LABO 8 / 9: Toepassingen X-Y werking / externe triggering

Transcriptie

1 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 1 / 18 LABO 8 / 9: Toepassingen X-Y werking / externe triggering 1. Doelstellingen Na het uitvoeren van de proeven : begrijp je de toepassingen van de scoop in x-y mode. begrijp je het doel en de werking van externe triggering en kan je ze toepassen. kan je de componententester gebruiken voor een snelle analyse. 2. Algemeenheden 2.1. Werking van een diode Een diode is een halfgeleider. Dit is component die in 1 richting de stroom laat vloeien en in de andere richting spert. Voorstelling diode anode kathode Doorlaat + - Sper - + Vergelijkbaar met een gesloten schakelaar Spanning over de diode in doorlaat: ± 0,6V Vergelijkbaar met een open schakelaar Spanning over de diode in sper = bronspanning De weerstandswaarde van een iedere diode in doorlaat is zeer klein waardoor er geen stroombegrenzing is door de component zelf. Er moet bijgevolg altijd een stroombegrenzingsweerstand of voorschakelweerstand in serie worden geschakeld!

2 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 2 / 18 Een diode kan voorkomen in verschillende uitvoeringsvormen. Soort diode Karakteristieke eigenschappen Gewone diode - maximale stroom moet begrenst moet worden door voorschakelweerstand - heeft een maximale sperspanning - indien max stroom of sperspanning wordt overschreden, is de diode onherstelbaar beschadigd LED Zener diode - licht emitterende diode - geeft licht in geleiding - heeft een zeer klein sperspanning (± 5V) - spanning in geleiding is afhankelijk van de kleur : 2 5V - heeft een karakteristieke doorslagspanning die door de fabrikant wordt opgegeven. Als inverse max stroom niet overschreden is, is de diode niet defect - inverse doorslagspanning is bijna onafhankelijk van de inverse stroom - gebruik: stabiliseren van gelijkspanningsvoedingen Bouw volgende schakeling op. Opgave 1: test de werking van een diode CH I 5V / 100Hz 1 kω CH II Teken het bekomen resultaat over op de figuur op volgende pagina en duid aan: Diodespanning in doorlaat. Meet de spanningsgrootte zo nauwkeurig mogelijk. Diodespanning in sper. Spanning over diode in Sper = Spanning over de weerstand Doorlaat = =

3 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 3 / 18 Hoe kunnen we de spanning over de weerstand zichtbaar maken op de scoop? Let goed op de massa s, laat controleren indien je niet zeker bent!!!! Tip: Je mag de schakeling wijzigen maar let erop dat de richting van de diode ongewijzigd blijft. Teken dit signaal op dezelfde figuur in een andere kleur. Meet zo nauwkeurig mogelijk de spanning over de weerstand en duid deze aan op de figuur. Time/div Volt/div CHI Volt/div CHII.....s/div.. V/div.. V/div Maak nu terug de spanning over de diode zichtbaar zonder de schakeling te wijzigen en zonder de meetdraden van de scoop te verplaatsen (enkel scoopinstellingen wijzigen). Hoe ga je hierbij te werk? Tip: U diode = U bron - U weerstand Dit is de eenvoudigste manier van gelijkrichten van wisselspanning. Een enkelzijdige gelijkrichting.

4 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 4 / 18 In een betere schakeling wordt gebruik gemaakt van 4 diodes. Een diodebrug. Dit is een dubbelzijdige gelijkrichter. Met welke spanningsbron kunnen we deze proef uitvoeren? Waarom enkel met deze? R begrenzing R belasting Met deze schakeling hebben we een niet afgevlakte gelijkspanningsvoeding. R belasting is de belastingsweerstand. Welk probleem stelt zich bij het meten van de uitgangsspanning (spanning over R belasting ). Kunnen we deze meting uitvoeren met de aanwezige apparatuur in het labo? Opgave 2: Afgevlakte enkelzijdige gelijkspanningsvoeding Indien we een condensator of elco plaatsen parallel met de weerstand, zullen we over de weerstand een afgevlakte gelijkspanning meten. Als condensator gebruiken we een elco (elektrolytische condensator). Let op: een elco bezit een polariteit en max spanning die gerespecteerd moet worden. Bij verkeerd polariseren zal deze ontploffen. - + Bouw volgende schakeling op. CH I 5V / 100Hz 4,7µF 1000Ω CH II Teken het resultaat op de figuur op volgende pagina. Hoe stel je de ingangsversterker van de scoop in: AC of DC? Wat

5 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 5 / 18 gebeurt er als we de frequentie wijzigen? Let hierbij goed op de grootte van de rimpelspanning. Welke invloed zou de waarde van de belastingsweerstand hebben op het spanningsverloop? Wijzig deze daarom in een weerstand van 500Ω. Welk resultaat krijgen we als we de diode omkeren? Time/div Volt/div CHI Volt/div CHII.....s/div.. V/div.. V/div

6 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 6 / Opmeten van de diodekarakteristiek De karakteristiek van een component geeft de stroom door de component in functie van de spanning over de component. Om de karakteristiek op te meten moeten we bijgevolg voor een aantal spanningswaarden de stroom door de component meten en deze uitzetten in een grafiek. Er zijn verschillende methoden om deze karakteristiek te bekomen. 1 e mogelijkheid We kunnen de karakteristiek opmeten met de componententester van de scoop. 2 e mogelijkheid We sluiten de component aan op de aansluitbussen onder het scherm. We drukken de knop componententester in en de karakteristiek van de component verschijnt op het scherm. Opm: 1) Als de karakteristiek verkeerd op het scherm wordt getoond vb diodekarakteristiek die ondersteboven staat, moet men de aansluiting van de component omkeren. 2) Dit is een toepassing van de scoop in x-y mode maar we kunnen nu geen instellingen wijzigen. Opmeten met behulp van de multimeter. Hiervoor zetten we de component in serie met een stroombegrenzingsweerstand en sluiten dit geheel aan op een gelijkspanningsvoeding. We kiezen een spanningsgebied waarbinnen we de karakteristiek wensen op te meten bv van 5 tot 5V. Bij het kiezen van dit gebied moeten we rekening houden met de max spanning en stroom van de component. We stellen de minimale spanningswaarde in en meten de spanning over en de stroom door de component. Vervolgens laten we de spanning met een kleine waarde toenemen en herhalen de metingen. Deze procedure blijven we herhalen tot we de max spanningswaarde bereikt hebben. Deze meetwaarden zetten we uit in een grafiek.

7 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 7 / 18 3 e mogelijkheid Opmeten met de x-y mode van de scoop. We wensen de stroom verticaal en de spanning horizontaal uit te zetten op het beeldscherm van de scoop. Echter, we kunnen enkel spanningen meten met een scoop. We kunnen dit probleem oplossen door de spanning over de stroombegrenzingsweerstand te meten aangezien deze dezelfde vorm heeft als de stroom door de op te meten component. Een weerstand is een lineaire component waarvoor geldt:u= R x I. We kunnen dus zeggen dat we de spanning over de stroombegrenzingsweerstand visualiseren in functie van de spanning over de op te meten component. Dit is mogelijk in de x-y mode. Bij de vorige opstelling maakten we gebruik van een regelbare gelijkspanning. In deze opstelling maken we gebruik van een wisselspanning. De frequentie van de wisselspanning kiezen we zodanig dat we een volle lijn te zien krijgen. Bij te lage frequentie krijgen we een bewegend punt te zien dat traag op en neer beweegt over de karakteristiek. Bij een te hoge frequentie kan het zijn dat de component niet kan volgen en we een verkeerde karakteristiek te zien krijgen. Bij het opmeten van karakteristiek krijgen we te maken met massaprobleem nr 2. De massa van de functiegenerator is verbonden met de massa van het net. Ook de massa van de scoop is verbonden met het net. Dit resulteert in een kortsluiting. De te meten componenten worden kortgesloten. Oplossingen: De functiegenerator of scoop niet aarden. Deze werkwijze is te gevaarlijk. De functiegenerator of scoop voeden via een scheidingstranformator. De functiegenerator vervangen door een galvanisch gescheiden voedingstransfo Transformator R Stroombegrenzingsweerstand Netsnoer Op te meten component Scheidingstransformator

8 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 8 / Opmeten van de diodekarakteristiek m.b.v. de multimeter Bouw een schakeling op met een diode zodat we de stroom door de diode kunnen meten in functie van de spanning over de diode. Een diode in doorlaat zorgt voor een spanningsval van ±0.6V. Zonder stroombegrenzing kan de stroom door een diode dus oneindig oplopen. We moeten bijgevolg zorgen voor een stroombegrenzing. Teken de schakeling. Aangezien we hier te maken hebben met kleine stromen, stromen van enkele ma, kunnen we deze niet nauwkeurig meten met onze multimeter. Hiervoor meten we de spanning over de weerstand, die we veel nauwkeuriger kunnen meten, en berekenen we de stroom door de weerstand die gelijk is aan stroom door de in serie geschakelde diode. Ga het gedrag van een diode na voor een 10 tal gelijkspannings-waarden, van 3 tot 8V. Geef deze weer in een tabel. Welk meettoestel gebruik je voor het meten van de spanning over (2x scoop, 1x multimeter): Bronspanning: Weerstand: Diode: Duid de aansluiting van deze toestellen aan in de bovenstaande schakeling Kijk uit waar je de massa s legt!! Laat controleren voor je de spanning inschakelt!! Kies de waarden van de ingangsspanning zó dat je een goede karakteristiek bekomt (meet ook bij negatieve bronspanning enkele waarden op) METINGEN BEREKENINGEN U bron (V) U diode (V) U R (V) I diode (ma) ,3 0,

9 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 9 / 18 Zet deze meetwaarden uit in een grafiek. Duid sper en doorlaatgebied aan. Grafiek: I diode (ma) U diode (V) Bespreking karakteristiek:

10 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 10 / Opmeten van de diodekarakteristiek m.b.v. de componententester Beschrijf hier kort de werkwijze en je bemerkingen en teken het resultaat over op de onderstaande figuur. Time/div Volt/div CHI Volt/div CHII.....s/div.. V/div.. V/div

11 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 11 / Opmeten van de diodekarakteristiek m.b.v. x-y mode van de scoop Bedenk een methode om de volledige karakteristiek van een diode op deze wijze op de scoop zichtbaar te maken. Leg de werkwijze uit. Teken het schema:

12 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 12 / 18 Grafiek: De aanwezige docent zal deze proef voordoen. Teken hieronder het bekomen resultaat. Time/div Volt/div CHI Volt/div CHII.....s/div.. V/div.. V/div 2.6. Signalen waar triggering moeilijk verloopt Eerder in deze cursus hebben we gezien dat een triggergenerator triggerpulsen aflevert aan een zaagtandspanningsgenerator. Het signaal dat we aanleggen aan de triggergenerator is meestal het te meten signaal. Indien we twee signalen op het scherm zichtbaar maken kunnen we kiezen op welk signaal we triggeren: het signaal van kanaal I of van kanaal II (CHI/II knop). In sommige gevallen is het echter onmogelijk om op het te meten signaal te triggeren. Reden hiervoor kunnen zijn: Signaal te zwak om op te triggeren. Signaal waarbij in 1 periode meerdere keren aan de voorwaarden voor het genereren van een triggerpuls voldaan is (zie onderstaande figuur) en waarbij we slechts bij 1 van deze voorwaarden wensen te triggeren. 1 periode mogelijke triggerpulsen gewenste triggerpulsen Oplossingen op toch een goede triggering te bekomen zijn: hold off functie externe triggering

13 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 13 / Hold off functie (ter info) We hebben gezien dat het belangrijk is voor een stabiele triggering dat de zaagtandspanning steeds op hetzelfde punt van de te bekijken golfvorm (signaal) begint m.a.w. de triggering moet steeds op hetzelfde punt van de periode gebeuren. Verder weten we dat het triggerpunt bepaald wordt door een niveau (level) en een helling (slope + of - ). Laten we nu de golfvorm van en onderstaande figuur als ingangssignaal beschouwen DISPLAY DISPLAY SIGNAL ON DISPLAY Verklaring van de beelden: Iedere positieve flank van het ingangssignaal is een mogelijk triggerpunt (slope = + ). Pulsen 2 en 3 genereren geen triggerpuls aangezien daar de zaagtandspanning reeds begonnen is. Het is pas nadat puls 3 voorbij is dat de tijdbasisschaking kan hertriggerd worden. Het zal dus puls 4 zijn die de tweede zaagtandspanning start. Dit is echter het verkeerde punt van de golfvorm. Het resulterende beeld is een overlapping van Display 1 en Display 2. We krijgen de indruk dat de elektronenstraal op twee verticale plaatsen tegelijkertijd aanwezig is. (Zie signal on screen ) Door nu aan de Hold off knop te draaien gaan we de terugslagtijd (tijd alvorens terug een triggerpuls kan ontstaan) verlengen en zo de triggerpuls van puls 4 onderdrukken.

14 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 14 / 18 Eens de positieve flank van puls 4 voorbij mag de triggerschakeling opnieuw gevoelig gemaakt worden voor triggerpulsen. Het is dan precies puls 5 die opnieuw de tijdbasis zal starten. INPUT SIGNAL TIMEBASE HOLD - OFF DISPLAY DISPLAY SIGNAL ON SCREEN

15 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 15 / Externe triggering Een tweede mogelijkheid om deze signalen toch naar wens op het scherm van de scoop zichtbaar te maken is om niet te triggeren op het te tekenen signaal maar om een extern signaal (tweede of derde signaal) aan te leggen waarop wel getriggerd kan worden. Dit signaal kan bv een blokspanning zijn maar hier moet wel bij opgemerkt worden dat de frequentie van het te meten signaal exact dezelfde moet zijn als de frequentie van de blokspanning die we aanleggen als triggersignaal. Wat zien we op het scherm als de frequentie van het triggersignaal slechts zeer weinig afwijkt van de frequentie van het te meten signaal? Verklarende figuren voor externe triggering: 1 periode mogelijke triggerpulsen signaal voor externe triggering gewenste triggerpulsen 2.7. Toepassing op externe triggering Om de externe triggering toe te passen maken we gebruik van volgend voorbeeld: Nu beschikken we allemaal over een tweekanaals of zelfs vier- of achtkanaals oscilloscopen. De eerste scopen waren echter maar voorzien van 1 kanaal. Op een scoop met slechts 1 kanaal kunnen we de vorm en grootte van spanningen laten zien en aflezen. Als we meerdere signalen gelijktijdig wensen zichtbaar te maken is het mogelijk om meer dan 1 eenkanaalsscoop aan te sluiten aan de schakeling en dus met twee of meer toestellen gelijktijdig meten. Maar hoe kan men een faseverschuiving zichtbaar maken op een eenkanaalsscoop?

16 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 16 / 18 Dit kan op volgende methode: We nemen de schakeling van opgave 2 / labo 5-6 op p22. We hebben twee scopen nodig. Aangezien we niet beschikken over een eenkanaalsscoop nemen we twee tweekanaalsscopen en gebruiken van iedere scoop slechts 1 kanaal (CHI). We plaatsen de scopen voorzichtig op elkaar. Leg de massa s van CHI op de middenlijn van het scherm. Sluit de ingangsspanning aan op de eerste scoop. Sluit de uitgangsspanning aan op de tweede scoop. We zien nu in- en uitgangsspanning op de scopen. Regel de triggering nu zo dat beide signalen uiterst links van het scherm de massalijn snijden. We kunnen nu de grootte van beide signalen aflezen maar niet de faseverschuiving. Sluit vervolgens de ingangsspanning (dit is het signaal waarop we wensen te triggeren) aan op de aansluitbus externe triggering van scoop 2. Druk de knop Trigg. Ext in en we zien het uitgangssignaal verschuiven over het scherm. De afstand waarover het signaal verschoven is, is de faseverschuiving. Nu kunnen we de faseverschuiving opmeten! Let erop dat we nu geen gebruik kunnen maken van de kalibratie van de Time/div knop om de faseverschuiving juist op te meten. Haal de 2 scopen voorzichtig terug van mekaar en plaats ze op hun oorspronkelijke locatie!

17 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 17 / Opgave externe triggering (opgave per 2 groepen uitvoeren) Bouw de schakeling van opgave 2 / labo 4-5 op p17. Meet op de hierboven beschreven methode de faseverschuiving. Teken de bekomen scoopbeelden op onderstaande figuren. Ingang Time/div Volt/div CHI Volt/div CHII.....s/div.. V/div.. V/div Uitgang Time/div Volt/div CHI Volt/div CHII.....s/div.. V/div.. V/div

18 Toepassingen X-Y werking/externe triggering 18 / 18 Maak hieronder de berekeningen voor faseverschuiving (regel van drie): Besluit: Wat is externe triggering?