Labo 3 - practicum 3 PDF

Preview

Summary

practicum 3...

Description

V.

Labo 3: Potentiometer, PTC(NTC) en LDR

Voorbereiding : Berekeningen potentiometer Vragen via datasheet PTC , LDR en LED

• •

1. Potentiometer Van regelbare weerstanden kan de weerstandswaarde variëren door middel van een loper die over het weerstandsmateriaal kan glijden. Een regelbare weerstand heeft 3 aansluitpunten: 2 vaste klemmen en een loper. Door de loper te bewegen kan de weerstand variëren van R tot 0 Ω. Een regelbare weerstand kan gebruikt worden voor het regelen van spanningen. In dat geval spreken we van een potentiometer. Het doel van de potentiometer is het verkrijgen van een spanning aan de uitgang welke een deel is van de ingangsspanning. Deze uitgangsspanning is regelbaar, nl. is afhankelijk van de stand van de loper. U = n . U met 0 < n < 1 uit

in

DE ONBELASTE POTENTIOMETER

In de onderstaande figuur(7.6) wordt een potentiometerschakeling gemaakt door middel van een schuifweerstand, waarvan de drie aansluitklemmen gebruikt worden. De totale weerstand R (tussen A en B) is aangesloten op een spanning Uin. Het schuifcontact C verdeelt de weerstand R in twee deelweerstanden R1 en R2.

Omdat ze door dezelfde stroom I doorlopen worden, vormen de weerstanden R1 en R2 een spanningsdeler. U1 I=

U2 =

R1

Uin =

R2

Uin =

R

R1 + R2

De uitgangsspanning Uuit wordt dus gegeven door:

1

Uuit = (R2 / R1 + R2). Uin We zien dus dat de uitgangsspanning regelbaar is: verplaatsen we de loper van B naar A, dan stijgt de spanning; bij een verplaatsing van A naar B zal de spanning dalen.. Uit de formule kunnen we ook besluiten dat de variatie van de uitgangsspanning Uuit in functie van R2 lineair is, op voorwaarde dat de potentiometer niet belast wordt. DE BELASTE POTENTIOMETER

Wanneer de potentiometer aan de uitgang belast wordt moet men bij het berekenen van de uitgangsspanning tevens rekening houden met de waarde van die belasting.

U uit = I .

R 2 .R 3 U in R .R . 2 3 = R R R 2 +R 3 R 2 +R 3 R 2. 3 1 + R 2 +R 3

We stellen vast dat de uitgangsspanning Uuit verminderd is t.o.v. de onbelaste potentiometer. Indien de uitgangsspanning slechts weinig mag veranderen met de belasting, moet de belastingsweerstand R3>> R2. Meetoefening

Voor de schakelingen zie bij de inleiding. Voeding : DC 10 V Rpotentiometer = 10 kΩ R3 belasting 1 = 220 kΩ ; R3 belasting 2 = 1 kΩ. 1. Meet de totale weerstand van de potentiometer.(zal afwijken van 10 kΩ) 2. Regel achtereenvolgens je potentiometer op 0% (= 0 Ω tussen B en C), 10 % (= 1000 Ω tussen B en C), 20 % (= 2kΩ tussen B en C), 30 %.....100%. Let op : de potentiometer telkens uit de schakeling nemen om de weerstandswaarde in te stellen! Meet dan achtereenvolgens bij iedere stand van de potentiometer de uitgangsspanning, zowel onbelast, met belasting 1 en met belasting 2. Meetresultaten en berekeningen

2

Berekeningen (met 10 kΩ) (voorbereiding) Gebruik hiervoor Excel.

Stand Potentiometer

Rpotentiometer

Uuit

Uuit

Uuit

tussen B en C(R2) (kΩ)

Onbelast

Belast met

Belast met

(V)

R3= 220kΩ

R3= 1 kΩ

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Metingen: (met ……………… kΩ) (eerst je werkelijke waarde meten en daarop de % toepassen!) Gebruik hiervoor Excel.( zo verkrijg je ook automatisch de grafiek) Stand Potentiometer

Rpotentiometer

Uuit

Uuit

Uuit

tussen B en C(R2) (kΩ)

Onbelast

Belast met

Belast met

(V)

R3= 220kΩ

R3= 1 kΩ

3

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Besluiten

1. Wat kan je besluiten voor de uitgangsspanning ifv de stand van de potentiometer voor de

onbelaste en belaste potentiometer? 2. Welke belasting leunt het dichtst aan bij de onbelaste toestand? De grootste belasting of de

kleinere belasting? Verklaar.

2. Zelfherstellende zekering a..d.h.v. een PTC weerstand Voorbereiding C 975 ( PTC-R) Zoek op basis van dit type-nr de datasheet van de component op( zie Chamilo). Deze bevat uiteraard zeer nuttige en noodzakelijke informatie.

1.

Wat betekent PTC – R en verklaar wat er gebeurt bij stijging/daling van de temperatuur. Een PTC-weerstand is een weerstand met een positieve temperatuurcoëfficiënt, dit betekent dat de elektrische weerstandsterk toeneemt als de temperatuur toeneemt in een bepaald temperatuurbereik.

4

2.

Wat is de maximale spanning die dit type kan verdragen? Het kan een maximale spanning aan van 12 volt.

3.

Wat is “rated” spanningswaarde voor dit type PTC? Wat wordt bedoeld met “rated”?

4.

Wat is Tmin en Tmax waarbinnen de component bruikbaar zal zijn als PTC? ( zie grafiek R ifv T)

5.

Is deze PTC te gebruiken als temperatuursensor bij kamertemperatuur? Zou je een werkende toepassing kunnen bedenken?

6.

Een PTC-R kan gebruikt worden in :

•

Ambient heated mode: verklaar:

•

Self heated mode: verklaar:

Meetoefening ( klassikaal)

Tijdens deze proef gaan we samen na hoe een PTC-thermistor bescherming kan bieden tegen overstroom of kortsluiting. In de volgende proef gaan we de PTC als zelfherstellende zekering of als ‘polyfuse’ gebruiken. Herinner je dat een thermistor kan gebruikt worden in ‘ambient heated mode’ en in ‘self heated mode’. In de proef zal de weerstandswaarde van de PTC variëren onder invloed van zijn eigen warmteontwikkeling (en dus niet onder invloed van de omgevingstemperatuur). Welke gebruiksmode is dit dan? Waarde PTC bij kamertemperatuur: Waarde PTC bij verwarming met vinger: Zit de PTC binnen zijn werkingsgebied?

5

Opbouw schakeling Zet de PTC in serie met een schuifweerstand die minimaal 1A kan verdragen. Voed de schakeling met 12V DC. Teken op de achterzijde (of blad invoegen) de opstelling.

De schuifweerstand is de belasting of het toestel waarin we een kortsluiting zullen simuleren. Bij normale werking heeft de belasting een waarde van 200Ω. We gaan deze waarde stelselmatig of heel plots verlagen. We regelen de schuifweerstand af op 200Ω vooraleer de spanning aan te leggen. 1.

Meet de spanning over de schuifweerstand.

2.

Meet de spanning over de voedingsklemmen.

3.

Hoeveel bedraagt dan de spanning over de PTC?

6

Dit is de ‘normale’ werking. Het is dus logisch dat de spanning over de PTC zeer groot/zeer klein is (duid het juiste antwoord aan). Lees de stroom af op het display van de labovoeding (Gebruik geen multimeter, aangezien de stroom straks behoorlijk zal oplopen.). Noteer deze. We gaan nu een kortsluiting simuleren door de schuifweerstand van 200Ω naar een steeds lagere waarde te brengen. Wat heb je opgemerkt tijdens deze proef? Wat was de waarde van de kortsluitstroom? Wat was de waarde na een korte tijd?

Besluit

Aan te vullen.

3. LDR en de schemerschakeling Voorbereiding 1.

Wat betekent LDR.? Verklaar wat er gebeurt indien er meer licht invalt.

2.

Beschouw onderstaande spanningsdeler met LDR. Veronderstel dat de LDR bij lichtinval = 800 Ω en bij donker = 8kΩ Bereken de spanning Uuit bij lichtinval en bij donker.

7

LED 1.

Voor wat staat led?

2.

Duid bij onderstaande led de anode en kathode aan. Hoe moet de led gepolariseerd worden opdat hij licht zou uitstralen? Wat wordt daarmee bedoeld? LED1

3.

De gebruikte rode led in het labo heeft een beperkte stroom van 20 mA( of 10 mA) en de rode led heeft een spanning nodig van ongeveer 1,6 V ( we meten dit nog eens uit in het labo). Bereken in onderstaande schakeling de weerstand die men in serie moet plaatsen om aan deze voorwaarden te voldoen.

R1 te bepalen

LED1

V1 6V

8

Meetoefening

We gebruiken een LDR in een spanningsdeler, die de ingang van een transistorschakeling vormt. De transistor wordt gebruikt als schakelaar. Indien het donker wordt (de LDR detecteert dit…) zal de transistor ‘schakelen’, waardoor een LED (of lampje) gaat branden. Meet de weerstandswaarde van de LDR die je van de lesgever krijgt, bij de normale laboverlichting. RLDR normale verlichting: Dek vervolgens de LDR af met je duim. RLDR bedekt:

Merk op dat de weerstandswaarde van een LDR daalt/stijgt (duid het juiste antwoord aan) als de lichtsterkte afneemt. Informatie over het gebruik van een LED De LED (Light Emitting Diode) is een speciale uitvoeringsvorm van een diode. Let op, de doorlaatspanning van een LED is verschillend van die van een gewone diode, en verschilt bovendien per kleur. De lesgever zal uitleggen hoe je deze junctiespanning kan uitmeten met je multimeter.

Hoeveel bedraagt de junctiespanning van een rode LED? Hoeveel bedraagt de benodigde stroom om een standaard controle LED goed te laten oplichten?

9

Informatie over het gebruik van een transistor Een LED kan als indicatielampje eigenlijk maar twee waarden aannemen: • De led brandt (d.w.z. door de LED loopt … mA stroom) • De LED is gedoofd (d.w.z. door de LED loopt geen stroom)

In elektronische schakelingen hebben we dan ook een soort elektronische schakelaar nodig. Die bestaat: … de transistor! Een transistor kan gebruikt worden als versterker en als schakelaar. Hier zetten we deze component in als schakelaar. Aangezien transistors niet in de theorieles behandeld zijn, maken we niet alle berekeningen in detail. Toch zullen we hier reeds een schakeling m.b.v. een transistor opbouwen.

R2 LED1

160Ω

R1 4.7kΩ V1 5V

Q1 BC547BP V2 5V

Nadien bron aanpassen met spanningsdeler met LDR. Spanning naar T lager dan 0,7 V: T geleidt niet. Schakelaar OPEN Spanning naar T hoger dan 0,7 V: gaat ingeleiding Spanning voldoende hoog naar T: gaat in verzadiging. Schakelaar GESLOTEN

10

Deze schakeling maakt gebruik van een LDR aan de ingang van de transistor, die in staat is te schakelen tussen twee mogelijkheden: • Bij duisternis → LED gaat branden. • Bij voldoende verlichting → = LED gaat uit.

We bepalen de spanningsdeler: Bij licht: Bij donker: R3 12kΩ

R2 LED1

160Ω

R1 4.7kΩ R4 2.2kΩ

Q1 BC547BP V2 5V

11

Opgelet: de hier geplaatste weerstanden kunnen afwijken (afh. van o.a. de gebruikte LDR, de aangelegde spanning en omgevingslicht). Deze schakeling is in vele gevallen praktisch toepasbaar. Denk maar aan de koplampen van je wagen die bij duisternis automatisch ontsteken, de schemerschakelaar die je tuinverlichting aansteekt of het klassieke nachtlampje.

VI.

Labo 4: oscilloscoop

Met de oscilloscoop kunnen spanningsvormen zichtbaar gemaakt worden op een beeldscherm. Met dit instrument meet men namelijk tegelijkertijd de top-top waarde, de periodetijd en de vorm van de spanning. Bovendien kan men ook gelijkspanning meten. De lector demonstreert eerst alle belangrijkste functies van de gebruikte oscilloscoop in het labo. Daarna is er tijd om te testen en te experimenteren. Beschrijf nu zelf eerst door te experimenteren: 1.

Wat stel ik in met VERT/XY ?

2.

Hoe selecteer ik alle instellingen voor kanaal 1 apart?

Welke zijn daar de belangrijkste keuzes die we moeten doen en beschrijf volledig.

12

3.

Idem voor kanaal 2?

4.

Indien je met de cursor wenst te werken, hoe ga je te werk om tijd, frequentie of spanningsverschil te meten? Hoe kan men nadien de cursors verplaatsen?

Meetoefening 1: meten van een DC spanning

Sluit een gelijkspanningsbron van 3V DC aan (controleer met V meter). Bekijk het beeld op de oscilloscoop. Bereken met je meting en de instelling van de verticale ingang de waarde van de spanning(geen cursor gebruiken) •

stand schakelaar verticale positie:

•

aantal vakjes verticaal:

•

Berekening spanning:

•

Meet nu eens met de cursor:

Meetoefening 2: Meten van een AC spanning( sinusoïdale wisselspanning)

Sluit een wisselspanningbron van 3 V AC – f = 100 Hz aan (controleer met V meter op AC). Bekijk het beeld op de oscilloscoop Stel vervolgens de regelknoppen juist: • stand schakelaar verticale positie (voldoende uitwijking): • stand schakelaar horizontale positie( 1 volledige sinuslijn op het scherm zichtbaar maken); verplaats eventueel de X pos zo dat de sinuslijn start aan de linkerkant van het scherm:

13

Bereken met je meting en de instellingen de waarde van de spanning:( zonder cursor meten) •

Welke waarde meet je met de oscilloscoop?

•

Kan je met de cursor een andere spanning meten?

•

Welke waarde meet je met de V meter?

•

Geef het verband tussen beide metingen. Klopt dit met de formule gezien in de theorie?

•

Bereken, met je meting en de instellingen, de periode en bepaal daaruit de frequentie van je aangesloten signaal:

•

Meet nu eens met de cursor:

•

Hoe zou je een faseverschuiving kunnen meten met de cursors?

•

Geef de faseverschuiving in tijd en in graden als f = 100 Hz.

U

14

t

VII.

Eindtest

Individuele oefening

15...