelul exponenial. Cum arat cronogramele tensiunilor vO(t) i vC(t) , n regim permanent, pentru circuitul din Fig. 3.2, dac vI(t)=-5V c.c. ? Cum arat cronogramele tensiunilor vO(t) i vC(t) , n regim permanent, pentru circuitul din Fig. 3.2, dac vI(t) este sinusoidal cu amplitudinea lund pe rnd valorile 10V, 1V, 0.3V? Cum arat cronogramele tensiunilor vO(t) i vC(t) n regim permanent, pentru acelai circuit dac vI(t) este tensiune dreptunghiular variind ntre 0V i 5V?

P3. Dublorul de tensiuneP3.1. Cronograme si functionarea circuitului Cum arat cronogramele tensiunilor vO1(t) i vC1(t), n regim permanent, pentru circuitul din Fig. 3.3, dac vI(t) este sinusoidal cu amplitudinea de 10V? Cum arat cronogramele tensiunilor vO(t) i vD2(t), n regim permanent, pentru circuitul din Fig. 3.3, n condiiile de la punctul anterior? Cum se poate construi circuitul din Fig. 3.3, folosind circuitele din Fig. 3.1 i din Fig. 3.2?

P4. Triplorul de tensiuneP4.1. Funcionarea circuitului Ce funcie ndeplinete grupul D1C1 din circuitul reprezentat n Fig. 3.4, considernd vI tensiunea de intrare i v1 tensiunea de ieire? Ce funcie ndeplinete grupul D2C2 din circuitul reprezentat n Fig. 3.4, considernd v1 tensiunea de intrare i v2 tensiunea de ieire? Ce funcie ndeplinete grupul D3C3 din circuitul reprezentat n Fig. 3.4, considernd v2 tensiunea de intrare i vC3 tensiunea de ieire? Ce valoare are tensiunea vO pentru circuitul din Fig. 3.4, daca amplitudinea tensiunii sinusoidale de intrare este de 10V?

Cum putem obine un multiplicator cu n al amplitudinii tensiunii variabile de intrare, pentru n=4? Dar pentru n=5?47

Lucrarea nr. 5

V. EXPERIMENTARE E1. Diportul de maxim temporalE1.1. Cronograme si functionarea circuitului Se construiete circuitul din Fig. 3.1. La intrarea circuitului aplicm tensiune continu de 5V de la sursa de tensiune continu stabilizat. Cu multimetru digital se msoar tensiunile vD i vO. vD X Y vI D C

vO

M Fig. 3.1 Diport de maxim temporal

La intrarea circuitului aplicm semnal sinusoidal cu frecvena de 500Hz i amplitudine de 10V de la generatorul de semnale. Se vizualizeaz semnalele vI i vO cu osciloscopul calibrat, n modul de lucru Y-t, cu ambele canale cuplate direct, cu 0V la mijlocul ecranului; cele dou sonde se conecteaz n punctele X respectiv Y, iar masa n punctul M. Se repet msurtorile i pentru amplitudini ale vI de 1V i 0.3V. La intrarea circuitului aplicm semnal dreptunghiular variabil ntre 0V i 5V cu frecven de 500Hz, de la generatorul de semnale (semnal TTL; borna din colul dreapta sus de pe panoul frontal al versatesterului). Se vizualizeaz semnalele vI i vO folosind osciloscopul ca mai sus.

E2. Diportul de translaie spre valori pozitiveE2.1. Cronograme si functionarea circuitului Se construiete circuitul din Fig. 3.2. vC X vI C D M Fig. 3.2 Diport de translaie

Y

vO

La intrarea circuitului aplicm tensiune continu de -5V de la sursa de tensiune continu. Cu multimetru digital se msoar tensiunile vD i vO La intrarea circuitului aplicm semnal sinusoidal cu frecven de 500Hz i amplitudine de 10V de la generatorul de semnale.

48

TIRISTORUL

Se vizualizeaz semnalele vI i vO cu osciloscopul calibrat, n modul de lucru Y-t, cu ambele canale cuplate direct, cu 0V la mijlocul ecranului; cele dou sonde se conecteaz n punctele X respectiv Y. Se repet msurtorile i pentru amplitudini ale vI de 1V i 0.3V. La intrarea circuitului aplicm semnal dreptunghiular variabil ntre 0V i 5V cu frecvena de 500Hz de la generatorul de semnale (semnal TTL; borna BNC din colul dreapta sus de pe panoul frontal al versatesterului). Se vizualizeaz semnalele vI i vO folosind osciloscopul ca mai sus.

E3. Dublorul de tensiuneOare ce rezulta prin combinarea dezinteresata a celor doi diporti de mai sus? Nu vom afla niciodata daca nu vom ncerca; deci la treaba! E3.1. Cronograme i funcionarea circuitului Se construiete circuitul din Fig. 3.3. vC1

vD2

vI

C1 D1 vO1

D2 C2

vO

M Fig. 3.3 Dublorul de tensiune

La intrarea circuitului aplicm semnal sinusoidal cu frecvena de 500Hz i amplitudine de 10V de la generatorul de semnale. Se vizualizeaz semnalele vI, vO1 i vO cu ajutorul osciloscopului. Deoarece cu osciloscopul cu doua canale putem vizualia simultan doar doua semnale, vom vizualiza pe rnd vI i vO1, apoi vI i vO. Atenie la reglajul osciloscopului (vezi seciunile anterioare).

E4. Triplorul de tensiuneO tensiune de trei ori mai mare? Cum? Ei bine, unde-s multi puterea creste E4.1. Cronograme i funcionarea circuitului Se construiete circuitul din Fig. 3.4. La intrarea circuitului aplicm semnal sinusoidal cu frecvena de 500Hz i amplitudine de 10V de la generatorul de semnale. Cu multimetrul digital, folosit ca voltmetru de c.c. se msoara pe rnd tensiunile v C1, vC2 i vC3. Se vizualizeaz semnalele vI i vO cu ajutorul osciloscopului. Se repet masurtorile pentru amplitudinea semnalului de intrare de 1.7V.

49

Lucrarea nr. 5

vC2 VI. REZULTATE Y

R1. Diportul de maxim temporal

C2 v2 vI v1 D3 D2 D1 R1.1. Cronograme i funcionarea circuitului C3 C1 Valorile tensiunilor vI, vO, vD pentru vI=5V c.c. Graficele tensiunilor vI(t), vO(t) i vD(t) pentru urmtoarele valori ale amplitudinii M semnalului sinusoidal de intrare: 10V, 1V, 0.3V. Tensiunea vD(t) se determina prin calcul vC3 vC1 ca diferenta a tensiunilor vI(t) si vO(t)v.O Ce concluzii se desprind comparnd ntre ele rezultatele obinute n cele trei cazuri de mai sus? Fig. 3.4. Triplorul de tensiune Exist vreo diferen ntre valoarea tensiunii de ieire i valoarea amplitudinii tensiunii de intrare? Explicai. Graficele tensiunilor vI(t), vO(t) i vD(t) pentru tensiune de intrare dreptunghiular variind ntre 0V i 5V. Interpretare. Estimai durata regimului tranzitoriu pentru semnalul de intrare dreptunghiular descris mai sus. Cum explicai funcionarea circuitului?

R2. Diportul de translaie spre valori pozitiveR2.1. Cronograme i funcionarea circuitului Valorile tensiunilor vI, vO, vD pentru vI=5V c.c. Graficele tensiunilor vI(t), vO(t) i vC(t) pentru urmtoarele valori ale amplitudinii semnalului sinusoidal de intrare: 10V, 1V, 0.3V. Tensiunea vC(t) se determina prin calcul ca diferenta dintre vI(t) si vO(t). Evoluia n timp a strilor de conducie, respectiv de blocare a diodei pentru fiecare din cele trei valori ale amplitudinii semnalului de intrare. Pentru amplitudinea tensiunii de intrare de 10V, comparati ntre ele cderile de tensiune pe D, respctiv pe C, obinute la seciunile R1.1 i R1.2. Concluzii. Graficele tensiunilor vI(t), vO(t) i vD(t) pentru tensiune de intrare dreptunghiular variind ntre 0V i 5V. Interpretai. Estimai durata regimului tranzitoriu pentru semnalul de intrare dreptunghiular utilizat mai sus. Cum explicai funcionarea circuitului?

R3. Dublorul de tensiuneR3.1. Cronograme i funcionarea circuitului Graficele tensiunilor vI(t), vO1(t), vO(t), vC1(t) i vD2(t) pentru amplitudinea de 10V a semnalului de intrare. Cum este valoarea tensiunii continue de ieire fa de valoarea amplitudinii semnalului de intrare? De ce? Explicai funcionarea circuitului bazndu-v pe circuitele reprezentate in Fig. 3.1 i Fig. 3.2.

50

TIRISTORUL

R4. Triplorul de tensiuneR4.1. Cronograme i funcionarea circuitului Tabel cu vC1, vC2, vC3 i amplitudinea tensiunii vI pentru valorile de 10V i 1.7V ale amplitudinii tensiunii vI. Cum este valoarea tensiunii continue de ieire fa de valoarea amplitudinii semnalului de intrare pentru valorile de 10V i 1.7V ale amplitudinii tensiunii vI? De ce? Graficele tensiunilor vI(t), v1(t), v2(t) i vO(t) pentru valorile de 10V i 1.7V ale amplitudinii tensiunii vI. Precizai strile de conducie, respectiv de blocare a diodelor din circuitul reprezentat n Fig. 3.4, pentru valorile de 10V i 1.7V ale amplitudinii tensiunii vI.

Ce parere aveti, de cte grupuri DC este nevoie pentru a obine o tensiune continua deminim 23V, dac dispunem de o surs de tensiune variabil cu amplitudinea de 6V? Precizai dac ati considerat diodele ideale sau nu.

Lucrarea nr 4

REDRESOARE MONOFAZATE CU FILTRU CAPACITIVI. OBIECTIVEa) Stabilirea dependentei dintre tipul redresorului (monoalternanta, bialternanta) si forma tensiunii redresate. b) Determinarea efectelor modificarii valorilor rezistentei de sarcina si condensatorului de filtraj asupra tensiunii redresate. c) Deducerea tensiunii inverse maxime si a curentului direct maxim prin diodele redresoare.

II. COMPONENTE SI APARATURAPentru experimentare vom folosi un montaj echipat cu un transformator de retea, patru diode redresoare, doua condensatoare electrolitice, un potentiometru si o rezistenta. Pentru vizualizarea tensiunilor avem nevoie de un osciloscop catodic cu doua canale, iar pentru masurarea valorilor medii ale tensiunii si curentului de un voltmetru, respectiv un miliampermetru de c.c.

III. SUPORT TEORETICExperimentele fac referire la capitolul Circuite de comutare cu diode din cursul de Dispozitive si circuite electronice. Se pot consulta lucrarile: Miron, C., Circuite electronice, Curs, Lito IP Cluj-Napoca, 1980, pag. 20-28, 36-43; 51

Lucrarea nr. 5

Dascalu, D., Dispozitive si circuite electronice, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982, pag. 329339.

IV. EXERCITII PREGATITOARE P1. Redresor monofazat monoalternantaP1.1. Redresor monofazat monoalternanta cu sarcina rezistiva Care sunt cronogramele tensiunilor vS si vO si a curentului iO pentru circuitul din Fig. 4.1, daca raportul de transformare al transformatorului este n=22 ? Care este valoarea medie (componenta continua) VO a tensiunii de iesire? Cum este influentata aceasta valoare de valoarea rezistentei de sarcina R+Rt? Care este valoarea tensiunii inverse maxime pe dioda redresoare D? Pentru ce pozitie a cursorului reostatului R se obtine curent mediu maxim n sarcina? Care este valoarea instantanee maxima a curentului direct prin D, IFmax ? P1.2. Redresorul monofazat monoalternanta cu filtru capacitiv Ce deosebire exista ntre circuitele din Fig. 4.1 si Fig. 4.2? Cum se modifica vS(t) si vO(t) si IO(t) prin introducerea condensatorului C? Cum se modifica valoarea componentei continue a tensiunii de iesire VO pentru circuitul din Fig. 4.2 fata de circuitul din Fig. 4.1, la aceeasi valoare medie a curentului de iesire IO? Care este tensiunea inversa maxima ce poate apare pe D?

P2. Redresor monofazat bialternantaP2.1. Redresor monofazat bialternanta cu sarcina rezistiva n continuare ne referim la circuitul din Fig. 4.3. Care dintre cele patru diode conduc n alternanta pozitiva a tensiunii vS? Care sunt cronogramele tensiunilor vS si vO ? Cum este valoarea medie a tensiunii de iesire n comparatie cu valoarea medie a tensiunii de iesire obtinuta la P1.1.? P2.2. Redresor monofazat bialternanta cu filtru capacitiv Cum arata tensiunea de iesire pentru circuitul din Fig. 4.4. lucrnd n gol? Se modifica forma de variatie n timp a tensiunii de la ntrebarea anterioara daca curentul de iesire creste la 100 mA? Daca da, cum? Pentru ce valoarea a condensatorului de filtraj (100F sau 1000F) valoarea medie a tensiunii de iesire este mai mare la un curent de iesire de 100 mA? Dar la curent de iesire de 0 mA?

V. EXPERIMENTAREn experimentele din aceasta lucrare tensiunea sinusoidala ce urmeaza a fi redresata se obtine din secundarul unui transformator de retea, Tr, dupa cum se observa si din figurile ce descriu montajele experimentale. Asadar sursa de tensiune de redresat este o sursa flotanta. Deoarece n primarul transformatorului ajunge tensiunea de retea, aveti grija sa nu atingeti aceasta parte a transformatorului cnd este pus sub tensiune, deoarece exista pericol de electrocutare!

E1. Redresor monofazat monoalternantaE1.1. Redresor monofazat monoalternanta cu sarcina rezistiva Se construieste circuitul din Fig. 4.1. Cu osciloscopul cu doua canale, calibrat, n modul de lucru Y-t, se vizualizeaza vS si vO. Cu miliampermetrul de cc. se masoara componenta continua a curentului prin sarcina IO. Cu un voltmetru de cc. se determina componenta continua VO a tensiunii de iesire a redresorului. Se vizualizeaza vo(t) si se masoara componenta continua VO a tensiunii de iesire pentru urmatoarele valori ale IO: 0, 25, 50, 75, 100, 125, 150[mA]. Valoarea curentului IO se regleaza din reostatul R. IO=0mA se obtine prin ntreruperea circuitului din secundarul transformatorului.

52

TIRISTORUL

Cu osciloscopul se vizualizeaza tensiunea VRt pe rezistenta Rt, cu rezistenta reostatului R=0.

Tr 220V c.a. ~ vS

D

+m A

1K 47 Rt

R

vO

E1.2. Fig 4.1. Redresor m . onoalternan Redresorul monofazat monoalternanta cu filtru capacitiv Se construieste circuitul din Fig. 4.2.

Tr 220V c.a. ~ vS

D

+m A

1K C 47 Rt

R

vO

Fig 4.2. Redresor m . onoalternan cu filtru capacitiva) b) C=100F Experimentul se desfasoara urmarind aceeasi pasi ca la E1.1. C=1000F Experimentul se desfasoara n mod similar cu cel de la E1.1.

E2. Redresor monofazat bialternantaE2.1. Redresor monofazat bialternanta cu sarcina rezistiva Se construieste circuitul din Fig. 4.3.

Tr 220V c.a. ~ D4 vS D3

D1 + D2

+m A

0 1K 47 Rt R vO

Fig 4.3. Redresor bialternan . Cu osciloscopul calibrat n modul de lucru Y-t, se vizualizeaza tensiunea vO. Componenta continua VO a tensiunii de iesire se masoara cu un voltmetru de cc., iar componenta continua a curentului prin sarcina IO, se masoara cu un miliampermetru de cc. Se vizualizeaza vO(t) si se masoara componenta continua VO a tensiunii de iesire pentru urmatoarele valori ale IO: 25, 50, 75, 100, 125, 150[mA]. Valoarea curentului I O se regleaza din reostatul R. IO=0mA se obtine prin ntreruperea circuitului din secundarul transformatorului.

E2.2. Redresor monofazat bialternanta cu filtru capacitiv 53

Lucrarea nr. 5

Se construieste circuitul din Fig. 4.4

Tr 220V c.a. ~ D4 vS D3

D1

+m A

+ D2 C

1K 47 Rt

R vO

Fig 4.4. Redresor bialternan cu filtru capacitiv .a) b) C=100F Experimentele se desfasoara n mod similar cu E2.1. C=1000F Experimentele se desfasoara n mod similar cu E2.1.

VI. REZULTATE R1. Redresor monofazat monoalternantaR1.1. Redresor monofazat monoalternanta cu sarcina rezistiva vS(t) si vO(t) pentru valorile curentului IO indicate la E1.1. Cum explicati forma tensiunii vO pentru IO=0mA? Se observa vreo schimbare a acestor tensiuni pe masura ce IO creste? Cum explicati? Valorile VO se trec n prima linie a tabelului 4.1 . Se modifica valoarea tensiunii VO daca IO se modifica? De ce? Care este tensiunea inversa maxima pe care trebuie sa o poata suporta dioda D? Tensiunea pe D este diferenta tensiunilor vS si vO. Cronogramele tensiunii VRt si curentului IO pentru R=0 (iO=vRt/Rt). Care este valoarea curentului direct maxim prin D, IFmax? Tabelul 4 1 IO [mA] C [F] VO [V] 0 25 50 75 100 125 150 0 100 1000 R1.2. Redresorul monofazat monoalternanta cu filtru capacitiv a) C=100F vS(t) si vO(t) pentru valorile curentului IO indicate la E1.1. Cum explicati forma tensiunii vO pentru IO=0mA? Cum influenteaza cresterea IO, forma tensiunii vO n timp? De ce oare? Valorile VO se trec n linia a doua a tabelului 4.1. Pentru ce valoare a IO apare tensiunea inversa maxima pe D? Care este valoarea acestei tensiuni? (se folosesc cronogramele vO si vS) Ce relatie exista ntre tensiunea inversa maxima pe D si amplitudinea tensiunii vS? Cronogramele tensiunii VRt si curentului IO pentru R=0 (iO=vRt/Rt). Care este valoarea curentului direct maxim prin D, IFmax? b) C=1000F vS(t) si vO(t) pentru valorile curentului IO indicate la E1.1. Cum explicati forma tensiunii vO pentru IO=0mA? Valorile VO se trec n linia a treia a tabelului 4.1. Care este valoarea maxima a tensiunii inverse ce poate apare pe D? Cronogramele tensiunii VRt si curentului IO pentru R=0 (iO=vRt/Rt). Care este valoarea curentului direct maxim prin D, IFmax? 54

TIRISTORUL

Pentru care redresor (cu sau fara filtru capacitiv) este mai solicitata dioda redresoare D din punct de vedere al curentului direct maxim?

Pentru fiecare valoare a curentului IO din tabelul 4.1 comparati ntre ele formele de variatie n timp ale tensiunilor vO obtinute la punctele R1.2.a, respectiv R1.2.b. Cum este influentata tensiunea vO de valoarea condensatorului de filtraj? Cum explicati diferenta calitativa mare ntre formele de variatie ale vO(t) obtinute la R1.1 si cele obtinute la R1.2? Conform datelor din tabelul 4.1. se ridica caracteristicile de iesire ale redresorului monoalternanta VO=f(IO) n urmatoarele cazuri: -redresor fara filtru; -redresor cu filtru capacitiv: -C=100F; -C=1000F. Cele trei caracteristici se traseaza pe acelasi grafic. Comparati aceste caracteristici din punct de vedere a valorii curentului prin sarcina si a valorii condensatorului de filtraj.

R2. Redresor monofazat bialternantaConstruiti tabelul 4.2 (identic cu tabelul 4.1) n care se vor centraliza datele obtinute la redresorul bialternanta. R2.1. Redresor monofazat bialternanta cu sarcina rezistiva Cronogramele tensiunii vo pentru valorile curentului IO de la E2.1. Cum explicati forma tensiunii vO(t)? Prin ce difera de tensiunea vO(t) obtinuta la R1.1? Valorile vO se trec n prima linie a tabelului 4.2 construit de voi. R2.2. Redresor monofazat bialternanta cu filtru capacitiv a) C=100F Cronogramele tensiunii vo pentru valorile curentului IO de la E2.1. De ce forma tensiunii de iesire difera de cea obtinuta la E2.1? Cum influenteaza valoarea IO forma vO? Valorile VO se trec n linia a doua a tabelului 4.2. a) C=1000F Cronogramele tensiunii vO pentru valorile curentului IO de la E2.1. Pentru aceeasi valoare a IO comparati forma tensiunii de iesire cu cea obtinuta la punctul a). Valorile VO se trec n linia a treia a tabelului 4.2. Conform datelor din tabelul 4.2. se ridica caracteristicile de iesire ale redresorului bialternanta n cazurile: -redresor fara filtru; -redresor cu filtru capacitiv: - C=100F; - C=1000F. Comparati aceste caracteristici din punct de vedere a valorii curentului prin sarcina si a valorii condensatorului de filtraj. Care tip de redresor (monoalternanta sau bialternanta) furnizeaza la iesire o tensiune continua mai mare, pentru aceleasi valori ale tensiunii de intrare (vS), curentului prin sarcina (IO), respectiv capacitatii de filtraj (C)? Considernd redresorul ca o sursa de tensiune, care dintre cele 6 variante studiate este cea mai aproape de o sursa de tensiune continua ideala? Care ar putea fi cteva criterii dupa care sa comparam redresorul monoalternanta cu cel bialternanta? Conform acestor criterii, ce avantaje si dezavantaje apar de fiecare parte?

Lucrarea nr. 5

TIRISTORUL

55

Lucrarea nr. 5

I. OBIECTIVEa) Ridicarea caracteristicilor de amorsare si anodice ale tiristorului. b) Determinarea unghiului de comanda si a formei tensiunii pe sarcina n functie de marimea rezistentei din circuitul de comanda, pentru redresorul monofazat cu comanda pe verticala, respectiv pe orizontala.

II. COMPONENTE SI APARATURASe foloseste montajul experimental reprezentat n Fig.5.1. Tiristorul este de tip T22N1, pentru care sunt date mai jos cteva date de catalog. Ca si sursa de tensiune alternativa se foloseste tensiunea din secundarul unui transformator de retea. Pentru efectuarea masuratorilor avem nevoie de un voltmetru de c.c. si de 2 miliampermetre de c.c. Vizualizarea tensiunilor variabile o vom realiza cu un osciloscop cu doua canale. Extras de catalog tiristor T22N1: Tensiunea inversa anod catod Curentul mediu n stare de conductie Curentul de vrf repetitiv n stare de conductie Puterea maxima disipata pe poarta Curentul de amorsare pe poarta Tensiunea de amorsare pe poarta Tensiunea de neamorsare pe poarta Curent de mentinere VAK=6V (poarta deconectata) Curentul de acrosaj VAK=6V=VD Curentul invers la VAK=VRRM T=125 o C VRRM ITAVM ITRM PGM IGT VGT VGD IH IL IRM 100 V 22A 190A 2W max. 100mA max. 3V min. 0,2V max. 120mA max. 200mA max. 15mA

III. SUPORT TEORETICExperimentele se bazeaza n cea mai mare parte pe sectiunea "Circuite de comutare cu tiristoare" din cursul de "Dispozitive si circuite electronice". Este foarte utila si consultarea urmatoarelor lucrari: Miron, C., Bazele circuitelor electronice, Note de curs, fascicula 3, Lito UT Cluj-Napoca, 1994 pag. 2 - 8 Danila, Th., s.a., Dispozitive si circuite electronice, Editura Didactica si Pedagogjca Bucuresti, 1982, pag.143148

IV. EXERCITII PREGATITOARE P1. Caracteristici de amorsare si anodiceP1.1. Curentul de acrosaj si curentul de mentinere Se deseneaza circuitul necesar determinarii curentilor de acrosaj si de mentinere pornind de la schema montajului experimental (Fig.5.1.) realiznd urmatoarele: Se leaga mpreuna urmatoarele perechi de borne (B9, B10), (B11, B12), respectiv (B5, B7). ntre bornele B1, B2 se leaga o sursa de tensiune continua VS=6V (plusul sursei la B1). ntre bornele B4, B3 se leaga un miliampermetru de c.c. (cu "+" la B4). Ce reprezinta curentul de acrosare pentru tiristor? Ce reprezinta curentul de mentinere pentru tiristor? P1.2. Caracteristici de amorsare Se foloseste acelasi circuit ca la P1.1., doar ca acum VS=15V si ntre punctele B7-B5 se leaga un miliampermetru de c.c. (cu "+" la B7 ). Dupa cum bine stiti caracteristica de amorsare a tiristorului se refera la dependenta curentului de grila iG de tensiunea grila-catod vGK . Cum arata caracteristica iG(vGK), daca curentul anodic iA=0A (circuitul anodic ntrerupt)? 56

TIRISTORUL

Se modifica aceasta caracteristica daca tiristorul este adus n conductie (iA>0A)? Daca da, cum?

P1.3. Caracteristica anodica Asa cum banuiti este vorba de dependenta curentului anodic iA de tensiunea anod-catod vAK, avnd ca parametru curentul iG. Cum arata iA(vAK) pentru tiristor? n ce punct al caracteristicii apare tensiunea VBO (breakover) la care tiristorul intra n conductie? Cum este influentata valoarea VBO ,de valoarea lui iG? Ce semnificatie are punctul de coordonate (VH, IH) de pe caracteristica anodica (VH, IH sunt tensiunea respectiv curentul de mentinere)?

P2. Redresor monofazat cu tiristorP2.1. Cu comanda pe verticala Se deseneaza circuitul ce rezulta din schema montajului experimental (Fig.5.1.) daca: ntre bornele B1, B2 se leaga secundarul unui transformator de retea ce furnizeaza o tensiune de 15 Vef Se leaga mpreuna urmatoarele borne: (B3, B4), (B5, B7), (B9, B10), respectiv (B12, B13) P1 se pune pe pozitia de rezistenta minima (zero) introdusa n circuit. Comanda se numeste pe verticala (sau prin amplitudine) deoarece unghiul de comanda al tiristorului se regleaza modificnd amplitudinea tensiunii aplicate pe poarta, cu ajutorul potentiometrului P2, Care este circuitul de comanda pentru tiristor? Desenati calitativ iG(t). Cum influenteaza rezistenta introdusa de P2 curentul de grila? Cum arata tensiunea pe rezistenta de sarcina (R1) pentru doua pozitii diferite ale cursorului potentiometrului P2 ? n ce domeniu poate fi variat unghiul de comanda C dupa care amorseza tiristorul? Prin C ntelegem unghiul masurat n grade dintre momentul n care tensiunea aplicata tiristorului trece prin zero spre valori pozitive si momentul n care tiristorul amorseaza. P2.2. Cu comanda pe orizontala Se deseneaza circuitul ce rezulta din schema montajului experimental (Fig.5.1.) daca: ntre bornele B1, B2 se leaga secundarul unui transformator de retea ce furnizeaza o tensiune de 15 Vef. Se leaga mpreuna urmatoarele borne: (B3, B4), (B5, B6, B7, B8), (B9, B10), respectiv (B11, B12, B14). P1 se pune pe pozitia de rezistenta minima (zero) introdusa n circuit. Comanda se numeste pe orizontala (sau prin faza) deoarece pe poarta se aplica o tensiune de amplitudine constanta dar de faza variabila (din P2); circuitul P3+R3, C reprezinta un circuit defazor. Care este circuitul de comanda al tiristorului? Prin ce se deosebeste de circuitul de comanda de la P2.1.? n ce domeniu poate fi modificat unghiul de comanda C al tiristorului? Cum arata variatia n timp a tensiunii pe sarcina (R1)? n ce fel este influentata de marimea rezistentei introdusa de P3 n circuitul grilei?

V. EXPERIMENTARE E1. Caracteristici de amorsare si anodiceE1.1. Curentul de acrosaj si curentul de mentinere Se construieste circuitul desenat la P1.1. VS=6Vc.c. se obtine de la sursa de tensiune continua stabilizata. Cu miliampermetrul de curent continuu se masoara curentul anodic iA. P1 si P2 se regleaza pe pozitia de rezistenta maxima, respectiv minima (zero) introdusa n circuit. a) curentul de acrosaj Din P1 se creste n trepte curentul anodic. Dupa fiecare treapta se suprima comanda n grila (se ntrerupe legatura B5-B7), observnd de fiecare data daca tiristorul ramne n conductie. Se noteaza valoarea minima a curentului anodic pentru care tiristorul ramne nca n conductie, dupa suprimarea comenzii (curentul de acrosaj, IL). b) curentul de mentinere Se aduce tiristorul n conductie si se fixeaza curentul anodic la o valoare mai mare dect curentul de acrosaj. Se suprima comanda n grila (se ntrerupe legatura B5-B7) Din P1 si din VS se scade curentul anodic pna cnd tiristorul se blocheaza. 57

Lucrarea nr. 5

Se noteaza curentul IH (de mentinere) pentru care tiristorul mai este nca n conductie cu comanda n grila suprimata.

E1.2. Caracteristici de amorsare Se construieste circuitul desenat de voi la P1.2. VS=15V c.c. de la sursa de tensiune continua stabilizata. Cu miliampermetrul de c.c. din circuitul grilei, se masoara curentul de grila iG. Cu un voltmetru de c.c.legat ntre grila si masa se masoara tensiunea grila catod vGK. Se fixeaza iA=0mA (se desface legatura B9-B10). Se masoara vGK pentru valorile de 2, 5, 10, 20, 40[mA] ale iG, obtinute prin actionarea lui P2. Se nchide circuitul anodic (se reface legatura B9-B10) si se regleaza iA=200mA.(din P1). Lasnd P1 nemodificat, se aduce P2 la pozitia de rezistenta maxima introdusa n circuit. Modificnd valoarea rezistentei potentiometrului P2 se masoara vGK si iG conform datelor din Tabelul 5.1. (vezi R1.2.) E1.3. Caracteristica anodica Se foloseste acelasi circuit ca la E1.2. Cu voltmetrul de c.c. se va masura tensiunea anod-catod vAK. Se fixeaza P1 astfel nct sa introduca rezistenta minima (zero) n circuit. Se pune P2 pe pozitia de rezistenta minima introdusa n circuit. Se masoara vAK, iA si iG pentru diferite valori n ordine crescatoare ale VS n domeniul [0,15][V]. Se modifica pozitia cursorului lui P2 si se reiau masuratorile de la punctul precedent.

E2. Redresor monofazat cu tiristorE2.1. Cu comanda pe verticala Se foloseste circuitul desenat de voi la P2.1. Se conecteaza primarul transformatorului la retea (220 Vc.a.). Se pune P2 pe pozitia de rezistenta minima introdusa n circuit. Cu osciloscopul cu doua canale, calibrat, n modul de lucru Y-t se vizualizeaza tensiunea sinusoidala de intrare vI (la bornele B1, B2) si tensiunea vL pe sarcina (la bornele B1, B9). Masa osciloscopului se conecteaza la B1, aceasta fiind borna comuna celor 2 tensiuni de vizualizat. Atentie la semnul tensiunilor vizualizate. Se actioneaza P2 urmarind modificarile ce apar n forma tensiunii vL. Se determina valoarea maxima a unghuilui C de comanda a tiristorului pentru care tiristorul nca mai amorseaza. Se vizualizeaza cu osciloscopul cu doua canale tensiunea vI (ntre B1 si B2) si tensiunea aplicata grilei (ntre B5 si B2). Masa osciloscopului se conecteaza n B2. E2.2. Cu comanda pe orizontala Se foloseste circuitul desenat de voi la P2.2. P3 se pune pe pozitia de rezistenta minima introdusa n circuit. Cu osciloscopul cu doua canale, calibrat, n modul de lucru Y-t se vizualizeaza tensiunea sinusoidala de intrare vI (la bornele B1, B2) si tensiunea vL pe sarcina (la bornele B1, B9). Masa osciloscopului se conecteaza la B1, aceasta fiind borna comuna celor 2 tensiuni de vizualizat. Atentie la semnul tensiunilor vizualizate. Se actioneaza P2 urmarind modificarile ce apar n forma tensiunii vL. Se determina valoarea maxima a unghuilui C de comanda a tiristorului pentru care tiristorul nca mai amorseaza. Se vizualizeaza cu osciloscopul cu doua canale tensiunea vI (ntre B1 si B2) si tensiunea aplicata grilei (ntre B5 si B2). Masa osciloscopului se conecteaza n B2.

VI. REZULTATE R1. Caracteristici de amorsare si anodiceR1.1. Curentul de acrosaj si curentul de mentinere a) curentul de acrosaj 58

TIRISTORUL Valoarea curentului de acrosaj IL. Cum este aceasta valoare fata de valoarea din datele de catalog? b) curentul de mentinere Valoarea curentului de mentinere IH. Cum este aceasta valoare fata de valoarea din datele de catalog? R1.2. Caracteristici de amorsare Tabel cu valorile iG, vGK pentru valorile de 2, 5, 10, 20, 40[mA] ale iG, n cazul iA=0mA. Grafic iG(vGK), pentru iA=0mA. Se competeaza datele din tabelul 5.1. pentru iA=0.2 A. Tiristorul blocat iG [mA] vGK [V] 2 5 10 Tiristorul n momentul amorsarii iGT i'GT Tabelul 5.1 Tiristorul amorsat 2 10 30

iGT- valoarea maxima a curentului de grila necesar amorsarii i'GT-valoarea curentului de grila imediat dupa amorsare Grafic iG(vGK) pentru iA=0,2A Avnd n vedere cele doua grafice iG(vGK), ce puteti spune despre influenta iA asupra curentului iG ?

R1.3. Caracteristica anodica Tabel cu valorile vAK, iA si iG pentru toate valorile lui VS fixate la E1.3. (cu P1 pe pozitia de rezistenta minima n circuit). Tabel cu valorile vAK, iA si iG pentru toate valorile lui VS fixate la E1.3. (cu cursorul lui P2 pe o noua pozitie). Pe acelasi grafic se reprezinta caracteristica iA(vAK) pentru ambele pozitii ale cursorului potentiometrului P2. Ce valori au curentul si tensiunea de mentinere IH si VH ? Ce valori are tensiunea anod catod VBO la care are loc amorsarea tiristorului, n fiecare din cele duoa pozitii ale cursorului potentiometrului P2? Ce valoare are curentul de grila iG n momentul amorsarii? Cum influenteaza curentul de grila tensiunea VBO?

R2. Redresor monofazat cu tiristorR2.1. Cu comanda pe verticala vI(t) si vL(t) pentru diverse pozitii ale cursorului potentiometrului P2. Pe cronogramele tensiunii vI marcati momentele intrarii n conductie si blocarii tiristorului. Comentati modificarea vL(t) cnd se actioneaza P2. vAK(t) obtinuta prin scaderea vL(t) din vI(t). Care este tensiunea inversa maxima ce apare pe tiristor? Domeniul de variatie al lui C. Cronogramele tensiunii de intrare si a tensiunii n anodul D1 (ntre B5 si B2). R2.2. Cu comanda pe orizontala vI(t) si vL(t) pentru diverse pozitii ale cursorului potentiometrului P2. Pe cronogramele tensiunii vI marcati momentele intrarii n conductie si blocarii tiristorului. Care este valoarea maxima instantanee a curentului prin tiristor, determinata folosind legea lui Ohm pentru rezistenta R1. Comentati modificarea vL(t) cnd se actioneaza P3. Domeniul de variatie al lui C. Cronogramele tensiunii de intrare si a tensiunii n anodul D1 (ntre B5 si B2). Explicati de ce domeniul de variatie al lui C este mai mare dect cel din sectiunea anterioara avnd n vedere si formele tensiunii n anodul D1. Ce rol au diodele D si D1?

59

Lucrarea nr. 5

Daca experientele au fost duse la bun sfrsit, atunci v-ati facut un prieten de nadejde.

Tiristorul va fi fericit sa va ajute ori de cte ori este nevoie, iar daca-l veti abandona pentru un timp, cu siguranta nu se va supara.

Lucrarea nr. 6

GENERATOR DE IMPULSURI CU TUJI. OBIECTIVE

a) Ridicarea caracteristicii statice curent-tensiune a tranzistorului unijonciune. b) Cunoaterea unor sheme electrice cu TUJ pentru obinerea de impulsuri de tensiune.II. COMPONENTE SI APARATURA

Vom lucra cu montajul experimental din Fig. 6.3. pe care exist toate componentele necesare. Pentru alimentarea cu tensiune continu a montajului folosim o surs de tensiune continu stabilizat. Pentru a msura tensiuni i cureni de c.c. folosim un voltmetru, respectiv un ampermetru de c.c. Tensiunile variabile le vizualizm cu un osciloscop catodic.III. SUPORT TEORETIC

Experimentele din lucrare necesit cunotine teoretice ce pot fi gsite n seciunea Tranzistorul unijonciune din cursul de Dispozitive i circuite electronice, precum i n: Miron, C., Bazele circuitelor electronice, Note de curs, fascicula 3, UT Cluj-Napoca, 1994, pag. 8-12. Dasclu, D., Dispozitive i circuite electronice, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1982, pag. 204-207.IV. EXERCIII PREGATITOARE P1. Caracteristica curent tensiune iE(vE)

Pentru ridicarea practic a caracteristicii curent - tensiune (reprezentat calitativ i n Fig. 6.3), care din cele dou mrimi (vE, iE) trebuie aplicat TUJ-ului i care trebuie msurat? De ce? Grupul D, R1, R2, P si T din Fig. 6.1. formeaz un generator de curent constant, reglabil. 60

TIRISTORUL

Ce expresie rezult pentru curentul I? Care sunt valorile maxim (P = 0) i minim (P = 100k a curentului I? ) Desenai circuitul necesar ridicarii caracteristicii iE(vE) ce rezult din Fig. 6.3., prin: - legarea bornelor M1 cu M7 - nserierea unui ampermetru de c.c. ntre bornele M1 i M2 (pentru determinarea iE) - legarea bornei M4 la mas - legarea unui voltmetru de c.c. ntre borna M2 i mas (pentru determinarea vE) iE regiunea de conducie regiunea de rezisten negativ VP vE

IH IPP2. Generatorul de impulsuri cu TUJ

VH

regiunea de blocare

Fig 6.1 Caracteristica iE(vE) . . Desenai schema generatorului de impulsuri cu TUJ ce rezult din Fig. 6.3., prin legarea mpreuna a bornelor M5, M2 i M6. Care snt cronogramele tensiunilor n punctele: M2, M3 i M4, fa de mas n regim permanent? La ce valoare estimai (calcul aproximativ) frecvena de oscilaie? Dac valoarea lui R scade (de exemplu la 15k cum variaz frecvena de oscilaie? De ce? ) B) Pentru schema din Fig. 6.2, care este variaia n timp a tensiunii pe C (form, amplitudine, perioad)? Pentru TUJ se presupun cunoscute VP = 13V, VH = 1V, IH = 4mA, iar I= 0.2mA. Cum arat tensiunile n punctele M3 i M4 fa de mas? A)

+20V RB2 iE I (E) C 100nF (B2) (B1) RB1

Fig. 6.2. Generator de impulsuri cu TUJ

Desenai schema generatorului de impulsuri cuTUJ ce rezult din Fig. 6.3. prin legarea mpreun a bornelor M1, M2 i M6.

61

Lucrarea nr. 5

+20V P PL 5.6V 100k

R2 1k R 33K T I R1 1k M7 R3 100k M2 C 100nF M1 M2 RB2 470

M5 B2 E B1

M3

TUJ M4 RB1 47

GND

Fig. 6.3. Montajul experimentalV. EXPERIMENTARE E1. Caracteristica curent-tensiune iE(vE)

Pentru ridicarea caracteristicii curent-tensiune se folosete metoda punct cu punct, prin injectarea unui curent iE i msurarea tensiunii vE corespunztoare. Se construiete montajul desenat de voi la P1. Se alimenteaz montajul la +20Vc.c. de la sursa de tensiune continua stabilizata. Cu miliampermetrul se msoar curentul injectat n emitor iE, iar cu voltmetrul se msoar tensiunea vE rezultat. Se regleaz P la valoarea maxim (I = iE - minim). Se msoar vE pentru diferite valori ale iE obinute reglnd P. Observaii: Pentru a obine un grafic ct mai exact ar trebui fcute mai multe msurtori n jurul celor dou regiuni de cot ale caracteristicii (Fig. 6.1).E2. Generatorul de impulsuri cu TUJ

A)

Se construiete circuitul desenat de voi la P2.2. Se alimenteaz circuitul la +20Vc.c. de la sursa de tensiune continua stabilizata. Cu osciloscopul calibrat, cu intrarea cuplat direct (DC) cu 0V la mijlocul axei verticale, se vizualizeaz tensiunile n punctele M2, M3 i M4 fa de mas.

B) Se construiete generatorul de impulsuri desenat de voi la P2.2. De fapt este circuitul din Fig. 6.2 n care sursa de curent este implementat cu componente discrete (vezi i P.1). Se alimenteaz montajul la +20Vc.c. de la sursa de tensiune continua stabilizata.62

TIRISTORUL

Se vizualizeaz tensiunile n punctele M2, M3 i M4 fa de mas; cu osciloscopul reglat ca B12 la E2.1, pentru mai multe poziii ale cursolului poteniometrului P.

B1 + ( )

R1 27/10W vL

P1

100

B9VI. REZULTATE iA

B10

B11

B13 R2 180 max

B1

max min

R1. Caracteristica curent-tensiune iE(vE)

vI

A Tabel cu iE, vE, pentru diferite valori ale iE obinute reglnd P ntre valorile maxima i minima. P2 Grafic: iE(vE). T22N1 Ce valori numerice rezult pentru tensiunea de prag (VP), tensiunea i curentul 10K de meninere (VH, IH)?R2. Generatorul de impulsuri cu TUJ

D2

iG

A)

G

D1

B5

B6

min

( )

B2

Cronogramele tensiuniilor n punctele M2, M3 i M4, desenate una sub alta pentru a vedea B8 B7 colerarea lor n timp. K D Care este frecvena oscilailor din circuit? Comparai cu valoarea frecvenei estimata la C + E2.1. B3 B4 10F %n care punct (M3 sau M4) se obin impulsuri pozitive de tensiune? Cum explicai obinerea acestor impulsuri? B) Fig. 5.1 Montajul Cronogramele tensiunilor n punctele M2, M3 i M4 fa de mas. Prin ce difer tensiunea n punctul M2 fa de tensiunea n acelai punct determinat la experimental E2.1.? Cum explicai acest lucru? Care este efectul modificrii P asupra celor 3 tensiuni vizualizate? Suntei de acord cu acest lucru? Exist vreo pozitie a cursorului potentiometrului P pentru care nu apar oscilaii? Dac da, cum explicai?

63