Click here to load reader

Elektronske komponente - fides.fe.uni-lj. levsteka/komponente/ek_vaje_print.pdf · PDF fileVaja 1 Elektronske komponente 3/4 b) Rele povežite v merilno vezje za meritev dinamičnih

  • View
    18

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Elektronske komponente - fides.fe.uni-lj. levsteka/komponente/ek_vaje_print.pdf · PDF...

  • ELEKTRONSKE KOMPONENTE

    Navodila za laboratorijske vaje

    Andrej Levstek oktober 2001

  • ELEKTRONSKE KOMPONENTE Ime in priimek: Šolsko leto:___________ __________________

    Skupina :___________ Datum:____________

    VAJA 1 : LASTNOSTI ELEKTROMAGNETNIH RELEJEV

    Izmerite naslednje lastnosti navadnega in releja s hermetičnim kontaktnikom (reed rele):

    a) enosmerne: upornost navitja, napetost vklopa, napetost izklopa, največja dopustna napetost

    b) dinamične: čas vklopa, čas odskakovanja kontaktov, čas izklopa

    c) izračunajte in izmerite upor Rx, s katerim skrajšamo zakasnitve releja ob izklopu in največjo frekvenco preklopov fmax

    Navadni elektromagnetni rele Elektromagnetni rele ali rele s kotvo je najpogostejši stikalni element za preklapljanje enosmernih in izmeničnih tokokrogov, kjer se zahteva galvanska izolacija. Rele s kotvo deluje na osnovi pomične kotve, ki jo pritegne elektro- magnet. Mehanska sila na kotvo je odvisna od magnetnega pretoka v magnetnem krogu, ki ga sestavlja mehkomagnetno jedro zbujevalnega navitja, jarem in pomična kotva. Ko je kotva pritegnjena na magnet, je magnetna upornost bistveno manjša, magnetni fluks pa mnogo večji, kot v mirovnem položaju, ko je med kotvo in magnetom zračna reža. Posledica tega je histereza, oziroma razlika med izklopnim in vklopnim tokom. Kot podatek pri relejih podajamo tudi vklopno in izklopno napetost, ki je z vzbujevalnim tokom povezana prek ohmske upornosti bakrenega navitja. Pomik kotve se prek izolacijskih dročnikov prenese na preklopni kontakt, ki je v mnogih izvedbah hkrati tudi vzmet. Najpogostejša izvedba takih relejev ima dva izmenična kontakta. Takšni releji so lahko montirani na klasičen način s kontakti, ki jih vstavimo v izvrtane luknje ali pa površinsko na predvidena kontaktna mesta na površini tiskanega vezja. Releji, ki so predvideni za preklapljanje večjih tokov, so ponavadi montirani klasično. S tem zagotovimo dovolj močno mehansko pritrditev na tiskano vezje. Pri miniaturnih relejih je površinska montaža čedalje bolj pogosta.

    Poleg monostabilnih relejev (brez vzbujanja je v mirovnem položaju) poznamo tudi bistabilne izvedbe. Pri teh drži prožna vzmet kontakte releja v enem ali drugem stabilnem položaju. Preklop izvršimo z impulznim vzbujanjem enega izmed dveh navitij (magnetov). Ko se kotva pomakne čez mrtvo točko, jo vzmet znova potegne v drugi stabilni položaj. Take releje uporabljamo tam, kjer želimo zmanjšati porabo na minimum, saj razen med preklopom ne trošijo električne energije.

    Φ

    Slika 1.1: Prerez releja s kotvo

  • 2/4 Elektronske komponente Vaja 1

    Rele s hermetičnim kontaktnikom Pogosto jih imenujemo tudi z angleškim izrazom reed–rele (reed = jeziček pri piščali). Hermetični kontaktnik je sestavljen iz steklene cevke v katero sta vstavljena kontakta v obliki jezičkov. Cevka je na obeh koncih hermetično zataljena. Kontaktna jezička sta izdelana iz prožne feromagnetne kovine, ki je ponavadi jeklo. Kontaktna površina je prevlečena s kovino, ki dobro prevaja električni tok in ne oksidira (npr. zlato, srebro). V notranjosti cevke je vakuum ali pa inertni plin (npr. argon). Ko skozi navitje tuljave, v katero je vstavljen kontaktnik, teče enosmerni tok, magnetna sila zlepi jezička. Magnetna sila na deluje telesa iz feromagnetnih materialov tako, da se skuša magnetna upornost znižati, oz. da se dolžine magnetnih silnic skrajšajo. Zaradi majhne mase in majhnega pomika jezičkov je delovanje teh relejev bistveno hitrejše v primerjavi z navadnimi. Hermetične kontaktnike uporabljamo tudi kot stikala, ki jih aktiviramo z magnetnim poljem permanentnega magneta, oziroma kot senzor magnetnega polja. Tipičen primer uporabe je kolesarski merilnik hitrosti. Kontaktnik, ki je pritrjen na vilice, da impulz števcu ob vsakem obratu kolesa, ko se mu približa permanentni magnet, ki je pritrjen na napero (špico).

    Opis meritve: a) Z multimetrom izmerite ohmsko upornost navitja R. Napetost vklopa Uvk merite s postopnim večanjem napetosti navitja releja. Uvk je tista najnižja napetost, pri kateri kotva (gibljivi del magneta) sklene magnetni krog in delovni kontakt. Pri releju s hermetičnim kontaktnikom je potrebno stanje kontaktov električno meriti, ker kontaktov ne vidimo. Za preklop releja je značilno, da magnetna sila narašča s približevanjem kotve, zato je potrebni vzbujevalni tok sklenjenega releja manjši od toka, ki potreben za premik kotve, ko je le-ta odmaknjena. To se odraža v napetosti histereze UH. Napetost izklopa Uiz je za UH nižja od napetosti vklopa Uvk. Izmerimo jo z nižanjem napetosti, ko je rele že sklenjen. Največjo dopustno napetost releja Umax določimo iz maksimalne dopustne izgubne moči in upornosti navitja:

    navadni rele Pmax = 1,5 W reed rele Pmax = 0,2 W Izračunajte tudi nominalno porabo moči pri nazivni krmilni napetosti UN = 12 V!

    Φ

    Slika 1.2: Rele s hermetičnim kontaktnikom

    a b +12V

    GND

    Slika 1.4: Razpored priključkov na merilnem vezju

  • Vaja 1 Elektronske komponente 3/4

    b) Rele povežite v merilno vezje za meritev dinamičnih lastnosti, kot je prikazano na sliki 1.3. S funkcijskim generatorjem krmilimo tranzistor v orientaciji s skupnim emitorjem. En priključek navitja releja je vezan na kolektor drugi pa preko vezne žice na napajanje. S povezavo napajanja na priključek a izberemo rele s kotvo, s povezavo na b pa reed-rele(sl. 1.2). Bazni tok tranzistorja je omejen z upornostjo 1 kΩ. Izhodno napetost generatorja ug nastavite tako, kot jo kaže graf na sliki 1.3 (UPP = 5 V, UOFSET = 0 V).

    Za meritev navadnega releja nastavite frekvenco funkcijskega generatorja na 10 Hz, da lahko opazujete zakasnitve releja. Za rele s hermetičnim kontaktnikom, ki je hitrejši, je frekvenca precej višja, okoli 300 Hz. Pozitivna bazna napetost odpre tranzistor in preko navitja releja steče kolektorski tok. Produkt β.iB je večji od maksimalnega možnega toka, ki je določen z upornostjo navitja, zato pride tranzistor v nasičenje (UCE < 0,5 V). Preklopne čase izmerite z osciloskopom, ki ga z vezjem povežete z merilnimi sondami. Kaveljček sonde priključite na kolektor, oziroma na upor, ki je povezan s kontaktom releja. Pri meritvah uporabite naslednje nastavitve osciloskopa:

    uCE uKug(t)

    1kΩ

    RX

    +12V

    t

    [v] ug ( )t

    +2,5

    -2,5uBE

    Slika 1.3: Meritev dinamičnih karakteristik releja

    t

    t

    t

    tiztvk

    toduK

    uCE

    uBE

    UCE max

    Slika 1.5: Preklopni časi releja

    tvk - čas vklopa - od priklopa napajalne napetost do zanesljivega stika tod - čas odskakovanja kontaktov ob vklopu releja tiz - čas izklopa - od odklopa napajalne napetosti do prekinitve stika

  • 4/4 Elektronske komponente Vaja 1

    1. Napetost uCE priključite na prvi kanal (1), napetost kontakta na drugi kanal (2) 2. Oba kanala sta nastavljena na enosmerni sklop (DC) 3. Proženje-Trigger:

    a. Izvor-Source: 1. knanal b. Način-Mode: Normal c. Sklop in nagib proženja- Coupling/Slope: DC, ↗, ↘

    Referenčni položaj časovne baze nastavite s tipko nad gumbom časovne baze na levo (LFT). Nivo prožilne napetosti nastavite z gumbom level na ≈ +6 V. Za meritev vklopnega časa uporabite nagib proženja s programsko tipko pod zaslonom na ↘. S tem prožimo časovno bazo na zadnji bok napetosti uCE , ko postane navitje releja priključeno na napetost UCC. Za meritev odpustnega časa spremenimo nagib proženja. Ne uporabljajte tipke Auto Scale,! Med meritvijo preklopnih časov releja mora biti med sponkama Rx na merilnem vezju kratek stik. S tem priključimo vzporedno k navitju releja diodo, ki preprečuje napetostno konico na kolektorju, ki bi jo ob izklopu povzročil induktivni tok navitja. Zaradi zaključitve toka skozi diodo, je upadanje magnetno polja releja upočasnjeno. To pa podaljša tudi čas izklopa. Ta čas lahko skrajšamo, če zaporedno z diodo vežemo upor. Z večanjem upornosti Rx se viša tudi napetostna konica UCEmax ob izklopu. Velikost upora lahko izračunamo iz poenostavljene enačbe

    max CCCE CC x CC x Re

    UU U I R U R R

    = + = + , (1.1)

    kjer smo predpostavili, da je tok navitja releja, po izklopu tranzistorja ne spremeni. Za uporabljeni tranzistor velja UCEmax = 60 V, UCC pa je napajalna napetost. Izračunano upornost Rx nastavite na uporovni dekadi in opazujte potek uCE. V (1.1) je zanemarjena kapacitivnost in upornost navitja, zato je izračunani Rx nekoliko premajhen. Eksperimentalno določite novo vrednost Rx-m, da UCEmax doseže 60 V in izmerite novo vrednost izklopnega časa tiz. Pri meritvi maksimalne napetosti na kolektorju tranzistorja morate uporabiti sondo preklopiti na ×10 in nastaviti na ustreznem kanalu uporabljeno vrsto sonde (1:10), sicer ne bo občutljivost kanala prikazana pravilno. Pri opazovanju napetostne konice morate časovno bazo nastaviti na dovolj kratek čas, da zaradi premajhnega števila vzorcev ne zgrešimo maksimalne vrednosti napetosti na kolektorju. Za meritev najmanjšega izklopnega časa morate časovno bazo spet ustrezno spremeniti, da na ekranu zopet opazite izklop kontakta releja. Maksimalno frekvenco releja izmerite tako, da je kontakt zanesljivo sklenjen vsaj toliko, kolikor znaša čas odskakovanja.

    Rezultati: Tabela rezultatov - statični parametri in dinamični brez Rx

    Parameter R Uvk Uiz UH Umax tvk tiz tod

    Rele

Search related