Základy práce s programem KEYSIGHT VEE 1) Spuštění programu KEYSIGHT VEE : dvojitým kliknutím na ikonu KEYSIGHT VEE 2) Otevření nového souboru : v menu FILE příkaz NEW 3) Výběr objektu pro demonstraci práce s objektem : např. v menu DISPLAY zvolte objekt ALPHA NUMERIC a ten přesuňte na pracovní plochu kde ho kliknutím levého tlačítka myši "položte" na požadované místo. VLASTNÍ PRÁCE S OBJEKTY : a) Zobrazte menu objektu : klikněte na čtverec v levém horním rohu objektu b) Přesunutí objektu : máme dvě možnosti 1) Zobrazte menu objektu a zvolte funkci MOVE. Kurzor myši přesuňte do místa kam chcete objekt přesunout a stiskněte levé tlačítko myši. 2) Přesuňte kurzor myši nad objekt a při stlačeném levém tlačítku myši přesuňte objekt zároveň s kurzorem na požadované místo. c) Změna velikosti objektu : máme dvě možnosti 1) Zobrazte menu objektu a zvolte funkci SIZE. Kurzor myši změní svůj tvar na " ∝ ". Značku umístíme do místa kde chceme, aby byl pravý dolní roh objektu ( levý horní roh zůstává na stejném místě) a stiskneme tlačítko myši. 2) Přesuňte kurzor myši na pravý dolní roh objektu a při stlačeném levém tlačítku myši můžete měnit velikost objektu pohybem kurzoru myši. d) Minimalizace objektu : Při složitějších úlohách se stává schéma nepřehledné a je potřeba objekty se kterými se nepracuje minimalizovat. To je možné opět dvěma způsoby. 1) Zobrazte menu objektu a zvolte funkci MINIMIZE 2) Klikněte na čtverec v pravém horním rohu e) Obnovení velikosti objektu po minimalizaci : máme dvě možnosti 1) Zobrazte menu objektu ( u minimalizovaného objektu přesunutím kurzoru nad objekt a kliknutím pravého tlačítka myši ) a zvolte funkci RESTORE 2) Dvakrát klikněte levým tlačítkem myši na minimalizovaný objekt f) Kopie objektu : Zvolte funkci CLONE z objektového menu kopírovaného souboru g)Vymazání objektu z pracovní plochy : Zobrazte menu objektu a zvolte funkci CUT h) Propojování objektů : Pro tuto úlohu si vyvolejte objekt FUNCTION GENERATOR a WAVEFORM (TIME) Každý objekt má čtyři základní piny, kterými se připojuje k ostatním objektům : datové piny - vlevo vstupní, vpravo výstupní a sekvenční piny - nahoře vstupní, dole výstupní Piny se spojují křivkami, které představují vodivé kanály. Počátek křivky se vygeneruje a připojí k výchozímu pinu kliknutím levého tlačítka myši do jeho blízkého okolí. Křivka se "natáhne" k cílovému pinu a připojí se kliknutím levého tlačítka myši do jeho blízkého okolí. Úkol : Propojte datový výstupní pin objektu FUNCTION GENERATOR se vstupním datovým pinem objektu WAVEFORM (TIME). Úlohu spusťte kliknutím myši na tlačítko RUN. Postupně si vyzkoušejte měnit frekvenci, napětí a typ signálu generovaného virtuálním generátorem. ch) Rozpojování objektů : Kdekoliv na volné pracovní ploše klikněte pravým tlačítkem myši. Ze zobrazeného edit hlavního menu zvolte funkci DELETE LINE a klikněte myší na tu křivku, kterou chcete smazat. Úkol : Zrušte propojení datových pinů objektu FUNCTION GENERATOR a WAVEFORM (TIME)

Simulace měření kmitočtů metodou Lissajousových obrazců Simulace spočívá v tom, že fyzické přístroje jsou nahrazeny virtuálními objekty. Nakreslete schéma zapojení úlohy (skutečné) a porovnejte se zapojením na obr.1. Pokuste se odpovědět na následující otázky : 1) Který objekt představuje osciloskop ? 2) Které objekty představují generátor ? 3) Který objekt úlohu spouští a který zajišťuje její nepřetržitý chod ? Realizujte zapojení dle obr.1. Umístění jednotlivých objektů : objekt START ( FLOW START ) objekt UNTIL BREAK (FLOW REPEAT UNTIL BREAK ) objekt INT32 SLIDER ( DATA CONTINUOUS INT32 SLIDER ) objekt FUNCTION GENERATOR ( DEVICE VIRTUAL SOURCE FUNCTION GEN. ) objekt X vs Y PLOT ( DISPLAY XvsY PLOT ) Přidání vstupního nebo výstupního pinu : Pro přidání pinu objektu slouží funkce ADD TERMINAL z objektového menu. - Oběma generátorům přidejte vstupní datové piny sloužící pro zadávání frekvence Zrušení vstupního nebo výstupního pinu: Pro zrušení pinu objektu slouží funkce DELETE TERMINAL z objektového menu. - vyzkoušejte funkci obvodu pro různé poměry kmitočtů fx a fn Změnu barvy písma titulu, barvy pozadí titulu, barvy písma objektu, barvy pozadí objektu, dále pak názvu (titulu objektu) a mnoho dalších funkcí je možné provádět vyvoláním dialogového okna EDIT PROPERTIES z objektového menu. Tuto funkci je možné vyvolat také dvojím kliknutím na pruh s názvem objektu. - opatřete jednotlivé objekty názvy odpovídajícími jejich skutečnému využití - vyzkoušejte si změnu barev pozadí objektu a titulu a změnu barvy písma - vyzkoušejte si změnu typu písma U objektu X vs Y PLOT je dialogové okno EDIT PROPERTIES rozsáhlejší. Vyzkoušejte si změnit rastr (funkce GRID TYPE), aktivujte kurzory pro odečítání hodnot z obrazovky (funkce MARKERS), zobrazte pouze graf ( funkce GRAPH ONLY ), otevřete dialogové okno TRACES & SCALES a zkuste změnit barvu křivky grafu ( COLOR ), typ čáry ( LINES ) a vyznačení naměřených hodnot (POINTS ) - Zjistěte činnost následujících funkcí : a) SHOW TITLE BAR b) SHOW TERMINAL Zobrazení vybraných objektů v panelu : Vyvolejte hlavní editační menu ze zobrazené nabídky zvolte funkci SELECT OBJECTS. Levým tlačítkem myši klikněte postupně na vybrané objekty ( zvolte objekty X vs Y PLOT, START a INTEGER SLIDER ), pak opět vyvolejte hlavní editační menu a zvolte funkci ADD TO PANEL. Tisk grafu objektu XvsY PLOT proveďte pomocí příkazu PLOT z objektového menu. Tisk programu (schématu) proveďte pomocí příkazu PRINT PROGRAM z menu FILE. V dialogovém okně aktivujte pouze položku PRINT PROGRAM EXPLORER

Rezonanční obvody ÚKOL : Zobrazte závislost impedance na frekvenci ( Z=f(f) ) pro paralelní rezonanční obvod tvořený odporem R, cívkou L a kondenzátorem C. 1) Odvoďte vztah popisující uvedenou závislost 2) Pomocí programu KEYSIGHT VEE namodelujte obvod a závislost znázorněte graficky vstupem bude : hodnota odporu R ........... objekt REAL64 SLIDER hodnota indukčnosti L ...... objekt REAL64 SLIDER hodnota kapacity C .......... objekt REAL64 SLIDER interval hodnot frekvence pro který se má graf zobrazit ......... objekt FOR RANGE výstupem bude : rezonanční frekvence fo zapsaná v objektu ALPHA NUMERIC závislost Z=f(f) zobrazená v objektu XvsY PLOT Pro zápis vztahů matematicky popisujících paralelní rezonanční obvod slouží objekt FORMULA. Tento objekt má jeden nebo více vstupních pinů ( viz příkaz ADD TERMINAL - DATA INPUT ), jejichž označení je možné dle potřeby měnit otevřením dialogového okna dvojitým kliknutím na označení vstupního pinu ( doporučuji označení vstupních pinů odpovídající použitým proměnným např. odpor- R, frekvence- f atd.) a jeden výstupní pin označený RESULT na kterém se po aktivaci objektu objeví výsledek zpracovaný dle předpisu zapsaného v objektu. Dále můžete při řešení využít řady objektů realizujících matematické funkce. Tyto objekty se nachází v menu FUNCTION&OBJECT BROWSER.

obr.1. Měření kmitočtů metodou Lissajousových obrazců

Měření VA charakteristiky stykače Schéma zapojení :

A

V

Osc

OTSíťL

N

ZátěžL

N

Tyristorovájednotka

SR230V~

řídíc í napětí

G=

Zadání : Vytvořte program pro automatické měření statické VA charakteristiky stykače a pomocí kurzoru odečtěte následující parametry :

1. Napětí přítahu stykače Up 2. Napětí odpadu stykače Uo 3. Zapínací proudovou špičku Imax 4. Trvalý proud stykače In 5. Vyhodnoťte z tvaru VA charakteristiky zda je přítah plynulý nebo stupňovitý

Typ stykače Up (V) Uo (V) Imax (mA) In (mA) Přítah

Odpovězte na následující otázky 1. Vysvětlete proč dojde po sepnutí stykače (přitažení kotvy) ke skokovému poklesu proudu? 2. Vysvětlete proč odpadne kotva stykače při nižším napětí resp. proudu? 3. Uveďte jaký význam má závit nakrátko v magnetickém obvodu stykače při napájení cívky ze

střídavé sítě. 4. Je možné napájet stykač s cívkou na střídavý proud proudem stejnosměrným ?

5. Zkuste odhadnout a zdůvodnit zda bude mít vliv na naměřené parametry poloha stykače.

Prakticky ověřte na stykači V03c který otočíte o 180°.

Poloha stykače

Správná Otočená o 180°

Up (V) Uo (V) Imax (mA) In (mA)

Měření na střídavém měniči napětí Schéma zapojení :

A

V

Osc

OTSíťL

N

ZátěžL

N

Tyristorovájednotka

Rs

Rz

230V~řídíc í napětí

G=

Wattmetr

Pow

er s

ourc

e

Load

Ch1 Ch2RL

Zadání :

1. Vytvořte program pro automatizované měření závislosti efektivní hodnoty výstupního napětí Uef a efektivní hodnoty výstupního proudu Ief na řídícím úhlu α.

2. Na obrazovce osciloskopu sejměte průběh výstupního napětí a výstupního proudu při řídídcím úhlu 90°.

3. Pro R zátěž zaznamenejte do tabulky údaje z digitálního wattmetru (α, cosϕ, P, Isíť, Usíť) a graficky zpracujte závislost cosϕ=f(α). Program upravte s využitím tlačítka OK, které bude umožňovat pozastavení běhu programu pro zaznamenání hodnot z digitálního wattmetru. Odpovězte na následující otázky : 1. Odvoďte vztah pro určení řídídcího úhlu z řídícího napětí pokud víte, že 0V odpovídá 180° a 10V odpovídá 0°. 2. Ze závislosti cosϕ=f(α) určete pro jaké řídící úhly α je cosϕ menší než jedna i když se jedná o R zátěž a pokuste se zdůvodnit jak je to možné. 3. Ze závislosti Uef=f(α) určete kritický úhel. Jakou hodnotu by měl krický úhel pro čistě induktivní zátěž ?

4. Jaké napětí je na zátěži v případě, že řídící úhel je nižší než kritický?

MĚŘÍCÍ PŘEVODNÍKY U/U A U/I

&1. Jakými vlastnostmi se OZ blíží ideálním zesilovačům ? &2. Vypište z katalogu potřebné charakteristické a mezní parametry OZ MAA 741. &2.1 Naznačte způsob vytvoření symetrického napájení OZ pomocí dvou stejných zdrojů stejnosměrného napětí. &3. Navrhněte hodnoty napájecího napětí a zpětnovazebních odporů pro invertující a neinvertující zesilovač. &3.1 INVERTUJÍCÍ ZESILOVAČ

Uvst

R1

R2

R3 Uvýs

- napájecí napětí UCC = ...... - pro Au = 10 a R2 = 100 kΩ navrhněte velikost odporu R1

- odporem R3 kompenzujeme vstupní klidový proud odpor R3 určete ze vztahu : výsledek zaokrouhlete na nejbližší hodnotu z řady E12 - pro stejnosměrný signál je RVST = R1 , jakou hodnotu bude mít odpor R2, jestliže chceme vytvořit invertor jehož RVST=10kΩ

&3.2 Zapojte invertující zesilovač, změřte jeho zesílení a ověřte, že výstupní signál je fázově posunut o 180° Uvedené schéma doplňte potřebnými přístroji ( dvoukanálový osciloskop, generátor obdélníkových impulsů ). Zobrazené průběhy načrtněte. &4. NEINVERTUJÍCÍ ZESILOVAČ

Uvst

R1

Uvýs

R2

- napájecí napětí UCC = ....... - pro Au = 11 a R2 = 100 kΩ navrhněte velikost odporu R1

- RVST = RCM - což je hodnota odporu mezi vstupem zesilovače a zemí a je udávána v katalogu výrobcem. &4.1 Jaká je výhoda neinvertujícího OZ proti invertujícímu z hlediska vstupního odporu. &4.2 Zapojte neinvertující zesilovač, změřte jeho zesílení a ověřte, že výstupní signál je ve fázi se vstupním. Zapojení doplňte potřebnými přístroji ( dvoukanálový osciloskop, generátor obdélníkových impulsů ). Zobrazené průběhy načrtněte. &4.3 Upravte zapojení tak, aby jste vytvořili napěťový sledovač a ověřte, že platí u1 = u2. Kdy se toto zapojení používá ? &5. ZESILOVAČ S VLASTNOSTÍ ZDROJE PROUDU a) s použitím neinvertujícího zapojení

Uvst

Rz

R1

I2

-napájecí napětí UCC = ....... - RVST = RCM &5.1 Určete velikost odporu R1, jestliže při vstupním napětí 5V chceme vytvořit z OZ zdroj proudu o velikosti 5mA.

&5.2 Ověřte, že velikost I2 nezávisí na hodnotě odporu RZ až do určitého RZmax. Experimentálně zjistěte velikost RZmax a porovnejte s vypočtenou hodnotou. Zapojení doplňte potřebnými přístroji a realizujte. b) s použitím invertujícího zesilovače

Uvst

R1

Rz

I2

- napájecí napětí UCC = ........... - RVST = R1 &5.3 Určete velikost odporu R1, jestliže při vstupním napětí 5V chceme vytvořit z operačního zesilovače zdroj proudu o velikosti 5 mA. &5.4 Ověřte, že velikost I2 nezávisí na odporu RZ až do určitého RZmax. Experimentálně zjistěte velikost RZmax a porovnejte s vypočtenou hodnotou. Zapojení doplňte potřebnými přístroji a realizujte.

MĚŘENÍ ODPORU POMOCÍ PŘEVODNÍKU R/U

Převodník R/U je částí číslicového multimetru. Měřený rezistor se k němu připojuje dvěma nebo čtyřmi vodiči. Výstupní napětí převodníku (stejnosměrné) se měří číslicovým voltmetrem. Převodníky R/U jsou v podstatě zdroje konstantního proudu, jejichž výstupní proud protéká měřeným rezistorem. Napětí na tomto rezistoru je úměrné jeho odporu, přičemž vhodnou velikostí proudu lze dosáhnout, aby výstupní napětí (až na polohu desetinné čárky) odpovídalo číselné hodnotě odporu. na obr.1. máte zapojení převodníku R/U v invertujícím zapojení OZ

Rx

IxRn

UrIn

ČVU2

=

obr.1. Zapojení převodníku R/U vhodné pro měření středních a velkých odporů Ur.. referenční napětí Rn.. normálový odpor Rx.. neznámý odpor U2.. výstupní napětí převodníku &1.1. Odvoďte vztah pro Rx. Nápověda : Pro ideální OZ platí Ix= -IN &1.2. Vytvořte převodník R/U dle následujících požadavků. K dispozici máte zdroj referenčního napětí MAC01 - 10 V OZ MAA 741CN napájený ze symetrického zdroje ±15V místný číslicový voltmetr, rozlišitelnost 0.01mV Jaký odpor Rn zvolíte, aby zobrazený údaj na ČV byl 1) v Ω (1V≅1Ω ) ⇒ RN = 2) v kΩ (1V≅1kΩ ) ⇒ RN = 3) v ΜΩ (1V≅1MΩ ) ⇒ RN = &1.3. Pro jednotlivé odpory RN určete rozsah převodníku R/U a doplňte tabulku 1. tabulka 1.

RN (k Ω ) RMIN (Ω ) RMAX (kΩ )

&1.4. Jaký proud by musel být schopen dodat zdroj referenčního napětí a OZ převodníku v případě, že chceme, aby zobrazený údaj byl přímo v Ω ? Je to možné? &1.5. Převodník sestavte a změřte dané odpory. Stejné odpory změřte pomocí multimetru MX 545 a hodnoty porovnejte. &2. Ukažme si úpravu vhodnou pro měření menších hodnot odporů. Použijeme neinvertující zapojení OZ a výstup posílíme výkonovým tranzistorem. Vhodné zapojení je na obr. 2. Připojení měřeného odporu je nejčastěji 4 svorkové.

Rp

U r

Rx

R

Ik

ČV

RN N

=

+U

U

obr.2. Zapojení převodníku R/U vhodné pro měření malých odporů &.1. Odvoďte vztah pro Rx. Nápověda: Pro ideální operační zesilovač platí: Ur= URN &2.2. Určete velikost odporu Rn tak, aby údaj zobrazený ČV byl přímo v Ω. To jest platilo 1V ≅1Ω RN= Pro zvolený odpor RN určete rozsah převodníku R/U. RMIN = RMAX = &2.3. Převodník sestavte a změřte dané odpory. Experimentálně ověřte, jaké chyby se dopouštíme při dvousvorkovém připojení měřeného odporu.

MĚŘENÍ NA AKTIVNÍCH FILTRECH S OZ

&1. Aktivní filtry mají proti pasivním několik výhod : - není třeba používat indukčnosti, vystačíme obvykle s článkem RC - i pro rozsah nízkých kmitočtů vystačíme s malými kapacitami kondenzátorů - podle potřeby lze vhodně měnit vstupní i výstupní odpor - dosažitelný zisk > 1 &2. DOLNÍ PROPUST

Uvst

R1

R2

C

Uvýs

A u

2 0 d B / d e k .

1R C ω

obr.1 a/ dolní propust b/ amplitudově-frekvenční charakteristika propusti

&2.1 Určete impedanci Z ve zpětné vazbě. &2.2 Odvoďte vztah pro výstupní napětí. - jde o invertující zesilovač Uvýst=-(Z/R1).Uvst - Vztah upravte pro R1 = R2 = R. Pro f = 0 je pak Au = ........... &2.3 Čemu se bude blížit výstupní napětí ? 1, pro ω=2.π f → 0 2, pro ω=2.π f → ∞

Jaký bude pokles zesílení na dělícím kmitočtu ? Odvoďte ! &2.4 Pro dělící kmitočet f = 10000 Hz a kapacitu C = 0.01µF určete velikost odporu R. &2.5 Zapojení doplňte potřebnými přístroji (dvoukanálový osciloskop, generátor, nf milivoltmetr), obvod zapojte a změřte amplitudově-frekvenční charakteristiku propusti.

&3. HORNÍ PROPUST

R1 C

R2

UvýsUvst

Au

20dB/dek.

1RC

ω

Obr.2 a/ horní propust b/ amplitudově-frekvenční carakteristika propusti &3.1 Určete impedanci Z prvků na vstupu OZ. &3.2 Odvoďte vztah pro výstupní napětí. - jde o invertující zesilovač Uvyst = − R2

Z Uvst &3.3 Vztah upravte pro R1 = R2 = R &3.4 Čemu se bude blížit výstupní napětí ? 1, pro ω=2.π f → 0 2, pro ω=2.π f → ∞ Jaký bude pokles zesílení na dělícím kmitočtu ? Odvoďte ! &3.5 Pro dělící kmitočet f = 10000 Hz a kapacitu C = 0.01 µF určete velikost odporu R. &3.6 Zapojení doplňte potřebnými přístroji (dvoukanálový osciloskop, generátor, nf milivoltmetr), obvod zapojte a změřte amplitudově-frekvenční charakteristiku propusti. &4. Navrhněte zapojení aktivní pásmové propusti. &4.1 Načrtněte její amplitudově-frekvenční charakteristiku. Naznačte výpočet dělících kmitočtů.

MĚŘENÍ NA STABILIZÁTORECH

&1. Co je úkolem stabilizátoru napětí ? &2. Na obr.1 máte základní zapojení sériového integrovaného stabilizátoru řady 78xx s interně

nastavenou hodnotou kladného výstupního napětí ( pro záporná napětí se vyrábí řada 79xx) Kondenzátory C1 , C2 jsou zapojeny na přípravku a přispívají ke stabilitě obvodu. Výrobce doporučuje jejich zapojení přímo na vývody 78xx

&2.1 V katalogu vyhledejte mezní hodnoty int. stab. MA7805. &2.2 Navrhněte velikost zatěžovacího odporu Rz tak, aby bylo možno měření provést v rozsahu proudů od 0,1In do In. &2.3 Realizujte zapojení podle obr.2 a změřte zatěžovací charakteristiku U2 = f(I2). Obr.1.

regulační

transform.usměrňovač

1 000 stabilizátor

V1 V2

A

RzµF

+

obr.2 Pro správnou funkci stabilizátoru platí, že U1 ≥ U2 + 3V při dodržení podmínky U1 < U1max. Změřte zatěžovací charakteristiku při nedodržení první podmínky. Zpracujte tabelárně i graficky. 3.

&3.1 Zapojení pro dosažení jiného než konstrukčního napětí. (obr.3)

Aplikace integrovaného stabilizátoru

člen Ra.I0 lze zanedbat Rb volíme 150Ω

obr.3

U1 U2

78xx+

-

B

C1 C2

C

E+

-.

U1 U2

7805+B

C1 C2

C

E

Rb

Ra

Io

+

--

&3.2 Vypočítejte hodnotu odporu Ra pro dosažení napětí 8 a 10V. Zapojení realizujte, případný rozdíl U2 opravte změnou odporu Ra. Určete proud I0.

&3.3 Změřte zatěžovací charakteristiky. Zpracujte tabelárně a graficky. &3.4 Zdroj konstantního proudu.

I2 =UjmR1

+ I0 I2 ≤ 1A I0 lze zanedbat. &3.5 Vypočtěte hodnotu odporu R1 pro I2 = 0,05A. Odpor R2 nabývá hodnot 0 až 200Ω . Určete potřebnou velikost vstupního napětí.

obr.4 &3.6 Upravte zapojení, změřte zatěžovací charakteristiku I2 = f(UR2). Zpracujte tabelárně a graficky. &3.7 Pro dosažení vyššího než konstrukčního napětí se používá též zapojení se Zenerovou diodou. Pokuste se navrhnout zapojení, určete vztah popisující výstupní napětí a vyberte z katalogu vhodnou diodu pro dosažení napětí 14V. Spojité stabilizátory TYP U2 (V) I2 (A) ∆U (V) počet svorek MA7805 (09,12,15,24) - s pevným napětím +5 až +24 1 3 3 xx317 - s proměnným napětím +1,2 až +37 1,5 2,3 3 LM396 - s proměnným napětím +1,2 až +15 10 2,1 3 LM 2941 - nízkoztrátové +1,3 až +25 1 0,5 5 LT 1084 - nízkoztrátové +1,3 až +25 5 1,3 3 LM 2941 - má navíc snímací svorky S1 a S2(Sense) umožňuje vyloučit chybu vlivem úbytku napětí na přívodech

U1

7805+B

C1 C2

C

E

Io

-

R1

R2

I2