Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.2 Diagnostická měření (pracovní listy) Kapitola 23 PL operační zesilovač ve funkci analogového zesilovače Ing. Igor Třaska 1.9.2013
Obsah ÚVOD... 1 BEZPEČNOSTNÍ PŘEDPISY PŘI DIAGNOSTICKÉM MĚŘENÍ... 2 OBSAH ELEKTROTECHNICKÉHO MĚŘICÍHO PANELU... 3 1 PL OPERAČNÍ ZESILOVAČ VE FUNKCI ANALOGOVÉHO ZESILOVAČE... 4 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 6 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 7 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 8
Úvod Výukový materiál obsahuje pracovní list. Účelem pracovního listu je seznámit se s funkcí operačního zesilovače, jako zesilovače analogového signálu, s nastavením zesílení operačního zesilovače, kompenzovat chybu stejnosměrného zesílení a prozkoumat funkci obvodu, ujasnit si význam jednotlivých součástek pro fungování celku a procvičit si základní elektrická měření. Pracovní list obsahuje zadání, schéma zapojení, tabulku pro zápis naměřených hodnot a kontrolní otázky k procvičovanému tématu. Součástí pracovního listu jsou bezpečnostní předpisy při diagnostickém měření, obsah elektrotechnického měřicího panelu a kontrolní otázky k procvičovanému tématu. Výukový materiál je přednostně určen studentům 3. a 4. ročníku vzdělávacího oboru 3941-L/01 Autotronik. Vzdělávací materiál pokrývá nejdůležitější obsahovou část odborných předmětů Diagnostická měření, Aplikovaná elektronika a Odborný výcvik. Pracovní list (dále jen PL) provede studenta probíranou tématikou ve formě praktického zapojování, měření a výpočtu, kdy si student sám ověří platnost fyzikálních a elektrotechnických zákonů. Při všech zapojeních se využívá elektrotechnický měřící panel, který v maximální míře napodobňuje činnost reálných komponentů ve vozidle a zároveň umožňuje jejich měření v podmínkách učebny. Pracovní listy pokrývají oblast analogové, digitální a měřící techniky, jejichž znalost je pro vzdělávací obor Autotronik nezbytná. Pro úspěšné zvládnutí měřicích úloh je nezbytná dostatečná teoretická příprava studentů v elektrotechnických odborných předmětech, zejména v předmětu Elektronika a elektrotechnika. 1
Bezpečnostní předpisy při diagnostickém měření Osoba, pracující s elektrickým zařízením a konávající práci na elektrickém zařízení musí dodržovat platné normy a předpisy, a to vše na vlastní zodpovědnost. Bezpečnostní předpisy jsou platné v průběhu celého měření. Osoby pracující s elektrickým zařízením zahrnujeme do třech skupin: Odborník Poučená osoba Nevyučený / laik Během výuky je každá osoba považována za neškolenou (laika). Z bezpečnostního hlediska se od každého vyučujícího očekává, že před praktickým měřením žáky dostatečně teoreticky připraví Elektrotechnický měřící panel. 1. Zařízení pracuje s malým napájecím napětím, proto bezprostřední dotek s připojovacími body nemůže způsobit úraz elektrickým proudem. 2. Žáci mohou používat zařízení jen v přítomnosti vyučujícího. 3. Před zapnutím zařízení se musí pohledem zkontrolovat stav zařízení! Použití zařízení při jakémkoliv mechanickém poškození je přísně ZAKÁZÁNO! 4. Dotek otáčivých součástek může způsobit úraz, proto dotýkat se jich je přísně ZAKÁZÁNO! 5. Během měření používejte jen přiložené měřící kabely. Měřící kabely a přiložené prostředky na jiné účely je přísně ZAKÁZÁNO! Před začátkem měření je třeba zkontrolovat stav měřících kabelů! Použití měřících kabelů s poškozenou izolací je ZAKÁZÁNO! Použití jiných, popř. poškozených měřících kabelů může způsobit úraz, a nebo může vést k poškození přístroje! 6. Aby nedošlo k poškození zařízení, je při měření nezbytné postupovat opatrně! Během měření, je nezbytné dbát pokynů pro měření a z měřícím zařízením pracovat dle návodu na použití. Sestavovat elektrické obvody je možné jen při vypnutém měřícím panelu v beznapěťovém stavu! Před začátkem měření musí vyučující zkontrolovat zapojený obvod! 7. Před výměnou pojistky zařízení odpojte napájecí napětí od zařízení. Poškozené pojistky je možné nahradit jen pojistkami se shodnými vlastnostmi a charakteristikami! 2
Obsah elektrotechnického měřicího panelu Síťový adaptér. 230 V AC / 12V DC (2A) Digitální multimetr (Voltcraft VC120) Spojovací vodiče (15 ks bílý, 8 ks černý, 5 ks červený, 1 pár červený/černý banánek) Permanentní magnet zapuštěný do šroubu M5 Uvedení měřícího panelu do provozu Napájecí napětí měřícího panelu je U = 12-15 V DC (stejnosměrných). Maximální proud je 2A (jištěno přístrojovou pojistkou). Síťový adaptér se připojuje na dvojpólovou svorku nacházející se v pravém horním rohu měřícího panelu. Při zapojení dbejte na správnou polaritu! Správné zapojení signalizuje zelená LED, nesprávné zapojení červená LED. Po správném zapojení naměříme mezi svokou 30(kladná svorka) a svorku 31 (kostra) 12 V DC. Spínač K1, symbolizuje spínací skříňku. Jeho zapnutím se přivede napájecí napětí na svorku 15, přitom zapne i pomocné napájecí napětí (+5V DC, +10V DC). 3
PL Operační zesilovač ve funkci analogového zesilovače 1 Účelem pracovního listu je seznámit se s funkcí operačního zesilovače, jako zesilovače analogového signálu, s nastavením zesílení operačního zesilovače, kompenzovat chybu stejnosměrného zesílení a prozkoumat funkci obvodu, ujasnit si význam jednotlivých součástek pro fungování celku a procvičit si základní elektrická měření. Zadání: Sestavte elektrický obvod podle obr. Obrázek 1. OZ - analogový zesilovač Na potenciometru R7 nastavujte napětí dle tabulky a změřte odpovídající výstupní napětí Uki. Z poměru výstupního a vstupního napětí určete hodnotu zpětnovazebného odporu při různých polohách spínačů. 4
Poloha spínače 1: ON, 2: OFF, 3: OFF, 4: OFF Uvýst [V] 1: OFF, 2: ON, 3: OFF, 4: OFF Uvýst [V] 1: OFF, 2: OFF, 3: ON, 4: OFF Uvýst [V] 1: OFF, 2: OFF, 3: OFF, 4: ON Uvýst [V] 1: OFF, 2: OFF, 3: OFF, 4: OFF Uvýst [V] Uvst= 2 V Uvst= 3 V Uvst= 4 V Uvst= 5 V Zesílení: Uvýst/Uvst Hodnota zpětnovazebního odporu: Podle stavu přepínačů si překreslete paralelní zapojení zpětnovazebních rezistorů v jednotlivých pozicích přepínače S12 a výpočtem zkontrolujte hodnoty zjištěné z tabulky. Kontrolní otázky: Napište vzorec pro zesílení operačního zesilovače v invertujícím zapojení:.. Napište vzorec pro zesílení operačního zesilovače v neinvertujícím zapojení:.. Na obrázku je zapojen invertují nebo neinvertující zesilovač? Proč?.. Jedná se o stejnosměrný, nebo střídavý zesilovač? Na čem závisí zesílení obvodu? a) Na katalogových údajích operačního zesilovače b) Na poměru odporů c) Na velikosti vstupního napětí 5
Doporučená literatura 2 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2. 4. Maťátko, Ján. ELEKTRONIKA, Praha : IDEA SERVIS., 2007. ISBN 978-80-85970-64-7. 6
3 Použitá literatura a zdroje 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2. 7
Seznam obrázků 4 OBRÁZEK 1. OZ - ANALOGOVÝ ZESILOVAČ... 4 8