Projekt "Kabelsökare" ver 1.4

Transkript

1 Projekt "Kabelsökare" ver 1.4 Kan du, väckt mitt i natten, redovisa för 4011:ans pinnkonfiguration och offsetkompensera en 741:a på minst två olika sätt kan du sluta läsa. Kasta en blick på schemat och sätt igång. Annars hittar du en del användbar information nedan. Uppgift Din uppgift är att löda fast komponenterna enligt schemat, kontrollera att allt är riktigt och visa en fungerande enhet för labbassen. Sökarens kopplingsschema Op-amp LM324N R 1 = R 2 = 10 MΩ, R 3 = 560 kω, R 4 = R 6 = R 8 = R 10 = 12 kω, R 11 = R 12 = R 13 = 330 Ω, R 5 = 2,7 kω, R 7 = 4,7 kω, R 9 = 6,8 kω. C 1 = 2,2 nf, C 2 = 1,0 μf, C 3 = 220 μf, D 1 = röd LED, D 2 = gul LED,D 3 = grön LED. Funktion Metallplattan bildar den ena halvan av en kondensator vars andra halva består av elledningen. När plattan är tillräckligt nära ledningen är kapacitansen så stor (storleksordning pf, mer om detta i TET-kursen) att en mätbar 50 Hz signal finns mellan ingången på den första op-ampen och jorden. Resten av kretsen känner du igen om du har gjort hemuppgifterna. Op-ampen fungerar som förstärkare med hög

2 inimpedans och som bandpassfilter. R 3 C 1 bestämmer den högre brytfrekvensen och R 4 C 2 den lägre. Spänningsdelaren på +ingången ser till att hålla potentialen på ingångarna halvvägs mellan jord och matningsspänningen (tillstånd utan insignal). Detta ger maximal dynamik (varför?). Motstånden i spänningsdelaren har mycket stora värden (varför?). De tre övriga op-amparna är kopplade som komparatorer (ingen återkoppling). Spänningsdelarna fixerar de negativa ingångarna vid lämpliga nivåer. Överskrider den förstärkta signalen med frekvensen 50 Hz dessa nivåer tänds respektive lysdiod (vilka värden jämförs här? Medelvärde, effektivvärde, toppvärde, något annat?). På detta sätt fås en styrkeindikering. Tittar man noga ser man att lysdioderna blinkar med frekvensen 50 Hz. Varför gör de det och varför blinkar inte vanliga glödlampor? Alla noder märkta med en ring med ett plus i är anslutna till batteriets +9 V. Samma spänning är kopplad till pinne 4 på kapseln. Det är den som förser op-amparna med ström. När lysdioderna tänds drar det en avsevärd ström från batteriet. Är inte batteriet helt friskt, orkar det inte leverera strömmen. Därför kopplar man en stor kondensator C 3 parallellt med batteriet. Den stora strömmen levereras då av kondensatorn. Kondensatorn laddas när lysdioderna är släckta, resten av kretsen drar mycket lite ström. Enkelt och listigt, eller hur? Bygge Börja med att löda fast alla motstånd samt bygeln som du tillverkar av en trådstump. Nästa steg är hållaren för kapseln med op-amparna. Vi använder hållaren för att det är mycket svårt att löda bort en komponent med 14 anslutningar om den går sönder. Vänd hållaren rätt, den har en markering. Nu är det dags för de stående komponenerna, kondensatorerna och lysdioderna. Vänd dioderna och elektrolytkondensatorerna rätt! Långt ben på lysdioden = anod till plus. Sist löder vi fast batterianslutningen. När du kommer hem kan du avlastar den med en droppe smältlim. Röd ledning till plus. Sätt i kapseln med op-amparna. Vänd den rätt! Den paranoide kontrollerar nu en gång till att allt är rätt, den dumdristige ansluter batteriet direkt enligt mottot friskt kopplat hälften brunnet. Testa intill en strömförande kabel!

3 Säkerhet Runt omkring oss har vi livsfarliga spänningar. Hemma kan vi känna oss någorlunda säkra, tillverkarna av elektrisk utrustning vill inte bli stämda och gör det antingen besvärligt för oss att göra dumheter eller nöjer sig med varningsskyltar. I ett laboratorium finns det inget utom ditt eget omdöme som hindrar dig ifrån att sätta en banankontakt i vägguttaget. Ditt hjärta tål inte mer än 20 ma. Det är därför en jordfelbrytare löser ut vid just 20 ma. (Extra uppgift: hur fungerar en sådan och vad skyddar den emot?) Så regel nummer ett: Bryt strömmen innan du börjar meka. Detta inte bara för att skydda dig. Din konstruktion kanske inte tål 230 V på alla ingångar. Den kanske inte är kortslutningssäker överallt. Det finns ingenting enklare än att förstöra en krets genom att med en skruvmejsel eller lödkolv förbinda två noder som inte tål det. Ibland reagerar kretsen genom en kraftig rökutveckling, ibland inte. I det senare fallet blir felsökningen svårare. Lödning Lödning bygger på diffusion. För att den skall inträffa måste vi ha tillräckligt hög temperatur och tillräckligt rena ytor. Våra lödkolvar har inbyggda termostat. Det betyder inte att temperaturen alltid är korrekt: goda elektriska ledare är i regel också goda värmeledare och kan transportera bort mera värme än kolven kan tillföra. För att öka den tillförda mängden måste man se till att ha god kontakt mellan kolvens spets och de lödda detaljerna. Använd rätt och ren spets och ha en aning lod på den. Benen på komponenterna kan vara oxiderade eller smutsiga. Lödtråden vi använder innehåller ett flussmedel som skall fixa detta. Ibland räcker det inte och man måste tillgripa mekaniska metoder: skrapa försiktigt med ett vasst föremål. När man löder skall man värma det som skall lödas och inte lödtråden. Lödtråden skall smälta vid kontakten med lödstället. Värm dock inte för länge, många komponenter, speciellt halvledare, tål inte lång uppvärmning. Använd inte för mycket lod, man skall kunna se lödstället under ( konturlödning). En bra lödning känns igen på att lod inte bildar en droppe som vatten på teflon utan flyter ut (s.k.vätning). Det är viktigt att komponenterna är fixerade så att de inte rör på sig medan lodet stelnar. Det är ingen nackdel att blåsa lite för att snabbt kyla ner lödställe. Lödning är inte bara en färdighet, det är en konst. Detta är inte menat som avskräckning utan som målsättning. Dina labbassar hjälper dig på vägen. Öva måste du göra själv.

4 Komponenter Motstånd är de små cylindriska sakerna med axiella trådar. Resistansen är kodad i form av färgade ringar. Färg Siffra Multiplikator Tolerans ± % Svart Brun Röd Orange Gul Grön ,5 Blå ,25 Violett ,1 Grå Vit Guld Silver T.ex. röd röd orange silver betyder Ω = 22 kω, ± 10%. Kondensatorer finns i två utföranden: med fast dielektrikum och med elektrolyt. De med fast dielektrikum (C 1 ) har lägre förluster men också större volym. De används bl.a i filter. De med elektrolyt (C 2 och C 3 ) kan göras med betydligt större kapacitans i samma volym, men de har sämre Q-värde, starkt temperberoende och sämre livslängd. De är polariserade och måste vändas rätt. Antingen är minussidan märkt med ett streck eller plussidan med ett plustecken. Värdet på kapacitensen anges oftast i klartext. Operationsförstärkare (4 st) finns i en sk DIL14 kapsel. De är kopplade till pinnarna enligt nedanstående bild tagen uppifrån.

5 Lysdioder (LED- Light Emitting Diode) ser ut som en liten lampa och lyser som en sådan dock med (nästan) monokromatiskt ljus. Elektriskt sätt fungerar den som en vanlig diod och måste vändas rätt för att inte gå sönder. Det längre benet skall vara positivt. Lysdioden har en betydligt längre livslängd än en glödlampa och även högre verkningsgrad. Felsökning Att förstå vad man gör är aldrig en nackdel. Denna sanning visar sig tydligt när man försöker felsöka sin konstruktion. Att den behöver felsökas följer direkt ur Murphys Första Lag. När en konstruktion inte fungerar misstänker man ofta komponentarena. Dessa är det nästan aldrig fel på. En ev. trasig komponent var inte trasig när du fick den, det är antagligen du som har skadat den (för hög temperatur, avbrutna ben, statisk elektricitet, etc). Vanliga fel är: felvända komponenter, dåliga lödningar, kortslutningar mellan ledarna på mönsterkortet, avbrott på dessa ledningar, förväxlade komponenter, fel komponentvärden. En noggrann okulär besiktning avhjälper de flesta felen. Hittar du ingenting suspekt, kontrollera alla likspänningar mha en voltmeter. Observera att vissa spänningar är enklare att mäta än andra. Varför? Nästa steg är att använda oscilloskop för att följa signalens väg genom kretsen. Det ligger dock utanför vår kurs