Diagnostika a testování elektronických systémů
Úloha A2:
1
Operační zesilovač
Jméno:
Datum:
Obsah úlohy: Diagnostika chyb v dvoustupňovém operačním zesilovači
Úkoly: 1) Nalezněte poruchy v operačním zesilovači (OZ) zapojeném jako sledovač 2) Nalezněte poruchy v zapojení OZ v invertujícím zapojení
Nutné vstupní znalosti: - zapojení bipolárního tranzistoru jako SE, SC, - diferenční pár, - zapojení OZ (invertující, neinvertující, sledovač).
Obr. 1: Zapojení DPS
Diagnostika a testování elektronických systémů
2
Úkoly: 1) Zapojte pomocí jumperů obvod s OZ jako sledovač vstupního napětí (vyznačen na obr. 1 červeně – zapojeny jsou jumpery J3, J6, J8. Ostatní jsou rozpojeny). Vstupní signál bude přiváděn z generátoru na UIN+. Napájení DPS je UNAP+ = 6 V, UNAP- = -6 V. Ověřte správnou funkci, nalezněte případné chyby v obvodu.
Obr. 2: Zapojení OZ pro měření
Obr. 3: Vnitřní zapojení OZ
Sledujte výstupní AC průběh a pohyb pracovního bodu tranzistoru když: - je zkratován rezistor RZ1, - je zkratován rezistor RZ2, - je zkratován přechod B-C T5, - je rozpojen kondenzátor Ccomp, - je rozpojen rezistor RE, - je zkratován přechod B-E T6 2) Zapojte pomocí jumperů invertující zapojení OZ (vyznačen na obr. 1 modře – zapojeny jsou jumpery J1, J2, J4, J5, J7. Ostatní jsou rozpojeny). Vstupní signál bude přiváděn z generátoru
Diagnostika a testování elektronických systémů
3
na UIN+. Napájení DPS je UNAP+ = 6 V, UNAP- = -6 V. Ověřte správnou funkci, nalezněte případné chyby v obvodu. Sledujte výstupní AC průběh a pohyb pracovního bodu tranzistoru když: - je rozpojen rezistor R2, - je zkratován rezistor R2, - je zkratován - je zkratován přechod B-C T5, - je rozpojen kondenzátor B-C T5, - je rozpojen rezistor RE, - je zkratován přechod B-E T6
Nastavte si na napájecím zdroji proudové omezení 100 mA a v případě aktivní proudové ochrany okamžitě odpojte zdroj napájení od DPS!
Diagnostika a testování elektronických systémů
4
Shrnutí základních požadovaných znalostí Struktura OZ
Obr. 4: Popis vnitřní struktury OZ
Na obr. 3 je rozdělení vnitřní struktury OZ. Ten se skládá z proudového zrcadla, diferenčního páru, tranzistorového zesilovače a tranzistorového sledovače. Proudové zrcadlo V integrovaných obvodech mají velký význam zapojení zdrojů proudu řízeným proudem, u kterých se referenční proud, tekoucí v jedné větvi obvodu reprodukuje (zrcadlí) v jeho druhé větvi. Tato zapojení jsou označována jako proudová zrcadla (Current Mirror). Proudová zrcadla se stala významným stavebním prvkem analogových obvodů. Jednoduché proudové zrcadlo je složeno pouze ze dvou tranzistorů stejného typu (obr. 4). Tranzistor T1 je zapojen v diodovém zapojení a měří vstupní, referenční, proud. „Měření“ referenčního proudu (proud tekoucí tranzistorem T1) určuje napětí UBE1. Toto napětí zároveň nastavuje pracovní bod tranzistoru T2. IOUT = IIN
IIN
T1 UNAP-
UBE1
T2
Obr. 5: Jednoduché proudové zrcadlo
Z obr. 3 platí: ܫଵ = = ୍ୖܫ
ܷା − ܷଵ = ݊ ∙ ܫଶ ୍ܴ
(1)
Diagnostika a testování elektronických systémů
5
kde n je počet paralelně zapojených tranzistorů na výstupní části zrcadla resp. násobek plochy výstupního tranzistoru/tranzistorů v poměru k T1 . V tomto případě jsou oba tranzistory stejné, proto I1 = I2. Diferenční pár
Obr. 6: Diferenční pár
Na obr. 5 je ukázán diferenční pár. Skládá se ze vstupního diferenčního páru, který je tvořen tranzistory T1 a T2. Odpory RZ1 a RZ2 tvoří zátěž. Jako proudový zdroj složí výše zmíněné proudové zrcadlo. Hlavní funkcí diferenčního stupně je zesilovat rozdílový vstupní signál, ±UIN, a co nejvíce potlačovat souhlasnou složku vstupního signálu. Příklad výpočtu proudů a napětí v diferenčním páru je na obr. 6.
Obr. 7: Příklad výpočtu proudů a napětí v diferenčním páru
pro α platí: ߙ=
ߚ 1+ߚ
(2)
Diagnostika a testování elektronických systémů
6
Zapojení bipolárního tranzistoru Tab.1: Druhy zapojení bipolárních zesilovačů a jejich vlastnosti
Zapojení SE
Zapojení SB
Zapojení SC
Zesílení napěťové velké
velké
≈1
Zesílení proudové velké
≈1
velké
Zesílení výkonové velké
střední
malé
Vstupní odpor střední
nízký
vysoký
Výstupní odpor střední
vysoký
nízký
Fázový posuv výstupního napětí 180°
0°
0°
Fázový posuv proudu 0°
0°
180°
Diagnostika a testování elektronických systémů
Úloha A3:
1
Audio zesilovač
Jméno:
Datum:
Obsah úlohy: Diagnostika chyb v audio zesilovači
Úkoly: 1) Nalezněte poruchy v audio zesilovači
Nutné vstupní znalosti: - zapojení bipolárního tranzistoru jako SE, SC, - diferenční pár, - zapojení OZ (invertující, neinvertující, sledovač).
Obr. 1: DPS audio zesilovače
Úkoly: 1) Napájení DPS je UNAP+ = 15 V, UNAP- = -15 V. Ověřte správnou funkci, nalezněte případné chyby v obvodu.
Diagnostika a testování elektronických systémů
2
Obr. 2: Audio zesilovač
Sledujte činnost obvodu, když nastane: 1) rozpojení C4, 2) zkrat R2, 3) zkrat B-E T1, 4) zkrat B-E T2, 5) zkrat R10, 6) zkrat R9, 7) rozpojení R9, 8) rozpojení R10, 9) rozpojení C2, 10) zkrat C2.
Nastavte si na napájecím zdroji proudové omezení a v případě aktivní proudové ochrany okamžitě odpojte zdroj napájení od DPS!
Diagnostika a testování elektronických systémů
Úloha A4:
1
Regulovatelný zdroj napájení
Jméno:
Datum:
Obsah úlohy: Diagnostika chyb v regulovatelném zdroji napájení
Úkoly: 1) Nalezněte poruchy v regulovatelném zdroji napájení
Nutné vstupní znalosti: - zapojení bipolárního tranzistoru jako SE, SC, - vlastnosti OZ, - zapojení OZ (invertující, neinvertující, sledovač), - stabilizační dioda, křemíková dioda, Schottkyho dioda.
Obr. 1: DPS napájecího zdroje
Úkoly: 1) Připojte zdroj stejnosměrného napájecího napětí na odpovídající vstupy (dva vstupy označeny červeně na obr.2). Hodnoty napětí jsou UNAP+ = 15 V, UNAP- = -15 V (zem se nepřipojuje!!). Výstupní napětí se lze regulovat přibližně od 0 - 12 V. Jako zátěž je připojen odpor 560 Ω/1W. Ověřte správnou funkci regulace napětí a proudového omezení, nalezněte případné chyby v obvodu.
Diagnostika a testování elektronických systémů
2
Obr. 2: Regulovatelný napájecí zdroj s proudovým omezením
Sledujte činnost obvodu, když nastane: 1) zkrat D8, 2) rozpojení R5, 3) rozpojení R14, 4) zkrat R19, 5) zkrat R11, 6) zkrat R18, 7) rozpojení R3, 8) zkrat B-E T2 (Q2), 9) zkrat R7.
TIP - V obvodu jsou tři OZ, jeden slouží ke generování referenčního napětí, další k nastavování napětí, resp. proudového omezení. Nastavte si na napájecím zdroji proudové omezení a v případě aktivní proudové ochrany okamžitě odpojte zdroj napájení od DPS!
