Základy práce s programem KEYSIGHT VEE

Transkript

1 Základy práce s programem KEYSIGHT VEE 1) Spuštění programu KEYSIGHT VEE : dvojitým kliknutím na ikonu KEYSIGHT VEE 2) Otevření nového souboru : v menu FILE příkaz NEW 3) Výběr objektu pro demonstraci práce s objektem : např. v menu DISPLAY zvolte objekt ALPHA NUMERIC a ten přesuňte na pracovní plochu kde ho kliknutím levého tlačítka myši "položte" na požadované místo. VLASTNÍ PRÁCE S OBJEKTY : a) Zobrazte menu objektu : klikněte na čtverec v levém horním rohu objektu b) Přesunutí objektu : máme dvě možnosti 1) Zobrazte menu objektu a zvolte funkci MOVE. Kurzor myši přesuňte do místa kam chcete objekt přesunout a stiskněte levé tlačítko myši. 2) Přesuňte kurzor myši nad objekt a při stlačeném levém tlačítku myši přesuňte objekt zároveň s kurzorem na požadované místo. c) Změna velikosti objektu : máme dvě možnosti 1) Zobrazte menu objektu a zvolte funkci SIZE. Kurzor myši změní svůj tvar na " ". Značku umístíme do místa kde chceme, aby byl pravý dolní roh objektu ( levý horní roh zůstává na stejném místě) a stiskneme tlačítko myši. 2) Přesuňte kurzor myši na pravý dolní roh objektu a při stlačeném levém tlačítku myši můžete měnit velikost objektu pohybem kurzoru myši. d) Minimalizace objektu : Při složitějších úlohách se stává schéma nepřehledné a je potřeba objekty se kterými se nepracuje minimalizovat. To je možné opět dvěma způsoby. 1) Zobrazte menu objektu a zvolte funkci MINIMIZE 2) Klikněte na čtverec v pravém horním rohu e) Obnovení velikosti objektu po minimalizaci : máme dvě možnosti 1) Zobrazte menu objektu ( u minimalizovaného objektu přesunutím kurzoru nad objekt a kliknutím pravého tlačítka myši ) a zvolte funkci RESTORE 2) Dvakrát klikněte levým tlačítkem myši na minimalizovaný objekt f) Kopie objektu : Zvolte funkci CLONE z objektového menu kopírovaného souboru g)vymazání objektu z pracovní plochy : Zobrazte menu objektu a zvolte funkci CUT h) Propojování objektů : Pro tuto úlohu si vyvolejte objekt FUNCTION GENERATOR a WAVEFORM (TIME) Každý objekt má čtyři základní piny, kterými se připojuje k ostatním objektům : datové piny - vlevo vstupní, vpravo výstupní a sekvenční piny - nahoře vstupní, dole výstupní Piny se spojují křivkami, které představují vodivé kanály. Počátek křivky se vygeneruje a připojí k výchozímu pinu kliknutím levého tlačítka myši do jeho blízkého okolí. Křivka se "natáhne" k cílovému pinu a připojí se kliknutím levého tlačítka myši do jeho blízkého okolí. Úkol : Propojte datový výstupní pin objektu FUNCTION GENERATOR se vstupním datovým pinem objektu WAVEFORM (TIME). Úlohu spusťte kliknutím myši na tlačítko RUN. Postupně si vyzkoušejte měnit frekvenci, napětí a typ signálu generovaného virtuálním generátorem. ch) Rozpojování objektů : Kdekoliv na volné pracovní ploše klikněte pravým tlačítkem myši. Ze zobrazeného edit hlavního menu zvolte funkci DELETE LINE a klikněte myší na tu křivku, kterou chcete smazat. Úkol : Zrušte propojení datových pinů objektu FUNCTION GENERATOR a WAVEFORM (TIME)

2 Simulace měření kmitočtů metodou Lissajousových obrazců Simulace spočívá v tom, že fyzické přístroje jsou nahrazeny virtuálními objekty. Nakreslete schéma zapojení úlohy (skutečné) a porovnejte se zapojením na obr.1. Pokuste se odpovědět na následující otázky : 1) Který objekt představuje osciloskop? 2) Které objekty představují generátor? 3) Který objekt úlohu spouští a který zajišťuje její nepřetržitý chod? Realizujte zapojení dle obr.1. Umístění jednotlivých objektů : objekt START ( FLOW START ) objekt UNTIL BREAK (FLOW REPEAT UNTIL BREAK ) objekt INT32 SLIDER ( DATA CONTINUOUS INT32 SLIDER ) objekt FUNCTION GENERATOR ( DEVICE VIRTUAL SOURCE FUNCTION GEN. ) objekt X vs Y PLOT ( DISPLAY XvsY PLOT ) Přidání vstupního nebo výstupního pinu : Pro přidání pinu objektu slouží funkce ADD TERMINAL z objektového menu. - Oběma generátorům přidejte vstupní datové piny sloužící pro zadávání frekvence Zrušení vstupního nebo výstupního pinu: Pro zrušení pinu objektu slouží funkce DELETE TERMINAL z objektového menu. - vyzkoušejte funkci obvodu pro různé poměry kmitočtů fx a fn Změnu barvy písma titulu, barvy pozadí titulu, barvy písma objektu, barvy pozadí objektu, dále pak názvu (titulu objektu) a mnoho dalších funkcí je možné provádět vyvoláním dialogového okna EDIT PROPERTIES z objektového menu. Tuto funkci je možné vyvolat také dvojím kliknutím na pruh s názvem objektu. - opatřete jednotlivé objekty názvy odpovídajícími jejich skutečnému využití - vyzkoušejte si změnu barev pozadí objektu a titulu a změnu barvy písma - vyzkoušejte si změnu typu písma U objektu X vs Y PLOT je dialogové okno EDIT PROPERTIES rozsáhlejší. Vyzkoušejte si změnit rastr (funkce GRID TYPE), aktivujte kurzory pro odečítání hodnot z obrazovky (funkce MARKERS), zobrazte pouze graf ( funkce GRAPH ONLY ), otevřete dialogové okno TRACES & SCALES a zkuste změnit barvu křivky grafu ( COLOR ), typ čáry ( LINES ) a vyznačení naměřených hodnot (POINTS ) - Zjistěte činnost následujících funkcí : a) SHOW TITLE BAR b) SHOW TERMINAL Zobrazení vybraných objektů v panelu : Vyvolejte hlavní editační menu ze zobrazené nabídky zvolte funkci SELECT OBJECTS. Levým tlačítkem myši klikněte postupně na vybrané objekty ( zvolte objekty X vs Y PLOT, START a INTEGER SLIDER ), pak opět vyvolejte hlavní editační menu a zvolte funkci ADD TO PANEL. Tisk grafu objektu XvsY PLOT proveďte pomocí příkazu PLOT z objektového menu. Tisk programu (schématu) proveďte pomocí příkazu PRINT PROGRAM z menu FILE. V dialogovém okně aktivujte pouze položku PRINT PROGRAM EXPLORER

3 Rezonanční obvody ÚKOL : Zobrazte závislost impedance na frekvenci ( Z=f(f) ) pro paralelní rezonanční obvod tvořený odporem R, cívkou L a kondenzátorem C. 1) Odvoďte vztah popisující uvedenou závislost 2) Pomocí programu KEYSIGHT VEE namodelujte obvod a závislost znázorněte graficky vstupem bude : hodnota odporu R... objekt REAL64 SLIDER hodnota indukčnosti L... objekt REAL64 SLIDER hodnota kapacity C... objekt REAL64 SLIDER interval hodnot frekvence pro který se má graf zobrazit... objekt FOR RANGE výstupem bude : rezonanční frekvence fo zapsaná v objektu ALPHA NUMERIC závislost Z=f(f) zobrazená v objektu XvsY PLOT Pro zápis vztahů matematicky popisujících paralelní rezonanční obvod slouží objekt FORMULA. Tento objekt má jeden nebo více vstupních pinů ( viz příkaz ADD TERMINAL - DATA INPUT ), jejichž označení je možné dle potřeby měnit otevřením dialogového okna dvojitým kliknutím na označení vstupního pinu ( doporučuji označení vstupních pinů odpovídající použitým proměnným např. odpor- R, frekvence- f atd.) a jeden výstupní pin označený RESULT na kterém se po aktivaci objektu objeví výsledek zpracovaný dle předpisu zapsaného v objektu. Dále můžete při řešení využít řady objektů realizujících matematické funkce. Tyto objekty se nachází v menu FUNCTION&OBJECT BROWSER. obr.1. Měření kmitočtů metodou Lissajousových obrazců

4 Schéma zapojení : Měření VA charakteristiky stykače A 230V ~ OT Tyristorová jednotka L L Síť Zátěž N N řídící napětí R V S Osc G = Zadání : Vytvořte program pro automatické měření statické VA charakteristiky stykače a pomocí kurzoru odečtěte následující parametry : Typ stykače Up (V) Uo (V) Imax (ma) In (ma) Přítah 1. Napětí přítahu stykače Up 2. Napětí odpadu stykače Uo 3. Zapínací proudovou špičku Imax 4. Trvalý proud stykače In 5. Vyhodnoťte z tvaru VA charakteristiky zda je přítah plynulý nebo stupňovitý Odpovězte na následující otázky 1. Vysvětlete proč dojde po sepnutí stykače (přitažení kotvy) ke skokovému poklesu proudu? 2. Vysvětlete proč odpadne kotva stykače při nižším napětí resp. proudu? 3. Uveďte jaký význam má závit nakrátko v magnetickém obvodu stykače při napájení cívky ze střídavé sítě. 4. Je možné napájet stykač s cívkou na střídavý proud proudem stejnosměrným? 5. Zkuste odhadnout a zdůvodnit zda bude mít vliv na naměřené parametry poloha stykače. Prakticky ověřte na stykači V03c který otočíte o 180.

5 Poloha stykače Up (V) Uo (V) Imax (ma) In (ma) Správná Otočená o 180 Schéma zapojení : Měření na střídavém měniči napětí A 230V ~ OT Power source Wattmetr Load Tyristorová jednotka L L Síť Zátěž N N řídící napětí V RL Rz Ch1 Rs Ch2 Osc G = Zadání : 1. Vytvořte program pro automatizované měření závislosti efektivní hodnoty výstupního napětí Uef a efektivní hodnoty výstupního proudu Ief na řídícím úhlu α. 2. Na obrazovce osciloskopu sejměte průběh výstupního napětí a výstupního proudu při řídídcím úhlu Pro R zátěž zaznamenejte do tabulky údaje z digitálního wattmetru (α, cosϕ, P, Isíť, Usíť) a graficky zpracujte závislost cosϕ=f(α). Program upravte s využitím tlačítka OK, které bude umožňovat pozastavení běhu programu pro zaznamenání hodnot z digitálního wattmetru. Odpovězte na následující otázky : 1. Odvoďte vztah pro určení řídídcího úhlu z řídícího napětí pokud víte, že 0V odpovídá 180 a 10V odpovídá Ze závislosti cosϕ=f(α) určete pro jaké řídící úhly α je cosϕ menší než jedna i když se jedná o R zátěž a pokuste se zdůvodnit jak je to možné. 3. Ze závislosti Uef=f(α) určete kritický úhel. Jakou hodnotu by měl krický úhel pro čistě induktivní zátěž? 4. Jaké napětí je na zátěži v případě, že řídící úhel je nižší než kritický?

6 MĚŘÍCÍ PŘEVODNÍKY U/U A U/I &1. Jakými vlastnostmi se OZ blíží ideálním zesilovačům? &2. Vypište z katalogu potřebné charakteristické a mezní parametry OZ MAA 741. &2.1 Naznačte způsob vytvoření symetrického napájení OZ pomocí dvou stejných zdrojů stejnosměrného napětí. &3. Navrhněte hodnoty napájecího napětí a zpětnovazebních odporů pro invertující a neinvertující zesilovač. &3.1 INVERTUJÍCÍ ZESILOVAČ R2 R1 Uvst R3 Uvýs - napájecí napětí U CC =... - pro Au = 10 a R 2 = 100 kω navrhněte velikost odporu R 1 - odporem R3 kompenzujeme vstupní klidový proud odpor R 3 určete ze vztahu : výsledek zaokrouhlete na nejbližší hodnotu z řady E12 - pro stejnosměrný signál je R VST = R 1, jakou hodnotu bude mít odpor R 2, jestliže chceme vytvořit invertor jehož R VST =10kΩ

7 &3.2 Zapojte invertující zesilovač, změřte jeho zesílení a ověřte, že výstupní signál je fázově posunut o 180 Uvedené schéma doplňte potřebnými přístroji ( dvoukanálový osciloskop, generátor obdélníkových impulsů ). Zobrazené průběhy načrtněte. &4. NEINVERTUJÍCÍ ZESILOVAČ R2 Uvst Uvýs R1 - napájecí napětí U CC =... - pro Au = 11 a R 2 = 100 kω navrhněte velikost odporu R 1 - R VST = R CM - což je hodnota odporu mezi vstupem zesilovače a zemí a je udávána v katalogu výrobcem. &4.1 Jaká je výhoda neinvertujícího OZ proti invertujícímu z hlediska vstupního odporu. &4.2 Zapojte neinvertující zesilovač, změřte jeho zesílení a ověřte, že výstupní signál je ve fázi se vstupním. Zapojení doplňte potřebnými přístroji ( dvoukanálový osciloskop, generátor obdélníkových impulsů ). Zobrazené průběhy načrtněte. &4.3 Upravte zapojení tak, aby jste vytvořili napěťový sledovač a ověřte, že platí u 1 = u 2. Kdy se toto zapojení používá? &5. ZESILOVAČ S VLASTNOSTÍ ZDROJE PROUDU a) s použitím neinvertujícího zapojení I2 Rz Uvst R1

8 -napájecí napětí U CC =... - R VST = R CM &5.1 Určete velikost odporu R 1, jestliže při vstupním napětí 5V chceme vytvořit z OZ zdroj proudu o velikosti 5mA. &5.2 Ověřte, že velikost I 2 nezávisí na hodnotě odporu R Z až do určitého R Zmax. Experimentálně zjistěte velikost R Zmax a porovnejte s vypočtenou hodnotou. Zapojení doplňte potřebnými přístroji a realizujte. b) s použitím invertujícího zesilovače Rz R1 I2 Uvst - napájecí napětí U CC =... - R VST = R 1 &5.3 Určete velikost odporu R 1, jestliže při vstupním napětí 5V chceme vytvořit z operačního zesilovače zdroj proudu o velikosti 5 ma. &5.4 Ověřte, že velikost I 2 nezávisí na odporu R Z až do určitého R Zmax. Experimentálně zjistěte velikost R Zmax a porovnejte s vypočtenou hodnotou. Zapojení doplňte potřebnými přístroji a realizujte.

9 MĚŘENÍ ODPORU POMOCÍ PŘEVODNÍKU R/U Převodník R/U je částí číslicového multimetru. Měřený rezistor se k němu připojuje dvěma nebo čtyřmi vodiči. Výstupní napětí převodníku (stejnosměrné) se měří číslicovým voltmetrem. Převodníky R/U jsou v podstatě zdroje konstantního proudu, jejichž výstupní proud protéká měřeným rezistorem. Napětí na tomto rezistoru je úměrné jeho odporu, přičemž vhodnou velikostí proudu lze dosáhnout, aby výstupní napětí (až na polohu desetinné čárky) odpovídalo číselné hodnotě odporu. na obr.1. máte zapojení převodníku R/U v invertujícím zapojení OZ Rx Rn Ix Ur = In U 2 ČV obr.1. Zapojení převodníku R/U vhodné pro měření středních a velkých odporů Ur.. referenční napětí Rn.. normálový odpor Rx.. neznámý odpor U 2.. výstupní napětí převodníku &1.1. Odvoďte vztah pro Rx. Nápověda : Pro ideální OZ platí Ix= -I N &1.2. Vytvořte převodník R/U dle následujících požadavků. K dispozici máte zdroj referenčního napětí MAC01-10 V OZ MAA 741CN napájený ze symetrického zdroje ±15V místný číslicový voltmetr, rozlišitelnost 0.01mV Jaký odpor Rn zvolíte, aby zobrazený údaj na ČV byl 1) v Ω (1V 1Ω ) R N = 2) v kω (1V 1kΩ ) R N = 3) v ΜΩ (1V 1MΩ ) R N = &1.3. Pro jednotlivé odpory R N určete rozsah převodníku R/U a doplňte tabulku 1. tabulka 1. R N (k Ω ) R MIN (Ω ) R MAX (kω )

10 &1.4. Jaký proud by musel být schopen dodat zdroj referenčního napětí a OZ převodníku v případě, že chceme, aby zobrazený údaj byl přímo v Ω? Je to možné? &1.5. Převodník sestavte a změřte dané odpory. Stejné odpory změřte pomocí multimetru MX 545 a hodnoty porovnejte. &2. Ukažme si úpravu vhodnou pro měření menších hodnot odporů. Použijeme neinvertující zapojení OZ a výstup posílíme výkonovým tranzistorem. Vhodné zapojení je na obr. 2. Připojení měřeného odporu je nejčastěji 4 svorkové. +U Rp Ik Rx ČV Ur = U RN R N obr.2. Zapojení převodníku R/U vhodné pro měření malých odporů &.1. Odvoďte vztah pro Rx. Nápověda: Pro ideální operační zesilovač platí: U r = U RN &2.2. Určete velikost odporu Rn tak, aby údaj zobrazený ČV byl přímo v Ω. To jest platilo 1V 1Ω R N = Pro zvolený odpor R N určete rozsah převodníku R/U. R MIN = R MAX = &2.3. Převodník sestavte a změřte dané odpory. Experimentálně ověřte, jaké chyby se dopouštíme při dvousvorkovém připojení měřeného odporu.

11 MĚŘENÍ NA AKTIVNÍCH FILTRECH S OZ &1. Aktivní filtry mají proti pasivním několik výhod : - není třeba používat indukčnosti, vystačíme obvykle s článkem RC - i pro rozsah nízkých kmitočtů vystačíme s malými kapacitami kondenzátorů - podle potřeby lze vhodně měnit vstupní i výstupní odpor - dosažitelný zisk > 1 &2. DOLNÍ PROPUST C R2 Au R1 20dB/dek. Uvst Uvýs 1 RC ω obr.1 a/ dolní propust b/ amplitudově-frekvenční charakteristika propusti &2.1 Určete impedanci Z ve zpětné vazbě. &2.2 Odvoďte vztah pro výstupní napětí. - jde o invertující zesilovač Uvýst=-(Z/R1).Uvst - Vztah upravte pro R 1 = R 2 = R. Pro f = 0 je pak Au =... &2.3 Čemu se bude blížit výstupní napětí? 1, pro ω=2.π f 0 2, pro ω=2.π f Jaký bude pokles zesílení na dělícím kmitočtu? Odvoďte! &2.4 Pro dělící kmitočet f = Hz a kapacitu C = 0.01µF určete velikost odporu R. &2.5 Zapojení doplňte potřebnými přístroji (dvoukanálový osciloskop, generátor, nf milivoltmetr), obvod zapojte a změřte amplitudově-frekvenční charakteristiku propusti.

12 &3. HORNÍ PROPUST R2 R1 C Au 20dB/dek. Uvst Uvýs 1 RC ω Obr.2 a/ horní propust b/ amplitudově-frekvenční carakteristika propusti &3.1 Určete impedanci Z prvků na vstupu OZ. &3.2 Odvoďte vztah pro výstupní napětí. - jde o invertující zesilovač U výst = R 2 Z U vst &3.3 Vztah upravte pro R 1 = R 2 = R &3.4 Čemu se bude blížit výstupní napětí? 1, pro ω=2.π f 0 2, pro ω=2.π f Jaký bude pokles zesílení na dělícím kmitočtu? Odvoďte! &3.5 Pro dělící kmitočet f = Hz a kapacitu C = 0.01 µf určete velikost odporu R. &3.6 Zapojení doplňte potřebnými přístroji (dvoukanálový osciloskop, generátor, nf milivoltmetr), obvod zapojte a změřte amplitudově-frekvenční charakteristiku propusti. &4. Navrhněte zapojení aktivní pásmové propusti. &4.1 Načrtněte její amplitudově-frekvenční charakteristiku. Naznačte výpočet dělících kmitočtů.

13 MĚŘENÍ NA STABILIZÁTORECH &1. Co je úkolem stabilizátoru napětí? &2. Na obr.1 máte základní zapojení sériového integrovaného stabilizátoru řady 78xx s interně nastavenou hodnotou kladného výstupního B E napětí ( pro záporná napětí se vyrábí řada + 78xx + 79xx) Kondenzátory C 1, C 2 jsou zapojeny na přípravku a přispívají ke stabilitě obvodu. Výrobce doporučuje jejich zapojení přímo na U1 C1 C2 U2 vývody 78xx C - -. &2.1 V katalogu vyhledejte mezní hodnoty int. stab. MA7805. &2.2 Navrhněte velikost zatěžovacího odporu Rz tak, aby bylo možno měření provést v rozsahu proudů od 0,1I n do I n. &2.3 Realizujte zapojení podle obr.2 a změřte zatěžovací charakteristiku U 2 = f(i 2 ). Obr.1. A regulační transform. usměrňovač µf V1 stabilizátor V2 Rz obr.2 Pro správnou funkci stabilizátoru platí, že U 1 U 2 + 3V při dodržení podmínky U 1 < U 1max. Změřte zatěžovací charakteristiku při nedodržení první podmínky. Zpracujte tabelárně i graficky. 3. Aplikace integrovaného stabilizátoru B E &3.1 Zapojení pro dosažení jiného než konstrukčního napětí. (obr.3) C1 C2 Rb U1 C Io U2 člen R a.i 0 lze zanedbat Ra - - R b volíme 150Ω obr.3

14 &3.2 Vypočítejte hodnotu odporu R a pro dosažení napětí 8 a 10V. Zapojení realizujte, případný rozdíl U 2 opravte změnou odporu R a. Určete proud I 0. &3.3 Změřte zatěžovací charakteristiky. Zpracujte tabelárně a graficky. &3.4 Zdroj konstantního proudu. B E I 2 = U jm R 1 + I 0 I2 1A I 0 lze zanedbat. U1 C1 C Io C2 R1 I2 &3.5 Vypočtěte hodnotu odporu R 1 pro I 2 = 0,05A. Odpor R 2 nabývá hodnot 0 až 200Ω. Určete potřebnou velikost vstupního napětí. R2 - obr.4 &3.6 Upravte zapojení, změřte zatěžovací charakteristiku I 2 = f(u R2 ). Zpracujte tabelárně a graficky. &3.7 Pro dosažení vyššího než konstrukčního napětí se používá též zapojení se Zenerovou diodou. Pokuste se navrhnout zapojení, určete vztah popisující výstupní napětí a vyberte z katalogu vhodnou diodu pro dosažení napětí 14V. Spojité stabilizátory TYP U 2 (V) I 2 (A) U (V) počet svorek MA7805 (09,12,15,24) - s pevným napětím +5 až xx317 - s proměnným napětím +1,2 až +37 1,5 2,3 3 LM396 - s proměnným napětím +1,2 až ,1 3 LM nízkoztrátové +1,3 až ,5 5 LT nízkoztrátové +1,3 až ,3 3 LM má navíc snímací svorky S1 a S2(Sense) umožňuje vyloučit chybu vlivem úbytku napětí na přívodech