Generátor s IO R

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Božetěchova 3, Olomouc Laboratoře elektrotechnických měření

Číslo úlohy

Název úlohy

Generátor s IO 555

101-3R

Zadání

1. Pomocí IO 555 navrhněte generátor obdélníkového napětí s těmito parametry: f = 2kHz, DCL = 2:1, UMINUST = 0V, UMAXUST = 10V. Jmenovité hodnoty použitých součástek změřte a vypočítejte absolutní a procentní chyby měření. 2. Generátor sestavte na nepájivém poli a změřte tyto parametry výstupního napětí: Periodu, frekvenci (pomocí 4½ DMM), dobu úrovně H, dobu úrovně L, DCL, střídu, dobu náběžné hrany, dobu sestupné hrany, maximální a minimální ustálenou hodnotu, celkový rozkmit, překmit úrovně H, střední hodnotu, efektivní hodnotu. 3. Změřte dobu nabíjení a vybíjení časovacího kondenzátoru, minimální a maximální hodnotu napětí na časovacím kondenzátoru. 4. Na PC zakreslete časový průběh výstupního napětí generátoru, napětí na časovacím kondenzátoru. 5. Pomocí sestrojeného obvodu změřte kapacitu neznámého C.

Poř. č.

Příjmení a jméno

2

BARTEK Tomáš

Datum měření

Datum odevzdání

Třída

Skupina

S3

1

Počet listů příprava

25.3. Protokol o měření obsahuje:

8.4.

Školní rok

2009/10

Klasifikace měření protokol

10

1-

obhajoba

1

Teoretický úvod

Tabulky naměřených a vypočtených hodnot

Schéma

Vzor výpočtu

Tabulka použitých přístrojů

Grafy

Postup měření

Závěr

Teoretický úvod: Integrovaný obvod 555 se ve většině případů používá v zapojení buďto jako astabilní klopný obvod anebo jako monostabilní klopný obvod. Principiální zapojení stabilního klopného obvodu můžeme vidět na obrázku číslo 1. Astabilní klopný obvod je v podstatě impulzní generátor, na jehož výstupu se nepřetržitě střídají úrovně napětí. Zapojení využívá napětí na kondenzátoru, který se periodicky nabíjí a vybíjí. Obrázek č. 1: Principiální zapojení astabilního klopného obvodu

Pro výpočet periody platí vztah: 1 [s, Hz ] f Dobu TH vypočteme podle vztahu: (pokud je zadaná střída, musíme nejprve převést na DCL [%]) T=

TH =

[s, s,%]

T DCL 100

(1)

(2)

Dobu TL vypočteme podle vzorce:

TL = T − TH

[s]

(3)

Hodnotu rezistoru R2 dostaneme podle vztahu: R2 =

TL ln 2 ⋅ C

[Ω, s,−, F ]

(4)

Hodnotu rezistoru R1 vypočteme podle vzorce: R1 =

TH − .R 2 ln 2 ⋅ C

[Ω, s,−, F , Ω]

Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš

Třída: S3

(5)

Číslo protokolu: 101-3R

List: 2/10

Pro výpočet časovacího kondenzátoru platí převedený vztah č. 1:

C=

TL ln 2 ⋅ R2

[F , s,−, Ω]

(6)

Schéma: Schéma č. 1: Měření parametrů generátoru s IO 555


Třída: S3


List: 3/10

Schéma č. 2: Měření časovacího kondenzátoru na generátoru s IO 555


Třída: S3


List: 4/10

Schéma č. 3: Měření neznámého kondenzátoru pomocí generátoru s IO 555

Schéma č. 4: Měření použitých součástek


Třída: S3


List: 5/10

Tabulka použitých přístrojů: Tabulka č. 1: Použité přístroje Označení Přístroj v zapojení

Typ

Evidenční číslo

M

RLC metr

RLCG BM 595

0143

F

DMM

MY-64

0654

Z

ss zdroj digitální osciloskop

BK 127

0138

HP 54600 A

0162

OSC

Poznámka Chyba 20pF-200mF/0-20mΩ: ±0,1% of rdg + 2dgt, 4½ Chyba 0-20kHz: ±2% of rdg ± 5dgt, 4½ 0-20V; 0-1A Přesnost kurzoru ±1,2% Vstupní impedance 1MΩ

Postup měření: 1.

Návrh generátoru pomocí IO 555 Hodnoty času TL a TH dostaneme po dosazení do vztahů č. 2 a 3 Hodnotu rezistorů R1 a R2 vypočteme podle vzorců č. 4 a 5 Součástky změříme na RLC metru V návodu najdeme procentní chyby měření a vypočteme je¨ Vše zapíšeme do tabulky

2.

Sestavení generátoru s IO 555 Obvod sestavíme na nepájivém poli podle schématu č. 1 Veškeré parametry kromě frekvence odečteme z obrazovky osciloskopu po nastavení vhodných rozměrů na obrazovce Frekvenci změříme pomocí digitálního multimetru Vše zapíšeme do tabulky

3.

Měření časovacího kondenzátoru Obvod zapojíme podle schématu č. 2 Veškeré parametry měření odečteme z obrazovky Osciloskopu po nastavení vhodných rozměrů Vše zapíšeme do tabulky

4.

Zakreslení časových průběhů Z naměřených hodnot sestavíme grafy Zaznačíme v nich všechny důležité veličiny

5.

Měření neznámého kondenzátoru pomocí generátoru s IO 555 Obvod sestavíme podle schématu č. 3 Z osciloskopu odečteme hodnotu TL Po dosazení do vzorce č. 6 dostaneme hodnotu neznámého kondenzátoru


Třída: S3


List: 6/10

Tabulky naměřených a vypočtených hodnot: Tabulka č. 2: Měření použitých součástek Označení v Jmenovitá změřená zapojení hodnota R1 2,399kΩ R2 2,396kΩ C1 99,93nF C2 102,42pF

∆

δ% [%]

±2,399Ω ±2,396Ω ±99,93pF ±102,42fF

±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0,1

Tabulka č. 3: Měření parametrů generátoru s IO 555 Ucc = 10V 495 T [µs] 2,017 f [kHz] 328 TH [µs] 168 TL [µs] 66,4 DCL [%] 41:21 (2:1) Střída 87 tRISE [ns] 18,4 tFALL [ns] 9,875 UMAXUST [V] -906 UMINUST [mV] 17,19 UPP [V] 6,7 ∆UMAX [V] 4,67 USTŘ [V] 7,03 UEF [V] Tabulka č. 4: Měření časovacího kondenzátoru na generátoru s IO 555 UMIN [V] 3,25 7 UMAX [V] tRISE [µs] 328 tFALL [µs] 170 Tabulka č. 5: Měření neznámého časovacího kondenzátoru za pomocí generátoru s IO 555 TL [µs] 55,5 C [nF] 33,418 Tabulka č. 6: Návrh generátoru s IO 555 500 T [µs] TH [µs] 333,33 TL [µs] 166,67 R1 [kΩ] 2,406 R2 [kΩ] 2,406 Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš

Třída: S3


List: 7/10

Vzor výpočtu: Hodnotu periody T dostaneme po dosazení do vzorce č. 1 T=

1 1 = = 500 µs f 2kHz

Dobu TH vypočteme podle vztahu č. 2 TH =

T 500 µs DCL = 66,66% = 333,33µs 100 100

Dobu TL vypočteme podle vzorce č. 3 TL = T − TH = 500 − 333,33 = 166,67 µs Hodnotu rezistoru R2 dostaneme podle vztahu č. 4

TL 166,67 µs = = 2,406kΩ ln 2 ⋅ C ln 2 ⋅ 99,93nF

R2 =

Hodnotu rezistoru R1 vypočteme podle vzorce č. 5 R1 =

TH 333,33µs − .R 2 = − 2,406kΩ = 2,406kΩ ln 2 ⋅ C ln 2 ⋅ 99,93nF

Pro výpočet časovacího kondenzátoru platí vztah č. 6

C=

TL 55,5µs = = 33,418nF ln 2 ⋅ R2 ln 2 ⋅ 2,396kΩ

Chyby měřících přístrojů vyčteme v příslušných návodech a vypočteme

δ % M = ±0,1% + 2dgt = ±0,1% +

2 ⋅ 0,001 ≅ ± 0,1% 2,399

2399 2399 δ %M = (±0,1) = ± 2,399Ω 100 200 5 ⋅ 0,001 = ±2% ± 5dgt = ±2% ± ≅ ± 2,002% 2,017

∆M =

δ %F


Třída: S3


List: 8/10

Grafy: Graf č. 1: Napěťový průběh na výstupu generátoru s IO 555

Graf č. 2: Napěťový průběh na časovacím kondenzátoru C1


Třída: S3


List: 9/10

Závěr: a) Chyby měřících přístrojů M… Procentní chyba měření byla maximálně ±0,1% F… Procentní chyba měření byla maximálně ±2%

b) Zhodnocení - Návrh generátoru s IO 555 jsme provedli podle zadání a výsledné parametry použitých součástek jsou R1 = R2 = 2,406kΩ, hodnota časovacího kondenzátoru byla C1 = 99,93nF, součástky jsme proměřili s maximální procentní chybou δ%M = ±0,1% - Generátor s IO 555 jsme sestavili na nepájivém poli a na digitálním osciloskopu HP 54600 jsme určili všechny zadané parametry, pro většinu parametrů existovala vestavěná funkce, což upřesnilo metodu měření na maximum - Doba nabíjení časovacího kondenzátoru tRISE = 328µs a doba vybíjení časovacího kondenzátoru tFALL = 170µs. Minimální hodnota napětí UMIN=3,27V a maximální hodnota napětí UMAX = 7V. Napětí jsme rovněž měřili na digitálním osciloskopu HP 54600 pomocí vestavěné funkce - Jednotlivé grafy jsme zakreslili pomocí PC a vyznačili v nich všechny důležité parametry měření - Hodnotu neznámého kondenzátoru jsme určili pomocí změny periody výsledného signálů a pomocí vzorce dospěli k závěru C = 33,418nF.

Co mi vytkli: Ve výpočtu chyb MP není chyba dgt vynásobena 100


Třída: S3


List: 10/10

Generátor s IO R

Recommend Documents