Politechnika Rzeszowska
Im. Ignacego Łukasiewicza
Katedra Awioniki i Sterowania
Podstawy Elektroniki - Laboratorium
Sprawozdanie nr 8
Temat: Elementy elektroniczne.
Wykonali:
Sośnicka Monika
Syryło Mateusz
Stefański Michał
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z elementami elektrycznymi oraz zasadą działania potencjometrów poprzez ściągnięcie charakterystyki rezystancyjnej zmieniając położenie pokrętła o kąt
i enkodera. Mieliśmy też za zadanie zapoznanie się z obsługą oscyloskopu cyfrowego i badanie nim kondensatorów elektrolitycznych.
Wstęp teoretyczny:
Potencjometr - to opornik z możliwością zmiany rezystancji przez użytkownika. Zmiany tej dokonuje się poprzez zmianę położenia styku (ślizgacza) na ścieżce oporowej. Ślizgacz sprzężony jest z pokrętłem lub suwakiem. Ścieżkę oporową wykonuje się z węgla, cermetu, plastiku lub zwojów drutu oporowego. Dwa wyprowadzenia są zakończeniami ścieżki oporowej, trzeci jest połączony ze ślizgaczem. Potencjometr działa na zasadzie klasycznego dzielnika napięcia. Typowym zastosowaniem potencjometrów jest regulacja prądu lub napięcia w urządzeniach elektrycznych np. głośności w sprzęcie audio, ale także w przemyśle i komunikacji (regulacja prędkości obrotowej silników, na przykład tramwajowych). Wykonuje się także potencjometry sprzężone podwójne (dwa identyczne elektrycznie potencjometry na wspólnej osi - przydatne szczególnie przy urządzeniach stereofonicznych), potencjometry sprzężone współosiowe (dwa różne potencjometry, jeden uruchamiany osią wewnętrzną, drugi uruchamiany współosiową tuleją - takie potencjometry wykorzystywane bywają w urządzeniach audio, kiedy podwójną gałką reguluje się np. siłę głosu i barwę głosu). Do potencjometru bywa także czasem zamocowany wyłącznik elektryczny, uruchamiany krzywką przykręconą do osi potencjometru. Takie rozwiązanie umożliwia włączanie i wyłączanie urządzenia elektronicznego w skrajnym położeniu obrotu osi potencjometru - najczęściej w takim, w którym siła głosu jest minimalna. Podobnie, kiedy potencjometrem płynnie steruje się obrotami silnika elektrycznego - wówczas wyłączanie silnika odbywa się przy skrajnie małych jego obrotach.
Enkoder - jest urządzeniem służącym do pomiaru drogi, morze tez służyć do pomiaru prędkości obrotowej , inaczej mówiąc jest to impulsowy przetwornik. Służy do dokładnego pozycjonowania. Taki przetwornik ma określana ilość impulsów na obrót. Enkoder absolutny impulsator, który przyporządkowuje odpowiednim wartościom kąta, kodowane wartości liczbowe. Na wałku napędowym enkodera znajduje się tarcza kodowa, która zawiera w formie kodu wartości liczbowe odpowiadające przesunięciom kątowym. Pozwala to na zadawanie wartości absolutnych w dowolnym momencie, bez konieczności porównywania z punktem odniesienia (dawniej, najczęściej mechanicznym). Enkoder absolutny pozwala określić dokładną informację o pozycji po ponownym uruchomieniu, gdy zanikło napięcie zasilania systemu lub enkodera. Jeżeli po zaniku zasilania miał miejsce jakikolwiek ruch mechaniczny, faktyczna pozycja mechaniczna jest odczytana natychmiast po odzyskaniu zasilania. Dostępne są dwa rodzaje enkoderów absolutnych: jednoobrotowe i wieloobrotowe. W enkoderze jednoobrotowym, dzielony jest jeden obrót wału na odpowiednią ilość kroków i pomiar wielkości powtarza się po jednym obrocie. W enkoderze wieloobrotowym pomiar wielkości jest wynikiem pozycji kątowej i liczby obrotów wału.
Dioda prostownicza - jednym z najczęstszych i najprostszych zastosowań diody jest wykorzystanie jej jako prostownika.
Prostownik zamienia prąd przemienny, czyli taki który płynie na zmianę w dwóch kierunkach na prąd jednokierunkowy. Często o diodach mówi się "prostownik" mając na myśli takie właśnie zastosowanie.
Prostownik jednopołówkowy
Na rys. 3.9 przedstawiony jest najprostszy układ prostownika. Ug jest źródłem napięcia przemiennego, a RL jest rezystancją reprezentującą obciążenie prostownika. W tym przypadku (rys. 3.10) źródłem napięcia wejściowego Ug jest napięcie zmienne takie jak na przykład w sieci 220V 50Hz, które jest obniżane na transformatorze sieciowym i podawane na diodę D. Tak więc dla wejściowego napięcia sinusoidalnego o amplitudzie zdecydowanie większej od napięcia przewodzenia diody (0.6V) napięcie na obciążeniu UL wygląda tak jak na rys. 3.10 (przebieg czerwony). Jak widać przez diodę przedostają się tylko dodatnie połówki sinusoidy, gdyż wówczas na anodzie diody jest wyższy potencjał niż na katodzie i dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia (oczywiście wtedy gdy Ug>0.6V). Można więc powiedzieć, że jest to prostownik jednopołówkowy. Napięcie UL występuje więc jedynie przez połowę okresu napięcia wejściowego Ug.
Prostownik dwupołówkowy
Na rys. 3.11 przedstawiony jest inny układ prostownika. Jest to dwupołówkowy układ mostkowy. Tak zwany mostek złożony jest z diod D1, D2, D3, D4. Przebiegi napięcia wejściowego Ug i wyjściowego UL przedstawione są na rys. 3.12.
Dla dodatniej połówki sinusoidy sygnału wejściowego prąd (strzałki czerwone) popłynie przez diodę D1 do obciążenia RL, dalej poprzez diodę D3 do źródła Ug. Następnie dla połówki ujemnej prąd (strzałki niebieskie) popłynie poprzez diodę D2 do obciążenia RL jak widać zachowując ten sam kierunek przepływu prądu przez obciążenie jak dla połówki dodatniej, a następnie poprzez diodę D4 z powrotem do źródła Ug. W efekcie na wyjściu układu otrzymamy napięcie wyprostowane dwupołówkowo co widać na przebiegu z rys. 3.12 (przebieg czerwony). Poziome odcinki pomiędzy połówkami sinusoidy są spowodowane spadkami napięć na przewodzących diodach. Warto zauważyć, że w układzie mostkowym dla obu kierunków sygnału wejściowego, z wejściem są połączone szeregowo dwie diody. Dlatego aby prąd zaczął płynąć do obciążenia napięcie Ug musi być większe od podwojonego napięcia przewodzenia diody (Ug>2·0.6V). Warto o tym pamiętać szczególnie przy projektowaniu zasilaczy.
Prostownik w zasilaczu sieciowym
Prostownik jednopołówkowy czy dwupołówkowy w 
takich postaciach jak przedstawione na rys. 3.9 i 3.11 nie mają w zasadzie praktycznego zastosowania gdyż napięcie otrzymywane na wyjściu nie zmienia wprawdzie kierunku lecz ma bardzo duże zmiany jeśli chodzi o wartość napięcia - zmiany te są nazywane tętnieniami.
Aby otrzymać napięcie stałe również co do wartości należy je wygładzić, a w tym celu na wyjściu prostownika stosuje się filtr dolnoprzepustowy. Filtr ten najczęściej ma postać kondensatora elektrolitycznego (czasami można zastosować pomiędzy mostkiem, a kondensatorem mały rezystor dla ograniczenia prądu).
Przykład zastosowania prostownika mostkowego w zasilaczu sieciowym przedstawiony jest na rys. 3.13. Źródłem napięcia zmiennego jest napięcie sieciowe obniżane na transformatorze sieciowym. Kondensator filtrujący (wygładzający) C dołączony jest równolegle do obciążenia RL. Filtrowanie polega na tym, że kondensator ładuje się w czasie, gdy napięcie prostownika przewyższa napięcie na kondensatorze, a rozładowuje się w czasie, gdy napięcie prostownika spada poniżej napięcia na kondensatorze. Szybkość rozładowywania zależy od stałej czasowej RL·C. Przebieg napięcia wyjściowego U przedstawiony jest na rys. 3.14. Kolorem czerwonym zaznaczony jest kształt napięcia na wyjściu prostownika bez kondensatora filtrującego C, a kolorem niebieskim napięcie na wyjściu z dołączonym kondensatorem. Napięcie tętnień Ut równe jest DU.
Kondensatory elektrolityczne.
Budowa: Kondensatory elektrolityczne aluminiowe mają elektrody wykonane ze zwiniętych taśm aluminiowych. Właściwie to tylko anoda jest wykonana z aluminiowej taśmy. Druga taśma jest tylko doprowadzeniem do właściwej elektrody jaką jest elektrolit. Elektrolitem tym jest nasączony papier, który poza funkcją przechowywania elektrolitu również rozdziela warstwy taśmy aluminiowej.
Typowe wartości pojemności produkowanych kondensatorów:
Kondensatory elektrolityczne aluminiowe - od 100nF do 1F
Kondensatory tantalowe - od 100nF do 1mF
Zastosowanie: Kondensatory elektrolityczne stosowane są w obwodach zasilania jako kondensatory filtrujące i gromadzące energię. Stosowane są też jako kondensatory sprzęgające i blokujące w urządzeniach m.cz., pracujących z częstotliwościami do mniej więcej 100kHz.
Oscyloskop cyfrowy: charakteryzują się przede wszystkim przyjaznymi cechami funkcjonalnymi, ale i wysokim kosztem. Mają możliwość równolegle z wyświetlaniem oscylogramów dokonywać pomiarów różnych wielkości elektrycznych, tj. napięcie oraz czasowych, tj. częstotliwość czy czas narastania. Wartości kilku z nich dowolnie wybranych mogą być wyświetlane w dolnej części ekranu. Można również włączyć opcję wyświetlania wszystkich parametrów. Ogromną zaletą oscyloskopu jest przedstawienie przebiegów z wejść obu kanałów w postaci sumy, różnicy, iloczynu czy ilorazu. Co więcej, Widmo jest obliczane i wyświetlane w czasie rzeczywistym. Bardzo przydatną funkcją oscyloskopa cyfrowego jest zapis wyników oraz ustawień oscyloskopu. Zatem, Oscyloskop cyfrowy to bardzo praktyczny przyrząd pomiarowy. DS5022M(Oscyloskop wykorzystany na zajęciach) posiada czytelny i intuicyjny interfejs użytkownika oraz dobre możliwości techniczne i wiele cech funkcjonalnych.
Oscyloskop DS5022M
Wyniki pomiarów:
Potencjometr nr 1 Potencjometr nr 2
|
|
Wykresy:
Wnioski:
Na podstawie środkowego zakresu wykreślonych wykresów charakterystyk rezystancji potencjometrów, widać, że potencjometr nr 2 przyjmuję charakterystykę funkcji liniowej, zaś potencjometr nr 1 charakteryzuje się wyglądem funkcji logarytmicznej. Dodatkowo, łatwo zauważyć, że w końcowej fazie obrotu (zakreślania kąta) oba potencjometry nieznacznie zmieniają swoją wartość rezystancji.
Na oscyloskopie cyfrowym można wykonywać różne obliczenia takie jak: A*B=moc; A/B=opór; Wyliczyć też można iloczyn współczynnika sprężystości i masy co daje częstotliwość
Enkodery wykorzystywane są do precyzyjnego pomiaru obrotu dokonanego przez element, jego prędkości, przesunięcia, odległości czy przebytej drogi. Znajdują zatem zastosowanie w wielu urządzeniach powszechnego użytku jako scrool myszki komputerowej czy potencjometr nowoczesnego radia, jak również stanowią podstawowy element pomiarowy wszelkiego rodzaju maszyn i linii produkcyjnych.
Literatura
J.Kalisz, „Podstawy elektroniki cyfrowej”, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa, 1998.
Wyszukiwarka