1

UVOD: OPĆE UPUTE ZA IZVOĐENJE LABORATORIJSKIH VJEŽBI

A. NASTAVNE MAKETE Vježbe iz elektrotehnike izvode studenti samostalno, korištenjem nastavnih maketa (prema slici). Vježbe iz elektrotehnike uključuju dvije vježbe iz osnova elektrotehnike i tri vježbe iz elektronike. Svaka laboratorijska vježba sastoji se od dvije tematske jedinice.

1. okvir 2. prednja ploča 3. izvor 4. polje priključaka

5. pločica (modul) 6. priključci izvora 7. vodovi napajanja 8. mjerni instrument

Sl 1. Nastavna maketa.

Nastavna maketa sastoji se od okvira sa izvorom napajanja, prednje ploče s poljem priključaka i priključcima napajanja, te tiskane pločice (modula) koja pripada određenoj tematskoj jedinici. Napajanje pločice izvodi se spajanjem odgovarajućih priključaka na pločici i istoznačnih priključaka napajanja na desnom kraju prednje ploče (+5 V na +5 V, 0V na 0V itd.). Uobičajeno je koristiti žice određenih boja za određene polaritete napona: crvena boja za pozitivne napone, plava za negativne i crna za potencijal nula.

0 V 0 V-12V

+5V+12V

15V~

ULAZ IZLAZ

+

-

8

4 5 7 6

3

21

2

B. MJERNI INSTRUMENTI B.1. Univerzalni mjerni instrument

Rezultati mjerenja električkih veličina očitavaju se na odgovarajućim instrumentima. Za očitavanje napona, struja i otpora koriste se univerzalni instrumenti (multimetri) bilo da se radi o analognim instrumentima (s kazaljkom) ili digitalnim instrumentima (s digitalnim pokaznikom). Ovi instrumenti moraju biti postavljeni za određeni način rada, npr. mjerenje napona, struje ili otpora, istosmjerne ili izmjenične veličine. Način rada određen je postavljanjem odgovarajućih rotacijskih preklopki za željeni način rada i spajanjem priključnih žica u priključnice instrumenta predviđene za taj način rada (vidi sliku 2.1). Pri priključivanju analognih mjernih uređaja obavezno treba voditi računa o polaritetu mjerne veličine i izboru istosmjernog ili izmjeničnog mjernog područja. Mjerno područje postavlja se preklopnikom područja. Izabrano područje mora uvijek biti veće od mjerene veličine kako bi se izbjegla eventualna oštećenja instrumenta. Napon se mjeri spajanjem voltmetra između točaka čija nas razlika potencijala zanima (paralelno trošilu ili izvoru). Struja se mjeri uključenjem ampermetra serijski u strujni krug, dok se otpor mjeri na izoliranim komponentama u beznaponskom stanju. Na instrumentima s kazaljkom često postoji samo jedna skala za više strujnih i naponskih mjernih područja. Da bi dobili rezultat mjerenja na takvom instrumentu moramo očitanje sa skale pomnožiti s faktorom tog mjernog područja koji iznosi :

skaleopseg puničjepodru mjernoF = .

Kod instrumenata s više skala uputno je koristiti se onom koja na izabranom mjernom području daje najjednostavniji faktor F. Kako veći otkloni kazaljke daju točnije rezultate, najbolje je izabrati mjerno područje tako da očitanje bude između 1/2 i punog otklona. Izmjenične veličine često se očitavaju sa posebne skale označene crvenom bojom. Kod digitalnih univerzalnih mjernih instrumenata mjerena veličina se očitava izravno, najčešće na LCD pokazniku (display-u) koji obično ima raspon od 3 ili 4 znamenke. Za razliku od analognog mjernog instrumenta, točan izbor polariteta mjernih stezaljki nije ključan, jer će digitalni mjerni instrument jednostavno indicirati ''pogrešan'' polaritet stezaljki negativnim predznakom mjerne veličine (-). No i kod digitalnog mjernog instrumenta valja voditi računa o izboru mjernog područja. Naime, ukoliko se izabere mjerno područje koje je premalo u odnosu na stvarni iznos mjerene veličine, mjerni instrument će indicirati da je došlo do prekoračenja mjernog područja, odnosno na pokazniku će se prikazati –1 ili OL (preopterećenje, engl. overload). Ukoliko se pak izabere preveliko mjerno područje, prikazana vrijednost na pokazniku neće imati odgovarajuću točnost. Na primjer, ukoliko se mjeri napon iznosa 0,24 V a mjerno područje instrumenta je postavljeno na 200 V, tada će pokaznik s četiri znamenke pokazati vrijednost 000.2, što odgovara očitanju od 0,2 V, odnosno za taj slučaj pogreška očitanja iznosi 0,4 V ili 16,7%. U većini slučajeva instrumenti će biti unaprijed namješteni na odgovarajući način rada i mjerno područje tako da njihove promjene neće biti potrebne. S izuzetkom prve vježbe, promjene na instrumentima obavljati će demonstrator.

Sl. 2 Tipični izgled digitalnog univerzalnog mjernog instrumenta.

B.2. Generator funkcija

Generator funkcija je uređaj koji služi za generiranje temeljnih valnih oblika napona kao što su pravokutni, trokutasti i sinusni napon. Pritom se frekvencije generiranih valnih oblika napona standardnih generatora funkcija mogu mijenjati u vrlo širokom rasponu (od nekoliko stotinki Hz do nekoliko stotina kHz pa i više). Na slici 3 prikazana je upravljačka (prednja) ploča generatora funkcija koji može generirati pravokutne, sinusne i trokutaste valne oblike do frekvencija 200 kHz. Valni oblik signala bira se pomoću odgovarajućeg prekidača ( , ili ), dok se iznos frekvencije namješta pomoću potenciometra za fino podešavanje (FREQUENCY) i rotirajuće preklopke za odabir temeljnog područja frekvencija (RANGE). Izlaznom signalu može se podešavati amplituda (potenciometrom OUTPUT LEVEL) i iznos istosmjernog (DC) napona posmaka (potenciometar OFFSET). Za slučaj kada je potrebno postići razmjerno male amplitude izlaznog signala, može se smanjiti faktor pojačanja izlaznog pojačala odgovarajućom preklopkom za izbor pojačanja i to na iznos –40 dB (pojačanje × 0.01) ili 0 dB (pojačanje ×1).

Sl. 3. Prednja ploča tipičnog generatora funkcija raspona frekvencija do 200 kHz. B.3. Osciloskop

Ovaj elektronički mjerni uređaj služi za brzi dvodimenzionalni prikaz signala. Osciloskop se najčešće koristi za prikaz vremenske ovisnosti nekog mjernog signala (Y = f(t)), gdje se horizontalna (x-os) podrazumijeva kao vremenska os. Alternativno se osciloskop može koristiti za prikaz funkcijske ovisnosti dvaju signala (takozvani X-Y način rada), gdje se na Y-os osciloskopa dovodi jedan od mjernih signala, dok se na X-os dovodi signal u čijoj funkciji želimo promatrati signal doveden na Y-os. Osciloskop se sastoji od katodne cijevi s grijanom katodom (negativnom elektrodom) kao izvorom snopa elektrona, pojačala mjernog signala (pojačalo za vertikalnu os), pojačala za horizontalni otklon (horizontalnu os) i generatora pilastog napona (vremenske baze), fluorescentnog zaslona katodne cijevi i raznog dodatnog sklopovlja kako je prikazano na slici 4a. Katodna cijev sadrži skup anoda za ubrzavanje elektrona u smjeru zaslona i fokusiranje tako dobivenog elektronskog snopa (tzv. ''elektronski top''), te dva para otklonskih pločica, od kojih je jedan postavljen horizontalno, a drugi vertikalno. Princip rada osciloskopa je sljedeći:

• Ukoliko na horizontalno postavljeni par pločica (Y-os) primijenimo napon različit od nule, uslijed djelovanja elektrostatske sile snop elektrona će se otkloniti u vertikalnom smjeru u odnosu na os katodne cijevi.

• Napon doveden na vertikalno postavljeni par pločica (X-os) uzrokovati će otklanjanje snopa elektrona u horizontalnom smjeru.

Dolaskom brzih elektrona na fluorescentni zaslon katodne cijevi dolazi do pretvorbe njihove kinetičke energije u svjetlost čime je omogućen prikaz signala.

Napon s vremenske baze (pilasti napon) dovodi se na odgovarajuće pojačalo na čijem se izlazu nalaze otklonske pločice za X-os. Linearni porast napona pilastog signala omogućuje da se snop elektrona prethodno otklonjen otklonskim pločicama Y-osi pomiče po ekranu proporcionalno s proteklim vremenom. Kao rezultat toga dobije se prikaz u realnom vremenu mjerenog signala dovedenog na pojačalo Y-osi. Za stabilan prikaz vremenske ovisnosti signala dovedenog na Y-os potrebno je podesiti okidanje, odnosno iznos i vremensku derivaciju signala kod kojih se signal počinje prikazivati na zaslonu (tzv trigger LEVEL and SLOPE), tako da iscrtavanje signala uvijek počinje u istoj točki signala (što je vrlo bitno kod prikaza periodičkih signala). Slika 4b prikazuje upravljačku (prednju) ploču tipičnog osciloskopa s katodnom cijevi. Na zaslonu katodne cijevi nalazi se raster koji u pravilu ima 10 podjeljaka (DIV) po horizontalnoj osi i 8 podjeljaka po vertikalnoj osi. Osciloskopi se obično izvode s barem dva ulaza (kako bi se ostvario simultani prikaz dva ili više signala). Za svaki ulazni naponski signal određuje se vertikalna rezolucija u V/DIV koja se za osciloskop na slici 4b

a

b

Sl. 4. Osciloskop s katodnom cijevi: princip izvedbe (a) i prednja ploča sa zaslonom za prikaz signala (b).

može nalaziti u rasponu od 5 mV/DIV do 10 V/DIV. Na primjer, ukoliko se želi preko cijelog vertikalnog raspona ekrana prikazati sinusni mjerni signal vršne vrijednosti 40 V (napon koji se mijenja od –40V do +40V), odabrat ćemo vertikalnu rezoluciju od 10 V/DIV. S druge strane, da bismo mogli uočiti bitne značajke vremenskih promjena mjernog signala potrebno je na odgovarajući način podesiti vremensku bazu (X-os). Podešenje vremenske baze obavlja se preklopkom TIME/DIV čiji raspon za dani osciloskop može ići od 0.5 µs/DIV do 0.5 s/DIV, što dogovara vremenskom intervalu u kojem promatramo signal (preko cijele širine ekrana) u rasponu 5 µs do 5 s.

C. REDOSLIJED IZVOĐENJA VJEŽBI IZ ELEKTROTEHNIKE

Radi urednog i sigurnog odvijanja laboratorijske vježbe student treba:

a) Priprema - Prije dolaska na vježbu student treba proučiti i upoznati odgovarajuću teoriju, proučiti teme dotične vježbe i unaprijed samostalno riješiti postavljene zadatke za tu vježbu. Asistent pregledava dobivene rezultate na početku vježbe.

b) Spajanje - Usporediti spoj i simbole u električnoj shemi sa vezama, komponentama i instrumentima u realnosti. Spojiti napajanje pločice pomoću kratkih žica odgovarajućih boja izolacije pri čemu izvor mora obavezno biti isključen! Običaj je da se za + pol napajanja koristi žica s crvenom izolacijom, za – pol žica s plavom izolacijom, dok se za spajanje nultog potencijala koristi žica s crnom izolacijom. Nakon toga potrebno je uključiti dodatne komponente u za to određene priključke i spojiti mjerne instrumente vodeći računa o polaritetu napona, načinu rada i mjernom opsegu.

c) Provjera – Provjeriti kompletan spoj, polaritete svih napona, elektrolitskih kondenzatora, instrumenata, instrumenata, orijentaciju dioda i slično.

Pozvati demonstratora ili asistenta da uključi izvor napajanja. d) Očitavanje mjernih rezultata - Izvodi se prema planu odgovarajuće vježbe. Ako je

potrebno bilo kakvo prespajanje u toku vježbe obavezno prethodno isključiti izvor. Usporediti mjerne rezultate s izračunatima.

e) Isključiti izvor i dovesti maketu u početno stanje. f) Na kraju vježbe asistent pregledava rezultate i provjerava znanje.

D. SIGURNOSNE MJERE Napajanje sklopova koji su predmet vježbi iz osnova elektrotehnike i elektronike izvodi se naponima koji su manji od 24 V i prema tome bezopasni. Studenti se trebaju pridržavati slijedećih sigurnosnih mjera:

• Ne dirati ništa osim sklopova na prednjoj ploči makete i to samo onda kada je prekidač izvora u isključenom položaju.

• Sva spajanja i promjene izvoditi u beznaponskom stanju, dodirujući samo izolirane dijelove.

• Pomoćni uređaji (osciloskopi, izvori i slično) napajaju se iz napona 220 V pa je za bilo kakvu intervenciju na tim instrumentima potrebno pozvati asistenta.

• Strogo se držati plana izvođenja vježbe. • Na prvoj vježbi student potpisuje da je proučio ove upute i sigurnosne mjere.

7

1. VJEŽBA PRIPREMA:

1.1. KARAKTERISTIKE ELEKTRONIČKIH ELEMENATA – CRTAČ KRIVULJA

Crtač krivulja (curve tracer) je sklop koji omogućuje prikaz naponsko – strujne karakteristike nekog elementa na ekranu osciloskopa. Pogodan je za brzo ispitivanje ispravnosti elektroničkih elemenata. Dvokanalni osciloskop ima dva načina rada:

• Y1, Y2 = f (t) gdje je na Y osi napon pojedinog kanala a na X osi vrijeme • Y = f (X) gdje je na X osi napon prvog kanala a na Y osi napon drugog kanala. Za

ovaj način rada treba preklopnik vremenske baze osciloskopa postaviti u položaj X-Y Crtač krivulja je sklop koji omogućuje da se jednom kanalu osciloskopa dovede signal napona na nekom elementu (X os), dok se drugom kanalu osciloskopa dovede signal proporcionalan struji tog elementa (Y os). On sadrži generator izmjeničnog ispitnog napona, koji može biti sinusoidalni ili pilasti. Signal struje dobije se mjerenjem pada napona na otporniku malog iznosa. Da bi mogli ispitati elemente čija karakteristika ovisi o parametru (na primjer struja baze parametar je na izlaznoj karakteristici tranzistora) potreban je i generator stepeničastog napona, koji u diskretnim koracima povećava tu veličinu. Elementi koji se mogu ispitivati su.: otpornici, kondenzatori, zavojnice, diode, tranzistori, tiristori i slično. Slika 1. prikazuje pojednostavljeni spoj crtača krivulja:

TRANZISTOR

STEPENICAGENERATOR

NAPONPILASTI

B

E C

B EBI

C

1R

2R

)( otpormali

+

−

... TUDU I

OSCILOSKOP

x

y

/\U

V0

xCH /1 yCH /2

MJERENJE:

1.2. CRTAČ KRIVULJA Modul crtača krivulja spaja se na napone +12V, -12V i 0V na maketi. Prvi i drugi kanal osciloskopa spaja se na predviđene utičnice na maketi. Osciloskop se postavlja na područje 2V/cm. Uključite izvor napajanja na maketi. Upozorenje: Ne uključujte osciloskop postavljen u X-Y način rada dok crtač krivulja nije uključen ili spojen na osciloskop. U protivnom može doći do oštećenja osciloskopa. Kad nacrtate sve karakteristike isključite osciloskop ! Na predviđene utičnice (C i E, odnosno + i - ) spaja se element koji ispitujemo. Ako nije spojen nijedan element, osciloskop treba pokazivati horizontalnu liniju tj. karakteristiku beskonačnog otpora. Kad se napravi kratki spoj C i E, osciloskop treba pokazivati vertikalnu liniju, tj karakteristiku otpora nula. Pomoću komandi na osciloskopu za horizontalni i vertikalni pomak centrirajte sliku (određivanje ishodišta).

a) Ispitajte rad sklopa pomoću kratke žice (R=0Ω.). Zatim spojite otpornik R=470Ω. b) Spojite kondenzator C=1µF i nacrtajte dobivenu krivulju. Objasnite rezultat. c) Ispitajte karakteristiku Zenerove diode tako da katodu diode spojite na E makete a

anodu spojite na C makete. Ponovite postupak s LED. Što opažate? d) Spojite NPN tranzistor na priključke C, B, E. Preklopnik NPN – PNP stavite u položaj

NPN i zatim okrećite regulator struje baze dok ne dobijete dobar prikaz izlazne karakteristike tranzistora.

a) otpor b) kondenzator i u i u c) diode d) tranzistor

i u

i u

9

2. VJEŽBA

PRIPREMA:

2.1. FAZNO UPRAVLJANJE IZMJENIČNE SNAGE TRIAC-OM

a) Nacrtajte naponsko-strujnu karakteristiku TRIAC-a i komentirajte razlike tranzistora kao sklopke i TRIAC-a kao sklopke

Tranzistor: TRIAC:

b) Za spoj prema slici navedite potrebne uvjete da TRIAC uključi trošilo i uvjete da ga nakon toga isključi.

Uključenje:

Isključenje:

c) U kojem trenutku će doći do isključenja ako je napon izvora izmjeničan?

d) U slučaju faznog upravljanja snage TRIAC-om izračunajte snagu na trošilu 10 Ω uz napon izvora 15 V~ i kut paljenja 120°.

P =

IA

UA

IT

RT

Ig

tipka

A1

TRIACGA2

IZVOR

10

2.2. LOGIČKI INTEGRIRANI KRUGOVI

a) Objasnite pojam digitalnih logičkih integriranih krugova i upišite matematičku definiciju NI-sklopa u tablicu stanja:

“0” = 0V ÷ 0,8V “1” = 2,4V ÷ 5V

b) Pratite tok signala na pojednostavljenoj strukturi NI sklopa SN 7400 (1/4) iz skupine TTL (desno gore) i provjerite tablicu stanja. Zašto je potrebno definirati napone za logička stanja “0” i “1” ?

MJERENJE:

2.1.[m] FAZNO UPRAVLJANJE IZMJENIČNE SNAGE TRIAC-OM

a) Povežite sklop prema slici:

15 V ~

IZVOR

+5 V

-12 V

0 V

+12 V

Y

OSCILOSKOP

TRIACGENERATOR

IMPULSA G

A2

A1Ug

PLOČICA

UŽ

Ž

A B

0 0

0 1

1 0

1 1

Q3

21

+ Ucc = 5 V

0 VQA B

4

A

B

0 V

+ UCC

Q

0 V

11

Uključite sklop i mijenjajte snagu na žarulji. Pratite promjenu valnog oblika napona na žarulji (Už). Na kojem se principu ostvaruje promjena snage?

t [ms]

uŽ [V]

2 4 6 8 10 12 14 16 18 200-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

t [ms]

uG [V]

2 4 6 8 10 12 14 16 18 200-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Ucrtajte oblik napona trošila za kut paljenja 60°. Izračunajte efektivnu vrijednost napona za taj slučaj:

U =

b) Prespojite osciloskop na upravljačku elektrodu TRIAC-a G (gate), a masu osciloskopa spojite na 0 V sklopa. Nacrtajte oblik napona na vratima (UG).

c) Da li bi mehanička sklopka mogla zamijeniti TRIAC? Navedite prednosti i mane TRIAC-a u odnosu na mehaničku sklopku:

12

2.2.[m] LOGIČKI INTEGRIRANI KRUGOVI

a) Koristeći svjetleće diode kao indikator stanja izlaza, provjerite tablicu stanja NI-sklopa br. 1. Logička nula na ulazu ostvaruje se spajanjem ulaza na 0 V, a logička jedinica spajanjem na +5 V ili ostavljanjem ulaza bez spoja.

A B

0 0

0 1

1 0

1 1

Q

b) Korištenjem gornje tablice stanja za jedan NI-sklop analizirajte ponašanje složenog sklopa sa donje slike. Rezultat upišite u tablicu:

B

C

A

DQ

Q

c) Zašto je stanje A = 0, D = 0 na ulazu logički nedefinirano?

d) Za što se može koristiti ovaj sklop?

e) Korištenjem kratkih žica spojite bistabil sa slike (veze QB − i C–Q). Uključite napon i provjerite tablicu stanja.

A D

0 00 11 01 1

Q Q

C

B

15 V ~

A

IZVOR

+5 V

-12 V

0 V

+12 V

NI1

D

Q

0V

PLOČICA

NI2

Q

13

3. VJEŽBA

PRIPREMA:

3.1. MJERENJE BRZINE VRTNJE ISTOSMJERNOG STROJA PRIMJENOM INKREMENTALNOG DAVAČA POLOŽAJA

Mjerenje brzine vrtnje motora pomoću osciloskopa

Za mjerenje brzine vrtnje koristi se sklop inkrementalnog davača položaja. Sklop se sastoji od diska s utorima pričvršćenog na vratilo motora i optičkog sprežnika kao što je prikazano na slici 1. Kada svjetlosna zraka prođe kroz utor na disku fototranzistor provede struju. Kada je fototranzistor zaklonjen, tada ne vodi struju. Ukoliko se disk okreće izmjenjivat će se stanja vođenja i nevođenja fototranzistora.

UB

UimpFototranzistor

LED

ω,

Utori

Timp

n

Inkrementalni davač položaja.

Osciloskopom se promatra valni oblik približno pravokutnih impulsa na izlazu iz inkrementalnog davača. te se određuje period pravokutnog signala kao prema slici 2.

Timp

t

Uimp

Valni oblik impulsa na izlazu inkrementalnog davača.

Period (frekvencija) pravokutnih impulsa dobivenih na izlazu inkrementalnog davača (fototranzistor) povezan je s brzinom vrtnje motora prema sljedećim izrazima:

14

[ ] [ ]min/160/22

DimpDimpD

imp

RTsrad

RTRf

===ππ

ω

gdje je RD rezolucija inkrementalnog davača u [imp./okr]. Za dani inkrementalni davač položaja rezolucija je 25 imp./okr.

3.2. PROCESNO RAČUNALO Računalo za upravljanje procesima i strojevima opremljeno je ulazno/izlaznim međusklopovima koji ga povezuju s okolinom. Proučite sliku i navedite primjere za informacije iz procesa koji koriste analogne i digitalne ulaze. Navedite primjere za djelovanja u procesu koje možemo predstaviti analognim i digitalnim signalima iz računala.

Analogni ulazi: Digitalni ulazi:

Analogni izlazi: Digitalni izlazi:

ISPISNAMEMORIJA

( ROM )

ČITAJ / PIŠIMEMORIJA

( RAM )

SPECIJALNIULAZNO /IZLAZNI

MEĐUSKLOPOVI

TASTATURA

ULAZNO / IZLAZNIMEĐUSKLOPOVI

ANALOGNODIGITALNI

PRETVORNIKREGULATOR

BRZINE

DIGITALNI SIGNALI

uP

TAKT

ANALOGNI NAPON (0-10 V)

SENZOR

FIZIKALNAVELIČINA

PRETVORNIK

ANALOGNI NAPON (0-10 V)

MOTOR

DIGITALNA RIJEČ

VEZA SA DRUGIMSISTEMIMA

POKAZIVALODIGITALNI IZLAZI

1

96 D CB A

DIGITALNIULAZ

DIGITALNOANALOGNI

PRETVORNIK

M

0 1 0 0 01 1

M

15

MJERENJE:

3.1.[m] INKTREMENTALNI DAVAČ POLOŽAJA

Povežite sklop prema slici. Kliznik potenciometra treba postaviti povlačenjem kliznika na položaj min, a voltmetar postavite na područje 20 V =. Nakon toga namjestite napone na voltmetru prema tablici 1, te odredite pripadne vrijednosti brzine vrtnje kako je objašnjeno u pripremnom dijelu vježbe. Podatke upišite u tablicu 1, te na jednom grafu nacrtajte valne oblike pravokutnih impulsa za napone napajanja motora od 10 i 6 V.

UV

VRp = 500 Ω / 0.55Α

+ 12 V

0 V

MDAVAČIMPULSA

+ 5 V

0 V

+ 5 V

Uimp

Osc

ilosk

op

Y

T 20 V=

min. max.

kliznik

Spojna shema mjerenja brzine vrtnje istosmjernog motora.

Tablica 1. Rezultati mjerenja brzine vrtnje motora

U [V] 10 9 8 7 6 5

Timp [s] ω [1/min]

12345

uimp [V]

t [ms]0

0

Usporedni prikaz impulsa s inkrementalnog davača za napone napajanja motora 10V i 6V.

Komentirajte dobivene rezultate:

16

Q

QRESET

SET4.0

4.1

5.1

5.0

NILI (NOR)

3.2.[m] PROCESNO RAČUNALO

a) Ako PC-terminal nije uključen uključite ga i upišite: c: <Enter> cd \hex <Enter> terma <Enter> Stisnite tipku RESET na procesnom računalu da se vratite u monitor program (tipka h = pomoć u monitoru).

b) Sekvencijsko upravljanje:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

C2

KOD

KORAK

146

5.5

5.7

5.6

5.4

5.3

5.2

5.0

5.1

0

Ž2

Z2

PZ2

C1

Ž1

Z1

PZ1

Zadano je 8 pogonskih elemenata stroja (sijalice, ventili, itd.), koji se upravljaju preko digitalnih izlaza 5.0 - 5.7.

- za svaki korak izračunajte kod u obliku decimalnog broja, koristeći težinske odnose binarnog koda

- upišite: G 3000 da pokrenete program “SEKVENC” - upišite kodove ( izbor 1 ), zatim pokrenite izvođenje ( izbor 2 ) - provjerite da li je redoslijed uključivanja prema dijagramu i izađite iz programa

( izbor 0 ).

c) Programibilni - logički kontroler: Računalo treba simulirati rad bistabila, prema slici:

− upišite G 2000 da pokrenete program “PLK” − pritisnite ctrl - N, zatim H da dobijete listu za pomoć − koristite instrukcije: L = Load O = OR SC = Store complement da napišete program za simulaciju rada bistabila (

vidi popis instrukcija PLK ) − pritisnite ctrl - T da pokrenete upisani program − spajanjem +5 V na SET ili RESET ispitajte rad

bistabila

17

− pritisnite ctrl - E za zaustavljanje, ctrl - N da obrišete program te ctrl - X za povratak u monitor

PROGRAM ZA BISTABIL

00

01

02

03

04

05

d) Regulacija temperature

Termo komora sadrži senzor temperature i grijalo. Senzor je spojen na analogni ulaz procesnog računala, a grijalo na digitalni izlaz. Mikroračunalo s programom “TERMO” osigurava regulaciju temperature u komori.

- upišite G 4000 da pokrenete program - promatrajte promjenu temperature i opišite kriterij po kojem program uključuje

ili isključuje grijalo: - stisnite tipku RESET na maketi da se vratite u osnovni program (monitor).

18

PRIMJERI ZADATAKA IZ ELEKTRONIKE S RJEŠENJIMA B1. Kroz silicijsku diodu s maksimalno dopuštenom trajnom strujom 25 A teče struja 10 A.

Dioda se zagrijava. Od energija a) 1 J, b) 10 J, c) 100 J, koja je najbliža toplini koja se u jednoj sekundi razvija u diodi? Dokažite!

b) 10 J B2. Jednofazni punovalni ispravljač u mosnom spoju s teretom otpora 10 Ω priključi se na

napon 220V/50 Hz. a) kolika srednja struja teče kroz teret, b) kolika srednja struja teče kroz pojedinu diodu, c) skicirajte oblik struje kroz teret, d) skicirajte oblike struja kroz dvije susjedne diode na istoj vremenskoj osi, e) koliki napon moraju podnijeti diode? a) 19,8 A, b) 9,9 A, c) , e) 311,1 V B3. Kroz trošilo u poluvalnom jednofaznom ispravljaču teče 15 A.

a) kolika je maksimalna trenutna vrijednost struje koju mora podnijeti dioda pri omskom trošilu?

b) ako je napon mreže 380 V, koji napon treba izdržati dioda ako trošilo ima paralelni kapacitet?

a) 47,1 A, b) 1074,8 V B4. Jednofazni poluvalni ispravljač s otporom tereta 10 Ω napaja se harmoničkim naponom

trajanja periode 20 ms. Ako je srednja struja trošila 1 A i zanemaruje se pad napona na diodi, izrazite napon napajanja kao funkciju vremena.

( ) Vttu020

210,

sin ππ=

B5. Omski otpor 50 Ω priključi se na napon u t= 220 2 20 02

sin,π preko jednofaznog

poluvalnog ispravljača. a) koja srednja struja teče trošilom, b) koji srednji napon vlada na njemu, c) skicirajte valni oblik napona na trošilu, d) skicirajte valni oblik napona anode prema katodi diode.

19

VUUb

AR

UIa

VUUVU

Msr

srsr

MM

099

981

2202

2220

,)

,)

==

==

===

π

c) d)

B6. Trofazni poluvalni ispravljač priključi se na trofazni napon 220/380V, 50Hz i optereti s omskim trošilom otpora 30 Ω. a) kolika srednja struja teče kroz trošilo, b) skicirajte oblik struje kroz jednu diodu, c) kolika je srednja struja jedne diode, a koliko iznosi maksimalna vrijednost struje

kroz diodu, d) koji maksimalni napon mora podnijeti dioda?

a) 8,58 A, b) , c) 2,86 A; 10,37 A, d) 537,4 V B7. Na spoj prema shemi priključi se harmonički napon ( ) [ ]u t t V= 100 2 100sin .π

a) kolika je srednja vrijednost napona na trošilu pri uključenoj sklopki,

b) kolika je srednja vrijednost napona na trošilu pri isključenoj sklopki,

c) kolika je efektivna vrijednost napona na trošilu kad je sklopka uključena,

d) kolika je ta vrijednost pri isključenoj sklopki ako se pad napona na vodljivoj diodi može zanemariti?

a) 0, b) 45 V, c) 100 V, d) 70,7 V

B8. 12-voltna Zennerova dioda ima vrijednost napona UZO prema podacima proizvođača

između 11 i 13 V. Ako je maksimalna snaga 400 mW: a) kolika se maksimalna struja Iz smije propustiti kroz diodu, b) ako je strmina 50 mA/V, koliki je diferencijalni otpor, c) kako se kod ove diode mijenja UZO s povišenjem temperature,

d) da li se kod struje 100 mA u smjeru od anode prema katodi dioda zagrijava jače ili slabije nego u slučaju a)?

Dokažite! a) 30,8 mA, b) 20 Ω, c) slabije, Ip ⋅ Up < PMAX

A K

RU ~

UAK

t

t

UR

RU ~

20

B9. a) Skicirajte u približnom mjerilu oblik napona točke A prema točki B ako je napon napajanja harmonički s frekvencijom 50 Hz i efektivne vrijednosti 12 V,

b) skicirajte oblik struje kroz otpor R. B10. Naponski stabilizator ne mijenja izlazni napon ako se istovremeno povećaju ulazni

napon za 5 V i struja trošila za 1 A. Pri konstantnom ulaznom naponu izlazni napon pada za 0,1 V kad se struja trošila poveća za 2 A.

a) koliki je iznos parametra ϕ, b) koliki je faktor stabilizacije? a) - 0,05 Ω, b) 100 B11. Tranzistor u ulozi sklopke napaja se s 12 V preko kolektorskog tereta od 100 Ω.

a) nacrtajte spoj, b) koliki je približni iznos struje tereta u stanju isključene sklopke, c) kolika je ta struja u stanju uključene sklopke, d) kolika je minimalna potrebna struja ako je faktor statičkog strujnog pojačanja β =

200, e) koliki je napon između baze i emitera kad tranzistor vodi, f) skicirajte izlazne karakteristike tranzistora u približnom mjerilu, te u njih ucrtajte

pravac otpora i označite radne točke. b) 0, c) 0,12 A, d) 0,6 mA, e) 0,7 V za Si B12. a) Koliki će biti napon UGS u sklopu prema slici ako su u radnoj točki Ui = 5 V, UB = 10

V, R3 = 1 kΩ, R2 = 100 Ω? b) kolika je struja odvoda, c) koliki je napon UDS, d) ako strmina iznosi 10 mA/V, koliko je naponsko pojačanje e) koja je uloga R1?

a) -0,5 V, b) 5 mA, c) 4,5 V, d) -10, e) veza G-S

B13. Dva pojačala spojena su u lanac. Prvo pojačalo pojačava ulazni signal 100 puta, a drugo ima pojačanje napona 20 dB. Ako je izlazni napon 1 V, koliki je ulazni?

1 mV

UZo=12V

A

B

U ~

+UB

R1UiR2

R3

21

B14. FET je spojen kao pojačalo prema shemi s R = 5 kΩ i UB = 10 V. a) koliko je naponsko pojačanje ako se u radnoj točki struja promijeni za 0,1 mA kad

se upravljački napon promijeni za 20 mV. b) u približnom mjerilu izrazite odnose grafički koristeći ulazne i izlazne

karakteristike FET-a, c) koje fizikalno značenje ima predznak naponskog pojačanja, d) nacrtajte istu shemu za p-kanalni

FET.

a) A SRI

URD

GS= − = − = −25 c)

ϕ = 180° B15. Pojačalu s pojačanjem A doda se povratna veza s faktorom povratne veze µ, čime se

ostvari ukupno pojačanje Ap. a) ako je A = 5, Ap = 10, koja vrsta povratne veze je primijenjena, b) koliki je iznos faktora µ, c) koliki je iznos povratnog signala ako je izlazni Xi = 10 V. d) koliki je ulazni signal, e) koliko će biti pojačanje Ap ako uz isti A µ promijeni predznak?

a) pozitivna, b) 0,1, c) 1 V, d) 1 V, e) 103

B16. Pojačalu s pojačanjem A pridoda se povratna veza s faktorom povratne veze µ. a) za A = 1000 i µ = -0,1 koliki je izlazni napon ako je ulazni 1 V, b) kolika će biti relativna promjena ukupnog pojačanja ako se pojačanje A promijeni

+10%?

( )

%

;,,

%)

,;,)

110

9191100101

1100101100

9099091

3 ==−′

=

=⋅+

=′+=′

===−

=

−

p

ppp

p

upip

AAA

a

AAb

VUAUA

AAaµ

+UB

R

+

∆uGS =0,1 V

ID [mA]

2

1

5 7,5 10 [V]

UDS

2,500

22

B17. Silicijski tranzistor nalazi se u slijedećem spoju: a) označite smjerove struja, b) ako je IC = 10 mA i faktor strujnog pojačanja

β = 100, dimenzionirajte RB, c) što treba promjeniti ako se umjesto silicijskog

stavi germanijski tranzistor s istim strujnim pojačanjem,

d) što treba promjeniti ako se stavi PNP tranzistor?

b) Ω=Ω⋅=⋅−

=−

=−

= − kBIUU

IUUR

c

BEBat

B

BEBatB 931093

101010

7010 3

2

3

,/

c) UBE = 0,3 V, RB = 97 kΩ, d) polaritet napajanja

B18. U tranzistorskom pojačalu prema shemi teče kolektorska struja 2 mA. Na emiterskom

otporniku postoji pad napona od 1 V. Napon napajanja iznosi 6 V, a faktor strujnog pojačanja B ≈ β = 100.

a) treba odrediti iznose otpora u ( IR2 = 10 IB ) djelitelju

baze, b) koliki je iznos emiterskog otpora, c) koliki je kolektorski otpor ako napon između

kolektora i emitera iznosi 3 V, d) pri promjenama struje baze od 5 µA kolike će biti

promjene izlaznog napona?

a) R2 = 8,5 kΩ, R1 = 19,5 kΩ, b) 0,5 kΩ, c) 1 kΩ, d) 0,5 V

B19. Na četveropol s izlaznim otporom 75 Ω priključi se teret RT od 1) 500 Ω, 2) 75 Ω, 3) 5Ω.

a) u kojem slučaju (1, 2 ili 3) je naponsko prilagođenje bolje od ostalih, a u kom najlošija? Dokažite!

b) postoji li vrijednost RT za idealno naponsko prilagođenje? Koja?

a) 1) najbolje, 3) najlošije, b) ∞

B20. Na ulaz invertirajućeg pojačala s idealnim operacijskim pojačalom priključi se napon

0,5 V. Ako je Ro = 10 R a) koliki je izlazni napon, b) koliko decibela iznosi naponsko pojačanje spoja, c) koliki će biti izlazni napon ako se R poveća 10%, a Ro ostane isti?

RB +10V

R1

+

-UCC

RC

R2 RE

23

d) koliko je naponsko pojačanje iz a) ako se otporniku R u seriju spoji još jedan isti, e) koliko će biti pojačanje iz a) ako se pojačanje operacijskog pojačala s beskonačnog

iznosa smanji na 1000?

a) -5 V, b) 20 dB, c) -4,54 V, d) -5, e) -9,89 B21. Integratoru s rasponom izlaznog napona ±15 V, R = 10 kΩ, C = 1 µF, na ulaz se

priključi konstantan napon 0,1 V. a) nacrtajte shemu, b) skicirajte izlazni napon u funkciji vremena, c) na kojem izlaznom naponu će prestati integriranje, d) nakon kojeg vremena pojačalo ulazi u zasićenje, e) ako se otpor udvostruči, što će se promijeniti?

c) -15 V

d) ∫⋅

−=−=−=o

ioui U

CRUttUCR

dtURC

U 11 za Ui = -15 V to = 1,5 s

e) udvostručit će se to, sporije integriranje

B22. Dva jednaka invertirajuća pojačala spoje se prema shemi

Uul

R

2R

R

2R

Uizl

a) koliko je naponsko pojačanje jednog pojačala, b) koliko je pojačanje cijelog spoja, c) skicirajte na istoj apscisi u istom vremenu Ui ako je Uu harmonički,

d) kako treba promijeniti otpornik u povratnoj vezi drugog pojačala da pojačanje cijelog spoja bude 10,

e) koliko je tada naponsko pojačanje u decibelima?

a) -2, b) 4, d) Rx=5 R, e) 20 dB

RUu

Ui

C Ui [V]

0

-15

to

1,5t

[s]

24

B23. Zbrajalo ima u povratnoj vezi otpornik od 100 kΩ. Treba ostvariti funkciju Ui = - ( 0,5U1 + 4U2 + 7U3 ) gdje su Ui izlazni, a U1, U2, U3 ulazni naponi.

a) nacrtajte shemu spoja, b) dimenzionirajte elemente, c) pod kojim uvjetima je izlazni napon pozitivan, d) koja funkcija Ui = f ( Uu ) se dobiva ako se otpornik u krugu povratne veze

udvostruči? b) R1=200 kΩ, R2=25 kΩ, R3=14,28 kΩ c) (0,5 U1+4 U2+7 U3)<0 d) Ui=-(U1+8 U2+14 U3) B24. Karakteristiku tiristora prikazuje slika

200 400

20 15 10 5 0

UA [V]

Ig mA

-1000 -500

IA [A]

a) ako je struja iG = 10 mA, kod kojeg će UA doći do provođenja, b) kako bi došlo do provođenja pri Ua = 400 V je li potrebna struja upravljačke

elektrode (gate) veća ili manja od 5 mA, c) ako je na anodu priključen mrežni napon 220V/50Hz, te ako je IG = 15 mA koliki

će biti kut paljenja, d) skicirajte valni oblik struje kroz tiristor pri tom kutu, e) skicirajte valni oblik napona na tiristoru.

a) 300 V, b) > 5 mA, c) 40°

d)

e)

25

B25. Na napon 220V∼ preko nekog elementa priključi se omsko trošilo otpora 10 Ω. Kolika će se energija za jedan sat razviti na trošilu u obliku topline ako je element

a) zatvorena sklopka, b) osigurač s nazivnom strujom 10 A, c) dioda, d) tiristor s kutem okidanja 90°, e) TRIAC s kutem okidanja 90°?

a) 4,84 kWh, b) 0, c) 2,42 kWh, d) 1,21 kWh, e) 2,42 kWh

B26. Kad se tiristorski poluvalni jednofazni ispravljač priključi na stalni izmjenični napon,

omskom otporu 10 Ω može privesti ispravljenu struju od najviše 10 A srednjeg iznosa. a) ako se pad napona na vodljivom tiristoru zanemari, kolika je efektivna vrijednost

priključenog napona, b) kolika će biti ispravljena struja pri kutu paljenja 60°, c) koliki smije biti kut paljenja da trenutna vrijednost struje ne nadmaši nikad 20 A?

a) 222,1 V, b) 7,5 A, c) 140,46° ≤ α ≤ 180°

B27. Na koji napon izmjenične mreže treba priključiti omsko trošilo da razvije istu snagu kao

u slučaju kad je spojeno na 380 Vef preko TRIAC-a s kutem paljenja 90°?

268,7 V B28. Koliki je iznos relativne promjene NTC otpora s temperaturom za radnu točku kod 50°C

ako kod 100°C ima otpor 1 Ω, a kod 0°C 0,1 kΩ? α50 = -0,045 K-1 B29. Kod koje će temperature ϑ PTC otpornika doći do

uzbude releja ako su struja privlačenja releja 5 mA, strujno pojačanje Si tranzistora 100, napon UZO = 10 V, otpor R1 = 1 kΩ, a u radnom području se otpor PTC može izraziti sa:

ϑ36 1057106352 ⋅+⋅−= ,,R

C°80

+

R1

PTC

ϑ

26

Ui [V]

Uu

[V]1 2 3 4

1

2

3

4

B30. U spoju prema slici tranzistor T2 služi kao sklopka releju. Neka je strujno pojačanje 2β = 100, 1β = 50, struja privlačenja releja 100 mA, napon napajanja 5 V.

a) koju vrijednost otpora ima RL za privlačenje releja,

b) ako je ),,( 8061050 =⋅=−⋅= αα AEARL pri kojoj rasvjeti dolazi do privlačenja,

c) ako se T1 zamijeni s tranzistorom strujnog pojačanja 1β = 25, pri kojoj rasvjeti će doći do privlačenja?

a) 183,6 kΩ b) 1106 lx c) 2568 lx

B31. Fotodioda se sa serijskim otporom od 1 MΩ priključi na napon 20 V. Ako joj

osjetljivost iznosi 150 1

[ ]µAx

,

a) koliki će biti napon na otporniku pri rasvjeti od 500 lx, b) skicirajte karakteristiku fotodiode u približnom mjerilu, c) nacrtajte pravac serijskog otpora u karakteristiku diode, d) koliki će biti napon na diodi pri 750 lx? e) provjerite d) grafički.

a) 10 V d) 5 V

B32. Schmimittov triger ima transfer

karakteristiku prema slici. Kakav će biti izlazni napon ako se na ulaz priključi trokutasti oblik napona u rasponu između 0 i 5 V frekvencije 10 Hz?

RL

T1

+

T2

500

IF [uA]

20

10

010 [V]

UZ

1000

E [Ix]

20

27

B33. Svjetleća dioda treba poslužiti kao indikator prisutnosti napona od 5 V. Koliki otpor

treba spojiti u seriju ako dioda dobro svijetli pri struji od 20 mA, a na njoj tada vlada 1,5 V?

RU U

ID=

−= 175 Ω

B34. Za ispravljačku diodu BYX 25 koja se koristi u jednofaznom ispravljaču od 15 A

proizvođač daje slijedeće podatke: maksimalna temperatura kristala Tp = 175°C toplinski otpor između kristala i ambijenta Rpa = 50°C/W toplinski otpor između kristala i kućišta Rpk = 1,3°C/W toplinski otpor između kućišta i hladnjaka Rkh = 0,5°C/W Kod poluvalno ispravljene struje srednjeg iznosa 15 A podaci proizvođača pokazuju

da ekvivalentna snaga kojom se zagrijava dioda iznosi 28 W.

Za maksimalnu temperaturu ambijenta 40°C treba odrediti: a) potreban toplinski otpor hladnjaka prema ambijentu, b) temperaturu kućišta, c) temperaturu hladnjaka, d) dozvoljenu snagu na diodi bez hladnjaka.

Pri a, b, c zanemaruje se odvod topline s kućišta na ambijent.

a PT T

RR

T TP

RT T

PR R C W

b T T P R C

c T T P R C

d PT T

RW

p a p a

hap a

pk kh

k p pk

h k kh

MAXp a

pa

)

, , /

) , ,

) , , ,

) ,

=−

=−

=−

− − =−

− − =

= − ⋅ = − ⋅ =

= − ⋅ = − ⋅ =

=−

=−

=

∑ ∑

175 4028

1 3 0 5 3

175 28 1 3 138 6

138 6 28 0 5 124 6

175 4050

2 7

o

o

o

IR

5V+ -

28

PRIMJERI ZADATAKA S PISMENOG DIJELA ISPITA 1. Trošilo otpora RT spojeno je na izvor nazivnog napona U = 24 V preko Zennerovog

stabilizatora ( Rs = 500 Ω, Uzo = 12 V) a) nacrtajte spoj, b) izračunajte napon na trošilu ako RT iznosi 200 Ω, c) izračunajte minimalni ulazni napon uz RT = 1 kΩ da spoj djeluje kao stabilizator.

2. Za spoj prema slici izračunajte napon na RT za slučaj:

a) sklopka S uključena, b) sklopka S isključena, c) uz dane vrijednosti otpora izračunajte

minimalno pojačanje B da sklop radi kao tranzistorska sklopka.

3. Na ulaz Schmittovog okidnog sklopa s prijenosnom karakteristikom prema slici spojen

je R-C sklop.

a) izrazite kako se mijenja Uul nakon zatvaranja sklopke S, ako se ulazna struja u okidni sklop zanemaruje,

b) izračunajte vremensko kašnjenje od trenutka uključenja sklopke S do promjene na izlazu

c) na istoj vremenskoj osi skicirajte u mjerilu Uul = f ( t ) i Uizl = f ( t ). 4. a) Za jednofazni poluvalni ispravljač s omskim teretom napajan harmoničkim naponom skicirajte oblik struje i izrazite joj srednju vrijednost,

b) u istom vremenu skicirajte oblik napona katode u odnosu na anodu UKA, c) da li dodatak kondenzatora paralelno trošilu poveća, smanji ili ne utječe na

1. srednji ispravljeni napon, 2. srednju struju trošila, 3. energiju preuzetu iz mreže, 4. vrijeme vođenja struje kroz diodu, 5. potrebni zaporni napon diode, 6. iznos maksimalne struje kroz diodu.

RB

ß=100+

S

10kΩ RT 1kΩ

12 V

R=10kΩ

C

1uF

S

Uizl

Ubat

+5V

Uul

1 2 3 4 5 Uul [V]

1

2

3

4

5

Uizl [V]

29

5. a) Što fizikalno znači da je pojačanje nekog naponskog pojačala negativno, b) prikažite ui = f ( uu ) za neko pojačalo i interpretirajte pojačanje na grafu, c) skicirajte graf s istim pojačanjem suprotnog predznaka, d) da li je pojačanje neovisno o iznosu ulaznog napona, dokažite zašto! 6. Za priloženi spoj odredite a) tablicu stanja, b) vremensku promjenu na izlazu ako su ulazne veličine dane tablicom i grafom.

A

B

Y

A B Y0

10

0

01

1 1

t

"1"

"0"

A

t

"1"

"0"

B

t

"1"

"0"

Y

30

FORMULE - ELEKTRONIKA (B)

( )

∫∑

∫∫

+−≈⋅−≈

⋅−=⋅

+≈⋅

++

=

⋅−≈⋅+

+=−⋅=

−=

−=−=

∆∆−

=∆∆

=

=>>

===∆∆

=

∆+∆=∆+∆=∆

==

===

==

−+

00

0

0

0

0

0

0

2

0

1

111

11

1

210

1

1712

33

2450

11

UdtuRC

uRu

Ru

dtduRCuu

RRu

RRR

A

u

uRRu

RA

RRRuUUAU

AA

AARgU

RIUUA

rrrr

AldBAppA

xx

XXA

IUII

UUUUU

UUU

UUUUU

dttuT

UdttuT

U

uii i

ui

uiuui

uuiuui

pmGS

D

GS

DS

uiiu

uuu

idB

u

i

u

i

TGTT

stG

G

stst

Msr

Mef

Msr

T

ef

T

sr

i

µµ

ρσδ

δδδπ

π

log)(log

,

,

)()(

( )

22

222

2

12

21

22

0

ααππ

ααππ

απ

ϑϑ

δω

µρδ

π

ϑϑϑ

αϑϑ

δ

sinsin

cos

maxmin

maxmaxmax

+−=+−=

⋅==

+⋅=++

−=

⋅=⋅=⋅

⋅===

⋅⋅=⋅==

−

−

MM

T

batCB

Msr

hajchjc

aj

F

B

HH

x

UUUU

BRU

BII

UURRR

P

EAReARd

BIRUCtgUR

UP

fkeJJ

LCf