EL 1.1 A PTC Ellenállás

EL 1.1 A PTC Ellenállás Anyagok: 1 1 1 1 4

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB PTC ellenállás árammérő műszer csatlakozó-vezeték tápegység

Megjegyzés: PIB elem = dugaszolható egység

Az izzólámpa nem Ohmos ellenállás. A bekapcsolás után az izzószál ellenállása a hőmérséklet növekedésével megnő. Vannak olyan félvezetők, amelyek hasonlóan viselkednek, azaz ellenállásuk a hőmérséklet növekedésével nő. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A PTC ellenállást és az árammérő műszert (méréshatár 100 mA DC) kössük sorba, és az áramkört csatlakoztassuk 6 V DC kimenetű tápegységre. Kísérlet Mérjük meg a PTC ellenálláson átfolyó áramot különböző hőmérsékleteken. Az ellenállás értéke a tápfeszültségből és a mért áram értékéből az Ohm-törvény alapján számítható ki. 1. Az áram értéke szobahőmérsékleten: I = ........ mA = ......... A 6 Volt Ellenállás R = = ........ Ohm ....... Amper 2. Melegítsük a PTC ellenállást egy égő gyufával. Olvassuk le az áram értékét és számítsuk ki ismét a PTC ellenállás értékét: I = ........ mA = ......... A 6 Volt Ellenállás R = = ........ Ohm ....... Amper Következtetés A PTC ellenállás értéke a hőmérséklet növekedésével nő. Ezt fejezi ki a megnevezés is "Positive Temperature Coefficient" (pozitív hőmérsékleti együtthatójú) ellenállás.

RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

EL 1.2 Az NTC Ellenállás Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB NTC ellenállás 1 árammérő műszer 4 csatlakozó-vezeték tápegység


Vannak olyan elektronikus félvezető alkatrészek, amelyek ellenállása a hőmérséklet növekedésével csökken. A kísérletben egy ilyen alkatrész viselkedését vizsgáljuk különböző hőmérsékleteken. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az NTC ellenállást és az árammérő műszert (méréshatár 10 mA DC) kössük sorba, és az áramkört csatlakoztassuk 6 V DC kimenetű tápegységre. Kísérlet Mérjük meg az NTC ellenálláson átfolyó áramot különböző hőmérsékleteken. Az ellenállás értéke a tápfeszültségből és a mért áram értékéből az Ohm-törvény alapján számítható ki. 1. Az áram értéke szobahőmérsékleten: I = ........ mA = ......... A 6 Volt Ellenállás R = = ........ Ohm ....... Amper 2. Melegítsük az NTC ellenállást égő gyufával. Olvassuk le az áram értékét és számítsuk ki ismét az NTC ellenállás értékét: I = ........ mA = ......... A 6 Volt Ellenálás R = = ........ Ohm ....... Amper Következtetés Az NTC ellenállás értéke a hőmérséklet növekedésével csökken. Ezt fejezi ki a megnevezés is "Negative Temperature Coefficient" (negatív hőmérsékleti együtthatójú) ellenállás.


EL 1.3 A fotóellenállás (LDR) Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB LDR ellenállás 1 árammérő műszer 4 csatlakozó-vezeték tápegység


Vannak olyan elektronikus félvezető eszközök, amelyek ellenállása a megvilágítás erősségétől függ. Ezeket az eszközöket fotóellenállásoknak, angol megnevezéssel LDR-nek nevezzük. A kísérlet folyamán egy ilyen eszköz tulajdonságait vizsgáljuk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az LDR-t és az árammérő műszert (a méréshatár a megvilágítás erősségétől függ, kezdő érték 100 mA DC) kössük sorba, és az áramkört tápláljuk meg 6 V DC kimenetű tápegységről. 1. Kísérlet Mérjük meg az LDR-en átfolyó áramot nappali (vagy mesterséges) megvilágítás mellett: I = ........mA = .........A 2. Kísérlet Mérjük meg az LDR-en átfolyó áramot megvilágítás nélkül (Takarjuk le az LDR-t pl. egy könyvvel). A műszer méréshatárát állítsuk 30 mA-re. I = ........mA = .........A Eredmények Az ellenállás értéke a tápfeszültségből és a mért áram értékéből az Ohm-törvény alapján számítható: 6 Volt Ellenállás megvilágítással R = = ........ Ohm ....... Amper Ellenállás megvilágítás nélkül R =

6 Volt = ........ Ohm ....... Amper

Következtetés Az LDR ellenállás értéke a megvilágítás erősségének növekedésével nő. Az LDR megnevezés fény(megvilágítás-) függő ellenállást jelent.


EL 1.4 A fényerősség mérése Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB ellenállás, 10 kΩ 1 PIB LDR ellenállás 1 árammérő műszer 4 csatlakozó-vezeték tápegység


Egy munkahely megvilágításának erőssége megmérhető-e egy voltmérővel? A kísérletben láthatjuk, hogy egy LDR megvilágítás okozta ellenállás-változása hogyan alakítható át feszültség változássá. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az LDR-t kössük sorba egy 10kΩ-os ellenállással és a feszültségmérő műszerrel (méréshatár 10V DC) mérjük a feszültséget a 10kΩ-os ellenálláson. Az áramkört tápláljuk meg 6 V DC kimenetű tápegységről. Az LDR-en eső feszültséget úgy kapjuk meg, hogy a teljes (táp-) feszültségből kivonjuk a 10kΩ-os ellenálláson eső feszültséget. Kísérlet Változtassuk az LDR megvilágítását. Azt kell igazolnunk, hogy kisebb megvilágítás esetén a feszültségmérő kisebb feszültséget ill. nagyobb megvilágítás esetén nagyobb feszültséget mutat. Eredmények sötétben

megvilágítva

feszültség a 10kΩ-os ellenálláson feszültség az LDR-en Az LDR ellenállása


EL 1.5 A feszültségfüggő ellenállás (VDR) Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB ellenállás, 100 Ω 1 PIB LDR ellenállás 1 feszültségmérő műszer 1 árammérő műszer 6 csatlakozó-vezeték tápegység


Vannak ellenállások melyek értéke nem a hőmérséklettől, vagy a megvilágítástól függenek, hanem a rajtuk eső feszültségtől. Ezeket az ellenállásokat feszültségfüggő, vagy angol rövidítéssel VDR ellenállásoknak nevezzük. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 100Ω-os ellenállást, az árammérő műszert (méréstartomány 30 mA) és a VDR-t sorba kötjük, és változtatható kimenő feszültségű DC tápegységről megtápláljuk. A tápegységen kezdeti értéknek 0V-ot állítunk be. A feszültségmérőt, amelyen kezdeti értéknek 10 V DC méréstartományt állítunk be, párhuzamosan kötjük a VDR-el. Amikor a feszültségmérőn a mutató 10 V-nál nagyobb feszültséget mutat, kapcsoljunk magasabb méréstartományba. Kísérlet Kezdjük el növelni a tápegység feszültségét a táblázatban megadott értékek szerint és töltsük ki a táblázatot. A VDR értéke a rajta eső feszültségből (feszültségmérőn leolvasott érték) és a rajta átfolyó áramból (árammérőn leolvasott érték) számítható ki. Leolvasott feszültség (U)

Leolvasott áram (I)

Ellenállás R =

U Volt ( ) I Amper

1V

mA =

A

Ω

2V

mA =

A

Ω

3V

mA =

A

Ω

4V

mA =

A

Ω

Következtetés A VDR ellenállása a feszültség növelésével nő. A VDR angol jelentése "Voltage Dependant Resistor"


EL 1.6 A fényelem Anyagok: 1 tokozott fényelem 1 PIB kísérleti motor 1 mérőműszer 2 csatlakozó-vezeték


A fény energiája fényelem segítségével elektromos energiává alakítható át.

Előkészületek A feszültségmérő műszert (beállított méréstartomány 1 V) a fényelemhez csatlakoztatjuk.

1. Kísérlet Először megmérjük a fényelem kimenő feszültségét úgy, hogy a fényelemet letakarjuk. Majd a fényelemet megvilágítjuk egy izzólámpával (vagy napsugárzásnak tesszük ki) úgy, hogy a fényelem felületét félig letakarjuk és mérjük a kimenő feszültségét. Ezután a fényelemet teljes felületén megvilágítjuk ugyanazzal a fényforrással és mérjük a kimenő feszültségét. A fényelem kimenő feszültsége letakart állapotban: ............... V A fényelem kimenő feszültsége félig letakart állapotban: ............... V A fényelem kimenő feszültsége teljes megvilágítás mellett: ............... V

2. Kísérlet Most a fényelem által szolgáltatott áramot mérjük. Az árammérőt 300mA DC állásba kapcsoljuk, és az ábrán látható módon csatlakoztatjuk a fényelemhez. A méréseket az 1. Kísérlet feltételeinek megfelelően végezzük el. A fényelem kimenő feszültsége letakart állapotban: ............... V A fényelem kimenő feszültsége félig letakart állapotban: ............... V A fényelem kimenő feszültsége teljes megvilágítás mellett: ............... V

3. Kísérlet A fényelem alkalmazása. A fényelemet a kísérleti motorhoz csatlakoztatjuk, és a fényelemet napsugárzásnak tesszük ki (vagy izzólámpával megvilágítjuk). Megjegyzés Ha a megvilágítás erőssége nem megfelelően nagy, és a motor nem akarna elindulni, próbáljuk a motort kézzel elindítani.

Következtetések • A fényelem által szolgáltatott feszültség kb. 0.4-0.5 V. Ez függ a megvilágítás erősségétől és a fényelem (megvilágított) felületétől. Az összefüggés a kimenő feszültség és a megvilágított felület között nemlineáris. • A fényelem által szolgáltatott áram egyenesen arányos a megvilágítás erősségével és a megvilágított felület nagyságával. • A fényelemmel akár elektromotor is hajtható. RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

EL 2.1 A szilícium-dióda Anyagok: 1 1 1 1 1 2

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat E10 PIB szilícium-dióda izzó E10, 10V/0.05A csatlakozó-vezeték tápegység


Egy ohmos ellenállás vagy egy izzólámpa esetén nem számít az adott alkatrészen átfolyó áram iránya. Igaz ez vajon más elektronikus eszközökre is? A kísérletben a szilícium-dióda viselkedését vizsgáljuk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A szilícium-diódát az ábrán látható iránnyal dugaszoljuk az áramkörbe (Ez, mármint az áram pozitívból negatívba vonatkozó iránya, az áram technikai iránya is). Kísérlet Az áramkört a tápegységre csatlakoztatva ellenőrizzük, hogy világít-e az izzó. A diódának ezt az irányát nyitó iránynak nevezzük. Most fordítsuk meg a diódát. Ekkor a nyíl a negatívból a pozitív irányba fog mutatni. Világít-e most is az izzó? A diódának ezt a irányát záró iránynak nevezzük. Következtetés A dióda az elektromos áramot csak egyik irányban vezeti. Azaz a dióda úgy működik, mint egy szelep. A dióda nyíllal jelölt szimbóluma egyben a dióda vezető irányát is mutatja.


EL 2.2 A szilícium-dióda nyitóirányú feszültsége Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB izzófoglalat E10 1 PIB szilícium dióda 1 izzó E10, 10V/0.05A 1 mérőműszer 2 csatlakozó vezeték 1 tápegység


Megvizsgáljuk, hogy a szilícium-dióda záróirányban teljesen zár-e (szakadásnak látszik-e) és nyitó irányban teljesen vezető-e (rövidzárként viselkedik-e), azaz nem esik rajta feszültség. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A szilícium-diódát az ábra szerint kössük sorba az izzólámpával (E10, 10V/0.05A). A diódával párhuzamosan kötött feszültségmérővel a diódán eső feszültséget mérjük. 1. Kísérlet A dióda záróirányban van csatlakoztatva az áramkörbe. A feszültségmérő által mutatott érték: ............ V Összehasonlításképpen mérjük meg a tápfeszültséget is! A teljes tápfeszültség a diódán esik. Az izzólámpán nincs feszültségesés, mivel az áramkörben áram nem folyik. (Ha U=0 akkor U=I*R=0) 2. Kísérlet Fordítsuk meg a diódát. Most a dióda nyitóirányban lesz az áramkörben. A feszültségmérő által mutatott érték: ............ V A diódán valamekkora feszültség esik, azaz a dióda nem vezet tökéletesen. A nyitó irányban bekötött diódán eső feszültséget nyitóirányú feszültségnek nevezzük. A nyitóirányban bekötött diódát nyitóirányban előfeszített, a záróirányban bekötött diódát záróirányban előfeszített diódának nevezzük. Következtetés A záróirányban előfeszített dióda szakadásként viselkedik, és rajta a teljes tápfeszültség megjelenik. A nyitóirányban előfeszített dióda nem viselkedik tökéletes rövidzárként, rajta feszültség az u.n. nyitóirányú feszültség (szilícium-dióda esetén kb. 0.7 V) esik.


EL 2.2.1 Félvezető diódák karakterisztikái Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB ellenállás, 100 Ω 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB szilícium (Si) dióda 1 PIB germánium (Ge) dióda 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A kísérletben összefüggést keresünk a szilícium (Sí) és germánium (Ge) diódákon eső feszültség és a rajtuk átfolyó áram között.

A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Először a Sí-dióda viselkedését vizsgáljuk. A diódát nyitóirányban csatlakoztatjuk az áramkörbe. A 100 Ω-os ellenállás a dióda védelmét szolgálja. A diódán eső feszültséget a diódával párhuzamosan kötött, 3 V DC méréstartományba kapcsolt műszer méri. A diódával sorbakötött, 30 mA DC méréshatárba kapcsolt műszer a diódán átfolyó áramot méri. A kísérlet kezdetén a tápfeszültség értéke nulla.

1. Kísérlet A tápfeszültséget lassan növeljük úgy, hogy a diódán eső feszültség a táblázatban megadott értékű legyen. A táblázatba beírjuk az egyes feszültségekhez leolvasott áram értékeket. Feszültség (V)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Áram (mA) A feszültség és áram értékeket jelöljük be a diagramon és a pontokat kössük össze egyenes vonallal.

2. Kísérlet Cseréljük ki a Sí-diódát Ge-diódára, a 100Ω-os ellenállást 500 Ω-ra. A dióda nyitóirányban legyen előfeszítve. Ismételjük meg az 1. Kísérletet. Feszültség (V)

0.1

0.2

0.4

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Áram (mA) A feszültség és áram értékeket jelöljük be a diagramon, és a pontokat kössük össze egyenes vonallal.

3. Kísérlet Csatlakoztassuk most a diódákat záróirányban az áramkörbe, és a tápfeszültséget állítsuk 10 V-ra. A feszültségmérő most sokkal nagyobb feszültséget mutat, mint az előző két kísérletben. Ha az így mért értékeket szintén diagramban kívánjuk ábrázolni, a feszültség és áramértékekhez más skálázást kell választanunk.

Következtetés A dióda árama függ a diódán eső feszültségtől. Ha az egyes feszültség-áram értékeket diagramban ábrázoljuk, megkapjuk a dióda karakterisztikáját. A záróirányban előfeszített diódán igen kis áram folyik. Ezt az áramot záróirányú áramnak nevezzük. RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

EL 2.3 A dióda, mint műszervédelem Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB ellenállás, 100 Ω 1 PIB szilícium (Si) dióda 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 mérőműszer 4 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A Si-dióda nyitóirányú feszültsége kb. 0.7 V. A diódának ez a tulajdonsága a gyakorlatban felhasználható műszervédelemre is. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A Si-diódát először hagyjuk ki az áramkörből. A bal oldali izzó fényereje fogja mutatni az áramkörre kapcsolt feszültség növekedését, a jobb oldali izzó műszerként működik és a rajta eső feszültségnek megfelelően fog változni a fényereje. Ezen az izzón eső feszültséget egy, 10 V DC méréstartományba kapcsolt feszültségmérővel is mérjük. 1. Kísérlet Növeljük a tápfeszültséget lassan 0-tól 8 V-ig. Mindkét izzó világít. Ha most a jobboldali izzó helyén egy érzékeny műszer lenne, a műszer tönkremehetne, mivel a feszültség meghaladja a műszer méréstartományát. 2. Kísérlet A tápfeszültséget állítsuk vissza 0 V-ra. A diódát az ábrának megfelelően csatlakoztassuk az áramkörbe. Növeljük ismét a feszültséget lassan 8 V-ig. A jobboldali izzó nem világít, és a műszer mutatja, hogy az izzón eső feszültség kb. 0.7 V. Következtetés Egy érzékeny műszer védelme megvalósítható egy, a műszerrel párhuzamosan nyitóirányban bekötött Si-diódával. Megjegyzés Két ellentétes irányban párhuzamosan kötött diódával a műszer mindkét-polaritású túlfeszültség ellen védhető.


EL 2.4 A fénykibocsátó dióda (LED) Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB piros LED 1 izzó, E10, 10V/0.05A 2 csatlakozó-vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A kísérletben a fénykibocsátó dióda, angol nevén LED (Ligt Emitting Diode = fényemittáló dióda) tulajdonságait vizsgáljuk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az E10, 10V/0.05A-es izzó és a LED sorba vannak kötve. 1. Kísérlet A LED nyitóirányban van bekötve. Növeljük a tápfeszültséget 0-ról 6 V-ig. Amint a tápfeszültség eléri a 4 V-ot, mind a LED mind az izzó világítani kezd. 2. Kísérlet Fordítsuk meg a LED-et. Most a LED záróirányban lesz bekötve. Emeljük ismét a feszültséget 0-ról 6 V-ig. Azt tapasztaljuk, hogy sem a LED sem az izzó nem világít. Következtetés A fénykibocsátó dióda világít, ha nyitóirányban van előfeszítve, és áram folyik rajta. Vigyázat! A LED mindig csak előtét-ellenállással használható, mivel a LED árama nem haladhatja meg a 20mA-t, ennél nagyobb áramnál a LED tönkremegy! (Az izzó a kísérlet kedvéért van az ellenállás helyett bekötve.)


EL 2.4.1 A fénykibocsátó dióda (LED) nyitóirányú feszültsége Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB piros LED 1 izzó, E10, 10V/0.05A 6 csatlakozó vezeték 2 mérőműszer 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A kísérletben meghatározzuk a fénykibocsátó dióda (LED) nyitóirányú feszültségét. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A LED sorba van kötve az izzóval (E10, 10V/0.05A) és az árammérő műszerrel, amelynek méréshatárát 30 mA DC-re állítjuk be. A 10V DC méréshatárba kapcsolt feszültségmérővel a LED-en eső feszültséget mérjük. 1. Kísérlet A LED-t záróirányba csatlakoztatjuk az áramkörbe és a tápegységről 6 V DC feszültséget adunk az áramkörre. A LED-en eső feszültség: .............. V Az összehasonlítás kedvéért merjük meg a tápfeszültséget is. Láthatjuk, hogy a teljes tápfeszültség megjelenik a LED-en. Az izzón nem esik feszültség, így az nem is világít (Ha U=0 akkor I=0) 2. Kísérlet A LED-t most nyitóirányba csatlakoztatjuk az áramkörbe és a tápegységről 6 V DC feszültséget adunk az áramkörre. A LED-en eső feszültség: .............. V Ezt a feszültséget nevezzük a LED nyitóirányú feszültségének. Következtetés Záróirányba előfeszített LED esetén a teljes tápfeszültség a LED-en esik. A LED nyitóirányú feszültsége, a LED fajtájától függően 1.5-1.6 V.


EL 2.5 Polaritás jelzés LED-del Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB ellenállás, 1 kΩ 2 PIB piros LED 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Két dióda és két védőellenállás segítségével polaritás-jelző áramkör építhető, mellyel, pl. a tápegység kimenő feszültségének polaritása jelezhető ki. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A két LED egyenként sorba van kötve egy-egy védőellenállással. A LED-ek az áramkörbe ellentétes polaritással vannak csatlakoztatva. 1. Kísérlet Csatlakoztassuk a 6V DC tápfeszültséget az áramkörre és váltogassuk a tápfeszültség polaritását. Minden esetben az a LED gyullad ki, amelynek a bekötési szimbólumának a negatív oldala a tápfeszültség negatív pólusa felé esik. 2. Kísérlet Csatlakoztassunk most az egyenfeszültséget szolgáltató tápegység helyére egy 6V AC (váltakozó) feszültséget szolgáltató tápegységet. Miért fog most mindkét LED világítani? Következtetés A LED-ek azon tulajdonsága, hogy vezető irányban bekötve fényt bocsátanak ki, felhasználható polaritás jelzésére. AC feszültséget kapcsolva a LED-ekre mindkét LED másodpercenként 50-szer kerül nyitóirányú állapotba, azaz másodpercenként ötvenszer gyullad ki, ezért ez az emberi szemnek úgy tűnik, hogy a LED-ek folyamatosan világítanak.


EL 2.5.1 Változó frekvenciájú jel polaritásjelzése Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB ellenállás, 1 kΩ 2 PIB piros LED 2 csatlakozó vezeték 1 funkció generátor 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Két LED és két ellenállás segítségével polaritás jelző áramkör építhető. A kísérletben megvizsgáljuk, hogy váltakozó frekvenciájú jelnél, hogyan alkalmazható a LED polaritás jelzésre. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A két LED egyenként sorba van kötve egy-egy védőellenállással. A LED-ek az áramkörbe ellentétes polaritással vannak csatlakoztatva. Az áramkörhöz 12V AC kimenő feszültségű jelgenerátort (funkció generátort) csatlakoztatunk. A jelgenerátor szinuszos feszültségforrásként működik az áramkörre nézve. 1. Kísérlet A funkció generátor kimenő jelének frekvenciáját állítsuk 1 Hz-re. A LED-ek felváltva fognak kigyulladni. Minden egyes alkalommal az a LED gyullad ki, amelynek a bekötési szimbólumának a negatív oldalára a bemenő jel negatív polaritása kerül. 2. Kísérlet Lassan növeljük a funkció generátor kimenő frekvenciáját. A két LED a növekvő frekvenciának megfelelően egyre gyorsabban fog villogni. Kb. 20 Hz-nél már úgy látjuk, hogy a LED-ek folyamatosan világítanak, mivel az emberi szem nem képes tovább követni a LED-ek villogását. Ugyanez történik, ha a LED-eket a hálózati 50Hz-es frekvenciájú jellel tápláljuk meg. Következtetés A LED-ek azon tulajdonsága, hogy vezető irányban bekötve fényt bocsátanak ki, felhasználható polaritás jelzésére. A LED-ek polaritás jelzésére csak alacsony frekvenciájú áramkörökben használhatók, mivel 20Hz fölött az emberi szem a villogást már nem érzékeli. Ekkor minkét LED-et világítani látjuk.


EL 2.6 A Zener-dióda Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB Zener-dióda, 4.7V 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 mérőműszer 4 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A Zener diódák nyitóirányban ugyanúgy viselkednek, mint a szilícium-diódák, azonban záróirányban a viselkedésük jelentősen különbözik a szilícium-diódák viselkedésétől. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az izzó és a záró-irányban előfeszített Zener-dióda sorosan kapcsolódik egymáshoz. A feszültségmérő a Zener-diódán eső feszültséget méri. A kísérlet kezdetén a tápegység kimenő feszültségét állítsuk nullára. Kísérlet Lassan emeljük a tápegység kimenő feszültségét 0-ról 10 V-ig. Figyeljük meg az izzó viselkedését és a feszültségmérő által mutatott értéket. Eredmény A feszültség a Zener-diódán csak 4.7 V-ig emelkedik, ez után gyakorlatilag állandó marad annak ellenére, hogy a bemenő feszültséget tovább növeljük. Az izzó kigyullad, jelezve, hogy a Zenerdiódán áram folyik annak ellenére, hogy a Zener-dióda záróirányban van előfeszítve. Következtetés Ha a Zener-diódát zóróirányban kötjük be (feszítjük elő), egy adott feszültségnél, amelyet a Zenerdióda letörési feszültéségének nevezünk, a Zener-dióda vezetni kezd. A tápfeszültség növekedése ellenére a Zener-diódán eső feszültség jó közelítéssel állandó marad (miközben a rajta átfolyó áram értéke nő!)


EL 2.7 A feszültség stabilizálás Anyagok: 1 áramköri lemez 1 készlet PIB vezeték 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB ellenállás, 1 kΩ 1 PIB Zener-dióda, 4.7V 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 mérőműszer 4 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A Zener-diódának azt a tulajdonságát, hogy a rajta eső feszültség jó közelítéssel állandó marad annak ellenére, hogy a tápfeszültséget növeljük (változtatjuk), feszültség stabilizálásra használhatjuk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kísérlet kezdetén a Zener-diódát ne csatlakoztassuk az áramkörbe. Az izzólámpa előtét ellenállásként működik, hogy jelezze majd, hogy a Zenerdiódán áram folyik. A kísérlet kezdetén a tápegység kimenő feszültségét állítsuk nullára. 1. Kísérlet Emeljük lassan a tápegység kimenő feszültségét 0-ról 10 V-ig. A feszültségmérő mutatja, hogy az 1 kΩ-os ellenálláson a feszültség majdnem 10 V-ra nő meg. Az izzó nem világít. 2. Kísérlet Állítsuk vissza a tápfeszültség kimenő feszültségét 0 V-ra. Csatlakoztassuk a Zener-diódát az áramkörbe az ábrán látható módon. Emeljük lassan a tápegység kimenő feszültségét 0-ról 10 V-ig. Eredmény A feszültségmérő most max. 4.7 V-ot mutat, és a lámpa kigyullad, jelezve, hogy a Zener-diódán áram folyik. Következtetés A feszültségstabilizáló áramkör a Zener-dióda letörési feszültségét használja ki stabilizálásra.


EL 3.1 A tranzisztor valóban két diódából áll? Anyagok: 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E10 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 izzó, E10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Egy tranzisztor három rétegből áll. A kísérletünkben azt vizsgáljuk, hogy az egyes rétegek milyen irányban vezetik az áramot. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tranzisztor és a két izzó az ábrán látható módon sorba vannak kötve egymással. Az első kísérletben a kollektor (C) és a bázis (B) közé, a második kísérletben a bázis (B) és az emitter (E) közé adunk feszültséget és vizsgáljuk az adott átmenet, továbbiakban bázis-kollektor (B-C) és a bázis-emitter (B-E) átmenet viselkedését. 1. Kísérlet Vizsgáljuk a B-C átmenetet. Az ábrának megfelelő módon az átmenetre adott feszültség polaritása legyen olyan, hogy a pozitív polaritás kerüljön a kollektorra. Majd fordítsuk meg a feszültség polaritását. Figyeljük meg, hogy az izzó melyik esetben gyullad ki. Az izzó akkor gyullad ki, ha a kollektoron a feszültség polaritása ........................................ 2. Kísérlet Most a bázis-emitter kört vizsgáljuk az első kísérlethez hasonló módon. Figyeljük meg, hogy az izzó melyik esetben gyullad ki. Az izzó akkor gyullad ki, ha az emitteren a feszültség polaritása ........................................ Következtetés A tranzisztor úgy viselkedik, mintha két diódából állna. A kísérletekből következik, hogy a két dióda az alábbi ábrának megfelelően csatlakozik egymáshoz.

(Fontos: Két különálló diódából nem lehet tranzisztort készíteni!!!)


EL 3.1.1 Hogyan viselkedik a PNP tranzisztor Anyagok: 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E10 PIB tranzisztor, PNP, bázis a baloldalon 2 izzó, E10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Az NPN tranzisztor csak akkor vezeti az áramot, ha a kollektora negatív, a bázisa pozitív feszültséget kap. Vizsgáljuk most meg, hogy hogyan viselkedik a PNP tranzisztor. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tranzisztor és a két izzó az ábrán látható módon sorba vannak kötve egymással. Az első kísérletben a kollektor (C) és a bázis (B) közé, a második kísérletben a bázis (B) és az emitter (E) közé adunk feszültséget és vizsgáljuk az adott átmenet, továbbiakban bázis-kollektor (B-C) és a bázis-emitter (B-E) átmenet viselkedését. 1. Kísérlet Vizsgáljuk a B-C átmenetet. Az ábrának megfelelő módon az átmenetre adott feszültség polaritása legyen olyan, hogy a pozitív polaritás kerüljön a kollektorra. Majd fordítsuk meg a feszültség polaritását. Figyeljük meg, hogy az izzó melyik esetben gyullad ki. Az izzó akkor gyullad ki, ha a kollektoron a feszültség polaritása ...................................... 2. Kísérlet Most a bázis-emitter kört vizsgáljuk az első kísérlethez hasonló módon. Figyeljük meg, hogy az izzó melyik esetben gyullad ki. Az izzó akkor gyullad ki, ha az emitteren a feszültség polaritása ........................................ Következtetés A tranzisztor úgy viselkedik, mintha két diódából állna. A kísérletekből következik, hogy a két dióda az alábbi ábrának megfelelően csatlakozik egymáshoz.

(Fontos: Két különálló diódából nem lehet tranzisztort készíteni!!!)


EL 3.2 A bázisáram vezérli a kollektor áramot (NPN tranzisztor) Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E10 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon izzó, E10, 10V/0.05A PIB ellenállás, 10 kΩ csatlakozó vezeték változtatható kimenő feszültségű tápegység


Az előző kísérletek szerint a tranzisztor tekinthető úgy, mint két záróirányban sorbakötött dióda. Ennek megfelelően az emitter-bázis-kollektor körben nem folyhat áram, mert valamelyik dióda mindig záróirányban lesz előfeszítve. Ezt vizsgáljuk most a kísérletben. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tápfeszültség (8 V DC) pozitív pólusa az izzón keresztül csatlakozik a tranzisztor kollektorára. A kísérlet kezdetén az L-el jelölt vezetéket ne csatlakoztassuk az áramkörbe. Kísérlet Kapcsoljuk rá az áramkörre a feszültséget. Láthatjuk, hogy az izzó nem világít, mivel nem folyik áram a kollektor-bázis-emitter körben. Kapcsoljuk ki a feszültséget, és az L-el jelölt vezetéket csatlakoztassuk az áramkörbe. Így a bázis 10 kΩ-on keresztül a tápfeszültség pozitív pontjára csatlakozik. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. Láthatjuk, hogy most az izzó világít, jelezve, hogy a kollektor-bázis-emitter körben áram folyik. Következtetés A tranzisztor két-diódás modellje nem jellemzi helyesen a tranzisztor működését. Jóllehet a kétdiódás tulajdonság is kihasználható bizonyos esetekben, a fő jellemzője a tranzisztornak az, hogy a bázisáram hatására az emitter-kollektor körben áram folyik.


EL 3.2.1 A bázisáram vezérli a kollektor áramot (PNP tranzisztor) Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E10 PIB tranzisztor, PNP, bázis a baloldalon izzó, E10, 10V/0.05A PIB ellenállás, 10kΩ csatlakozó vezeték változtatható kimenő feszültségű tápegység


Az előző kísérlet mintájára most a PNP tranzisztor tulajdonságait vizsgáljuk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tápfeszültség (8 V DC) negatív pólusa az izzón keresztül csatlakozik a tranzisztor kollektorára. A kísérlet kezdetén az L-el jelölt vezetéket ne csatlakoztassuk az áramkörbe. Kísérlet Kapcsoljuk rá az áramkörre a feszültséget. Láthatjuk, hogy az izzó nem világít, mivel nem folyik áram a kollektor-bázis-emitter körben. Kapcsoljuk ki a feszültséget, és az L-el jelölt vezetéket csatlakoztassuk az áramkörbe. Így a bázis 10kΩ-on keresztül a tápfeszültség negatív pontjára csatlakozik. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. Láthatjuk, hogy most az izzó világít, jelezve, hogy a kollektor-bázis-emitter körben áram folyik Következtetés A tranzisztor két-diódás modellje nem jellemzi helyesen a tranzisztor működését. Jóllehet a kétdiódás tulajdonság is kihasználható bizonyos esetekben, a fő jellemzője a tranzisztornak az, hogy a bázisáram hatására az emitter-kollektor körben áram folyik.


EL 3.3 A tranzisztor, mint erősítő Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E10 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon izzó, E10, 10V/0.05A PIB ellenállás, 10 kΩ PIB ellenállás, 4.7 kΩ mérőműszer csatlakozó vezeték változtatható kimenő feszültségű tápegység


A tranzisztor bázisáramának kis változásai a kollektoráramban nagy változásokat okoznak. A tranzisztor jel-erősítő hatása ezen a tényen alapul. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisáramot a báziskörbe kötött árammérő (méréshatár 30mA) mutatja. A kollektor körben folyó áramot egy másik, 100mA méréshatárba kapcsolt árammérő műszerrel mérjük. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. Mérjük meg a bázis és a kollektor áramát úgy, hogy a báziskör-be csak az ábrán látható 10kΩ-os ellenállás van bekötve, majd a mérést ismételjük meg úgy, hogy a 10 kΩ helyére kössük be a 4.7kΩ-os ellenállást. A mért értékeket írjuk be az alábbi táblázatba és számítsuk ki a kollektor ill. a bázisáramban bekövetkezett változást. Bázis ellenállás 10 kΩ

Bázis ellenállás 4.7 kΩ

Áramváltozás (mA)

Kollektor áram, mA Bázisáram, mA Most osszuk el a kollektor áram változását a bázisáram változásával. kollektor − áram változása Erőrősít = = bázis − áram változása Következtetés A kollektoráram változása kb. 40-szerese a bázisáram változásának. Ezt az értéket a tranzisztor erősítési tényezőjének nevezzük, azaz ebben az esetben az erősítési tényező értéke 40.


EL 3.3.1 Földelt bázisú kapcsolás (áramerősítés) Anyagok: 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB potenciométer, 470 Ω PIB telep, 1.2 V PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A bázis a kollektor és az emitter áram vonatkoztatási pontja. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt bázisú kapcsolás azt jelenti, hogy a bázis a közös pontja mind a kollektor-bázis, mind az emitter-bázis feszültségnek. Az emitter és kollektor áramot egy-egy, 30mA méréshatárba kapcsolt műszerrel mérjük. Az emitter áram, továbbiakban IE, értéke egy potenciométerrel változtatható. A kollektor körbe kötött műszerrel mérjük az emitter áram változásához tartozó kollektor áramot, továbbiakban IC -t. A kollektor áram változásának és az emitter áram változásának hányadosa adja a földelt bázisú kapcsolás áramerősítési tényezőjét. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (10V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először 2 mA-t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért kollektor áram értékét. Most állítsuk az emitter áramot 10 mA-re, szintén olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért kollektor áram értéket. Emitter áram IE (mA)

2

Kollektor áram IB (mA)

10

Áram változása: 8 mA Áram változása:

mA

kollektor − áram változása ∆ I C = = ∆ IE emitter − áram változása (Megjegyzés: a továbbiakban a ∆ (delta) mindig adott értékek különbségét jelenti.) Áramerosit és =

Következtetés A földelt bázisú kapcsolás áramerősítése (áramerősítési tényezője) valamivel kisebb, mint 1.


EL 3.3.2 Földelt bázisú kapcsolás (feszültség erősítés) Anyagok: 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB potenciométer, 470 Ω PIB telep, 1.2 V PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A bázis a kollektor és az emitter áram vonatkoztatási pontja. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt bázisú kapcsolás azt jelenti, hogy a bázis a közös pontja mind a kollektor-bázis, mind az emitter-bázis feszültségnek. A kollektor-bázis feszültséget egy 10 V méréshatárba kapcsolt, az emitter-bázis feszültséget egy 1 V méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A bázis-emitter feszültség, továbbiakban UBE, értéke egy potenciométerrel változtatható. A kollektor körbe kötött műszerrel mérjük az emitter feszültség változásához tartozó kollektor feszültséget, továbbiakban UCB -t. A kollektor feszültség változásának és az emitter feszültség változásának hányadosa adja a földelt bázisú kapcsolás feszültség erősítési tényezőjét. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (10 V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először UCB=8 V-t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért UCB értéket. Most állítsuk az emitter feszültséget úgy, hogy UCB=0 V (vagy nullához közeli érték) legyen. Olvassuk le ismét és írjuk be a táblázatba a mért UCB értéket. Kollektor-bázis feszültség UCB (V) Bázis-emitter feszültség UBE (V)

Feszültségerösítés =

8

0

Feszültség változás: 8 V Feszültség változás:

V

kollektor − feszültség változása ∆ U CB = = emitter − feszültség változása ∆ U BE

(Megjegyzés: a továbbiakban a ∆ (delta) mindig adott értékek különbségét jelenti.) Következtetés A földelt bázisú kapcsolás feszültség-erősítése (feszültség-erősítési tényezője) 100 és 1000 között van.


EL 3.3.3 Földelt kollektorú kapcsolás (áramerősítés) Anyagok: 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB ellenállás, 500 Ω PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A kollektorpont az áramok vonatkoztatási pontja. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt kollektorú kapcsolás azt jelenti, hogy a kollektor a közös pontja mind a kollektor-bázis, mind az emitter-bázis feszültségnek. A kollektorbázis áramot egy 30mA méréshatárba kapcsolt, az kollektor-emitter áramot egy 100mA méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A kollektor-bázis áram, továbbiakban ICB, értéke a potenciométerrel változtatható. Az ehhez a bázisáramhoz tartozó emitter áramot, továbbiakban ICE, az emitter körbe kötött műszerrel mérjük. A bázisáram változásának és az emitter áram változásának hányadosa adja a földelt kollektorú kapcsolás áramerősítési tényezőjét. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (8 V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először ICB=0.1 mA-t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért ICE értéket. Most állítsuk be a bázisáramot ICB=0.3 mA-re. Olvassuk le ismét és írjuk be a táblázatba a mért ICE értéket. Kollektor-bázis áram ICB (mA) Kollektor-emitter áram ICE (mA)

Áramerösítés =

0.1

0.3

Áram változása: 0.2 mA Áram változása:

kollektor - emitter áram változása ∆ I CE = = kollektor - bázis áram változása ∆ I CB

Következtetés A földelt kollektorú kapcsolás áramerősítése (áramerősítési tényezője) 50-500 között van.


mA

EL 3.3.4 Földelt kollektorú kapcsolás (feszültség-erősítés) Anyagok: 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 100 Ω PIB ellenállás, 500 Ω PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A kollektorpont a feszültségek vonatkoztatási pontja. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt kollektorú kapcsolás azt jelenti, hogy a kollektor a közös pont (a kollektor a közvetlenül a tápfeszültségre csatlakozik). A kollektor-bázis feszültséget egy 10 V méréshatárba kapcsolt, az kollektor-emitter feszültséget egy 10 V méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A kollektor-bázis feszültség, továbbiakban UCB értéke a potenciométerrel változtatható. A kollektor-emitter közé kötött műszerrel mérjük a kollektor-emitter feszültség, továbbiakban UCE változását. A kollektor-emitter feszültség változásának és a kollektorbázis feszültség változásának hányadosa adja a földelt kollektorú kapcsolás feszültség erősítési tényezőjét. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (8 V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először UCB=2 Vt. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért UCE értéket. Most állítsunk be UCB=7 V feszültséget. Olvassuk le ismét és írjuk be a táblázatba a mért UCE értéket. Kollektor-bázis feszültség UCB (V)

2

7

Feszültség változás: 5 V

Kollektor-emitter feszültség UCE (V)

Feszültség változás:

Feszültség − erösítés =

kollektor - emitter feszültség változása ∆ U CE = = kollektor - bázis feszültség vátozása ∆ U CB

V

Következtetés A földelt kollektorú kapcsolás feszültség-erősítése (feszültség-erősítési tényezője) valamivel kisebb, mint 1.


EL 3.3.5 Földelt-emitterű kapcsolás (áramerősítés) Anyagok: 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 100 Ω PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Ebben a kapcsolásban az emitter a feszültségek vonatkoztatási pontja. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt-emitterű kapcsolás azt jelenti, hogy az emitter a kollektor és bázis áram közös pontja. A bázisáramot egy 30 mA DC méréshatárba kapcsolt, a kollektor áramot egy 100 mA DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A bázisáram, továbbiakban IB, értéke a potenciométerrel változtatható. A bázisáram változásához tartozó kollektor-áram változásának és a bázisáram változásának hányadosa adja a földelt-emitterű kapcsolás áram erősítési tényezőjét. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (10 V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először IB=0.1 mA-t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért IC értéket. Most állítsunk be IB=0.3 mA áramot. Olvassuk le ismét és írjuk be a táblázatba a mért IC értéket. Bázisáram IB (mA)

0.1

Kollektor-áram IC (mA) Áramerösítés =

0.3

Áramváltozás: 0.2 mA Áramváltozás:

bázisáram változása ∆ = IC = kollektor − áram változása ∆ I B

Következtetés A földelt-emitterű kapcsolás áramerősítése (áramerősítési tényezője) 50 - 500 között van.


mA

EL 3.3.6 NPN tranzisztor átviteli karakterisztikája Anyagok: 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A kísérletben NPN tranzisztor kollektor áramának bázisáramtól való függőségét vizsgáljuk úgy, hogy a kollektor körben nincs terhelő ellenállás. A kísérlet összeállítása. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisáramot egy 30 mA DC méréshatárba kapcsolt, a kollektor áramot egy 100 mA DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A bázisáram, továbbiakban IB, értéke a potenciométerrel változtatható. Kísérlet. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (6V) és a potenciométer segítségével állítsuk be a táblázat szerinti bázisáram értékeket (IB). Olvassuk le és írjuk be a táblázatba az egyes bázisáram értékekhez tartozó kollektor áram értékeket (IC) értéket. 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Bázis áram IB (mA) Kollektor áram IC (mA) Ábrázoljuk a mért értékeket a következő diagramban:

Következtetés Az összefüggés a bázisáram és a kollektor áram között közel lineáris.


EL 3.3.7 PNP tranzisztor átviteli karakterisztikája Anyagok: 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, PNP, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


A kísérletben PNP tranzisztor kollektor áramának bázisáramtól való függőségét vizsgáljuk úgy, hogy a kollektor körben nincs terhelő ellenállás. A kísérlet összeállítása. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Vigyázzunk a tápfeszültség polaritására!! (Fordított az NPN tranzisztorhoz képest!). A bázisáramot egy 30 mA DC méréshatárba kapcsolt, a kollektor áramot egy 100 mA DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A bázisáram, továbbiakban IB, értéke a potenciométerrel változtatható. Kísérlet. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (6 V DC) és a potenciométer segítségével állítsuk be a táblázat szerinti bázisáram értékeket (IB). Olvassuk le és írjuk be a táblázatba az egyes bázisáram értékekhez tartozó kollektor áram értékeket (IC) értéket. 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Bázis áram IB (mA) Kollektor áram IC (mA) Ábrázoljuk a mért értékeket a következő diagramban:

Következtetés Az összefüggés a bázisáram és a kollektor áram között közel lineáris.


EL 3.3.8 Munkapont beállítása Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 8 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon izzó E 10, 10V/0.05A mérőműszer jelgenerátor csatlakozó vezeték változtatható kimenő feszültségű tápegység


A bázisáram változása felerősítve jelenik meg a kollektor áramban. Ez csak akkor lehetséges, ha a bázis-áram a bázisból az emitter felé folyik. Ez az áram ellenkező irányban nem folyhat, mivel a bázis-emitter kör diódaként viselkedik. Így ha a bázis-emitter közé váltakozó feszültséget kapcsolunk, ennek csak az egyik fél-periódusa változtatja meg a bázisáramot és jelenik meg felerősítve a kollektor áramban. A másik fél-periódusnak nem lesz semmilyen hatása. A következő kísérlet célja megmutatni, hogy hogyan oldható meg, hogy a váltakozó feszültség másik fél-periódusa is megjelenjen felerősítve a kollektor körben. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A feszültségeket két, 10 V DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A 10 V DC tápfeszültség bekapcsolása után a 10kΩ-os ellenállást eltávolítjuk és a potenciométer gombját jobbra (max. ellenállás) ütközésig forgatjuk. 1. Kísérlet Kapcsoljuk a jelgenerátort (funkciógenerátort) 0.2Hz-es háromszög hullám üzemmódba. Az UE feszültség értékének 2 V-nak kell lennie. Figyeljük, hogy mit mutat a két műszer. A bemenőjel pozitív fél-periódusában az izzó kigyullad. A UA feszültség értéke az izzón (terhelő ellenálláson) arányos az UE feszültség értékével ebben a fél-periódusban. A negatív fél-periódusban az izzó nem gyullad ki, miközben a műszer mutatja az UE feszültség értékét. Tehát a jel negatív félperiódusának nincs hatása, azaz a jel negatív fél-periódusát a tranzisztor nem erősíti. 2. Kísérlet Állítsuk a funkció generátor kimenő feszültségét 0 V-ra. Dugaszoljuk vissza a 10kΩ-os ellenállást, és a potenciométert állítsuk be úgy, hogy az UA, (a terhelő ellenálláson/izzón eső) feszültség értéke 5 V legyen. Állítsuk most a funkció generátor kimenő feszültségét 1 V-ra. Megfigyelve a két műszert, azt látjuk, hogy most az UA feszültség értéke mindkét fél-periódusban arányos az UE feszültség értékével. Következtetések Ha a bázisáram értéke nulla, az AC feszültség negatív fél-periódusa nem hoz létre kollektor áramot (a jel fél-periódusát a tranzisztor ebben az üzemmódban nem erősíti.) Ha egy feszültség osztó segítségével egy kezdeti bázisáramot hozunk létre, és ennek értékét változtatjuk a funkció generátor kimenő jelével, akkor a kimeneten (a terhelő ellenálláson) a jel minkét fél-periódusa arányosan felerősítve jelenik meg). RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

EL 3.3.9 Bázis nyugalmi áramtól függő torzításmentes erősítés Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 8 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon izzó E 10, 10V/0.05A mérőműszer jelgenerátor csatlakozó vezeték változtatható kimenő feszültségű tápegység


Mint az előző kísérletben láttuk, a váltakozó jel minkét fél-periódusát csak akkor erősíti a tranzisztor, ha eleve folyik egy bázisáram, amit egy feszültség osztóval állítottunk be. Ezt az áramot nyugalmi bázisáramnak nevezzük. A kísérlet célja ennek a nyugalmi bázisáramnak a meghatározása. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisáramot egy 30 mA DC méréshatárba kapcsolt, a kollektor áramot egy 100 mA DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A kísérlet megkezdése előtt a 10 kΩ-os ellenállást nem dugaszoljuk be és a potenciométer gombját teljesen jobbra ütközésig (max. érték) forgatjuk. 1. Kísérlet Kapcsoljuk a jelgenerátort (funkciógenerátort) 0.2 Hz-es szinusz vagy háromszög hullám üzemmódba. A funkciógenerátor kimenő jelét annyira növeljük meg, hogy a mért kollektor áram csúcsértéke 25-30 mA legyen. Figyeljük a műszerek által mutatott értékeket. Mind a bázis áram mind a kollektor áram csak a jel pozitív fél-periódusában folyik. A negatív félhullám alatt a bázis és a kollektor áram értéke nulla. Ezt teljes torzításnak nevezzük. 2. Kísérlet Állítsuk a funkció generátor kimenő feszültségét 0 V-ra. Dugaszoljuk be a 10kΩ-os ellenállást, és a potenciométert állítsuk be úgy, hogy mindkét műszer kitérése a skálán belül maradjon. A műszerek mutatói lengenek a minimum és a maximum értékek között. Olvassuk le és jegyezzük fel ezeket az értékeket: A bázisáram

minimum értéke =

mA, maximum értéke =

mA.

A kollektor áram minimum értéke = mA, maximum értéke = mA. Állítsuk a funkció generátor kimenő feszültségét nullára. Jegyezzük fel a nulla bemenő jelhez tartozó (nyugalmi) bázis és kollektor áramot. A nulla bemenő jelhez tartozó (nyugalmi) bázis áram: A nulla bemenő jelhez tartozó (nyugalmi) kollektor áram:

mA mA (Folytatás a következő oldalon)


3. Kísérlet Növeljük a funkció generátor kimenő feszültségét addig, amíg a műszerek mutatója a skála végértéken marad. Láthatóan a kimenő áram nem követi a bemenő feszültség változását, azaz ismét torzítás állt elő. Következtetések A torzításmentes erősítéshez egy nyugalmi kollektor ill. bázis áramot kell beállítani. Az erősíteni kívánt jel (bemenő jel/feszültség) értéke nem lehet túl nagy, mert akkor ismét torzítás áll elő. Más szavakkal, a tranzisztor bázisfeszültsége nem mehet nulla alá és a kollektor kivezérlési tartománya (az a tartomány, ahol a tranzisztor kollektor árama követi a bemenő jel változását) nem érheti el a tápfeszültséget, mert itt a tranzisztor tovább nem tud erősíteni, u.n. telítéses tartományba kerül. Ha ezeket a határokat túllépjük, torzítás lép fel, azaz a kollektor áram változása többé nem lesz arányos a bázis áram változásával.


EL 3.4 Fényvezérelt riasztó áramkör Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB potenciométer, 10 kΩ PIB zümmögő PIB LDR ellenállás PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Megjegyzés: PIB elem = dugaszolható egység

Egy LDR (fényérzékeny) ellenállás vezérli a tranzisztor bázisáramát. A bázisáram értéke az LDR ellenállásra eső fény intenzitásától függ. Ha sötét van, a bázisáram olyan kicsi, hogy nem folyik kollektor áram (a tranzisztor kikapcsolt állapotban van.) Ha megfelelő intenzitású fény éri az LDR ellenállást, a bázisáram, és ezzel a kollektor áram megnő, és az izzó világítani kezd. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Először a kapcsolási rajznak megfelelően az izzót dugaszoljuk be a helyére. A bázis áram a tápfeszültség pozitív pólusából az LDR el-lenálláson és a 10kΩ-os potenciométeren keresztül folyik a bázisba. A bázisáram nagyságát az LDR ellen-állás és a potenciométer együttes értéke határozza meg. Megvilágított állapotban állítsuk be úgy a potenciométert, hogy az izzó világítson. 1. Kísérlet Takarjuk le az LDR ellenállást. Az izzó nem világít. Ha az LDR-t megvilágítjuk, az izzó kigyullad, más szavakkal a tranzisztor vezető állapotba kerül. 2. Kísérlet Cseréljük ki az izzót a zümmögőre. Lehetséges, hogy valamit állítani kell a potenciométeren a helyes működéshez. Ha most letakarjuk az LDR ellenállást, a zümmögő nem szól. Ha (megfelelő intenzitású) fény éri az LDR ellenállást a zümmögő megszólal. Következtetés Az LDR fényre megváltoztatja az ellenállását. Ez az ellenállás változás megváltoztatja a bázisáramot, amely megfelelő intenzitású fénynél olyan értéket vesz fel, melynek hatására a tranzisztor vezető állapotba kerül, azaz az izzó kigyullad, ill. a zümmögő működni kezd.


EL 3.5 A bázisosztó Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 1 izzó E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Megjegyzés: PIB elem = dugaszolható egység

A bázis nyugalmi árama bázis (feszültség) osztó alkalmazásával állítható be pontosan. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 8V-os tápfeszültséget a 10 kΩ ellenállásból és a 10 kΩ potenciométerből álló (feszültség) osztó osztja le. Az így leosztott feszültség állítja elő a bázisáramot. A bázissal sorbakötött 1kΩ-os ellenállás csak a helytelen huzalozásból adódó hibák elleni védelmet biztosítja. 1. Kísérlet Forgassuk a potenciométer gombját ütközésig balra. Most a potenciométer értéke nulla. Ez azt jelenti, hogy a bázis-emitter feszültség is nulla, azaz bázisáram nem folyik és így nem folyik kollektor áram sem. Ezt bizonyítja, hogy az izzó nem világít. 2. Kísérlet Forgassuk most a potenciométer gombját lassan jobbra (az óramutató járásával megegyező irányba). Most a potenciométer értéke nőni fog. Az izzó először halványan, majd egyre nagyobb fénnyel világít, jelezve, hogy kollektor áram (és így bázisáram is) folyik. Következtetés Megfelelő bázisosztó segítségével a kollektor árama 0 és a maximum érték közé állítható be.


EL 3.6 Vezetékszakadással működő betörésjelző Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB zümmögő PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 4 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Egy nagyon egyszerű betörésjelző építhető, amely azon az elven működik, hogy ha a bázisosztó alsó tagja megszakad, a tranzisztor vezető állapotba kerül (kinyit). A bázisosztó alsó tagja helyén egy vékony vezetőből képezett rövidzár van. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisosztó alsó tagja helyén egy vékony vezetőből képezett rövidzár helyett a kapcsolásban két rövidrezárt mérővezetéket használunk. Mivel ennek ellenállása jó közelítéssel nulla, így bázisáram és kollektoráram sem fog folyni, azaz a tranzisztor kikapcsolt állapotban van, a zümmögő nem szól. A tápfeszültség bekapcsolása előtt a bázizosztó alsó tagja helyén lévő két vezetőt zárjuk rövidre! Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget, és a rövidrezárt vezetékeket szakítsuk meg. A bázisosztó alsó tagja helyén az ellenállás most elméletileg végtelenné válik, a teljes tápfeszültség a bázisosztó felső részén esik. A bázisáram nagysága jó közelítéssel: IB = UT (V)/(10+1) (kΩ) lesz. A tranzisztor vezető állapotba kerül (kinyit) és a zümmögő megszólal. Következtetés A fenti elvnek megfelelően a bázisosztó alsó tagjának megszakadása a tranzisztort vezető állapotba viszi, ami pl. betörésjelzésre használható fel.


EL 3.7 Automatikus fényszabályozás Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB LDR ellenállás PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 1 izzó, E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Ebben a kapcsolásban a tranzisztor bázisárama egy LDR ellenállás értékétől függ. Mivel az LDR ellenállás értéke függ a ráeső fény intenzitásától, a kapcsolás megvilágítás vezérlésére használható fel. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisosztót egy 10kΩ-os ellenállás és egy LDR ellenállás képezi az ábrán látható módon. Az LDR ellenállás értéke sötétben igen nagy. Ilyenkor a bázisáram nagyságát alapvetően a bázisosztó felső tagja, jelen esetben a 10kΩ-os ellenállás határozza meg. Mivel bázisáram folyik, így a tranzisztor vezető állapotba kerül, és az izzó világít. Ha az LDR ellenállást fény éri, az ellenállása lecsökken. Ekkor lecsökken a feszültség a bázisosztó alsó tagján is, azaz csökken a bázisáram, és ezzel csökken a kollektor áram is. Ennek hatására az izzó halványabban kezd világítani. Ha az LDR megvilágítása megfelelően nagy, az izzó teljesen kialszik. Kísérlet Felváltva takarjuk le, ill. világítsuk meg az LDR ellenállást. Láthatóan, ha az LDR-t megvilágítjuk, az izzó kialszik, ha az LDR-t letakarjuk, az izzó kigyullad. Következtetés Mint látható az LDR ellenállás értékének fényre történő megváltozása világítás vezérlésére használható fel. Az LDR a bázisosztó egyik (jelen esetben alsó) tagját képezi.


EL 3.8 Fénykapu-vezérelt riasztó áramkör Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB LDR ellenállás PIB zümmögő PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Megjegyzés: PIB elem = dugaszolható egység

A fénykapuk feladata, hogy jelzést adjanak, ha valamilyen oknál fogva a fénysugár megszakad. Erre a célra gyakran használják az emberi szem számára láthatatlan infravörös fényt. Ebben a kísérletben a nappali fényt vagy egy kísérleti izzót használunk az infravörös fény helyett. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisosztót egy 10kΩ-os ellenállás és egy LDR ellenállás képezi az ábrán látható módon. Az LDR ellenállás értéke sötétben igen nagy. Ilyenkor a bázisáram nagyságát alapvetően a bázisosztó felső tagja, jelen esetben a 10kΩ-os ellenállás határozza meg. Mivel ilyenkor bázisáram folyik, így a tranzisztor vezető állapotba kerül, és a zümmögő szól. Ha az LDR ellenállást fény éri, az ellenállása lecsökken. Ekkor lecsökken a feszültség a bázisosztó alsó tagján is, azaz csökken a bázisáram, és ezzel csökken a kollektor áram is. Ennek hatására a zümmögő halkabban kezd szólni. Ha az LDR megvilágítása megfelelően nagy, a zümmögő teljesen elhallgat. Ha fényforrásnak kísérleti izzót használunk, az izzót kapcsoljuk be a kísérlet megkezdése előtt. Kísérlet Világítsuk meg az LDR ellenállást, majd szakítsuk meg a fény útját (pl. a megvilágítás és az LDR közé tett papírlappal vagy a kezünkkel stb.) Figyeljük meg, hogy mikor szól a zümmögő. Következtetés A fénykaput képező LDR ellenállás értéke megnő, ha a fény útjába akadály kerül. A megnövekedett ellenállás érték hatására az áramkör működésbe lép (a zümmögő szól). Az LDR a bázisosztó alsó tagját képezi, és a fény változása a bázisáram megváltozását vonja maga után. Ennek hatására megváltozik a tranzisztor kimenő árama.


EL 3.9 Tűzjelző áramkör Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 1 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB NTC ellenállás PIB zümmögő PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Az NTC ellenállás értéke a hőmérséklet növekedésével csökken. Az NTC ellenállásnak ez a tulajdonsága tűzjelzésre használható fel. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisosztót egy NTC ellenállás és egy 10kΩ-os potenciométer képezi az ábrán látható módon. A potenciométer segítségével állítsuk be az áramkört úgy, hogy a zümmögő a megszólalás határán legyen. (Forgassuk a potenciométert úgy, hogy a zümmögő szóljon, majd óvatosan forgassuk ellentétes irányba addig, amíg a zümmögés éppen abbamarad.) Kísérlet Fogjuk meg ujjunkkal az NTC ellenállást és várjunk néhány másodpercet. Figyeljük meg, hogy mi történik. Eredmény Az ujjunkkal melegítjük az NTC-t. Ennek hatására az ellenállása lecsökken, ami viszont a bázisáram megnövekedését jelenti, és így a zümmögő megszólal. Következtetés Az NTC ellenállás hőmérsékletre vonatkozó viselkedése tűzjelzésre, hőmérsékleti határok túllépésének jelzésére használható fel.


EL 3.10 Elektronikus hőmérsékletmérő Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB NTC ellenállás PIB zümmögő PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon izzó, E 10, 10V/0.05A mérőműszer csatlakozó vezeték változtatható kimenő feszültségű tápegység


Az NTC ellenállás alkalmazásával a hőmérséklet változása feszültség változássá alakítható át. Ez a feszültség feszültségmérő műszerrel mérhető. Ha a műszer skálázását °C-ba alakítjuk át, akkor egy elektronikus hőmérsékletmérő eszközhöz jutottunk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisosztót egy NTC ellenállás és egy 10kΩ-os potenciométer képezi az ábrán látható módon. A hőmérséklet növekedésével az NTC ellenállás értéke csökken, aminek hatására nő a bázisáram. A bázisáram növekedése a kollektor-áram növekedését vonja maga után. Ezért az izzón eső feszültség nőni fog. Ezt a feszültséget mérjük egy feszültség mérő műszerrel. Kísérlet Állítsuk be a potenciométert úgy, hogy a feszültségmérő 4 V-ot mutasson. Ezután melegítsük az ujjunkkal az NTC ellenállást és figyeljük a feszültségmérőt. Eredmény A feszültségmérő által mutatott érték nő. Következtetés Az NTC ellenállás hőmérsékletre vonatkozó viselkedése hőmérsékletmérésre is használható.


EL 4.1 Elektromos töltések tárolása Anyagok: 1 1 2 1 2 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB kondenzátor, 1000 µF izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték változtatható kimenő feszültségű tápegység


Az elektromos töltések kondenzátorban tárolhatók. Egy elektromosan feltöltött kondenzátor rövid időre kigyújthat egy izzót is. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az E és L jelű helyeket hagyjuk egyelőre üresen. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget és dugaszoljuk be az L jelű vezetőt. Ez az állapot a kondenzátor töltési állapota. A felső izzó rövid időre felvillan. Ezután várjunk még néhány másodpercet, majd az L helyen lévő vezetőt helyezzük át az E jelű helyre. Most az alsó izzó felvillanni. Ez az állapot a kondenzátor kisütési állapota. Ismételjük meg a kísérletet néhányszor. Az E L helyeket felváltva zárjuk rövidre a dugaszolható vezetővel és figyeljük az izzókat. Megjegyzés A rövidrezáró dugaszolható vezető helyett alkalmazhatunk váltókapcsolót is. Következtetés: A kondenzátorok tárolják az elektromos töltést.


EL 4.2 Kondenzátor szolgáltatja a bázisáramot Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB kondenzátor, 1000 µF PIB kondenzátor, 100 µF PIB ellenállás, 10 kΩ izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték változtatható kimenő feszültségű tápegység


Egy feltöltött kondenzátor szolgáltathatja a bázisáramot is. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az E és L jelű helyeket hagyjuk egyelőre üresen. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget és dugaszoljuk be a kondenzátort az L jelű helyre. Mivel a bázis most nem csatlakozik sehová, az izzó nem világít. (Vigyázzunk a kondenzátor megfelelő polaritására. l. ábra.) A kondenzátor most töltődik a 10kΩ-os ellenálláson keresztül. Hagyjuk a kondenzátort töltődni kb. 10 sec.-ig, majd vigyázva a megfelelő polaritásra, helyezzük át a feltöltött kondenzátort az E jelű helyre. Most a kondenzátor elkezd kisülni a 10kΩ-os ellenálláson, az összekötő vezetékeken és a tranzisztor bázis-emitter körén keresztül. Ez a kisülési folyamat bázisáramot indít meg, melynek hatására kollektor áram fog folyni, azaz az izzó a kisülés időtartamára felvillan. Kísérlet Ismételjük meg a kísérletet néhányszor. Nagyon vigyázzunk a kondenzátor helyes polaritására, mert a tranzisztor egyébként tönkremehet. Megjegyzés Az izzó a kisütés időtartamára felvillan. Ez ne tévesszen meg bennünket, mert az izzón átfolyó áramot nem a kondenzátor biztosítja, hanem a tranzisztor. A kondenzátor mindössze a tranzisztor működéséhez szükséges bázisáramot biztosítja a kisülési idő alatt.


EL 4.3 A kapacitás Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB kondenzátor, 1000 µF PIB kondenzátor, 100 µF PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó, E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység


Egy kondenzátor mérhető tároló képességét kapacitásnak nevezzük. A kísérlet a kapacitás mérésének egy egyszerű módját mutatja be. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az E és L jelű helyeket hagyjuk egyelőre üresen. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget és dugaszoljuk be a kondenzátort az L jelű helyre. Mivel a bázis most nem csatlakozik sehová, az izzó nem világít. (Vigyázzunk a kondenzátor megfelelő polaritására. l. ábra.) A kondenzátor most töltődik a 10kΩ-os ellenálláson keresztül. Hagyjuk a kondenzátort töltődni kb. 10 sec.-ig, majd vigyázva a megfelelő polaritásra, helyezzük át a feltöltött kondenzátort az E jelű helyre. Most a kondenzátor elkezd kisülni a 10kΩ-os ellenálláson, az összekötő vezetékeken és a tranzisztor bázis-emitter körén keresztül. Ez a kisülési folyamat bázisáramot indít meg, melynek hatására kollektor áram fog folyni, azaz az izzó a kisülés időtartamára kigyullad. A relatíve nagy 10kΩ-os ellenállás biztosítja, hogy a bázisáram viszonylag hosszú ideig fennálljon. Kísérlet Az L-el jelölt helyre dugaszoljuk be az 1000µF-os kondenzátort, és várjunk kb. 10 sec.-ot. (Vigyázzunk a polaritásra!). Mérjük meg, hogy mennyi ideig világít az izzó, és az értéket írjuk be a táblázatba. Ismételjük meg a kísérletet a 100µF-os kondenzátorral is. Nagyon vigyázzunk a kondenzátor helyes polaritására, mert a tranzisztor egyébként tönkremehet. Az izzó világítási ideje 1000µF-os kondenzátornál: ............ sec Az izzó világítási ideje 100µF-os kondenzátornál: ............ sec Következtetés A fenti kísérlet alapján meg tudjuk mondani, hogy annak a kondenzátornak a kapacitása a nagyobb, amelyiknél az izzó tovább világít.


EL 4.3.1 Időkapcsoló Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB kapcsoló ON/Off (Be/Ki) PIB izzófoglalat, E 10 PIB kondenzátor, 1000 µF PIB kondenzátor, 100 µF PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó, E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Megjegyzés: PIB elem = dugaszolható egység

Tranzisztor és kondenzátor felhasználásával időkapcsolót építhetünk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kísérlet kezdetekor a kapcsoló legyen nyitott (OFF) állapotban. A kísérlet első részében az ábra szerint az 1kΩ-os ellenállást és az 1000µF-os kondenzátort dugaszoljuk az áramkörbe. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. Az izzó világít. Most kapcsoljuk a kapcsolót ON (Be) állásba és tartsuk így néhány másodpercig. Ezután kapcsoljuk a kapcsolót OFF állásba és mérjük az időt, amíg még az izzó világít. Ismételjük meg a kísérletet az alábbi táblázatban megadott értékekkel és írjuk be a táblázatba a mért idő értékeit. Kondenzátor értéke (µF) 1000 1000 100 100

Ellenállás értéke (kΩ) 1 10 1 10

Mért idő (sec)

Következtetés A kapcsoló rövidre zárásával a kondenzátort kisütjük. Amikor a kapcsolót nyitjuk, a kondenzátor el kezd töltődni, ami bázisáramot hoz létre, és az izzó világít. Amikor a kondenzátor feltöltődött, bázisáram tovább nem folyik, az izzó kialszik. Azt az időt, amíg az izzó világít, időállandónak nevezzük és értékét az R*C szorzat adja.


EL 4.4 A kondenzátor nem vezeti az egyenáramot Anyagok: 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB kondenzátor, 1000 µF PIB ellenállás, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó, E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Megjegyzés: PIB elem = dugaszolható egység

A kondenzátorokkal megakadályozható, hogy egy áramkörben egyenáram folyjon. Az után, hogy a kondenzátor feltöltődött, a kondenzátor nem vezeti az egyenáramot. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kondenzátort (1000 µF vagy 100 µF) dugaszoljuk be az L-el jelölt helyre. Az E-vel jelölt hely üresen marad. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápegységet. A kondenzátor az ellenálláson és a tranzisztor bázis-emitter körén keresztül elkezd töltődni és ez alatt az idő alatt bázisáram ill. kollektoráram folyik, és az izzó kigyullad. Rövid idő alatt a kondenzátor feltöltődik, és az izzó kialszik. Most a feltöltött kondenzátort (vigyázva a polaritásra!) helyezzük át az E-vel jelölt helyre. Most a kondenzátor az ellenálláson és a tranzisztor bázis-emitter körén keresztül elkezd kisülni, ami ismét bázisáramot hoz létre. A kisülés időtartama alatt az izzó ismét kigyullad. Amikor a kondenzátor kisült az izzó kialszik. Következtetés: A kondenzátor feltöltődése után nem vezeti az egyenáramot.


EL 4.5 Félhullámú (egyoldalas) egyenirányítás Anyagok: 1 1 1 1 1 2

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB Si dióda izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték AC/DC Tápegység


A diódának az a tulajdonsága, hogy csak egy irányban vezeti az áramot, kihasználható arra, hogy váltakozó feszültségből egyenfeszültséget állítsunk elő. Az 50 Hz-es hálózati feszültségnél ez azt jelenti, hogy a dióda minden fél-periódusban vezet, azaz másodpercenként 50-szer nyit ki. A kapcsolás elnevezése is ebből a tényből ered. A kísérlet összeállítása. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. 1. Kísérlet Az első kísérletben váltakozó feszültség helyett egyenfeszültség segítségével mutatjuk be az egyenirányítás folyamatát. Kapcsoljuk a tápfeszültséget 9 V DC üzemmódba, és a kapcsolás csatlakozó vezetékeit csatlakoztassuk felváltva a tápegység kimeneti csatlakozóihoz. Azt látjuk, hogy amikor a dióda pozitív csatlakozása csatlakozik a tápegység pozitív csatlakozásához, a dióda vezet, a másik esetben a dióda nem vezet. 2. Kísérlet Most kapcsoljuk a tápegységet 9 V AC üzemmódba. Azt látjuk, hogy az izzó világít. Figyeljük meg, hogy az izzó nem világít olyan fényesen, mint 9 V DC feszültség esetén. Ez abból származik, hogy az izzón egy másodperc alatt csak 50 fél-periódusban folyik áram. Következtetés A fenti kapcsolással félhullámú egyenirányítás valósítható meg. 50 Hz-es feszültségnél ez azt jelenti, hogy a dióda csak a szinuszos jel pozitív fél-periódusaiban vezet. Az izzó világítását folyamatosnak látjuk, mivel a szem nem tudja követni az 50 Hz-es feszültség változásait.


EL 4.6 Az egyenirányított feszültség szűrése Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 2

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB Si-dióda PIB kondenzátor, 1000 µF PIB vezeték, jack csatlakozóval fülhallgató izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték AC Tápegység


A dióda által egyenirányított feszültség egymás után egyenlő távolságokban elhelyezkedő félhullámú szinusz alakú jelekből áll. Az ilyen típusú feszültséget /áramot lüktető egyenfeszültségen/ egyenáramnak nevezzük. Ha ez a lüktetés nem kívánatos, a kondenzátor töltéstároló tulajdonságát használhatjuk ki arra, hogy a lüktetést eltüntessük (csökkentsük). A folyamatot az egyenfeszültség szűrésének nevezzük. A kísérlet összeállítása. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Kísérlet A kísérlet megkezdése előtt a kondenzátort ne csatlakoztassuk az áramkörbe. Kapcsoljuk be a 6 V AC üzemmódba kapcsolt tápegységet. Az izzó halványan világít, mivel a dióda minden pozitív félhullámban kinyit. A fülhallgatóban 50 Hz-es jel hallható. Kapcsoljuk ki a tápegységet és vigyázva a polaritásra (!) dugaszoljuk be az áramkörbe a kondenzátort. Kapcsoljuk be ismét a tápegységet. Eredmény: Az izzó nagyobb fénnyel világít és a fülhallgatóból eltűnt az 50 Hz-es búgó hang. Következtetések Kondenzátoros szűrést alkalmazva a lüktető egyenáram lüktetése megszüntethető (nagy-mértékben csökkenthető). A kondenzátor a dióda vezető állapotában feltöltődik és a következő, nem vezető félperiódusban a kondenzátor által tárolt töltések folynak az izzón keresztül, ezért az izzó a nem vezető fél-periódusban is világítani fog.


EL 4.7 Kondenzátor viselkedése váltakozó áramú hálózatban Anyagok: 1 1 1 2 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték izzó, E 10, 10V/0.05A PIB piros LED csatlakozó vezeték AC/DC Tápegység


Mint már tudjuk, a kondenzátor nem vezeti az egyenáramot. Mi a helyzet a váltakozó árammal? A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az első kísérletben váltakozó áram helyett egyenáramot használunk a váltakozó áramú viselkedés modellezéséhez. 1. Kísérlet Kapcsoljuk a tápegységet 9 V DC üzemmódba, és az áramkör tápfeszültség csatlakozóit felváltva csatlakoztassuk a tápegység kimenő pontjaira. A LED-ek felvillanásai mutatják, hogy mikor melyik polaritására csatlakozunk a tápegységnek. Ha a felső csatlakozás a pozitív pólus: ....................... LED villan fel egy rövid időre. Ha az alsó csatlakozás a pozitív pólus: ....................... LED villan fel egy rövid időre. 2. Kísérlet: Most a DC feszültség helyett csatlakoztassunk az áramkörre 9 V AC feszültséget. Eredmény Mindkét LED folyamatosan világít (halványan). A válóságban a LED-eken csak a szinuszos feszültség minden második fél-periódusában folyik áram, de a szem tehetetlensége miatt a LED-ket folyamatosan világítónak látjuk. A LED-ek világító állapota azt jelzi, hogy a váltakozó feszültség mindkét fél-periódusában folyik áram a kondenzátoron keresztül. Következtetés Váltakozó feszültség esetén a kondenzátor úgy viselkedik, mint egy ellenállás. Ezt kapacitív ellenállásnak nevezzük.


EL 4.7.1 Kapacitív ellenállás váltakozó áramnál 50Hz-en Anyagok: 1 1 1 1 2 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB kondenzátor, 1 µF PIB kondenzátor, 2µF mérőműszer csatlakozó vezeték AC Tápegység


Ha egy kondenzátort váltakozó feszültségre kapcsolunk, azon áram folyik át. A kondenzátor úgy viselkedik, mint egy ellenállás. A következő kísérletben azt próbáljuk meghatározni, hogy mekkora egy kondenzátor ellenállása 50 Hz-es váltakozó feszültségnél. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 10 V AC mérési üzemmódba kapcsolt feszültségmérő a kondenzátoron eső feszültséget méri. Az árammérő műszert 30 mA AC üzemmódba kapcsoljuk. Amikor a tápfeszültséget 12 V AC értékre emeljük, a feszültségmérőt kapcsoljuk át a 30 V AC üzemmódba. Kísérlet A kondenzátoron átfolyó áramot három különböző tápfeszültség mellett mérjük meg. A mért áram és feszültség értékéből meg tudjuk határozni a kondenzátor ellenállását. Állítsuk be a tápegységen a táblázatban feltüntetett tápfeszültség értékeket, olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért értékeket. A mérést az 1µF-os kondenzátorral kezdjük. 1 µF-os kondenzátor Feszültség AC, U (V)

3

6

12

Áram (mA) Áram, I (A) Ellenállás értéke, R (Ω) Cseréljük ki a kondenzátort a 2 µF-os értékő kondenzátorra. Végezzük el ismét a méréseket. 2 µF-os kondenzátor Feszültség AC, U (V)

3

6

12

Áram (mA) Áram, I (A) Ellenállás értéke, R (Ω) (folytatás a következő oldalon) RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

Következtetés Váltakozó feszültségen a kondenzátor úgy viselkedik, mint az ellenállás. A kondenzátoron áram folyik, amely arányos a kondenzátoron eső feszültséggel és a kondenzátor kapacitásával az adott frekvencián (itt 50 Hz). A kondenzátor ellenállása fordítottan arányos a kondenzátor kapacitásával. A következő egyenlet 50 Hz-es váltakozó feszültség esetén igaz: 3200 I C= = 3200 * C[ µ F] R U Megjegyzések 1. A tápfeszültség által szolgáltatott feszültség lehet, hogy némileg eltér a táblázatban feltüntetett értékektől. 2. A fenti egyenletben szereplő 3200-as szorzó magyarázata: RC =

1 1 = ω C 2π f * C

50 Hz esetén és C-t µF-ban behelyettesítve: RC =

1 100π * 10 * C -6

= 3.2 * 10 3 *

1 C


EL 4.7.2 A kapacitív ellenállás Anyagok: 1 1 1 1 2 1 8 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB kondenzátor, 1 µF PIB kondenzátor, 2µF mérőműszer funkció generátor csatlakozó vezeték AC tápegység


A kísérletben azt vizsgáljuk, hogy hogyan függ a kondenzátor váltakozó áramú ellenállása a kondenzátor kapacitásától és az alkalmazott feszültség frekvenciájától. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 10 V AC mérési üzemmódba kapcsolt feszültségmérő a kondenzátoron eső feszültséget méri. Az árammérő műszert 300 mA AC üzem-módba kapcsoljuk. A funkciógenerátoron állítsunk be 1000 Hz (1 kHz) szinuszos jelet és a generátor kimenő feszültségét állítsuk be úgy, hogy az árammérő 10 mA AC-t mutasson. Ezután a kísérlet folyamán a funkció-generátor kimenő feszültségét nem szabad megváltoztatni. Kísérlet Mérjük a kondenzátoron átfolyó áramot különböző frekvenciájú feszültségek esetén. Állítsuk be a táblázatban található frekvencia értékeket, olvassuk le a mért áramot, és az értéket írjuk be a táblázatba. 1 µF-os kondenzátor Feszültség a kondenzátoron: U = ............. V Frekvencia (kHz)

1

2

4

Áram (mA) 2. Kísérlet Anélkül, hogy megváltoztatnánk a funkciógenerátor kimenő feszültségét, cseréljük ki a kondenzátort a 2 µF-os értékű kondenzátorra. Végezzük el ismét a 1. kísérlet szerinti méréseket. 2 µF-os kondenzátor Feszültség a kondenzátoron: U = ............. V Frekvencia (kHz)

1

2

4

Áram (mA)

(folytatás a következő oldalon) RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

Következtetés A kondenzátoron átfolyó áram egyenesen arányos a kondenzátor kapacitásával és az alkalmazott feszültség frekvenciájával. Azaz a kondenzátor váltakozó áramú ellenállása fordítottan arányos a frekvenciával és a kondenzátor kapacitásával. A következő egyenletek használhatók: 160000*I 160000 C= ‚sR = f *U f *C ahol: Kapacitás, C: µF-ban Áram, I: A-ben Feszültség, U: V-ban vannak behelyettesítve és az ellenállást, R-t: Ω-ban kapjuk Megjegyzés A fenti egyenletben szereplő 160 000-es szorzó magyarázata: RC =

1 1 = ω C 2π f * C

C-t µF-ban behelyettesítve: RC =

1 2π f * 10 * C -6

= 0.6 * 103 *

1 C


EL 4.8 Sorba-kapcsolt töltött kondenzátorok Anyagok: 1 1 1 1 1 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB kondenzátor, 100 µF PIB kondenzátor, 1000 µF mérőműszer csatlakozó vezeték Változtatható kimenetű DC tápegység


Ha feszültség forrásokat sorba kötünk, az eredő feszültség az egyes feszültség források feszültségeinek összegével lesz egyenlő. Így van ez vajon akkor is, ha töltött kondenzátorokat kapcsolunk sorba? A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az Abb.1 és Abb. 2 jelű kapcsolásoknak megfelelő módon. A DC tápegység kimenő feszültségét állítsuk be 5 V-ra és csatlakoztassuk az A, B kapcsokra. A két kondenzátort (100 µF és 1000 µF) töltsük fel az Abb. 1. elrendezés szerint. Miután a kondenzátorokat feltöltöttük, kössük őket sorba az Abb. 2. elrendezés szerint. Kísérlet A mérőműszert csatlakoztassuk először az A, B pontokra, hogy be tudjuk állítani a pontos 5V tápfeszültséget. Ezután a sorba-kötött kondenzátorok feszültségét mérjük az Abb. 2. elrendezés szerint. Rögtön, ahogy a kondenzátorokat feltöltöttük, dugaszoljuk be az Abb. 2. ábrán vonalkázással jelölt helyekre. (Vigyázzunk a polaritásra!) A mérőműszerről gyorsan olvassuk le a mért értéket, mert a kondenzátorok lassan sülnek kifelé és a feszültségük csökken. Eredmény: (mért érték) ................. V Következtetés Töltött kondenzátorokat sorba kötve, az eredő feszültség az egyes kondenzátorok feszültségeinek összege lesz.


EL 4.9 Sorba-kapcsolt kondenzátorok eredője Anyagok: 1 1 1 1 2 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB kondenzátor, 1 µF PIB kondenzátor, 2 µF mérőműszer csatlakozó vezeték Változtatható kimenetű AC tápegység


A kísérletben két sorba-kötött kondenzátor eredő kapacitását határozzuk meg. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 30 V AC méréshatárba kapcsolt feszültségmérővel a tápfeszültséget, a 30 mA AC méréshatárba kapcsolt árammérővel a kondenzátorokon átfolyó áramot mérjük. Az AC tápegység kimenő feszültségét állítsuk be 9 V-ra és csatlakoztassuk az A, C kapcsokra.

1. Kísérlet Mérjük a kondenzátorokon átfolyó eredő áramot. A mért feszültség és áram ismeretében meghatározhatjuk az eredő kapacitást 50 Hz-en. Feszültség: ............. V. Áram: ............. A

Eredö kapacitás =

3200 * I =...............µ F U

Ellenőrizzük, hogy vajon igaz-e a következő egyenlet: C =

C 1* C 2 C1 + C 2

2. Kísérlet Megmérjük a kondenzátorokon eső feszültségeket. Kapcsoljuk ki a tápfeszültséget. Az áram-mérőnek használt műszer csatlakozását az áramkörhöz szüntessük meg, az árammérő helyét zárjuk rövidre. Az eddig árammérésre használt műszert kapcsoljuk 10 V AC üzemmódba. Kapcsoljuk be ismét a tápfeszültséget és mérjük meg a feszültségeket az A - B és a B - C pontok között. Feszültség az A - C pontok között: ............... V Feszültség az A - B pontok között: ............... V Feszültség a B - C pontok között: ............... V

Következtetések 1. Sorba-kötött kondenzátorok eredő kapacitása kisebb, mint a sorba-kötött legkisebb kondenzátor kapacitása. Az eredő kapacitás az alábbi egyenlettel határozható meg:

C=

C 1* C 2 C1 + C 2

2. A sorba-kötött kondenzátorokon feszültség esik. A kondenzátorokon eső feszültségek fordítottan arányos a kondenzátorok kapacitásával. Az összefüggést az alábbi egyenletek adják:

U1 :U2 =

1

:

1

C1 C 2

vagy U 1 : U 2 = C 2 : C 1


EL 4.10 Párhuzamosan kapcsolt kondenzátorok eredője Anyagok: 1 1 1 1 2 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB kondenzátor, 1 µF PIB kondenzátor, 2 µF mérőműszer csatlakozó vezeték Változtatható kimenetű AC tápegység


A kísérletben két párhuzamosan kötött kondenzátor eredő kapacitását határozzuk meg. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 30 V AC méréshatárba kapcsolt feszültségmérővel a tápfeszültséget, a 30 mA AC méréshatárba kapcsolt árammérővel a kondenzátorokon átfolyó áramot mérjük. Az AC tápegység kimenő feszültségét állítsuk be 9 V-ra. 1. Kísérlet A kísérlet megkezdése előtt csak a C1 kondenzátort dugaszoljuk be a helyére. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget és mérjük meg a kondenzátoron átfolyó áramot. Feszültség: U = ........... V Áram: I = ............. mA = ............. A Ellenőrizzük, hogy igaz-e a következő egyenlet 50 Hz-en: Eredö kapacitás C =

3200 * I =...............µ F U

Ahol az áram A-ben, a feszültség V-ban van behelyettesítve és C-t µF-ban kapjuk. 2. Kísérlet Most dugaszoljuk be a 2µF-os kondenzátort is az ábrának megfelelően. Mérjük ismét a feszültséget és az áramot. Feszültség: U = ........... V Áram: I = ............. mA = ............. A A kapacitás meghatározására használt egyenlet segítségével határozzuk meg az eredő kapacitás értékét: Eredö kapacitás C =

3200 * I =...............µ F U

Következtetés Párhuzamosan kötött kondenzátorok esetén az eredő kapacitás a két kondenzátor kapacitásának öszszege: Eredö kapacitás C = C 1 + C 2 Megjegyzés A feltüntetett tápfeszültség fix kimenetű tápegységek esetén némileg eltérhet a megadott értéktől. RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

EL 4.11 Sorbakapcsolt váltakozó áramú ellenállások eredője Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 7 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 1 kΩ PIB kondenzátor, 2 µF PI tekercs, 800 menet, kék U-I vasmag, szorító bilincscsel mérőműszer csatlakozó vezeték Változtatható kimenetű AC tápegység


Sorosan kötött ohmos ellenállások esetében igaz a következő megállapítás: az ellenállások eredője egyenlő az egyes ellenállások összegével, az egyes ellenállásokon eső feszültségek összege egyenlő a tápfeszültség értékével. A kísérletben különböző sorba-kötött váltakozó áramú ellenállások viselkedését vizsgáljuk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 10 V AC méréshatárba kapcsolt feszültségmérővel a sorba-kötött váltakozó áramú ellenállásokon eső feszültséget, a 30 mA AC méréshatárba kapcsolt árammérővel az átfolyó áramot mérjük. Az AC tápegység kimenő feszültségét állítsuk be 6 Vra. Elő-kísérlet A kísérlet megkezdése előtt meghatározzuk a 2 µF-os kondenzátor váltakozó áramú ellenállását 50 Hz-en. Ehhez zárjuk rövidre az 1kΩ-os ellenállást az A - B pontok között. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget és mérjük meg a kondenzátoron átfolyó áramot és a rajta eső feszültséget. Feszültség: U = ........... V Áram: I = ............. mA = ............. A Az ohmos ellenállás meghatározásához használjuk az Ohm-törvényt: Ohmos ellenállás RC =

U =...............Ω I

1. Kísérlet Távolítsuk el az 1 kΩ-ot rövidre-záró vezetéket és mérjük meg az ellenálláson és a kondenzátoron eső feszültséget. Tápfeszültség: UT = ........... V Feszültség az ohmos ellenálláson (A - B pont között): UR = ........... V Feszültség a kondenzátoron (B - C pont között): UC = ........... V Mint látható a kondenzátoron és az ellenálláson eső feszültségek összege nagyobb a tápfeszültség értékénél. Hasonlítsuk össze a mért értéket az alábbi egyenlet segítségével kiszámított értékkel. RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

U

tot

=

U

2 R

+U

2 C

2. Kísérlet. Mérjük meg az áramot: Áram: I = ............. mA = ............. A Tápfeszültség: U = ........... V Az áramkör váltakozó áramú ellenállását határozzuk meg az Ohm-törvény alkalmazásával: Rtot =

U =...............Ω I

Láthatóan az eredő ellenállás nem határozható meg az egyes ellenállások összegezésével. Hasonlítsuk össze az eredményt az alábbi egyenlettel meghatározott értékkel:

R

tot

=

R

2 R

+

R

2 C

3. Kísérlet Kapcsoljuk ki a tápfeszültséget, és a kondenzátor helyére dugaszoljuk be az U-I vasmaggal ellátott 800 menetes tekercset. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget és ismételjük meg a kísérletet. Az eredmények hasonlóak a kondenzátorral végzett kísérletek eredményeihez, de a mért értékek és az egyenletek által szolgáltatott értékek jelentősen eltérnek egymástól. Ennek magyarázata, hogy a tekercs ohmos ellenállását a számításoknál nem vettük figyelembe. Következtetés Váltakozó áramú ellenállások sorba-kapcsolásakor az eredő ellenállás nem számítható ki az egyes ellenállások értékeinek egyszerű összegzésével. Megjegyzés A feltüntetett tápfeszültség fix kimenetű tápegységek esetén némileg eltérhet a megadott értéktől.


EL 4.12 Ohmos ellenállás, tekercs és kondenzátor AC áramkörben Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 2 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 1 kΩ PIB kondenzátor, 2 µF PIB 2x800 menetes tekercshez PI tekercs, 2x800 menet, piros U-I vasmag, szorítóbilincscsel mérőműszer csatlakozó vezeték Változtatható kimenetű AC tápegység


Sorosan kötött ohmos ellenállás, tekercs és kondenzátor eredő ellenállását határozzuk meg a következő kísérletben. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tekercset (2x800 menet) szereljük össze a vasmaggal. A 10 V AC méréshatárba kapcsolt feszültségmérővel a sorbakötött váltakozó áramú ellenállásokon eső feszültséget, a 30 mA AC méréshatárba kapcsolt árammérővel az átfolyó áramot mérjük. Az AC tápegység kimenő feszültségét állítsuk be 9 V-ra. 1. Kísérlet: Mérjük meg az áramköri elemeken (ellenállás, kondenzátor, induktivitás) eső feszültségeket. Tápfeszültség (A - D pont között): Utot = ........... V Feszültség az ohmos ellenálláson (A - B pont között): UR = ........... V Feszültség a kondenzátoron (B - C pont között): UC = ........... V Feszültség az induktivitáson (C - D pont között): UL = ........... V Adjuk össze az egyes áramköri elemeken eső feszültséget, és a kapott értéket hasonlítsuk össze az A - D pontok között mért tápfeszültség értékével. Azt találjuk, hogy az áramköri elemeken mért feszültségek összege nagyobb a tápfeszültség értékénél! 2. Kísérlet Meghatározzuk az egyes áramköri elemek váltakozó áramú ellenállását. Ehhez mérni kell az áramköri elemeken átfolyó áramot, amit a kapcsolási rajzon ábrázolt helyen mérünk az árammérő műszerrel. Áram: I = ............. mA = ............. A Ohmos ellenállás R = UR/I = ............. Ω A kondenzátor váltakozó áramú ellenállása: RC = UC /I = ............. Ω A tekercs váltakozó áramú ellenállása RL = UL /I = ............. Ω Eredő ellenállás Rtot = Utot / I RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

Láthatóan az Rtot értéke nem egyenlő az egyes áramköri elemek váltakozó áramú ellenállásainak összegével! 3. Kísérlet Meghatározzuk a tekercs és a kondenzátor váltakozó áramú eredő ellenállását. Ehhez megmérjük a feszültséget a B - D pontok között és az Ohm-törvény segítségével kiszámítjuk a váltakozó áramú ellenállást. Feszültség az induktivitáson és a kondenzátoron (B - D pont között): UCL = ........... V A kondenzátor+induktivitás eredő ellenállása: RCL = UCL / I = ............. Ω Láthatóan a kondenzátor+induktivitás váltakozó áramú eredő ellenállása kisebb, mint akár a kondenzátor akár az induktivitás váltakozó áramú ellenállása! Következtetés Váltakozó áramú hálózatban sorba kötött váltakozó áramú ellenállások eredője nem számítható ki az egyes áramköri elemek váltakozó áramú ellenállásainak egyszerű összegzésével!! Az egyes áramköri elemek okozta fázistolás miatt az eredő ellenállás számítása sokkal bonyolultabb. Az eredő ellenállást komplex számok segítségével lehet ilyenkor meghatározni. (Ebben az esetben a tekercs ohmos ellenállását nem vesszük figyelembe!). Az áramköri elemek váltakozó áramú ellenállását impedanciának nevezzük. j Z tot = R + jωL + ωC Az eredő impedancia értéke: 1 2 Z = R 2 + ( ωL + ) ωC Megjegyzés Fix kimenetű tápegységek esetén a terheletlen kimenő feszültség és a terhelt kimenő feszültség némileg eltérhet egymástól.


EL 4.13 A szűrő Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 6

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 100 Ω PIB ellenállás, 500 Ω PIB kondenzátor, 1 µF PIB kondenzátor, 2 µF mérőműszer funkció generátor csatlakozó vezeték


Az elektronikában gyakori feladat valamilyen frekvenciájú jel kiemelése vagy elnyomása. A kísérletben alul- és felüláteresztő szűrőket vizsgálunk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az 1. ábrán látható módon. A 10 V AC méréshatárba kapcsolt feszültségmérővel az ellenálláson eső feszültséget mérjük. A funkció generátor kimenetét szinuszos üzemmódba kapcsoljuk. 1. Kísérlet Állítsunk be a funkciógenerátoron 3000 Hz-et majd állítsuk be a funkció generátor kimenő feszültségét úgy, hogy az ellenálláson eső feszültség 4 V legyen. Ez után csökkentsük le a funkció generátor frekvenciáját 100 Hz-re és figyeljük meg, hogy mit mutat a feszültség mérő. A kondenzátor ellenállása alacsony frekvencián nagy, így a feszültség az ellenálláson lecsökken. A frekvencia növelésével a kondenzátor ellenállása csökken és így a feszültség az ellenálláson nő. Ezt az elrendezést felüláteresztő szűrőnek nevezzük, mivel növekvő frekvenciájú jelek egyre nagyobb amplitúdóval jelennek meg a kimeneten. 2. Kísérlet Az áramkör elrendezését változtassuk meg a 2. ábra szerinti elrendezésre. A funkciógenerátor kimenő feszültségét NE változtassuk meg! A kísérletet kezdjük ismét 3000 Hz-el, majd lassan csökkentsük a funkció generátor frekvenciáját 100 Hz-re. Figyeljük meg a feszültség mérő viselkedését. A kondenzátor ellenállása alacsony frekvencián nagy, így a feszültség a frekvencia csökkentésével egyre nagyobb lesz a kondenzátoron. Mivel a csökkenő frekvenciájú jelek egyre nagyobb amplitúdóval jelennek meg a kimeneten, ezt az elrendezést aluláteresztő szűrőnek nevezzük.


EL 5.1 A kétoldalas egyenirányítás elve. (középleágazásos elrendezés) Anyagok: 1 1 1 1 2 1 1 3 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB LED, piros PIB Si dióda PIB 2x800 menetes tekercshez PI tekercs, 2x800 menet, piros csatlakozó vezeték Változtatható kimenetű AC tápegység


Kétoldalas (teljes hullámú) egyenirányítással lehetőség van a váltakozó feszültség mindkét félperiódusának egyenirányítására. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az 500 Ω ellenállással sorbakötött LED terhelésként szolgál. A diódák az áramot csak egyik irányban engedik át és így biztosítják az egyenirányítást. A piros PI 2x800 menetes tekercshez nem szükséges a vasmag. A DC tápfeszültség kimenő feszültségét állítsuk 6 V-ra. 1. Kísérlet A tápfeszültség pozitív pólusát csatlakoztassuk az áramkör A pontjához, a negatív pólusát a B pontjához. A C, D pontokat ne kössük egyelőre össze, így a D2 dióda egyelőre nem vesz részt az áramkör működésében. Figyeljük meg a LED viselkedését. 2. Kísérlet Csatlakoztassuk most a tápfeszültség pozitív pólusát az áramkör B pontjához, a negatív pólusát az A pontjához. A D1 diódát húzzuk ki és a C, D pontokat zárjuk rövidre egy mérővezeték segítségével. Figyeljük meg ismét a LED viselkedését. Következtetés Mindkét kísérletben a fogyasztón (LED) azonos irányú áram folyt keresztül. Ezt az elrendezést kétoldalas (vagy teljes hullámú) egyenirányítónak nevezzük. Megjegyzés Az alkalmazott feszültségnek a fogyasztó számára szükséges feszültség kétszeresének kell lennie a középleágazásos tekercs miatt.


EL 5.2 A kétoldalas egyenirányítás alkalmazása Anyagok: 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB Si dióda PIB kondenzátor, 1000 µF PIB 2x800 menetes tekercshez PI tekercs, 2x800 menet, piros U-I vasmag szorítóbilinccsel PIB vezeték jack csatlakozóval fülhallgató izzó, E 10, 10V/0.05A mérőműszer csatlakozó vezeték AC kimenetű tápegység


A kísérlet célja a középleágazásos kétoldalas egyenirányító alkalmazásának bemutatása. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A piros PI 2x800 menetes tekercset össze kell szerelni az U-I vasmaggal. A kísérlet megkezdésekor az 1000µF-os kondenzátort NE csatlakoztassuk az áramkörbe. A feszültségmérő a fogyasztóként működő izzón méri a feszültséget. Az AC tápegység kimenő feszültségét állítsuk be 12 V-ra. 1. Kísérlet Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. A fülhallgatóban jól hallható a 100 Hz-es jel. Ha az egyik diódát kiemeljük az áramkörből, a hangmagasság egy oktávot esik, mivel ilyenkor csak az egyik dióda egyenirányít és ilyenkor a félhullámú jel frekvenciája 50 Hz lesz. Olvassuk le a feszültségmérő által mutatott értékeket az alábbi esetekben: Feszültség egy dióda esetén: .............. V Feszültség két dióda esetén: .............. V 2. Kísérlet Kapcsoljuk ki a tápfeszültséget és vigyázva a polaritásra (!), csatlakoztassuk a kondenzátort az ábrán látható helyre. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. A zümmögés a fülhallgatóban megszűnt. A feszültségmérő által mutatott érték: Feszültség a fogyasztón: .............. V Következtetés A feszültség a fogyasztón kétszer olyan nagy, mint amikor csak egy dióda volt az áram-körben. A feszültség a fogyasztón megközelíti a csúcsértéket, ha kondenzátort használunk az egyenirányított feszültség simítására (szűrésére).


EL 5.3 Kétoldalas híd-egyenirányító Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB LED, piros PIB kondenzátor, 1000 µF PIB híd-egyenirányító 4 LED-del PIB vezeték jack csatlakozóval fülhallgató csatlakozó vezeték AC/DC kimenetű tápegység


A kísérlet célja a híd-egyenirányító alkalmazásának bemutatása. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kísérlet megkezdésekor az 1000µF-os kondenzátort NE csatlakoztassuk az áramkörbe. Ellenőrizzük, hogy a híd-egyenirányító megfelelő polaritással van-e csatlakoztatva az áramkörbe (minden nyílnak felfelé kell mutatnia!). 1. Kísérlet A DC tápfeszültség pozitív pólusát csatlakoztassuk az áramkör A pontjához, a negatív pólusát a B pontjához. A piros LED fogyasztóként szolgál. Figyeljük meg a LED viselkedését. A híd-egyenirányítón található LED-ek azt mutatják, hogy a híd-egyenirányítóban mely diódák vezetnek. Most két LED világít. 2. Kísérlet A DC tápfeszültség pozitív pólusát most csatlakoztassuk az áramkör B pontjához, a negatív pólusát az A pontjához. Kövessük az áram irányát. A híd-egyenirányítón most a másik két LED világít. A terhelésként szolgáló piros LED-en ismét (ugyanolyan irányú) áram folyik. 3. Kísérlet Csatlakoztassunk most az A,B pontokra 6 V AC feszültséget. A híd-egyenirányítón minden LED világít. A fülhallgatóban búgás hallható. Mi okozza ezt a búgást? A bugást a fogyasztón (LED) átfolyó 100 Hz-es félhullámú áram okozza. Az áram másodpercenként százszor a csúcsértékig emelkedik, ill. nullára csökken és ez a 100 Hz-es lüktetés hallható a fülhallgatóban. 4. Kísérlet Kapcsoljuk ki a tápfeszültséget és vigyázva a polaritásra (!), csatlakoztassuk a kondenzátort az ábrán látható helyre. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. A búgás a fülhallgatóban megszűnik. A kondenzátor elsimította az egyenirányított áram lüktetését. Következtetés A híd-egyenirányítónál nem szükséges, hogy a tápfeszültség kétszerese legyen a terhelés által megkívánt értéknek, ugyanakkor a híd-egyenirányítóhoz négy dióda szükséges kettő helyett.


EL 5.3.1 A dióda-híd viselkedése váltakozó áramnál Anyagok: 1 1 1 1 1 1 4

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB LED, piros PIB dióda híd-egyenirányító funkciógenerátor csatlakozó vezeték


A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Ellenőrizze, hogy a híd-egyenirányító megfelelő polaritással van-e az áramkörbe bedugaszolva (az összes nyílnak felfelé kell néznie). A funkciógenerátort egyben tápforrásnak is használjuk. A generátor kimenő feszültsége legyen 12 V, a kimenő jelalak pedig szinuszos. 1. Kísérlet A kísérlet kezdetén állítsuk a funkciógenerátor frekvenciáját a legalacsonyabbra (0.1Hz). Figyeljük az áram irányát az egyenirányítón ill. a piros terhelő LED-en. A terhelő LED mutatja az áram irányát. Ha a LED-en átfolyó áram iránya pozitív, a LED világít. A híd-egyenirányítón látható LED-ek a híd-egyenirányítón átfolyó áram irányát mutatják. Láthatóan két LED világít. A szinuszos jel első fél-periódusa után az áram iránya megváltozik a híd-egyenirányítón. Most a másik két LED világít. A terhelő LED azonban mindig világít, mivel rajta az áram iránya nem változik. 2. Kísérlet Most lassan növeljük a funkciógenerátor kimeneti frekvenciáját. Figyeljük meg, hogy mekkora frekvenciánál látjuk a LED-eket folyamatosan világítani. Természetesen a LED-eken az áram iránya most is fog változni, de az emberi szem a tehetetlensége miatt nem tudja követni a LED-ek villogását, ezért azokat folyamatosan égve látjuk. Következtetés A híd-egyenirányító különböző frekvencián való működését funkciógenerátorral meg tudjuk vizsgálni. Meghatározható az a frekvencia, amelytől kezdve szemünk a LED-eket folyamatosan világítani látja.


EL 6.1 A bistabil multivibrátor Anyagok: 1 1 2 1 1 1 1 2 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


Az elektronikus tároló elemek két stabil állapottal rendelkeznek. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A satírozott PIB vezeték a kísérlet kezdetén nincs sehová sem csatlakoztatva. A kísérlet során majd az I ill. II-vel jelölt helyekre lesz bedugaszolva. Kísérlet A tápfeszültséget bekapcsolva a két izzó közül az egyik világít. A satírozással jelölt függőleges vezetéket most bedugaszoljuk arra az oldalra, ahol az izzó nem világít. (Ha a baloldali izzó nem világít az I-el, ha a jobboldali nem világít a II-el jelölt helyre!). Ezzel mintegy "töröljük" a világító oldal állapotát. Most a másik oldali izzó fog világítani. Következtetés Az áramkör két stabil állapottal rendelkezik. Vagy az egyik vagy a másik izzó világít. Ezért ezt az áramköri elrendezést bistabil multivibrátornak nevezzük.


EL 6.2 Időállandó, kondenzátor kisütése Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB kondenzátor, 100 µF PIB kondenzátor, 1000 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó, E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 DC tápegység Megjegyzés: PIB elem = dugaszolható egység

Ha egy kondenzátort egy ellenálláson keresztül kisütünk, a kisütési idő a kondenzátor kapacitásával és a kisütő ellenállás értékének növekedésével nő. (Nagyobb kapacitású kondenzátor több töltést tud tárolni, és nagyobb értékű ellenállás kisebb árammal süti ki a kondenzátort.) A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Ha a satírozott PIB vezetéket az L-el jelölt helyre dugaszoljuk, a kondenzátor töltődik, ha az E-vel jelölt helyre dugaszoljuk, a kondenzátor az R ellenálláson valamint a tranzisztor bázis-emitter körén keresztül kisül. Kísérlet Töltsük fel kondenzátort. (A satírozással jelölt vezeték az L helyen és várjunk kb. néhány másodpercet.) Most a satírozással jelölt vezetéket helyezzük át az E-vel jelölt helyre és mérjük azt az időt, amíg az izzó világít. A mért értékeket írjuk be a táblázatba. Kondenzátor, C (µF) 100 1000 1000

Ellenállás, R (kΩ) 10 1 10

Mért idő (sec)

Következtetés Az ellenállás értékének és a kondenzátor kapacitásának növekedésével nő a kisütési idő.


EL 6.3 A feltöltött kondenzátor lezárhatja a tranzisztort Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB kondenzátor, 1000 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó, E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 DC tápegység Megjegyzés: PIB elem = dugaszolható egység

Egy ellentétes polaritással feltöltött kondenzátor megakadályozhatja a bázisáram létrejöttét és így lezárhatja a tranzisztort. A kísérlet összeállítása. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Kísérlet A tápfeszültség (8 V DC) bekapcsolása után a kondenzátor töltődik. A kondenzátor feltöltődését az izzó kigyulladása jelzi. Ha most a kondenzátort kivesszük és 180°-al elforgatva (ellentétes polaritással) visszadugaszoljuk, akkor a bázis negatív feszültségre kerül, a bázisáram megszűnik, az izzó kialszik. A kondenzátor a 10kΩ-os ellenálláson keresztül sül kifelé. Amikor a kondenzátor kisült, az izzó ismét kigyullad. A kondenzátort az izzó kigyulladása után húzzuk ki az áramkörből, mert a fordított polaritású töltődés a kondenzátort tönkreteheti! Következtetés Ellentétes polaritással feltöltött kondenzátor meggátolja a bázisáram kialakulását addig az ideig, amíg a kondenzátor ki nem sül.


EL 6.4 A monostabil multivibrátor Anyagok: 1 1 2 1 1 1 1 1 2 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB kondenzátor, 1000 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


A monostabil kifejezés azt jelzi, hogy az ilyen áramkör egy stabil állapottal rendelkezik. Ha az áramkört valamilyen módon ebből az állapotból kibillentjük, akkor adott idő után az áramkör ebbe a stabil állapotba billen vissza. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kísérlet során a satírozással jelzett vezetéket rövid időre a jelölt helyre dugaszoljuk. Vigyázzunk a kondenzátor helyes polaritására! Kísérlet A tápfeszültség (8 V DC) bekapcsolása után a jobboldali izzó világít. Ez az állapot az áramkör stabil állapota. A satírozással jelzett vezetéket most bedugaszolva rövid időre az ábrán jelzett helyre, a jobboldali izzó elalszik, és a baloldali kigyullad. Ha most a satírozással jelzett vezetéket az áramkörből eltávolítjuk, egy adott, a kondenzátor és az ellenállás által megszabott idő után az áramkör viszszabillen az eredeti állapotába, amit a jobboldali izzó kigyulladása jelez. Következtetés A monostabil multivibrátorral jóllehet két állapot létrehozható, azonban csak az egyik bekapcsolt állapot a stabil.


EL 6.5 Villogó áramkör (Astabil multivibrátor) Anyagok: 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 2 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB kondenzátor, 100 µF PIB kondenzátor, 1000 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


Az ábrán látható áramkört astabil multivibrátornak nevezzük, mivel két állapottal rendelkezik ugyan, de egyik állapotában sem marad meg az áramkör stabilan, hanem egyik állapotból a másikba vált állandóan, azaz billeg. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Két RC modult használunk melyeknél az R*C szorzat megegyezik. (R1 = 1 kΩ, C1 = 1000 µF és R2 = 10 kΩ, C2 = 100 µF). Az R*C szorzat mindkét esetben 1000. Kísérlet: A tápfeszültség (8 V DC) bekapcsolása után a két izzó felváltva világít. Következtetés Az egyik tranzisztor le van zárva, a másik pedig vezet az RC modulok által meghatározott időállandó szerint. A kísérlet módosítása Próbáljuk meg változtatni a villogási periódust a potenciométer segítségével. Mivel a villogás időtartama az R és C tagok értékétől függ, a 10kΩ-os ellenállást cseréljük ki egy azonos értékű potenciométerre. A potenciométer értékét változtatva a villogás üteme változtatható.


EL 6.6 Zene multivibrátorral Anyagok: 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB kondenzátor, 0.1 µF PIB kondenzátor, 1 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon PIB vezeték jack csatlakozóval fülhallgató izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


Ha az astabil multivibrátor billenési periódusait felgyorsítjuk (kisebb RC értékek), az áramkör hangfrekvenciás jeleket tud előállítani. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A potenciométert a kísérlet kezdetén forgassuk ütközésig az óra járásával megegyező irányba (legnagyobb ellenállás érték). Kísérlet A tápfeszültség (8 V DC) bekapcsolása után a fülhallgatóban hang hallható. A hang magassága a potenciométer segítségével változtatható. Következtetés: Ha az RC szorzat értéke csökken a generált jel frekvenciája nő. Megjegyzés Ha a hang hirtelen elhallgat, és mindkét izzó kigyullad, kapcsoljuk ki a tápfeszültséget, majd kapcsoljuk be újra.


EL 6.7 Fénnyel vezérelt zene Anyagok: 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 10 kΩ PIB LDR ellenállás PIB kondenzátor, 0.1 µF PIB kondenzátor, 1 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon PIB vezeték jack csatlakozóval fülhallgató izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


Ennél a "hangszernél" a hang magasságát fény vezérli. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Hogy az LDR megvilágítása egyszerűbb legyen, az LDR-t mérővezetékkel csatlakoztassuk az áramkörhöz. A tápfeszültség 8 V DC. Kísérlet Az LDR megvilágításának megfelelően az áramkör magasabb vagy alacsonyabb frekvenciájú jeleket állít elő. A megvilágítást ügyesen változtatgatva dallam játszható le. Miért? Megjegyzés Ha a hang hirtelen elhallgat (az LDR ellenállása túl kicsi lett), kapcsoljuk ki a tápfeszültséget, majd rövid idő múlva kapcsoljuk be újra.


EL 6.7.1 Hővel vezérelt zene Anyagok: 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 10 kΩ PIB NTC ellenállás PIB kondenzátor, 0.1 µF PIB kondenzátor, 1 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon PIB vezeték jack csatlakozóval fülhallgató izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


Ennél a "hangszernél" a hang magasságát hő vezérli. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az NTC először szobahőmérsékleten legyen. A tápfeszültség 8 V DC. Kísérlet Melegítsük az NTC ellenállást az ujjainkkal. Az ujjaink (az NTC) hőmérsékletének megfelelően az áramkör magasabb vagy alacsonyabb frekvenciájú jeleket állít elő. Most melegítsük az NTC ellenállást egy gyufával. A generált hang magasabb vagy mélyebb lesz-e? Megjegyzés Ha a hang hirtelen elhallgat (az NTC ellenállása túl kicsivé vált), kapcsoljuk ki a tápfeszültséget, majd rövid idő múlva kapcsoljuk be újra.


EL 7.1 Rezgőkörök elmélete Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB Si dióda PIB kondenzátor, 0.1 µF PIB 2x800 menetes tekercshez tekercs, 2x800 menet PIB vezeték jack foglalattal fülhallgató "I" vasmag csatlakozó vezeték DC tápegység


Egy rezgőkör egy kondenzátorból és egy induktivitásból épül fel. A rezgőkör megnevezés abból a fizikai tényből ered, hogy a felváltva a kondenzátor egyik elektródájáról a másik elektródájára áramlik az energia. A kísérlet egy egyszerű módot mutat arra, hogy hogyan lehet egyszerű módon egy rezgőkört előállítani. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kondenzátort a váltakozó áramú hálózat a diódán keresztül másodpercenként 50-szer tölti fel. A feltöltések közötti 1/100 másodpercnyi időben a töltés felváltva áramlik az induktivitáson keresztül a kondenzátor egyik lemezéről a másikra. Kísérlet Az "I" vasat lassan dugjuk be a tekercs nyílásába. A fülhallgatóban a már megszokott 50Hz-es búgásnál lényegesen magasabb hang hallatszik. A hangmagasság változtatható azzal, hogy az "I" vasat milyen mélyen dugjuk be a tekercs nyílásába. Következtetés Az elektromos energia (töltés) oda-vissza áramlik egy rezgőkörben. Ha az "I" vasat a tekercs nyílásába mélyebben becsúsztatjuk, a hallható hang frekvenciája csökken.


EL 7.1.1 A párhuzamos rezgőkör Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 1 8 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB kondenzátor, 1 µF PIB 800 menetes tekercshez PI tekercs, 800 menet, kék U és I vasmag, szorítóbilinccsel mérőműszer funkciógenerátor csatlakozó vezeték DC tápegység


A kísérletben párhuzamosan kötött kondenzátorból és induktivitásból álló rezgőkört tanulmányozzuk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 800 menetes PI tekercsre szereljük rá a vele szállított "U/I" vasmagot és szorítsuk össze a szorító bilinccsel. Az árammérő műszerrel a teljes áramot ill. a rajzon I1-el és I2-vel jelölt áramokat mérjük az 1-es ill. a 2-es ponton. Ehhez az "I"-vel jelölt mérődobozt az 1-es ill. 2-es helyen lévő dobozokkal cseréljük majd ki. Az árammérőt 30 mA AC méréshatárba kapcsoljuk. A 10 V AC méréshatárba kapcsolt feszültségmérőt az A és B pontokra csatlakoztatjuk. A szinuszos üzemmódba kapcsolt funkció generátornak 12 V, 100 Hz jelet kell szolgáltatnia. 1. Kísérlet A funkciógenerátor frekvenciáját lassan növeljük 100 Hz-ről fölfelé és figyeljük az árammérőt. A legkisebb áramot a műszer egy adott frekvenciánál mutatja. Ezt a frekvenciát rezonancia frekvenciának nevezzük. Minimális áramértékhez tartozó frekvencia: ............. Hz Az áram minimum értéke ennél a frekvenciánál: ............. mA 2. Kísérlet. Ellenőrizzük, vajon a feszültség akkor a legnagyobb-e, amikor az áram a legkisebb! 3. Kísérlet Most mérjük meg a kondenzátoron ill. az induktivitáson átfolyó áramot a rezonancia frekvencián. Ehhez cseréljük fel az "I" és "I1"-el jelölt, ill. az "I" és "I2"-vel jelölt PIB dobozokat. A kondenzátor ágban folyó áram értéke: ............. mA Az induktív ágban folyó áram értéke: ............. mA Következtetés Egy adott frekvencián az u.n. rezonancia frekvencián a párhuzamos rezgőkör váltakozó áramú ellenállása maximális és a teljes áram minimális. A rezgőkör egyes elemein átfolyó áramok nagyobbak, mint a teljes áram mert az elemeken átfolyó áramok ellentétes irányúak.


EL 7.1.2 A soros L-C rezgőkör Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 1 8 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB kondenzátor, 1 µF PIB 800 menetes tekercshez PI tekercs, 800 menet, kék U és I vasmag, szorítóbilinccsel mérőműszer funkciógenerátor csatlakozó vezeték DC tápegység


A kísérletben sorosan kötött kondenzátorból és induktivitásból álló rezgőkör viselkedését tanulmányozzuk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 800 menetes PI tekercsre szereljük rá a vele szállított "U/I" vasmagot és szorítsuk össze a szorító bilinccsel. A 30 mA AC üzemmódba kapcsolt árammérővel az áramkörön átfolyó áramot mérjük. A 10 V AC méréshatárba kapcsolt feszültségmérővel az A és C pontok között a rezgőkörön eső teljes feszültséget, az A - B pontok között az induktivitáson, ill. a B - C pontok között a kondenzátoron eső feszültséget mérjük. A szinuszos üzemmódba kapcsolt funkció generátornak 12 V, 100 Hz jelet kell szolgáltatnia. 1. Kísérlet A funkciógenerátor frekvenciáját lassan növeljük 100 Hz-ről fölfelé és figyeljük az árammérőt. A legnagyobb áramot a műszer egy adott frekvenciánál az u.n. rezonancia frekvenciánál mutatja. Maximális áramértékhez tartozó frekvencia: ............. Hz Az áram max. értéke ennél a frekvenciánál: ............. mA 2. Kísérlet. Ellenőrizzük, vajon a feszültség akkor a legkisebb-e amikor az áram a legnagyobb! 3. Kísérlet Mérjük meg a kondenzátoron és az induktivitáson eső feszültséget a rezonancia frekvencián. A kondenzátoron eső (B - C pontok között) feszültség értéke: ............. V Az induktivitáson eső (A - B pontok között) feszültség értéke: ............. V A teljes feszültség (A - C pontok között): ............. V Következtetés Egy adott frekvencián az u.n. rezonancia frekvencián a soros rezgőkör váltakozó áramú ellenállása minimális és a rezgőkörön átfolyó áram maximális. A rezgőkör egyes elemein eső feszültségek öszszege nagyobb, mint a teljes rezgőkörön eső feszültség.


EL 7.2 Folytonos rezgések Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB kondenzátor, 1000 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB 2x800 menetes tekercshez PI tekercs, 2x800 menet, piros PI tekercs, 800 menet, kék PIB vezeték jack csatlakozóval fülhallgató "U-I" vasmag szorító bilinccsel izzó, E 10, 10V/0.05 A mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


Folytonos rezgés akkor áll elő, ha a rezgőkör energia veszteségét minden egyes rezgés után pótoljuk. A kísérletben alkalmazott induktív visszacsatolás azon az elven alapul, hogy a tranzisztor a megfelelő pillanatban kinyit és pótolja a kondenzátor energia veszteségét. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A rezgőkör a 2x800 menetes tekercsből és a kondenzátorból épül fel. A visszacsatolást a 800 menetes tekercs biztosítja. Az általa előállított visszacsatoló feszültség a tranzisztor bázis-emitter körét vezérli. A feszültségosztó a megfelelő munkapontot állítja be. A két tekercs U-I vasmaggal és szorító bilinccsel van szállítva. Az áramkört 5 V DC kimenetű tápegységről tápláljuk. Kísérlet A kísérlet kezdetén a potenciométert forgassuk teljesen ütközésig az óramutató járásával megegyező irányba (max. érték). Kapcsoljuk be a tápfeszültséget, és lassan forgassuk a potenciométert az óramutató járásával ellenkező irányba addig, amíg a rezgés be nem indul. Az izzó periodikus elalvása jelzi, hogy az oszcilláció (rezgés) beindult. A feszültségmérő mutatja a rezgőkörön eső feszültséget. Következtetés Egy nagy kapacitású kondenzátorral és egy vasmagos (nagy induktivitású) tekerccsel alacsony frekvenciájú rezgőkör ép1thető fel.


EL 7.3 Zene L-C rezgőkörrel Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB kondenzátor, 1 µF PIB kondenzátor, 0.1 µF PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB 2x800 menetes tekercshez PI tekercs, 2x800 menet, piros PI tekercs, 800 menet, kék PIB vezeték jack csatlakozóval fülhallgató "U-I" vasmag szorító bilinccsel izzó, E 10, 10V/0.05 A csatlakozó vezeték DC tápegység


Egy L-C rezgőkör rezgési frekvenciáját az induktivitás, L és a kondenzátor kapacitásának, C, szorzata határozza meg. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tekercset a vasmag nélkül használjuk, így az induktivitás értéke kisebb. Az "I" vasmagot a 2x800 menetes tekercsbe helyezzük. Először az 1µF-os tekercset dugaszoljuk be az áramkörbe. A tápegységen 5 V DC feszültséget állítunk be. Kísérlet A kísérlet kezdetén a potenciométert forgassuk teljesen ütközésig az óramutató járásával megegyező irányba (max. érték). Kapcsoljuk be a tápfeszültséget, és lassan forgassuk a potenciométert az óra-mutató járásával ellenkező irányba addig, amíg a rezgés be nem indul. A fülhallgatóban hallhatjuk az oszcilláció folyamán előállt jelet. Ha most az I-vasat a tekercsben mozgatjuk a hang magassága (a keltett jel frekvenciája) változni fog. A keltett jel magasságát nagymértékben megnövelhetjük, ha az 1µF-os kondenzátort kicseréljük a 0.1µF-os értékű kondenzátorra. Következtetés: megfelelő L és C értékekkel hanggenerátor valósítható meg.


EL 8.1 Az emberi test ellenállása Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzó foglalat, E 10 PIB vezeték két csatlakozóval megszakítva PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon izzó, E 10, 10V/0.05A krokodil csipesz csatlakozó dugóval mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


Az emberi test ellenállása alacsony feszültségen néhányszor 100 kΩ. Ez nem elég ahhoz, hogy egy tranzisztornál akkora bázisáram jöjjön létre, amely a tranzisztor teljesen kinyitná. Az u.n. Darlington-kapcsolás az első tranzisztor kis kollektor áramát használja a második tranzisztor bázisáramának. Így igen nagy áramérősítés jön létre és a tranzisztor(ok) igen kis bázisáram hatására is teljesen kinyit(nak). A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A jobboldali tranzisztor a kísérlet megkezdésekor még nem működik. A két, csatlakozóval ellátott krokodil csipeszt dugaszoljuk be a két csatlakozóval megszakított PIB vezeték csatlakozóiba. Állítsunk be 8 V DC-t a tápegységen és kapcsoljuk be. 1. Kísérlet Száraz újakkal fogjuk meg egyik kezünkkel az egyik, másik kezünkkel a másik krokodil csipeszt. Az izzó láthatóan nem gyullad ki, mivel a bázisáram túl kicsi. 2. Kísérlet Most a satírozással jelölt vezeték helyére dugaszoljuk be az ábra jobboldalán látható sarokvezetéket. Ezzel egy Darlington-kapcsolást hoztunk létre. Az első tranzisztor kollektor-bázis árama most a második tranzisztor bázis áramát adja. Érintsük meg ismét az 1. kísérletben leírtak szerint a krokodil csipeszeket. A jobboldali izzó kigyullad. Következtetés: Darlington-kapcsolás alkalmazásával nagy áramerősítés érhető el.


EL 8.1.1 Tranzisztoros fokozatok összekapcsolása Anyagok: 1 1 2 1 1 1 1 2 2 2 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó dugós krokodil csipesz mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


Számos olyan áramköri elrendezés építhető, ahol tranzisztoros fokozatok egymást vezérlik. A kísérletben egy tranzisztoros fokozat kollektor feszültsége egy másik tranzisztoros fokozat bázisáramát vezérli. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az első tranzisztoros fokozat egy normál bázisosztós áramkör. A bázisosztót a 10kΩ-os ellenállás és a 10kΩ-os potenciométer képezi. Az első fokozat kollektor feszültsége a 30mA DC méréshatárba kapcsolt árammérőn és az 1kΩ-os ellenálláson keresztül csatlakozik a második fokozat bázisára. A 10V DC méréshatárba kapcsolt feszültségmérő az első fokozat kollektor feszültségét méri. A beállított tápfeszültség 10V DC. 1. Kísérlet Mielőtt a tápfeszültséget bekapcsolnánk, a potenciométer forgató gombját ütközésig forgatjuk az óra járásával ellenkező irányba (min. érték). Kapcsoljuk be a tápfeszültséget és forgassuk lassan a potenciométer forgató gombját ütközésig az óra járásával megegyező irányba (max. érték). A baloldali lámpa kigyullad, a jobboldali elalszik. Írjuk le a műszerek által mutatott értékeket. Az első tranzisztor kollektor feszültsége: ............ V A második tranzisztor bázis árama: ............ mA 2. Kísérlet Most forgassuk a potenciométer forgató gombját ütközésig az óra járásával ellenkező irányba (min. érték). Írjuk le a műszerek által mutatott értékeket. Az első tranzisztor kollektor feszültsége: ............ V A második tranzisztor bázis árama: ............ mA Következtetés Amikor az első tranzisztor vezet, a kollektor körébe kötött izzón esik majdnem a teljes tápfeszültség így a kollektor feszültség alacsony. Emiatt nem folyik bázisáram a második tranzisztorba, így az nem vezet. Amikor az első tranzisztor lezár, a kollektor körébe kötött izzón nem esik feszültség (nem világít), a kollektor feszültség megegyezik a tápfeszültséggel, és így a második tranzisztor bázisába az 1kΩ-os ellenállás által meghatározott bázisáram folyok. A második tranzisztor kinyit, és a kollektor-körbe kötött izzó kigyullad.


EL 8.1.2 Riasztás fűtéskimaradás esetén Anyagok: 1 1 2 1 1 1 1 2 1 2 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB ellenállás, 1 kΩ PIB PTC ellenállás PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon izzó, E 10, 10V/0.05A PIB zümmögő mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


A kísérletben az egyik tranzisztoros fokozat egy másik fokozat bázisáramát vezérli. A kapcsolás felhasználható fűtéskimaradás esetén történő riasztásra. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az első tranzisztoros fokozat bázisosztója egy 10kΩ-os ellenállásból és a PTC ellenállásból épül fel. Az első fokozat kollektor feszültsége a 30 mA DC méréshatárba kapcsolt árammérőn és az 1kΩ-os ellenálláson keresztül csatlakozik a második fokozat bázisára. A 10V DC méréshatárba kapcsolt feszültségmérő az első fokozat kollektor feszültségét méri. A beállított tápfeszültség 8V DC. 1. Kísérlet A hideg PTC ellenállása relatíve alacsony, ezért a T1 jelű tranzisztor lezárt állapotban van. Ekkor a második, T2 jelű tranzisztor vezet (a kollektor-körbe kötött izzó világít). Melegítsük a PTC-t gyufával. A hő hatására a PTC ellenállása megnő, a T1 tranzisztor kinyit (a kollektor-körébe kötött izzó kigyullad). A T2 jelű tranzisztor lezár, és a kollektor-körébe kötött izzó kialszik. Cseréljük most ki a T2 kollektor-körébe kötött izzót a zümmögőre. Mivel a PTC-t most nem melegítjük, lassan hűl kifelé. Amikor a PTC kihűlt a T1 jelű tranzisztor lezár, és a zümmögő megszólal. Következtetés Egy PTC ellenállást alkalmazva érzékelőként, a főtés (melegítés) kimaradása esetén a zümmögő megszólal. A kapcsolás riasztó áramkörnek alkalmazható.


EL 8.2 Automatikus szintmérő Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 1 1 1 víz

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 megszakított PIB vezeték, két jack-hüvellyel PIB ellenállás, 500 Ω PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon izzó, E 10, 10V/0.05A PIB zümmögő csatlakozó dugós krokodil csipesz csatlakozó vezeték DC tápegység mérőhenger főzőpohár


Gyakran szükséges jelezni, hogy egy tartályban a folyadék mennyisége elért egy adott szintet. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kapcsolás egy Darlington-elrendezés. A két jackhüvelyes megszakító PIB vezetékhez hozzácsatlakoztatjuk a mérővezetékeket. A mérővezetékek másik végéhez a csatlakozó dugóval ellátott krokodil csipeszeket csatlakoztatjuk. A krokodil csipeszeket az üres főzőedény széléhez csíptetjük. Kísérlet A mérőhengerből lassan vizet töltünk a főzőedénybe. Amikor a vízszint elérte a két mérőelektródát (a krokodil csipeszek hegyét), az izzó kigyullad. Az izzó helyére zümmögőt is csatlakoztathatunk. Következtetés A Darlington-kapcsolás lehetővé teszi a folyadékszint jelzését még rosszul vezető folyadékok esetén is.


EL 8.3 Hazugságvizsgáló áramkör Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 megszakított PIB vezeték, két jack-hüvellyel PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó dugós krokodil csipesz csatlakozó vezeték DC tápegység


A hazugságvizsgáló detektor azon az elven működik, hogy az ember bőre izgalom hatására izzadni kezd, és így az adott személy villamos ellenállása csökken. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A Darlington-kapcsolást további ellenállásokkal egészítjük ki. A megszakító vezetéket tartalmazó dobozba két, banándugós krokodil csipeszt csatlakoztatunk. A potenciométer értékét úgy állítjuk be, hogy ha száraz kézzel megfogjuk mindkét krokodil csipeszt, a lámpa ne gyulladjon ki. Az áramkört 8 V DC feszültségről tápláljuk. A kísérletben a krokodil csipeszeket csak meg kell érinteni, de nem kell megszorítani. Kísérlet Ha száraz ujjakkal megérintjük a krokodil csipeszeket, a lámpa vagy egyáltalán nem gyullad ki vagy csak halványan világít. Most nedvesítsük be az ujjainkat, és ismét érintsük meg a krokodil csipeszeket. A lámpa most nagy fényerővel gyullad ki. Következtetés A nedves ujjak a Darlington-kapcsolást vezető állapotba hozzák. A jelenség hazugságvizsgálatra használható fel.


EL 8.4 Mikrofon-erősítő Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 megszakított PIB vezeték, két jack-hüvellyel PIB ellenállás, 500 Ω PIB ellenállás, 47 kΩ PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB kondenzátor, 1 µF PIB vezeték, jack-hüvellyel izzó, E 10, 10V/0.05A mikrofon fülhallgató csatlakozó vezeték DC tápegység


A kísérletben egy egyszerű hangfrekvenciás erősítőt tanulmányozunk. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A szénmikrofont sorba kötjük az 500Ω-os ellenállással. A tápfeszültség 8-10V DC. A mikrofon ellenállása változik, ha beszélünk bele. Az így létrejött ellenállás változás feszültségváltozást idéz elő a mikrofon és az 500Ω-os ellenállás csatlakozási pontjánál. Ezt a feszültség változást az 1µF-os kondenzátor viszi át a tranzisztor bázisára. A tranzisztor egyenáramú munkapontját a 47kΩ-os ellenállás állítja be. A fejhallgatót egy jack-hüvellyel rendelkező PIB doboz segítségével csatlakoztatjuk a kollektorhoz. Az erősítendő jelről a DC feszültséget a kondenzátor választja le. A mikrofonba nem szabad ugyanannak a személynek beszélnie, aki a fülhallgatót hallgatja. Kísérlet Kopogtassuk a mikrofont, vagy valaki beszéljen a mikrofonba. A halk beszédet vagy a kopogtatást a fülhallgatóban felerősítve hallhatjuk. Következtetés Az erősítendő jelet a tranzisztor bázisára egy kondenzátoron keresztül vezetjük. A felerő-sített jel a kollektor pontról vehető le.


EL 8.5 Összegező és különbségképző áramkör Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 8 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB ellenállás, 100 Ω PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 470 Ω PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB tranzisztor, NPN, bázis a jobboldalon izzó, E 10, 10V/0.05A mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


Az összegező és különbségképző áramkör nagyon sok, manapság az elektronikában használatos, különböző műveleti erősítő alapáramkörét képezi. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A feszültségforrás pozitív pólusa egyrészt az izzókon keresztül a három kollektorponthoz, másrészt a 10kΩ-os ellenálláson keresztül a potenciométer középső leágazásához csatlakozik. A két emitter a közös 100Ω-os ellenálláson keresztül csatlakozik a tápfeszültség negatív pontjához. Ha a potenciométer középső leágazása pontosan középen helyezkedik el, mindkét tranzisztor bázisára azonos értékű bemenő feszültség jut. Ha a potenciométer középső leágazását elmozdítjuk a középső állásából, feszültségkülönbség áll elő a két bázis között. A kimeneti feszültség a két tranzisztor kollektor pontjáról vehető le. Az áramkört 12 V DC feszültségről tápláljuk. 1. Kísérlet Állítsuk be úgy a potenciométert, hogy a kimenő feszültséget mérő, 10 V DC méréstartományba kapcsolt A feszültségmérő műszer nullát mutasson. Ekkor a két kollektor feszültsége közötti különbség nulla. A 0.3 V DC méréshatárba kapcsolt E feszültségmérő a két bázis feszültsége közötti különbséget méri. Jegyezzük fel a feszültség értékét: Bemenő feszültségek különbsége: .................. V 2. Kísérlet Forgassuk a potenciométert jobbra (óramutató járásával megegyező irányba). Ekkor a felső izzó erősebben, az alsó izzó pedig gyengébben vlágít. Ha a potenciométert balra forgatjuk, a felső izzó halványabban, az alsó izzó erősebben világít. Az A feszültségmérő közben mutatja a kivezérléshez (a potenciométer elforgatásához) tartozó pozitív ill. negatív kimenő feszültséget. 3. Kísérlet Meg kell határoznunk az erősítési tényezőt. Kapcsoljuk az A feszültségmérőt 3 V DC méréstartományba. A potenciométer segítségével állítsunk be pontosan 1 V kimenő feszültséget. Az E feszültségmérőn leolvashatjuk az 1 V kimenő feszültséghez tartozó bemenő feszültség értékét. Bemenő feszültség értéke: .............. V RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

Ezután a potenciométer segítségével állítsunk be pontosan 3 V kimenő feszültséget és jegyezzük fel ismét az ehhez az értékhez tartozó bemenő feszültséget. Bemenő feszültség értéke: .............. V Ki kell számítani a két bemenő és a két kimenő feszültség közötti különbséget. A két különbségi érték hányadosa adja az erősítési tényezőt. A kimenő feszültségek különbsége: 2 V A bemenő feszültségek különbsége UE1 - UE2 = ............. V A két érték hányadosa (kimenő feszültségek különbsége/bemenő feszültségek különbsége) = .............. Az így kapott erősítési tényezőt terhelés-nélküli erősítési tényezőnek nevezzük. Következtetés: az összegező és különbségképző áramkör a két bázis közötti feszültség különbséget erősíti.


EL 8.6 A motor armatúra (forgórész) jelzi a saját helyzetét Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 Ω PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB 2x800 menetes tekercshez PI-tekercs, 2x800 menet, piros izzó, E 10, 10V/0.05A vasmag hengeres mágnesrúd csapágyazott bilincs a hengeres mágnesrudakhoz dugaszolható csúcs tővel csatlakozó vezeték DC tápegység


A kísérletben bemutatjuk, hogy egy motor forgórésze (armatúrája) hogyan tudja jelezni a saját helyzetét. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 2x800 menetes PI-tekercs, benne a vasmaggal, a tranzisztor bázisára ill. a bázisosztóra csatlakozik. A két hengeres mágnesből, a csapágyazott bilincs segítségével, összeállított hengeres mágnest a dugaszolható csúcs tőcsapágyára helyezzük úgy, hogy a mágnes a tekercs vasmagja előtt forogjon. (A dugaszolható csúcs egy PIB vezetékbe van bedugaszolva, amelyet az áramköri lapba dugaszolunk be.) A tápfeszültség 10 V DC. Kísérlet Először ne mozgassuk a hengeres mágnest. A potenciométer segítségével állítsuk be az izzót fele fényerősségre. Ezután kezdjük el forgatni a mágnest. Amikor a mágnes északi pólusa közelít a vasmag felé, a kollektor áram megnő, az izzó nagyobb fénnyel világít, amikor a déli pólus közelít a vasmaghoz, a kollektor áram lecsökken, és az izzó halványabban világít. Az áramváltozást a tekercsben indukálódó feszültség hozza létre. Következtetés Az így felépített áramkör az indukciót felhasználva információt ad a motor forgórészének pillanatnyi helyzetéről.


EL 8.7 Kommutátor nélküli egyenáramú motor Anyagok: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB ellenállás, 10 kΩ PIB potenciométer, 10 Ω PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon PIB 800 menetes tekercshez PIB 2x800 menetes tekercshez tekercs, 800 menet, kék tekercs, 2x800 menet, piros izzó, E 10, 10V/0.05A vasmag U-vasmag járommal és szorító bilinccsel hengeres mágnesrúd csapágyazott bilincs a hengeres mágnesrudakhoz dugaszolható csúcs tővel csatlakozó vezeték DC tápegység


Egy tranzisztoros erősítő átveheti egy egyenáramú motor kommutátorának a feladatát. Az armatúra pillanatnyi helyzetének ismerete lehetőséget ad az motor tekercseinek megfelelő árammal való táplálásához olymódon, hogy amikor a forgórész (armatúra) pólusa az állórész pólusához közeledik, vonzás álljon elő, ami-kor a forgórész pólusa távolodik, taszítás álljon elő. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A vasmaggal ellátott 2x800 menetes tekercset a tranzisztor elé dugaszoljuk és egyik kivezetése a tranzisztor bázisához, másik kivezetése a bázisosztóhoz csatlakozik. Az U-vasmagot összeszereljük a 800 menetes tekerccsel. A két hengeres mágnesből, a csapágyazott bilincs segítségével összeállított hengeres mágnest a dugaszolható csúcs tőcsapágyára helyezzük úgy, hogy a mágnes a két tekercs vasmagja előtt (között) forogjon. (A dugaszolható csúcs egy PIB vezetékbe van bedugaszolva, amelyet az áramköri lapba dugaszolunk be.) A tápfeszültség 10 V DC. Kísérlet Először ne mozgassuk a hengeres mágnest. A potenciométer segítségével állítsuk be az izzót fele fényerősségre. Ezután forgassuk meg a mágnest. Látható, hogy az izzó fénye változik, ahogy a 2x800 menetes tekercsben a mágnes feszültséget indukál. A megforgatás után a mágnes magától forog tovább, mert a tranzisztor az indukált feszültségtől függően mindig a megfelelő irányú áramot szolgáltatja a másik (motor) tekercs számára. Következtetés Ez az áramkör egy egyszerű visszacsatolást alkalmazó áramkör. A forgó armatúra önmaga áramát vezérli a tranzisztoros erősítő fokozaton keresztül. Megjegyzés Az izzó nemcsak az áram nagyságának jelzésére szolgál, de egyben áramkorlátozó, és így fordulatszám korlátozó szerepet is betölt az áramkörben.


EL 9.1 Logikai ÉS-kapu (áramkör) Anyagok: 1 1 1 2 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB KI/BE kapcsoló izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


A logikai áramkörök kétállapotú bemenő mennyiségeket fogadnak és kétállapotú kimenő mennyiség(ek)et szolgáltatnak. Jelen esetben a bemenő mennyiséget két két-állású kapcsoló A és B, a kimenő mennyiséget egy izzólámpa C szolgáltatja (ég/nem ég). A megértéshez két mennyiséget vezetünk be: a/ ha a kapcsoló zárt, ehhez magas szint (HIGH) tartozik b/ ha a kapcsoló nyitott, ehhez alacsony szint (LOW) tartozik. A kimeneti mennyiséget a C izzó reprezentálja. Ha az izzó ég, a kimeneti szint magas (HIGH), ha az izzó nem ég, a kimeneti szint alacsony (LOW). A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kísérlet kezdetén mindkét kapcsoló legyen nyitott állapotban. A tápfeszültség 10 V DC. Most az izzó nem világít. Kísérlet Egyszerre csak egy kapcsolót kapcsoljunk és figyeljük meg az izzó viselkedését. Most az izzó nem ég, mivel mindkét kapcsoló nyitott állapotban van. Kapcsoljuk most mindkét kapcsolót zárt (ON) állásba. Az izzó kigyullad. A kapcsolók különböző állásait az alábbi táblázat tartalmazza. Írjuk be a táblázatba az izzónak a különböző kapcsoló állásokhoz tartozó állapotait: (H = ég, L = nem ég) A kapcsoló B kapcsoló C izzó

H H

H L

L H

L L

Következtetés A kimenet csak akkor lesz magas (H) állapotban (az izzó ég), ha mindkét kapcsoló zárt (magas = H) állapotban van.


EL 9.2 Logikai VAGY-kapu (áramkör) Anyagok: 1 1 1 2 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB KI/BE kapcsoló izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


A logikai áramkörök kétállapotú bemenő mennyiségeket fogadnak és kétállapotú kimenő mennyiség(ek)et szolgáltatnak. Jelen esetben a bemenő mennyiséget két két-állású kapcsoló A és B, a kimenő mennyiséget egy izzólámpa C szolgáltatja (ég/nem ég). A megértéshez két mennyiséget vezetünk be: a/ ha a kapcsoló zárt, ehhez magas szint (HIGH) tartozik b/ ha a kapcsoló nyitott, ehhez alacsony szint (LOW) tartozik. A kimeneti mennyiséget a C izzó reprezentálja. Ha az izzó ég, a kimeneti szint magas (HIGH), ha az izzó nem ég, a kimeneti szint alacsony (LOW). A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kísérlet kezdetén mindkét kapcsoló legyen nyitott állapotban. A tápfeszültség 10 V DC. Most az izzó nem világít. Kísérlet Egyszerre csak egy kapcsolót kapcsoljunk és figyeljük meg az izzó viselkedését. Most az izzó nem ég, mivel mindkét kapcsoló nyitott állapotban van. Ha bármelyik vagy mindkét kapcsoló zárt állapotba kerül (HIGH) az izzó kigyullad (HIGH). A kapcsolók különböző állásait az alábbi táblázat tartalmazza. Írjuk be a táblázatba az izzónak a különböző kapcsoló állásokhoz tartozó állapotait: (H = ég, L = nem ég) A kapcsoló

H

H

L

L

B kapcsoló

H

L

H

L

C izzó Következtetés A kimenet akkor lesz magas (H) állapotban (az izzó ég), ha bármelyik vagy mindkét kapcsoló zárt (magas = H) állapotban van.


EL 9.3 Logikai NOT (invertáló)-kapu (áramkör) Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB izzófoglalat, E 10 PIB KI/BE kapcsoló PIB ellenállás, 100Ω izzó, E 10, 10V/0.05A csatlakozó vezeték DC tápegység


A logikai áramkörök kétállapotú bemenő mennyiségeket fogadnak és kétállapotú kimenő mennyiség(ek)et szolgáltatnak. Jelen esetben a bemenő mennyiséget egy két-állású kapcsoló A, a kimenő mennyiséget egy izzólámpa C szolgáltatja (ég/nem ég). A megértéshez két mennyiséget vezetünk be: a/ ha a kapcsoló zárt, ehhez magas szint (HIGH) tartozik b/ ha a kapcsoló nyitott, ehhez alacsony szint (LOW) tartozik. A kimeneti mennyiséget a C izzó reprezentálja. Ha az izzó ég, a kimeneti szint magas (HIGH), ha az izzó nem ég, a kimeneti szint alacsony (LOW). A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kapcsolót az izzóval párhuzamosan kötjük, és a kísérlet kezdetén nyitott állapotban van. A 100Ω-os ellenállás az izzóval és a kapcsolóval sorba van kötve. A tápfeszültség 10 V DC. A lámpa ég. Kísérlet A kapcsolót bekapcsoljuk és figyeljük az izzó viselkedését. Az izzó nem világít mivel a kapcsoló az izzót rövidre zárja. Ha a kapcsolót ujra kikapcsoljuk, az izzó kigyullad. A kapcsoló állásait az alábbi táblázat tartalmazza. Írjuk be a táblázatba az izzónak a különböző kapcsoló állásokhoz tartozó állapotait: (H = ég, L = nem ég) B kapcsoló

H

L

C izzó Következtetés A kimenet csak akkor lesz magas (H) állapotban (az izzó ég), ha a kapcsoló nyitott (alacsony = L) állapotban van.


EL 9.4 ÉS kapu Anyagok: 1 1 2 1 1 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB piros LED PIB ellenállás, 1kΩ mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


A logikai áramkörök kétállapotú bemenő mennyiségeket fogadnak és kétállapotú kimenő mennyiség(ek)et szolgáltatnak. Jelen esetben a bemenő és kimenő mennyiséget feszültségszintekkel adjuk meg. A magas szinthez (HIGH) 8-10V, az alacsony szinthez (LOW) 0-2 V feszültség tartozik. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az A és B bemenetek magas szinten vannak (H), ha a tápfeszültség pozitív pólusára kapcsolódnak és alacsony szinten vannak (L), ha a tápfeszültség negatív pólusára csatlakoznak. A tápfeszültség negatív pólusa egyben a feszültségek vonatkoztatási pontja is. A feszültségmérő műszert 10V DC méréshatárba kapcsoljuk, és a C kimenet feszültségét fogja mutatni. A bemeneteknek vagy magas vagy alacsony szinten kell lenniük, ami azt jelenti, hogy a bemeneteket mindig valamelyik pontra kell csatlakoztatni. Kísérlet A két bemenet négy lehetséges csatlakoztatási kombinációt biztosít. Az alábbi táblázatba írjuk be az adott bemeneti kombinációhoz tartozó kimeneti állapotot (Ne feledjük: magas (H) = 8-10 V, alacsony (L) = 0 - 2 V): A bemenet H H L L B bemenet H L H L C kimenet Következtetés A kimenet csak akkor lesz magas (H) állapotban, ha mindkét bemenet magas (H) állapotban van.


EL 9.5 VAGY kapu Anyagok: 1 1 2 1 1 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB piros LED PIB ellenállás, 1 kΩ mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


A logikai áramkörök kétállapotú bemenő mennyiségeket fogadnak és kétállapotú kimenő mennyiség(ek)et szolgáltatnak. Jelen esetben a bemenő és kimenő mennyiséget feszültségszintekkel adjuk meg. A magas szinthez (HIGH) 8-10V, az alacsony szinthez (LOW) 0-2 V feszültség tartozik. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az A és B bemenetek magas szinten vannak (H), ha a tápfeszültség pozitív pólusára kapcsolódnak és alacsony szinten vannak (L), ha a tápfeszültség negatív pólusára csatlakoznak. A tápfeszültség negatív pólusa egyben a feszültségek vonatkoztatási pontja is. A feszültségmérő műszert 10V DC méréshatárba kapcsoljuk és a C kimenet feszültségét fogja mutatni. A bemeneteknek vagy magas vagy alacsony szinten kell lenniük, ami azt jelenti, hogy a bemeneteket mindig valamelyik pontra kell csatlakoztatni. Kísérlet A két bemenet négy lehetséges csatlakoztatási kombinációt biztosít. Az alábbi táblázatba írjuk be az adott bemeneti kombinációhoz tartozó kimeneti állapotot (Ne feledjük: magas (H) = 8-10 V, alacsony (L) = 0 - 2 V): A bemenet

H

H

L

L

B bemenet

H

L

H

L

C kimenet Következtetés A kimenet magas (H) szinten van, ha bármelyik vagy minkét bemenet magas (H) szinten van.


EL 9.6 NEM (invertáló) kapu Anyagok: 1 1 1 1 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB ellenállás, 10 kΩ PIB NPN tranzisztor, bázis a baloldalon 1 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 DC tápegység


A NEM vagy másképpen invertáló kapu mindig a bemeneti szint ellentettjét (negáltját) szolgáltatja. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az A bemenet magas szinten van (H), ha a tápfeszültség pozitív pólusára kapcsolódik, és alacsony szinten van (L), ha a tápfeszültség negatív pólusára csatlakozik. A tápfeszültség negatív pólusa egyben a feszültségek vonatkoztatási pontja is. A feszültségmérő műszert 10 V DC méréshatárba kapcsoljuk, és a C kimenet feszültségét fogja mutatni. A bemenetnek vagy magas, vagy alacsony szinten kell lennie, ami azt jelenti, hogy a bemenetet mindig valamelyik pontra kell csatlakoztatni. Kísérlet Az A bemenetnek két lehetséges állapota van. Próbáljuk ki mindkét állapotot, figyeljük a C kimenet állapotát és töltsük ki az alábbi táblázatot. (Ne feledjük: magas (H)=8-10 V, alacsony (L)=0-2 V) B kapcsoló

H

L

C izzó Magyarázat Ha az A bemenet magas szinten van, a tranzisztor bázisába áram folyik a 10kΩ-os ellenálláson keresztül, így a tranzisztor vezet. A vezető állapotban lévő tranzisztor úgy viselkedik, mint egy zárt kapcsoló, azaz a C ponton a kimeneti szint alacsony (L) lesz. Amikor az A bemenetet a földpontra (L) csatlakoztatjuk, a tranzisztor bázisába nem folyik áram, a tranzisztor lezár, és úgy viselkedik, mint egy nyitott kapcsoló. Ekkor a C ponton a kimeneti szint magas (H) lesz. Következtetés NEM (invertáló) áramkörnél a kimenet szintje mindig a bemeneti szint negáltja (ellentettje). Ez megfelelő tranzisztoros kapcsolással valósítható meg.


EL 9.7 NEM-ÉS kapu Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 1 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB NPN tranzisztor, bázis a baloldalon PIB piros LED mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


A NEM-ÉS kapu a NEM és az ÉS kapu kombinációja. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az A és B bemenetek magas szinten vannak (H), ha a tápfeszültség pozitív pólusára kapcsolódnak és alacsony szinten vannak (L), ha a tápfeszültség negatív pólusára csatlakoznak. A tápfeszültség negatív pólusa egyben a feszültségek vonatkoztatási pontja is. A feszültségmérő műszert 10V DC méréshatárba kapcsoljuk, és a C kimenet feszültségét fogja mutatni. A bemeneteknek vagy magas, vagy alacsony szinten kell lenniük, ami azt jelenti, hogy a bemeneteket mindig valamelyik pontra kell csatlakoztatni. Kísérlet A két bemenet négy lehetséges csatlakoztatási kombinációt biztosít. Az alábbi táblázatba írjuk be az adott bemeneti kombinációhoz tartozó kimeneti állapotot (Ne feledjük: magas (H) = 8-10 V, alacsony (L) = 0 - 2 V). Hasonlítsuk össze az eredményeket az ÉS kapura kapott eredményekkel. A bemenet H H L L B bemenet H L H L C kimenet H L L L A ÉS B Következtetés A NEM-ÉS (angolul NAND) kapu az ÉS kapu inverze. A kimenet magas szinten van, ha bármelyik bemenet magas szinten van.


EL 9.8 NEM-VAGY kapu Anyagok: 1 1 1 1 1 1 2 1 6 1

áramköri lemez készlet PIB vezeték PIB ellenállás, 500 Ω PIB ellenállás, 1 kΩ PIB ellenállás, 10 kΩ PIB NPN tranzisztor, bázis a baloldalon PIB piros LED mérőműszer csatlakozó vezeték DC tápegység


A NEM-VAGY kapu a NEM és a VAGY kapu kombinációja. A kísérlet összeállítása Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az A és B bemenetek magas szinten vannak (H), ha a tápfeszültség pozitív pólusára kapcsolódnak és alacsony szinten vannak (L), ha a tápfeszültség negatív pólusára csatlakoznak. A tápfeszültség negatív pólusa egyben a feszültségek vonatkoztatási pontja is. A feszültségmérő műszert 10 V DC méréshatárba kapcsoljuk, és a C kimenet feszültségét fogja mutatni. A bemeneteknek vagy magas, vagy alacsony szinten kell lenniük, ami azt jelenti, hogy a bemeneteket mindig valamelyik pontra kell csatlakoztatni. Kísérlet A két bemenet négy lehetséges csatlakoztatási kombinációt biztosít. Az alábbi táblázatba írjuk be az adott bemeneti kombinációhoz tartozó kimeneti állapotot (Ne feledjük: magas (H) = 8-10 V, alacsony (L) = 0 - 2 V). Az eredményeket hasonlítsuk össze a VAGY kapura kapott eredményekkel. A bemenet

H

H

L

L

B bemenet

H

L

H

L

H

H

H

L

C kimenet A VAGY B

Következtetés A NEM-VAGY (angolul NOR) kapu a VAGY kapu inverze. A kimenet csak akkor van magas szinten, ha mindkét bemenet magas szinten van.


EL 1.1 A PTC Ellenállás

Recommend Documents