DC-motoren. Mechatronica/Robotica Mechanical Systems ELA motoren, actuatoren, besturen. Introductie Relaistechniek Halfgeleider techniek

Transcriptie

1 Mechatronica/Robotica Mechanical ystems L motoren, actuatoren, besturen DC-motoren Introductie Relaistechniek Halfgeleider techniek essie 2: Halfgeleider techniek; de Darlington uteurs: M.J. ermaning R.D.R Haas.R.Jewan

2 Waarschuwing!!! De hierna volgende opdrachten zijn veelal een uitbreiding of aanpassing van het eerdere experiment. Bouw derhalve om het overzicht te bewaren de schakelingen zoveel mogelijk conform het schema op. U bespaart zich een hoop werk door met overleg aan het werk te gaan. Doel van de experimentenreeks. Door middel van kleine experimenten gaan we proberen het beeld van de theorie ook praktisch te gebruiken. Het is de bedoeling dat u voor uzelf begrip gaat vormen door te experimenteren!!! (hé, begrijp ik het?? ls ik die spanning of stroom vergroot of verklein, dan verwacht ik dat... of oh jee, hij doet niet wat ik verwacht of heb ik wel een verwachting?) Door te experimenteren gaan we proberen onze inzichten te vergroten. 1. De potmeter Bouw de volgende schakeling: 6 Fig. 1. R2 1k De aanduidingen, en zijn op de behuizing van de te gebruiken potmeter terug te vinden. In de potmeterbehuizing is naast de potmeter ook een gewone weerstand te vinden. In ons practicum is een 220Ω weerstand in serie gezet met de slede van de potentiometer om de potentiometer te beschermen (studentbestendig). r is nu altijd minimaal een weerstand van 220Ω aanwezig tussen de slede () en de referentie (), zodat de stroom niet te groot kan worden als de slede en de referentie worden kortgesloten en de slede naar punt wordt gedraaid 1

3 tel de voeding in op 6. Gebruik een multimeter (M1 in fig 2) om dit nauwkeurig te doen. 6 Tijdelijk M1 Fig. 2. R2 1k ervolgens willen we het verloop van spanning en stroom gaan weergeven in een grafiek. Hiervoor brengen we een tweetal meters aan in de schakeling, een (mili)ampere meter (tafelmodel multimeter)en een voltmeter (handheld multimeter) 6 Fig. 3. M1 M1 R2 1k Omdat we straks de stroom als functie van de spanning in een grafiek gaan zetten gaan we m.b.v. de potmeter de spanning over de belastingweerstand meten met M1. Deze noteren we samen met de waarde van de stroom, zo nauwkeurig mogelijk in de onderstaande tabel. Maak hiervoor een paar goede (niet direct voor de hand liggende) keuzes. panning [olt] troom [m] Zet als laatste deze waarden uit in een grafiek. Zet zelf de waarden op X- en Y-as. 2

4 I [m] U [] ragen: 1. Wat voor type functie ziet u hier??? (parabool, hyperbool, kwadratisch,lineair) 2. Was dat te verwachten en waarom? 3. Waar eindigt deze lijn in onze opstelling 4. Waar eindigt deze lijn in theorie? 2. De Diode We wijzigen de schakeling wederom. De reeds aanwezige voltmeter wordt verplaatst naar de loper van de potmeter (schuif-) en de min van de voeding. Nu brengen we tussen de potmeter en de amperemeter een diode aan (1 of 2 type van het componentenbord). Parallel aan deze diode wordt een tweede voltmeter geplaatst (zie fig. 4.) erhoog de bronspanning naar M2 M1 D1 R2 1k M1 Fig. 4. ervolgens gaan we weer een meetsessie opzetten. 3

5 panning op potmeter [] panning over diode [] troom door circuit [m] I [m] U [] Horizontaal zetten we de spanning over de diode uit. Kies hiervoor natuurlijk een schaal die op de bovenstaande grafiek er lekker uitziet. Uiteraard geld hetzelfde voor de stroom door de diode. ragen: 1. Beschrijft deze lijn een zelfde functietype als bij de potmeter? 2. Was dat te verwachten en waarom? 3. Waar eindigt deze lijn in onze opstelling 4. Waar eindigt deze lijn in theorie? 4

6 3. De Transistor Uitvoering van de proef: Gegeven: Bronspanning B2 = 8; Collectorweerstand Rc=220Ω; Basisweerstand: Rb=2,2k Opdracht 1 Begin met het opbouwen van de schakeling, zoals hiernaast weergegeven. Doe dit in de praktijk altijd,. erst de schakeling, daarna de meetinstrumenten in deze schakeling aanbrengen. Bouw ruim op uw schakelpaneel, we gaan nog diverse meetinstrumenten toevoegen. R2 220 R2 220 R3 2,2k T1=BC547 B2 B1 Fig. 5. Breid daarna de schakeling uit met de meetinstrumenten zoals in de figuur hieronder staat aangegeven. Met M1 (voltmeter 1) meten we de spanning UB, met M2 meten we UC. Met M1 meten we de stroom IB en met M2 de stroom IC. Zet de spanningsbron B1 achtereenvolgens op 0,2; 0,4; 0,7; 1; 2 en 5. Neem de gemeten gegevens op in de tabel. In het begin is de bronspanning B1 hetzelfde als de spanning tussen de basis en de emitter UB (gemeten met M1). Fig. 6. M2 B1 R3 2.2k M1 M1 T1=BC547 M2 B2 5

7 ragen: 1. Bij welke bronspanning B1 gaan deze twee spanningen van elkaar verschillen? 2. Waardoor komt dat (bedenk dat er een spanning over weerstand Rb komt te staan)? ergelijk de gemeten stroom Ib (M1) met de spanning over weerstand Rb. 3. Welk verband bestaat tussen deze twee waarden? 4. Bij welke spanning UB gaat de transistor stroom IC geleiden (M2) en wordt de schakelaar dus gesloten? 5. Hoe kan men de spanning over weerstand RC bepalen met behulp van de meting met M2? 6. Wat is de relatie tussen de gemeten stroom IC met M2 en de spanning B2-UC? 7. Waarom daalt de spanning UC als de spanning UB stijgt? Opdracht 2 Bouw de volgende schakeling met de transistor: In behuizing LD LD R3 1k 18 R2 2,2k T1 BC547 M1 Fig. 7. De spanning tussen de basis en de emitter kan nu worden ingesteld met behulp van de potmeter. Draai aan de potmeter en kijk wat er gebeurt. Bij welke spanning gemeten door M1 gaat de led branden? 6

8 Opdracht 3 De transistor wordt vervangen door een speciale transistor: de Darlington. De rest van de scakeling blijft gelijk aan de vorige In behuizing LD LD R3 1k R2 2,2k Darlington BD683 M1 Fig. 8. Draai weer aan de potmeter en onderzoek. Wat is het verschil met de vorige opdracht? Opdracht 4 In de volgende schakeling wordt de led vervangen door de DC-motor. Parallel aan de motor wordt een diode geplaatst. Dit wordt een blusdiode genoemd en is ervoor om de transistor te beschermen tegen te hoge spanningspieken. In de motor zit namelijk een spoel en in deze spoel wordt een magnetisch veld opgebouwd. ls de transistor het circuit onderbreekt zorgt het magnetisch veld in de spoel van de motor ervoor dat de stroom door wil blijven lopen en dit zorgt voor een grote spanningspiek in de transistor zodat deze stuk kan gaan. De diode biedt via een omleiding de stroom de mogelijkheid om nog even door te blijven lopen als de transistor de stroom onderbreekt. ls de transistor in geleiding is spert de diode en gaat alle stroom door de motor. Fig. 9. R2 2,2k D1 (functie=blusdiode) - DC-motor 24 Darlington BD683 M1 7

9 Opdracht 5 In de laatste opdracht wordt in de schakeling een ampèremeter geplaatst om de stroom door de motor te meten. Hoe groot is de stroom door de motor? arieert deze bij het langzaam vertsellen van de potmeter? (stel een meetprotocol op. Neem als voorbeeld 2. De diode) Fig R2 2,2k D1 (functie=blusdiode) M1 - DC-motor 24 Darlington BD683 M1 Laat de werkende schakeling aftekenen door de docent. 8