Seznámení s přístroji, používanými při měření. Nezatížený a zatížený odporový dělič napětí, měření a simulace PSpice

Transkript

1 Cvičení Seznámení s přístroji, používanými při měření Nezatížený a zatížený odporový dělič napětí, měření a simulace PSpice eaktance kapacitoru Integrační článek C - přenos - měření a simulace Derivační článek C - přenos - měření a simulace Elektronické prvky AB34ELP

2 Zdroj stejnosměrného napětí Přístroje používané v AB34ELP Oba přepínače vypnuté (= nezávislé zdroje a ) VYPÍNAČ 3 pevné napětí 5V NEPOŽÍVAT nelze nastavit proudové omezení KOSTA PŘÍSTOJE NEPOŽÍVAT cv./str.

3 Přístroje používané v AB34ELP Multimetry voltmetr, ohmmetr V, Ω V, Ω cv./str.3

4 Multimetry ampérmetr Přístroje používané v AB34ELP A A cv./str.4

5 Přístroje používané v AB34ELP Osciloskop cv./str.5

6 Digitální Osciloskop Kanál CH Přístroje používané v AB34ELP Automatická synchronizace a nastavení měřítka Volba položek v menu na obrazovce N živé zobrazení STOP paměť Volba zobrazení/menu kanálu / Úroveň synchronizace Synchronizační úroveň Posun vertikálně / horizontálně Měřítko a typ vazby (DC) kanálu CH Měřítko časové osy Zpoždění od času T Signálový kanál CH Signálový kanál CH Zdroj pro externí synchronizaci Měřítko vertikálně / horizontálně cv./str.6

7 Digitální Osciloskop Přístroje používané v AB34ELP cv./str.7

8 Digitální Osciloskop Přístroje používané v AB34ELP cv./str.8

9 Přístroje používané v AB34ELP Generátor SÍŤOVÝ VYPÍNAČ VYPÍNAČ VÝSTPNÍHO NAPĚTÍ VÝSTP SPOLEČNÝ VODIČ cv./str.9

10 Přístroje používané v AB34ELP!!!Společné vodiče obou kanálů osciloskopu a generátoru jsou spojené přes kolík v zásuvce!!! cv./str.0

11 Odporový dělič napětí P a) Nezatížený odporový dělič napětí b) Zatížený odporový dělič napětí Z Z Z P cv./str.

12 Nezatížený odporový dělič napětí příklad Navrhněte hodnoty odporů děliče, zatíženého proudem I b =50μA. CC =5V, =3V. Zvolíme I >>I b, např.: I =ma (= nezatížený dělič) I 50 I 3 CC (k), (k) 5 (k), cv./str.

13 Zatížený odporový dělič napětí příklad Navrhněte zdroj napětí 3,3 V s vnitřním odporem k. K dispozici máte ideální zdroj napětí = 5V. Řešení: Zdroj napětí se doplní odporovým děličem, aplikace Théveninova teorému 0 = 3,3 V, i = kω, = 5V, =?, =? 0 3,3 5 i 000 = 55 Ω = 94 Ω Zvolíme =,5 kω a = 3,0 kω (zvoleno podle řady hodnot součástek s 5% tolerancí) cv./str.3

14 Kapacitor I dq dt Q C I C d dt eaktance kapacitoru ve střídavém obvodu (harmonický ustálený stav např. sinus) X C I C f C Kapacitor frekvenčně závislý odpor S rostoucí frekvencí f hyperbolicky klesá jeho reaktance X C Využití jako frekvenčně závislý dělič napětí I C d sint I C C 0 dt 0 cos t V ideálním případě předbíhá proud napětí o 90 o = fázový posuv cv./str.4

15 Kapacitor příklad Navrhněte hodnoty kapacity C tak, aby se obvod pro kmitočet f = khz choval jako frekvenčně nezávislý a přenos /. Hodnoty odporů: a) = kω, b) = MΩ. Podmínka přenosu / bude splněn za předpokladu, že X C << tedy například a) X C = 0Ω, b) X C = 0kΩ. a) C 6 f 3, X C μf Zvolíme například μf. b) C 6 f 3, X C nf Zvolíme napříkad nf. vedené výpočty využijeme při návrhu vazebních kapacitorů zesilovačů s bipolárními tranzistory a tranzistory MOSFET a JFET. cv./str.5

16 Měřící přípravek pro - dělič a LC články cv./str.6

17 CC V Odporový dělič napětí V Z Zapojení nezatíženého děliče Připojení zátěže Doporučené hodnoty: CC =V, = =0k, Z =.. 50 Naměřené hodnoty a v závislosti na Z zaznamenejte do tabulky Excel. CC cv./str.7

18 Integrační článek C Doporučené hodnoty: =k, C=00n =Všš / 0Hz, 00Hz, khz, 0kHz, 00kHz, MHz Naměřené hodnoty a v závislosti na kmitočtu zaznamenejte do tabulky Excel. cv./str.8

19 Derivační článek C Doporučené hodnoty: =k, C=00n =Všš / 0Hz, 00Hz, khz, 0kHz, 00kHz, MHz Naměřené hodnoty a v závislosti na kmitočtu zaznamenejte do tabulky Excel. cv./str.9

20 PSpice Odporový dělič napětí ) Spustit Capture/Design Entry CIS ) File Open Project \0_\_delic.opj K dispozici jsou tři simulační profily:. Pracovní bod. Stejnosměrná analýza závislost na V 3. Stejnosměrná analýza zatěžovací charakteristika Nastavte hodnoty napájení a odporů dle zapojení přípravku. Proveďte simulace odpovídající předchozímu měření. Výsledky měření a simulací zpracujte v Excelu. cv./str.0

21 Probe výsledky simulací OrCAD Capture & PSpice Export průběhu do textového souboru do Excelu varianta Ctrl+C/Ctrl+V ) Zvolíme název průběhu a stiskneme Ctrl+C ) V Excelu zvolíme pozici první buňky a stiskneme Ctrl+V cv./str.

22 OrCAD Capture & PSpice Integrační článek C přenos ) Spustit Capture/Design Entry CIS ) File Open Project \0_C\C.opj Nastavte hodnoty a C dle zapojení přípravku. Proveďte simulace modulové a fázové charakteristiky C-prenos_INTEG (AC analýza). Výsledky měření a simulací zpracujte v Excelu. cv./str.

23 OrCAD Capture & PSpice Derivační článek C - přenos ) Spustit Capture/Design Entry CIS ) File Open Project \0_C\C.opj Nastavte hodnoty a C dle zapojení přípravku. Proveďte simulace modulové a fázové charakteristiky C-prenos_DEIV (AC analýza). Výsledky měření a simulací zpracujte v Excelu. cv./str.3

24 Dodatek pro pokročilé Integrační článek C - průběhy ) Spustit Capture/Design Entry CIS ) File Open Project \0_C\C.opj Nastavte hodnoty a C dle zapojení přípravku. Proveďte simulaci v časové oblasti (Time domain) simulační profil C-prubehy. V VOFF = 0 VAMPL = FEQ = k AC = DC = 0 V = 0 V = TD = u T = 0n TF = 0n PW = 500u PE = m AC = DC = 0 SIN 0 PLSE V3 0 V V 0k 3 0k C C3 0 0 V C 0n V C3 0n Porovnejte průběhy V SIN,PLSE a V C,3 pro přenos harmonického a lichoběžníkového napětí. Samostatně nastavte zobrazení průběhů do více grafů dle obrázku. cv./str.4

25 Dodatek pro pokročilé Derivační článek C - průběhy ) Spustit Capture/Design Entry CIS ) File Open Project \0_C\C.opj Nastavte hodnoty a C dle zapojení přípravku. Proveďte simulaci v časové oblasti (Time domain) simulační profil C-prubehy. Porovnejte průběhy V SIN,PLSE a V C,4 pro přenos harmonického a lichoběžníkového napětí. Samostatně nastavte zobrazení průběhů do více grafů dle obrázku. V VOFF = 0 VAMPL = FEQ = k AC = DC = 0 V = 0 V = TD = u T = 0n TF = 0n PW = 500u PE = m AC = DC = 0 SIN 0 V PLSE V4 C 0n C4 V 0n C C V 0k V 4 0k cv./str.5

26 Dodatek pro pokročilé Integrační článek C Přenos napětí P X C X C / jc / jc jc e P j j Im P ω= π f je úhlový kmitočet a τ =/ω 0 = C je takzvaná časová konstanta obvodu. Modulová charakteristika P db 0log 0log (e P) (Im P) 0log Fázová charakteristika arctg Im e P P arctg arctg arctg 0 0log arctg f f 0.. cv./str.6

27 Dodatek pro pokročilé Integrační článek C ω= π f τ =/ω 0 = C Modulová charakteristika P db 0log 0log 0log C Fázová charakteristika arctg arctg C arctg f f 0 a) ω τ << P db 0 a φ 0 o b) ω τ = P db = 0 log 3 db a φ 45 o = π/4 c) ω τ >> P db 0 log(ω.τ) a φ 90 o = π/ cv./str.7

28 Dodatek pro pokročilé Derivační článek C Přenos napětí P X C / jc jc jc j j e P j, Im P ω= π f je úhlový kmitočet a τ =/ω 0 = C je takzvaná časová konstanta obvodu. Modulová charakteristika P db 0log 0log (e P) (Im P) 0log 0log. Fázová charakteristika arctg Im e P P arctg 0 arctg arctg. f f 0 cv./str.8

29 Dodatek pro pokročilé Derivační článek C ω= π f τ =/ω 0 = C Modulová charakteristika P db C 0log 0log 0log C Fázová charakteristika arctg arctg C arctg. f f 0 a) ω τ << P db 0 log(ω.τ) a φ 90 o =π/ o b) ω τ = P db 0 log 0,5 = 3 db a φ 45 o =π/4 c) ω τ >> P db 0 a φ 0 cv./str.9