239936364 elektronska mjerenja 4 za 4 raz elektrotehnicke skole 2005 z vrsalovic

8/10/2019 239936364 ELEKTRONSKA MJERENJA 4 Za 4 Raz Elektrotehnicke Skole 2005 Z Vrsalovic

1/128

Zdravko Vrsalovi, dipl.el.ing.

ELEKTRONSKA MJERENJA

ZA IV. RAZRED ELEKTROTEHNIKE KOLE STRUNA ZVANJA:TEHNIAR RAUNARSTVA I INFORMATIKE

TEHNIAR TELEKOMUNIKACIJA TEHNIAR AUTOMATIKE I ELEKTRONIKE

Sarajevo, srpnja - jula 2005.


2/128

PREDGOVOR

Brz i sveobuhvatan razvoj elektrotehnike, a posebno elektronike,posljednjih godina uvjetovao je i znaajan razvoj elektronike instrumentacije.Broj mjernih ureaja i mjerne mogunosti postojeih ureaja neprekidno sepoveavaju. Tehnika integriranih krugova poveala je sloenost upotrebljenihelektronikih sklopova, to omoguuje proirivanje mjernih podruja i dobijanjemnogo veeg broja informacija na bri i pregledniji nain.

Udbenik je podijeljen na devet poglavlja.U prvom poglavlju razmatrani su mjerni izvori koji omoguavaju ispitivanje

svojstava pojedinih pojaala, filtera, demodulatora, modulatora i sl.Drugo poglavlje obuhvata analogne indikatore i registrirajue naprave, koji

predstavljaju vaan element elektronikih naprava, koje se nalaze na izlazumjernog ureaja prikazuju veliine u obliku struje ili napona, da bi ih mogli osjetitinaim osjetilima. Oni pretvaraju elektrinu veliinu u vizuelnu, da bi je osjetilomvida mogli zapaziti.

U treem poglavlju su digitalni indikatori i registrirajue naprave, kojepokazuju alfanumerike znakove, znakove interpunkcije, predznake i shematskeznakove. Najee pokazuju znamenke u dekadskom sustavu.

etvrto poglavlje obuhvata metode mjerenja izoblienja i umova. Peto poglavnje daje prikaz mjerenja na sistemima sa svjetlovodima. Sva

mjerenja u okviru svjetlovodnog prijenosa mogu se podijeliti u dvije grupe:- mjerenje karakteristika pojedinih komponenata;- mjerenje karakteristika sistema u cjelini to su mjerenja kvaliteta

prijenosa.

esto poglavlje obuhvata mjerenje slabljenja i pojaanja, gdje suobraenja mjerenja sopstvenog, radnog, unesenog i ekvivalenta slabljenja islabljenja presluavanja.

U sedmom poglavlju je obraeno mjerenje snage i gubitaka. Tu suobraeni mjerai izlazne snage, mjerenje snage sa dva ampermetra, mjerenjesnage sa tri ampermetra, mjerenje snage pomou ampermetra i voltmetra,mjerenje snage elektronikim vatmetrom, mjerenje snage pomou osciloskopa idigitalna mjerenja snage.

Osmo poglavlje obuhvata mjerne kompenzatore, koji omoguujumeusobnu usporedbu poznatih i nepoznati veliina. Razraeni su kompenzatoriza istosmjernu i izmjeninu struju.


3/128

Deveto poglavle je obrada rezultata mjerenja, u kome su navedenedozvoljene mjerne granice obrade rezultata mjerenja kao nain predstavljanja iobrade rezultat dobijenih mjerenjem.

Udbenik je prilagoen inoviranom i obnovljenom nastavnom planu iprogramu, koji je pripremila Mjeovita elektrotehnika kola u Sarajevu, aodobrilo Kantonalno ministarstvo obrazovanja kantona Sarajevo i namijenjen jeza uenike etvrtog razreda za struna zvanja tehniar raunarstva informatike,tehniar telekomunikacija i tehniar automatike i elektronike.

Ako nae put do onih kojima je namijenjena, ova je knjiga ispunila svojusvrhu.

Ugodna mi je dunost da se na kraju zahvalim Mjeovitoj elektrotehnikojkoli u Sarajevu, kao i kolegama u koli koji su mi dali korisne savjete i omoguilida ovaj udbenik izae to bolje opremljen.

Sarajevo, srpnja jula 2003. Zdravko Vrsalovi


4/128

S A D R A J 1, MJERNI IZVORI 1

1.1. ISTOSMJERNI STABILISANI IZVORI 1

1.2. GENERATORI SINUSNOG VALNOG OBLIKA 3

1.3. OSCILATORI 4OSCILATORI U TRI TAKE 5KOLPICOV OSCILATOR 7HARTLEJ OSCILATOR 7KRISTALNI OSCILATORI 11RC OSCILATORI (OSCILATORI FAZNOG POMAKA) 12OSCILATOR SA VINOVIM MOSTOM 13METODE IZBIJANJA 14

1.4. GENERATORI FUNKCIJA 17GENERATORI KVADRATNIH VALNIH OBLIKA 17JEDNOSTAVAN INTEGRATOR I DIFERENCIJATOR 17GENERATOR ETVRTASTIH VALNIH OBLIKA SAOPERACIONIM POJAAVAEM 19

PITANJA 20

2. ANALOGNI INDIKATORI I REGISTRIRAJUE NAPRAVE 21

2.1. INSTRUMENT S POMINIM NAMOTAJEM 21

2.2. PISAI 24

2.3. SVJETLOSNI OSCILOGRAFI 25

2.4. KOMPENZACIONI PISAI 26

2.5. KOORDINATNI PISAI 27

2.6. MAGNETNA REGISTRACIJA 29

Princip magnetnog registriranja 29

PITANJA 32

3. DIGITALNE REGISTRIRAJUE NAPRAVE 33

3.1. OPENITO O DIGITALNIM INDIKATORIMA 33

3.2. ELEKTROMEHANIKI INDIKATORI 35

3.3. ELEKTROOPTIKI INDIKATORI 35


5/128

3.4. OPTOELEKTRONIKI INDIKATORI 35Indikatori s tinjavim izbijanjem u plinu 35Katodoluminiscentni indikatori 38

Elektroluminiscentni indikatori (luminofori) 38Svjetlee diode (LED) 42Indikatori s tekuim kristalima (liquid cristal) 43

PITANJA 47

4. MJERENJE IZOBLIENJA I UMOVA 48

4.1. MJERENJE STEPENA HARMONIJSKOG IZOB LIENJA POMOU MOSTA 48Metoda mjerenja sa izbijanjem 50

4.2. MJERENJE STEPENA IZOBLIENJA 52Metoda mjerenja sa rezonantnim kolima 52Metoda mjerenja sa uravnoteenim modulatorom 53

4.2. MJERENJE INTERMODULACIONOG UMAMETODO M BIJELOG UMA 54

PITANJA 57

5. MJERENJE NA SISTEMIMA SA SVJETLOVODIMA 58

5.1. MJERENJA SLABLJENJA VLAKNA 59Mjerenje slabljenja optikog vlakna metodom odsjecanja 61Mjerenje ukupnog slabljenja optikog vlakna metodomreflektometra 65

5.2. IZNALAENJE MJESTA PREKIDA VLAKNA 67Mjerenje ukupne disperzije u vremenskom domenu 69Mjerenje ukupne disperzije u frekeventnom domenu 71

PITANJA 736. MJERENJE POJAANJA I SLABLJENJA 74

6.1. SOPSTVENO SLABLJENJE ETVEROPOLA 74

6.2. RADNO SLABLJENJE ETVEROPOLA 75Mjerenje radnog slabljenja 76

Metode sa mjerenjem napona 77Metoda poreenja sa poznatim oslabljivaem 79

6.3. UNESENO SLABLJENJE 80Odreivanje unesenog slabljenja mjerenjem napona 81


6/128


7/128

PITANJA 115

9. OBRADA REZULTATA MJERENJA 116

9.1. DOZVOLJENE MJERNE GRANICE OBRADE

REZULTATA MJERENJA 116

9.2. OBRADA REZULTATA MJERENJA 117

PITANJA 119

LITERATURA 120


8/128

1

1. MJERNI IZVORI

Da bi se mogla ispitati svojstva pojedinih pojaala, filtera,demodulatora, modulatora i sl. koji sami po sebi ne daju nikakvog napona nasvom izlazu i bez napona na ulazu, potrebni su mjerni izvori . Mjerni izvorinadomjetaju napone razliitih frekvencija na ulazu ispitivanih sklopova kakvi bise u njihovoj primjeni mogli pojaviti. Na taj nain se mogu ispitivati svojstvapojedinih pasivnih sklopova prije njihove upotrebe i tako utvrditi eventualninedostaci u njihovom radu.

S obzirom na valne oblike koje generiraju i na njihovu tehnikukonstrukciju , izvore mjernih signala moemo podijeliti na:

- generatore istosmjernog napona- generatore sinusnog valnog oblikaa) za podruje niih frekvencija ( ton generatori )b) za p odruje viih frekvencija ( signal generatori )- generatore periodinih funkcija koji uz sinusni valni oblik generiraju

pravokutni, trokutasti i pilasti valni oblik- generatore impulsa.

1.1. ISTOSMJERNI STABILISANI IZVORI

iroku primjenu imaju etaloni napona sa Zenerovim diodama,naroito tamo gdje je izvor napona optereen.

Zenerove diode su poluprovodnike diode, koje se u propusnompodruju ponaaju kao i ostale diode. Meutim, kod njih u zapornom podrujuprvo struja vrlo malo raste s porastom na pona, da bi iznad odreenog naponavrlo naglo porasla, kao to se vidi iz karakteristike prikazane sl. 1.1.. Tu pojavu jerazjasnio C. Zener 1934. godine, pa se po njemu naziva Zenerov efekat.

Negativan napon pri kojem dolazi do naglog porasta struje poznat je kao Zenerov napon , a struja u Zenerovom podruju kao Zenerova struja . Tapojava je reverzibilna, a Zenerov napon je vremenski vrlo stalan i iznosi od 1do vie desetaka Volti. Za primjenu je najvanije elektrino svojstvo Zenerovediode, strmina karakteristike u Zenerovom podruju, odnosno Zenerov otpor Rz,koji iznosi:

z

z z I

U R

Ovaj otpor je ovisan o vrsti diode i veliini Zenerove struje, teiznosi oko 0,5 150 .

Slika 1.2. prikazuje principijelnu shemu naponskog izvora saZenerovom diodom, u kojoj se izlazni napon U iz dobiva na stezaljkama Zenerovediode, a ona je preko ulaznog otpornika R ul prikljuena na ulazni napon Uul, padobijamo


9/128

2

Uul = Iul Rul + U iz = ( I iz + I z ) R ul + U iz

SL. 1.2. PRINCIPIJELNA SHEMA NAPONSKOG SL. 1.1. KARAKTERISTIKA ZENER DIODE IZVORA SA ZENER DIODOM

Dalje je:Uiz = U zo + Iz R z

ul iz z

ul zo

z

ul iz R I R

R U

R R

U U )1(

Ako elimo da izlazni napon bude stalnog iznosa, potrebno je darelativnim promjenama ulaznog napona U ul odgovaraju to manje relativnepromjene izlaznog napona U iz, odnosno da bude to vei koeficijent stabilizacijeS:

iz

iz

ul

ul

U dU

U dU

S :

)(1)1( z iz z iz ul

ul

iz

z

ul

ul

iz

I I R U U

U U

R R

U U

S

Odavde zakljuujemo da se koeficijent stabilizacije poveava akopo veamo ulazni napon, a smanjujemo ukupnu struju Iiz + I z.

Obino se ulazni napon odabira otprilike dva puta vei odizlaznog, jer daljnje poveavanje ulaznog napona ne pridonosi bitno poveanjufaktora stabilizacije.

Praktino se ovakvim spojem moe ostvariti koeficijent stabilizacijedo najvie 100, to znai, promjeni ulaznog napona od 10 % odgovara promjena

SL. 1.3. SPOJENI JEDAN ZA DRUGIM VIE STEPENA

izlaznog napona od 0,1 %. Ako elimo postii jo vei koeficijent stabilizacije,spajamo jedan za drugim vie stepena s koeficijentima stabilizacije


10/128

3

S 1, S 2,...,S n, pa je tada ukupan stepen stabilizacije S u :

S u = S 1 S 2 .....S n

1.2. GENERATORI SINUSNOG VALNOG OBLIKA

U podruju niih frekvencija za ispitivanja i mjerenja servo sistema, geofizikih i medicinskih ureaja, elektroakustikih ureaja,audiopojaala, ultrazvunih aparata, u visokfrekventnoj telefoniji za ispitivanjevideopojaala, filtera itd. slue sinusni izvori. Niskofrekventni izvor sinusnogvalnog oblika prikazan je na slici 1.4.

SL. 1.4. NISKOFREKVENTNI IZVOR SINUSNOG VALNOG OBLIKA

Osnovni elemenat svih mjernih genetarora je oscilator. Meu sinusnim generatorima u podruju niih frekvencija upotrebljavaju se RC oscilatori. Zbog svoje sloene konstrukcije, cijene i nedovoljne stabilnostifrekvencije u podruju niskih frekvencija heterodinski oscilatori su potisnuti odRC oscilatora. S RC oscilatorima su uspjeno obuhvaena podrujafrekvencija od 0,1 Hz do 10 MHz. Kako oscilatori, da bi zadrali potrebnustabilnost amplitude i frekvencije, ne mogu biti znatnije optereeni, valja ih odvanjskog kruga odijeliti odjelnim stepenom.

Sinusni generatori visokih frekvencija primjenjuju se najvie upodrujima radio frekvencija za mjerenja na beinim i inim komunikacijskimureajima. Izlazni napon visoke frekvencije tih generatora nadomjeta signalodailjaa, pa on mora biti modulir an. Radi toga su takvi generatori poznati i podimenom signal generatora. Blok shema tih genetarora prikazana je na sl. 1.5.

SL. 1.5. SIGNAL GENERATOR


11/128

4

Signal generator iskljuivo koriste LC oscilat ore. U podruju donekoliko stotina MHz oscilatorni krugovi su im izvedeni diskretnim elementima,dok se na viim frekvencijama slue rezonatorima.

1.3. OSCILATORI

Osnovni elemenat oscilatora je paralelno oscilatorno kolo. Ako seovo kolo pobudi istosmjernim naponom, ono e proizvoditi harmonijske oscilacijeodreene frekvencije. Ove oscilacije su harmonijske samo u sluaju kada suelementi kola idealan kondenzator i idealna zavojnica. Kondenzator i zavojnica ustvarnim kolima nisu idealni, ve u sebi sadre i aktivan otpor, na kome se dioenergije pretvara u toplotu, to predstavlja gubitak energije. Zadatak oscilatora jeotklanjanje gubitaka energije.

Oscilatori su elektronska kola ukojima se vri pretvaranje istosmjernihstruja izv ora za napajanje u izmjenine strujenajee visokih frekvencija i to bez pomoibilo kakvog spoljanjeg generatra izmjeni -nog napona.

Posmatrajmo pojaava s povratnom spregom:

SL. 1.6. POJAAVA KAO OSCILATOR

Ovo je moe postii kada je 1 - A = 0 , tj. A = 1 . To je poznatiBarkhauzenov uvjet za stacionarne oscilacije, tj. to je uvjet da pojaavapostane oscillator. ( A predstavlja kruno pojaanje ovoga sklopa ). A jekompleksni broj, koji ovisi o frekvenciji: R e + j Im = 1. Iz I m = 0 , odreujemo

frekvenciju.

Znai, postoje dva uvjeta: - amplitudni uvjet A = 1- fazni uvjet = 0

A

A A

1u

( A se uvrtava kao apsolutna vrijednost )


12/128

5

OSCILATORI U TRI TAKE

Oscilatori u tri take se mogu predstaviti opom shemom ( ako jetranzistor taka 1 baza; 2 kolektor ). Opi uvjet za oscilovanje je Barkauzenovuvjet

A pojaanje pojaavaa kada je prekinuto kolo povratne sperege - koeficijent povratne sprege.

Nacrt at emo ekvivalentnu shemu: pojaava moemo predstavitikao naponski izvor sa unutranjim otporom. Napon izvora bit e:

- Au U13

SL. 1.7. OPA SHEMA OSCILATORA U TRI TAKE ( a ) ;EKVIVALENTNE SHEME OSCILATORA U TRI TAKE ( b i c )

Sa sheme a) posmatrajmo kolo povratne sprege:

pojaanje pojaavaa


13/128

6

U opem sluaju je:

Da fazni stav bude nula, imaginarni dio u gornjem izrazu mora biti jednak nuli:

R0 ( X1 + X 2 + X 3 ) = 0X1 + X 2 + X 3 = 0Odavde se odreuje frekvencija oscilovanja. Iz X1 + X 2 + X 3 = 0,

slijedi:X1 + X 3 = - X 2

Znai, X1 i X2 moraju biti istog znaka istog karaktera, a X 3suprotnog znaka karaktera.

Mogue su dvije varijante:

X3 = L3

Ako su X 1 i X2 kapacitivnog karaktera, a X 3 induktivnog, takav oscilator se nazivaKolpicov (Colpitts) oscilator, a ako su X 1 i X2 induktivnog karaktera, a X 3kapacitivnog, takav oscilator se naziva Hartley oscilator.

X1 = L1

X2 = L2


14/128

7

KOLPICOV OSCILATOR

SL. 1.9. KOLPICOV OSCILATOR

X1 + X2 + X 3 = 0 FREKVENCIJA OSCILOVANJA

HARTLEJ OSCILATOR

SL. 1.10. HARTLEJ OSCILATOR

X1 + X2 + X 3 = 0 FREKVENCIJA OSCILOVANJA

UVJET OSCILOVANJA


15/128

8

Frekvencija oscilovanja osim to ovisi od parametara oscilatornogkruga, ovisi i od parametara tranzistora, a h parametri ovise o temperaturi inaponu napajanja.

Ako se mijenja napon napajanja, mijenja se i frekvencija oscilatora,pa se napajanje vri preko stabiliziranih izvora.

Drugi od uzroka nestabilnosti je promjena temperature, koja utje ena promjenu parametara oscilatornog kruga i na promjenu parametaratranzistora, tj. promjena temperature uzrokuje promjenu frekvencije. Utjecaj

promjene temperature moe se smanjiti ako itav oscilator stavi se u termostatsa stalnom temperaturom. Time otklanjamo i utjeca vlanosti zraka.

Pritisak zraka, vlanost zraka djeluje na dielektrik kondenzatora, pae se mijenjati kapacitet kondenzatora.

Otpor optereenja takoer utjee na promjenu frekvencije. Vibracije takoer utjeu na promjenu frekvencije, pa se ureaju

postavljaju na amortizere.Pored raznih mjera ne moe se dobiti dobra stabilizacija

frekvencije, pa se zato umjesto klasinih oscilatornih kola koriste kristali kvarca.

Osobine kristala kvarca : Kristal kvarca (SiO 2) je vrlo tvrd mineral,

izdrava visoke temperature i otporan je kemijskim utjecajima. Po spoljanjemobliku kristali kvarca predstavljaju estostrane prizme sa piramidalnimnastavcima.

Za datu frekvenciju, izrezuju se ploice kristala tano odreenihdimenzija, to se ostvaruje pomou izvanredno preciznog bruenja.

SL. 1.11. KRISTAL KVARCA (a) , PLOICA IZREZANA IZ KRISTALA (b) , DODATNI KAPACITET PLOICE KRISTALA (c) ,EKVIVALENTNA SHEMA KRISTALA KVARCA (d)

UVJET OSCILOVANJA


16/128

9

Kod ploica od kvarca, oscilacije su najintenzivnije kada je vlastitafrekvencija kvarcne ploice jednaka frekvenciji dovedenog napona, dakle istisluaj kao i kod oscilatornih kola.

Utvreno je da se ploica kvarca moe predstaviti ekvivalentnomshemom kao na sl. 1.11.(d), Veliine Lk , C k i r k karakteriu ploicu kvarca, dok

C0 predstavlja kapacitet koji ima ploasti kondenzator sa metalnim oblogama kodkoga je kao izolator kvarc, a C 1 odgovara kapacitetu izmeu metalne obloge iploice kvarca, gdje je dielektrik zrani meuprostor; kapacitet C 1 se moezanemariti (C 1>>C 0).

SL. 1.12. EKVIVALENTNA SHEMAKRISTALA KVARCA SA

ZANEMARENIM C 1

Parametri ekvivalentne sheme izraunati navedenim obrascimaimaju vrijednost:

Lk = (0,1 - 100)

Ck = (0,01 - 0,05) pF

r k = ( 1 10 )

Sa sheme se vidi da ploica kristala kvarca ima dvije rezonantnefrekvencije:

- prva je redna rezonansa, ija je frekvencija

- druga je paralelna rezonansa itavog oscilatornog kruga, ija jefrekvencija :

C Lk p

1

Postoje obr asci za odreivanje Lk , C k , r k i C0 :

bl d

Lk 3

130

F d bl

C k 022,0

310130bl d

r k

pF d bl

d S

C 4,040

0

0

C C C C

C k

k

;


17/128

10

Ako se zanemari otpor r k ( r k > C k.Kvalitet kvarca Q odreuje se:

k

k s

r L

Q

Ako je frekvencija kvarca blia s , onda je rad kvarca blie rednojrezonanci, impedansa je mala; ako je radna frekvencija blia p , impedansa jevrlo velika, onda je kvarc blie paralelnoj rezonansi. Kvarc se ponaa kaoniskoomski i visokoomski elemenat.

Kvarc se ponaa kaopropusnik samo jedne frekvencije.Selektivnost takvoga kola je vrlovelika. Radi ovoga kristal kvarcakoristi se kao elemenat za stabilizaciju.

Karakteristika ovisi otemperaturi, pa se i kristal kvarcastavlja u termostat, da bi stabilizirali

temperaturu.Kristal kvarca se u oscila-

torima moe koristiti na dva naina: - da slui kao elemenat za

stabilizaciju frekvencije; SL. 1.14. AMPLITUDNO FREKVENTNA- da ini elemenat oscila- KARAKTERISTIKA KRISTALA KVARCA

tornog kruga.


18/128

11

KRISTALNI OSCILATORI

Kolpicov oscilator. Na sl. 1.15. prikazan je Kolpicov oscilator sazajednikom bazom, koji koristi kristal

kvarca. U ovom kolu se koristi paralelnarezonansa kristala kvarca. Ako se kristalkvarca zamijeni ekvivalentnom shemom,funkcioniranje ovog kola je analognofunkcioniranju Kolpicovog oscilatora.Povratna sprega izmeu kolektora iemitera je ostvarena preko kondenzatoraC1. Otpornici R e , R b i R f osiguravajupotrebne prednapone i radne uvjete kola.Otpornik R e je stabilizirajui otpornik SL. 1.15. KOLPICOV OSCILATORemitera. Kondenzator C b je odvodni SA KRISTALOM KVARCA

kondenzator za izmjeninu struju, za otpornik R b . Kondenzatori C 1 i C 2 ine djeljitelj napona spojen na izlazu. Poto se u ovom spoju tranzistora ne dogaanikakav fazni pomak, signal povratne sprege se mora spojiti tako da se napon nakondenzatoru C 2 vraa na emiter bez unoenja faznog pomaka. Frekvencijaoscilovanja ovog kola je odreena ne samo kristalom ve i paralelnimkapacitetom koji unose kondenzatori C 1 i C2 . Ovi kondenzatori se normalnoodabiraju sa velikom vrijednou tako da prelaze kako ulazni tako i izlaznikapacitet tranzistora i da ine oscilacije dosta neovisnim od promjenaparametara tranzistora.

Na sl. 1.16 . prikazano je kolo sa zajednikim emiterom kod kogase povratna sprega vodi sa kolektora na bazu. Prikazani otpori slue zauspostavljanje potrebnih prednapona u uvjeta stabilizacije kola. Kondenzatori C 1 i C2 ine djeljitelj napona za ovo kolo. Izmeu ulaznog i izlaznog signala postoji

SL. 1.16. KOLPICOV OSCILATOR KOLO SA ZAJEDNIKIM EMITEROM SA POVRATNOM SPREGOM SA KOLEKTORA NA BAZU

fazni pomak od 180 0. Da bi oscilator mogao da osciluje, kristal se mora ponaatikao induktivitet. Frekvencija oscilovanja ovog oscilatora je odreena kristalom iparalelno prikljuenim kondenzatorima. Ovaj oscilator se tako svodi na oscilatoru tri take Kolpicov oscilator.


19/128

12

Milerov oscilator. Povratna sprega izmeu drejna i gejta jeostvarena preko meuelektrodnog kapaciteta Cag . Ovaj oscilator se svodi naHartlej oscilator, jer da bi nastale oscilacije, kristal kvarca (oscilatorni krug ugejtu) i oscilatorni krug u drejnu moraju imati induktivni karakter.

Da bi kruno pojaanje bilo jednako ili vee od jedinice, reaktansa

kristala ne smije biti suvie mala. Iz ovoga slijedi, da e kolo oscilirati na

SL. 1.17. MILEROV OSCILATOR

frekvenciji koja lei izmeu s i p i to blie paralelnoj rezonantnoj frekvenciji p.Poto je kod kristala kvarca p s , to e frekvencija oscilatora biti

odreena kristalom, a ne oscilatornim krugom. Oscilatorni krug mora biti podeenna frekvenciju kristala kvarca.

RC OSCILATORI ( OSCILATORI FAZNOG POMAKA )

Za izgradnju RC oscilatora se mogu koristiti tranzistori sa efektompolja ( FET ) ili bipolarni tipa n-p-n odnosno p-n-p. Ovi oscilatori u sebi nemajuklasina oscilatorna kola, ve postoje RC elementi.

Rade na niim frekvencijama i koriste se kao ton generatori, a rjeekao signal generatori.

I ovdje se primjenjuje Barkhauzenov uvjet:

Kolo povratne sprege se sastoji od RC elemenata. Fazni odnosizmeu U0 i U R je 180 0. Mrea mora ostvariti okretan je faze za 180 0. Znai svakasekcija treba okrenuti fazu za 60 0. Na kojoj frekvenciji je ovo ispunjeno ?


20/128

13

SL. 1.18. RC OSCILATOR

3223

20

3

)1

()1

(51

6C j C j

R C j

R R

R U i

Imaginarni dio je jednak nuli, jer je =180 0.

Obino trei otpornik ima otpor R3, jer je ulazna otpornost bipolarnog tranzistoramala, pa je:

R3 + R UL = R Ako bi imali etiri R C lana, uvjet frekvencije bi bio isti, a pojaanje

bi iznosilo 18.

OSCILATOR SA VINOVIM MOSTOM

Koristi jedan pojaava. Pozitivna povratna sprega:

SL. 1.19. OSCILATOR SA VINOVIM MOSTOM

)1

6(1

2222 R C R C j

R C 5

-1

1

2

( -, jer su naponi uprotufazi )


21/128

14

)1

()(1

11

2121

221

2

2

21

2

2

12

2 1

2 p

C R R C j R

C C

R R

R

C R j R

C j R

R C j R

01

211

2 C R R C

2121

1C C R R

2

Pojaava ne okree fazu.

31

A

Najmanje pojaanje da bi ovaj oscilator oscilovao iznosi 3.

METODE IZBIJANJA

Generatori sa izbijanjem se mnogo koriste za proizvoenjeniskofrekventnih zvunih frekvencija. Odlikuju se veom stabilnou od ostalihgeneratora. Principijelno, oni se sastoje od dva posebna oscilatora. Jedan od njihradi na stalnoj dok se frekvencija koji onaj drugi proizvodi moe mijenjati uodreenim granicama. Mjeanjem frekvencija u posebnom stepenu dobija senova frekvencija jednaka razlici prve dvije.

Predpostavimo da se na jedno strujno kolo dovede istovremenodva napona razliite frekvencije, kao na slici 1.20.

SL. 1.20. SABIRANJE DVASIGNALA

SL. 1.21. VREMENSKI DIJAGRAMI SUMIRANJA DVA SIGNALA

U kolu e se javiti nova struja. Njen oblik i frelkvencija ovisi uopem sluaju od odnosa frekvencija f 1 i f 2, kao i od odnosa njihovih napona.

Za sluaj da se oba napona i frekvencije znatno razlikuju,novonastali napon imae oblik predstavljen slikom ( a ), tj. izmjenini napon viefrekvencije e oscilirati oko onog drugog ija je frekvencija nia.

Obino se uzima da je R1 = R 2 = R ; C 1 = C 2 = C, pa je:


22/128

15

U sluaju da se naponi mnogo razlikuju, a pri priblino jednakimfrekvencijama, dobit e se dijagram sa slike ( b ), dok e za sluaj da su napo nipotpuno, a frekvencije priblino jednake dijagram novonastale struje imat e oblikpredstavljen na slici ( c ).

Ako u sluajevima ( b ) i ( c ) izvrimo ispravljanje novonastalog

napona, dobit emo dijagram na sl. 1.22., tj. struja koja se dobija poslijemijeanja i ispravljanja dvije izmjenine strujeima oblik istosmjernih impulsa. Posmatrajmokrivu lebdenja, tj. zbira obje date struje. Onapredstavlja dijagram struje, takoer periodine,sa utoliko duim periodom (tj. manjom frekven-cijom f 0) ukoliko je razlika izmeu frekvencija f 1i f 2 manja, tj. odnos frekvencija f 1/f 2 blie jedinici.Tako se moe podesiti da, iako su frekvencije f 1 if 2 izvan ujnog pojasa, frekvencija f 0 padne u

oblast akustikih frekvencija. Ve iz oblika krivulje

( b' ) i ( c' ) moe se zakljuiti da one nisu sinusne,to ukazuje na izvjestan broj harmonika, koji se unjima sadre. Meutim, moe se dokazati da je priupotrebi obinih elektronskih cijevi osnovna frekven- SL. 1.22. ISPRAVLJANJEcija jednaka razlici frekvencija f 1 i f 2 a da su ostale SIGNALA DOBIJENIH harmonijske frekvencije jednake sumama i razlikama SUMIRANJEM cjelobro jnih umnoaka jedne i druge frekvencije.

Neka je analitiki izraz za napone frekvencije f 1 dat sa:e 1 = E 1 sin 1 t

a napona frekvencije f 2 sa: e 2 = E 2 sin 2 tPoslije mijeanja dobit e se rezultatni napon jednak njihovom zbiru:

e 0 = e 1 + e 2 = E 1 sin 1 t + E 2 sin 2 tPredpostavimo da se ovaj napon dovodi na reetku cijevi ija se radna takanalazi na donjem dijelu, kao i da je njena karakteristika data izrazom:

i = k 0 + k 1 e + k 2 e 2 + k 3 e 3 + ... + k n e n

gdje je sa i oznaena struja u anodnom kolu, a sa e izmjenina komponentanapona, koji se dovodi na reetku (u naem sluaju e = e 0). Konstante k 0, k 1, k 2,..., k n ovise od oblika karakteristike date cijevi. Smjenom vrijednosti za e 0 u izrazza i, dobit e se: i = k 0 + k 1 (E 1 sin 1 t + E 2 sin 2 t ) + k 2 (E 1 sin 1 t + E 2 sin 2 t ) 2 + ... +

+ k n (E 1 sin 1 t + E 2 sin 2 t ) n

( a ) ( b )SL. 1.23. ELKTRONSKA CIJEV( a ) NJENA KARAKTERISTIKA ( b )

Ako se gornji izraz razvije i pri tome koristepoznate trigonometrijske relacije kao:2 sin 2 = 1 cos 2

dobit e se:


23/128

16

i = k 0 + k 1 (E 1 sin 1 t + E 2 sin 2 t ) ++ k 2 ( E 12 sin 2 1 t + E 22 sin 2 2 t + 2 E 1 E 2 sin 1 t sin 2 t ) + ...

odnosnoi = k 0 +

+ k 1 (E 1 sin 1 t + E 2 sin 2 t ) +

+k2(E 12/2(1 cos 2 1 t)+E 2/2(1 cos 2 2t) E 1 E2 (cos( 1+ 2)t cos( 1- 2)t))++ k 3 ( ................................ ) +

..................................................+ k n ( ................................ )

Odakle se vidi da se struja u anodnom kolu sastoji iz nizaizmjeninih struja, ije su frekvencije:

Obino su koeficijenti k sve manji to je indeks vei. S drugestrane, amplituda napona, ija je frekvencija f 1+f 2 ili f 1-f 2 je (E 1E2) mnogo vea odamplituda napona ostalih frekvencija (E 1, E 2, E 12/2, E 22/2 itd.). Radi toga su strujeostalih frekvencija znatno slabij e pa se mogu zanemariti. U praksi se to jopospjeuje upotrebom filtera, koji se stavlja iza stepena za mjeanje i ispravljanjei koji proputa samo najniu frekvenciju, tj. razliku f 0 = f 1 f 2, a to je osnovnafrekvencija napona prikazanog obvojnicom oba dijagrama (sl. 1.18. b i c). Ova

pojava se zove izbijanjem (interferencijom), a napon frekvencije f 0 naponomizbijanja.Shema generatora koji bi radio po ovom principu izbijanja izgledala

bi kao to to prikazuje sl. 1.24. Na ovoj shemi je sa G 1 ozna en generator visoke frekvencije, ija

se frekvencija moe mijenjati, a sa G2 generator stalne frekvencije. Sa MD jeoznaen stepen za mjeanje i detekciju. Poslije upotrebe filtra F dobija sefrekvencija f 0 = f 1 f 2 iji je napon poslije mjerenja voltmetrom V smanjenoslabljivaem A na potrebnu vrijednost.

SL. 1.24. SHEMA GENERATORA SA IZBIJANJEM

22;

22

;22

2;22

2

;2

;2

2121

2121

22

11

22

11

f f f f

f f

f f

itd.


24/128

17

Jedan od razloga sve vee upotrebe generatora sa izbijanjem, zaproizvodnju niske frekvencije, lei u tome to su frekvencije f 1 i f 2 znatno vee odfrekvencije f 0 = f 1 f 2. Za direktno dobijanje f 0 trebalo bi koristiti zavojnice savelikim koeficijentom samoindukcije i srazmjerno veliki kapacitet, dotle se zaproizvodnju viih frekvencija f 1 i f 2 mogu koristiti obine zavojnice sa malim

brojem navoja i mali kapaciteti. I stabilnost takvih oscilatora je znatno vea, aotuda i stabilnost itavog generatora kao cjeline.

1.4. GENERATORI FUNKCIJA

Generatori funkcija su mjerni izvori, koji osim sinusnih valnih oblikamogu istov remeno generisati i druge valne oblike. Najee se izvode generatorifunkcija koji generiu sinusne, trokutaste i pravokutne valne oblike.

Generatori funkcija imaju nekoliko prednosti u odnosu na ostalemjerne izvore i to:- veoma veliko frekventno podr uje. Mogue je generisati napone

frekvencija od 0,0005 Hz do nekoliko MHz. Oscilatorima jenemogue ii nie od 0,1 Hz;

- mogunost istovremenog generisanja sinusnog i pravokutnogvalnog oblika

- lako izvoenje promjene frekvencije u irokom pojasu.

GENERATORI KVADRATNIH VALNIH OBLIKA

Diode su najosnovniji, a istovremeno u najvie korieni nelinearanelemenat u klasi nelinearnih kola. One vre uobliavanje amplituda napona bilokakvog oblika. Ogranienje moe biti sa jedne ili sa obje strane. Kod ovakvognaina uobliavanja ne postie se dobra strmina prednje i zadnje ivice.

( a ) ( b )SL. 1.25. GENERATOR KVADRATNIH VALNIH OBLIKA : ( a ) shema, ( b ) valni oblik

JEDNOSTAVAN INTEGRATOR I DIFERENCIJATOR

Na sl. 1.26. prikazan je jednostavan integrator koji koristi integrisanioperacioni pojaava 741. Izlazni signal kod integratora proporcionalan je


25/128

18

integralu ulaznog signala po vremenu. Pomou integratora moe se pravokutnivalni oblik uobliiti u trokutasti valni oblik kao na slici ( b ).

( a ) ( b )SL. 1.26. JEDNOSTAVAN INTEGRATOR

Amplituda od vrha do vrha trokutastog signala je data jednadbom:

211

T

C R

AV

pp gdje je A pojaanje, a T period ulaznog pravokutnog signala.

Preko otpora R 2 se ostvaruje istosmjerna negativna reakcija sciljem stabilizacije radne take integratora. Minimalna frekvencija ulaznog signalapri kojoj se kolo ponaa kao integrator iznosi:

11min 2

1C R

f

Kod prikazanog integratora linearnost trokutastog valnog oblikabolja je od 1 % za frekvencije ulaznog signala od 1 kHz. Otpornik R 3 osiguravaminimalnu greku napona na izlazu koja se javlja usljed ulaznih str uja

polarizacije i on treba da bude jednak paralelnoj vezi otpornika R 1 i R 2.Kondenzatori C 2 i C 3 kera mikog su tipa, blokiraju napajanje za visokefrekvencije ime se sprijeava pojava parazitnog oscilovanja integratora.

Na sl. 1.27. prikazan je jednostavan diferencijator sa integrisanimoperacionim pojaavaem 741. Diferencijator vri obrnutu funkciju od integratora.

( a ) ( b )SL. 1.27. JEDNOSTAVNI DIFERENCIJATOR


26/128

19

Izlazni signal diferencijatora proporcionalan je diferencijalu ulaznog signala povremenu. Pomou diferencijatora se moe trokutasti signal uobliiti u pravokutni.Veliina izlaznog signala ovisi od brzine promjene ulaznog signala po vremenu.Pojaanje pojaavaa raste sa poveanjem frekvencije ulaznog signala.

Kondenzator C 1 i otpornik R 2 u povratnoj sprezi predstavljaju filter propusnikniskih frekvencija koji unosi fazni pomak od 90 0, to moe prouzrokovati pojavunestabilnosti. S ciljem sprijeavanja nestabilnosti na visokim frekvencijama,paralelno otporniku R 2 stavlja se kondenzator C 2. Za precizno diferenciranjepotrebno je da najvia frekvencija ulaznog signala bude manja od f M.

GENERATOR ETVRTASTIH VALNIH OBLIKA SA OPERACIONIM POJAAVAEM

Na slici 1.28. prikazana je izvedba i valni oblici generatora

pravokutnog napona (astabilni multivibrator). Stanje na izlazu svaki put semijenja naglo kada napon na kondenzatoru, koji se puni preko R' , nadvisi naponu iz koji se preko povratne veze vraa na ulaz +.

SL. 1.28. IZVEDBA I VALNI OBLICI GENERATORA PRAVOKUTNOG NAPONA

Na slici je prikazan generator trokutastih i pravokutnih impulsa.Najei nain generisanja funkcija trokutastih i etvrtastih impulsa je da se ukolo integratora vee mitovo okidno kolo. Tada se dobija oscilator koji na izlazuiz integratora daje trokutaste impulse, a na izlazu iz mitovog kola etvrtasteimpulse. Frekvencija oscilatora ovisi o tri faktora: otpornosti R, kapaciteta C uintegratoru i napona na ulazu u integrator.


27/128

20

1. Kako dijelimo izvore mjernih signala s obzirom na valne oblike kojegeneriraju ?

2. Od ega ovisi koeficijent stabilizacije S ?3. ta su oscilatori ? 4. Kako glasi opi uvjet za oscilovanje oscilatora ? 5. Koji je uvjet oscilovanja oscilatora u tri take ? 6. Koje su osobine kristalnih oscilatora ?7. Kakvi su to oscilatori faznog pomaka ?8. Od ega se sasto ji oscilator sa Vinovim mostom ?9. Na emu se zasniva metoda izbijanja ?


28/128

2. ANALOGNI INDIKATORI I REGISTRIRAJUENAPRAVE

Indikatoi registrirajue naprave vaan su element elektronike naprave.Da bi se mjerene veliine, koje se na izlazu mjernog ureaja uvijek prikazuju uobliku struje ili napona mogle osjetiti naimosjetilima, potrebni su indikatori. Onipretvaraju elektrinu veliinu u vizuelnu, kako bismo je osjetilom vida moglizapaziti. Vid je osjetilo koje omoguava percepciju najvie razliitih podataka,tako da su vizuelni indikatori gotovo iskljuivo u upotrebi, dok se sluni u mjernojtehnici ne koriste.

esto je potrebno da se posmatrana pojava trajno zabiljei. Tadase govori o registrirajuim napravama. One su esto prikljuene na indikator, amogu i samostalno biti prikljuene na izlaz mjerene naprave. Zapis se moeprovesti na papirnoj traci tintom, na specijalnom papiru toplinom ili nafotografskom papiru utjecajem svjetlosnog snopa, odnosno na magnetskoj traci.Osim toga, mjereni se podaci mogu pretvoriti u digitalni oblik kao postoji vienaina da se podaci zapamte. Zapameni podaci mogu se zatim pretvoriti uanalogni oblik prikladnijeg predoavanja.

Potreba za registriranjem javlja se u sluajevima brzo promjenjivihveliina koje se ne mogu vizualno pratiti, pa ih treba zapisati da bi se kasnije mogle analizirati. Za analizu mjernih podataka potreban je zapis .

Ako se elektrina pojava vrlo brzo mijenja, a uz to je periodina,moe se posmatrati tako da se nakon jednog ili vie perioda ponavlja na istommjestu i da ostavlja utisak nepomine slike (osciloskop). Osim analognihindikatora koji prikazuju svaku vrijednost mjerene veliine, postoje indikatori kojiinduciraju samo diskretne vrijednosti promatrane veliine, najee numeriki. Tosu tzv. digitalni indikatori . Za indikaciju analognih veliina upotrebljavaju se

instrumenti sa kazaljkom. Kazaljka moe biti mehanika ili optika. Za pokretanjekazaljke u obzir dolazi sistem s pokretnim namotajem, a rijetko s pokretnimeljezom. Ti isti sistemi se koriste i za registraciju, kada se mjesto kazaljkeupotrijebi pisaljka.

2.1. INSTRUMENT S POMINIM NAMOTAJEM

Instrument s pominim namotajem daje otklon kazaljke srazmjeranveliini struje koja tee kroz njegov namotaj. Ta struja moe opet biti funkcija

21


29/128

razliitih elektrinih i neelektrinih veliina. Kao instrument s pominimnamotajem ne moe, kao ni oko,slijediti brze promjene struje, pa setakvim instrumentom prikazuje samospora promjenjiva veliina.

Instrument s pominim namo-tajem se odlikuje velikom osjetljivo-u, tanou i linearnom ovisnouizmeu otklona i struje kroz namo-taj, pa iz tih razloga najvie slue kaoanalogni indikatori elektrinih mjernihureaja. Ako kroz vodi duinel tee struja i u polju magnetne indukcije B SL.2.1. POMINI NAMOTAJ PISAA predstavljenom vektorom okomitim navodi l , onda na ovaj vodi djeluje silaP koja je vektorski proizvod vektora B i l , a moe se zbog meusobne okomi -tosti prikazati i u skalarnom obliku:

P 1 = B l i

Ta sila djeluje na svaki zavoj pominog namotaja instrumenta,odnosno na cijeli namotaj djeluje sila P = z P 1. Slika pokazuje namotaj sa silamaP koje na njega djeluju u polju magnetne indukcije B, tako da se razvija okretnimoment na osovini

M = 2 P r = 2 B l i z r

Ako se povrina predstavljena pravougaonikom sa stranicama 2 ri l oznai sa F0 , onda se gornji izraz moe prikazati i u obliku

M = B F 0 z i = G i

Da bi se vidjelo o kojim elementima ovisi moment pokretnog

namotaja, moe se broj zavoja odrediti iz izraza

gdje je S presjek namotaja, q presjek bakarne ice kojom je namotan namotaj, akCu faktor ispune bakarnog presjeka S namotaja. Obino je kCu = 0,4 do 0,5.Opteret ivost ice je i/q = i 0, pa se moe pisati

M = B i 0 k Cu 2 r l S

22


30/128

Volumen namotaja je

odnosno bakra u namotaju VCu = k Cu V, nakon ega je

Vidimo da moment M ovisi o indukciji u zranom r asporuinstrumenta B, koja je obino 0,2 do 0,5 T, o optereenju ice namotaja, kojenije vee od 4 A/mm2. Posljednji lan r l /(2 r + l) ima maksimum kada je 2 r = l , odnosno kada je okvir namotaja kvadratian . U takvom sluaju moment

Tom momentu se opire moment opruga koje vraaju namotaj uravnoteni poloaj. Moment opruge je srazmjeran kutu otklona namotajaodnosno kazaljke , tako da je

MC = c

pa u sluaju statike ravnotee

M - MC = 0

odnosno otklon

Osjetljivost instrumenta Ki = / i bit e vea to su dimenzijenamotaja i indukcija B vea, a manja krutost opruge c, tj.

23


31/128

2.2. PISAI

Ako je potrebno pratiti trenutne vrijednosti struje kroz pomini namotaj, tj. ako se ele registrirati brze promjene, pojavljuju se jo dva momenta koje mora sa-vladati moment M izazvanstrujom kroz namotaj. Brzepromjene se mogu pratiti sa-mo ako se na neki nain zabi -ljee, npr. na papiru, potrebno je u tom sluaju izvesti kazaljku kao pisaljku. Cijeli sistem per-

manentnog magneta pominog namotaja sa pisaljkom zave sepisaem .

S momentom izazvanimstrujom kroz namotaj M dreravnoteu moment izazvan kru-tou opruge MC = c i mo-ment inercije Mi i moment tre- SL. 2.2. PISA S PISALJKOM nja Mt :

M Mi Mt MC = 0

Pisa s pisaljkom prema slici 2.2. ne moe imati veu rezonantnufrekvenciju od oko 150 Hz. Najvei broj pisaa upotrebljava za registraciju napapiru tintu. Za neke pisae koristi se poseban papir koji se sastoji od dva sloja:podloge od tamnog papirai povrinskog sloja od lako top-ljivog bijelog materijala (voskaili posebne plastike). Pisaljkana svom donjem dijelu ima ra-zapetu nit koja se elektrinom strujom grije i topi gornji bijelisloj, tako da ostaje kao trag do-nji sloj papira. Postoje izvedbe spisaljkom od metalne tanke ip-ke koja preko indiga ostavljatrag na papiru. Na taj nain se SL. 2.3. PISA SA MLAZOM TINTE izbjegava mokar trag tinte, iakozapis nije jako kontrastan. Rezo-nantna frekvencija u ovom sluaju je malo vea, ali ne prelazi 200 Hz.

24


32/128

Da bi se posztigla vea granina frekvenc ija u izvedbi sa slike 2.3.odbaena je potpuno pisaljka, koja najvie pridonosi momentu inercije. Mlaz tintese trca pod velikim pritiskom na papir. Tako je masa pisaljke zamijenjenamnogo manjom masom tinte. I pokretni sistem je u tom sluaju mnogo manjihdimenzija. Izvodi se od rotirajueg permanentnog magneta uvrenog izmeu

dvije torzione niti u polju elektromagneta pobuivanog strujama iz pojaala. Krozrotirajui permanentni magnet prolazi kapilara koja je na vrhu savijena da usmjerimlaz tinte na papir. Pritisak mlaza se kree u granicama od 2,5 do 6,0 Mpa, toovisi o brzini pisanja. Ako je brzina vea, potreban je vei pritisak, kako bi u istomvremenu istekla potrebna koliina tinte. Ovaj se sistem najvie koristi zaregistraciju biopotencijala , kada mu je gornja granina frekvencija oko 700 Hz.

2.3. SVJETLOSNI OSCILOGRAFI

Za postizanje veih graninih frekvencija pisaljka je zamijenjenasvjetlosnom zrakom koja na fotoosjetljivom papiru ostavlja trag. Pomini sistemmoe biti izveden s pominim namotajem vrlo malih dimenzija (1 x 10 mm), kadase uz otpor namotaja od 100 postie gornja granina frekvencija od 4000 Hz(sl. 2.4.). Jo vee granine frekvencije od 11000 Hz mogu se

SL. 2.4. SVJETLOSNI OSCILOGRAFI

Realizirati uskom petljom, to predstavlja namotaj od svega jednog zavoja,samo to se u tom sluaju postie mnogo manja osjetljivost, jer je za otklon

25


33/128

potrebna vea struja. Otpor petlje u ovom sluaju se kree od 0,5 do 5 . Zapostizanje linearne amplitudno- frekventne karakteristike potrebno se guenje kodsvjetlosnih oscilografa postie kretanjem pokretnog sistema u ulju i to u

hermetiki zatvorenoj cjevici (kao olovka) s dva prikljuka za pogonsku struju.Takva se cjevica postavlja u magnetsko polje velikog uzbudnog magneta gdje jesmjeteno vie takvih oscilografa za simultano snimanje vrlo razliitih pojava.

2.4. KOMPENZIRANI PISAI

Kompenzirani pisai predstavljaju servo sitem. Negativna povratnaspre ga omoguava da se postigne velika tanost. Povratna veza se dovodi dootklona kao izlazne veliine. U petlji povratne veze se nalazi pojaalo. Uz mjereninapon U 1 dovodi se i napon sa pisaa U koji je proporcionalan otklonu pisaljke. Pisaljka e se po micati sve dotle dok napon U 1 ne bude sasvim kompenzirannaponom U , tako da na ulazu u pojaalo bude napon U 10 = 0, jer je:

U10 = U 1 - U

Izvedba kompenziranog pisaa s pojaalom pojaanja A 0 prikazan je na sl. 2.5.

SL. 2.5. KOMPENZIRANI PISA

Precizni klizni potenciometar ima otpor R izmeu dviju krajnjihprikljunica. Otpor izmeu kliznog kontakta na potenciometru spojenom spisaljkom i jedne prikljunice jest

R = k

26


34/128

pa iz slike slijedi da je

Otklon pisaljke je opet proporcionalan naponu U 10 Na ulazu upojaalo:

= A0 U10

jer je

gdje je A 0 naponsko pojaanje, R P otpor pisaa i Ki osjetljivost pisaa. Ako se u posljednji izraz uvrste relacije za U 10 i U, dobija se

Kako je drugi lan nazivnika mnogo vei od 1, proizilazi da je kvocijent

odnosno da je otklon pisaljke proporcionalan U 1. Kvocijent /U1 je vrsta veliinaneovisna o promjeni pojaanja i drugih parametara ako to nisu R, k i E. Na tajnain se postie velika tanost pisaa koja iznosi oko 0,1 %. Ovakav pisa jepredvien samo za registriranje pojava niskih frekvencija koje ne prelazenekoliko Hz.

Klizni potenciometar u ovom sistemu je n ajslabija toka.Nedovoljno dobar kontak izmeu klizaa i potenciometra moe izazvatipotekoe. Neke skuplje izvedbe kompenziranog pisaa koriste umjesto kliznogpotenciometra diferencijalni kondenzator, a mjesto izvora istosmjernog napona E

izvor konstan tnog izmjeninog napona. Tako je uz sloeniju konstrukcijuizbjegnut mehaniki kontakt, to sistemu daje veu trajnost i mnogo viu gornjugraninu frekvenciju.

2.5. KOORDINATNI PISAI

Koordinatni pisai ili X-Y pisai prikazuju mjerne veliine upravokutn om koordinatnom sistemu. Takav pisa je prikazan na sl. 2.6., a radi naprincipu kao i kompenzirani pisa, samo se sastoji od dva takva sistema:

jednog vertikalnog (Y) i drugog horizontalnog (X) otklonskog sistema. U

27


35/128

tom s luaju pisaljka pomie elektromotor umjesto pominog namotaja, a ianipotenciometar je izveden u obliku tapa po kojem kliza klie linearno.

SL. 2.6. KOORDINATNI PISA

Ako se koordinatnim pisaem eli prikazati neka funkcija vremena,onda se obino upotrebljava ugraena vremenska baza, odnosno generatorpilastog napona. U nekim sluajevima postoji motorni mehanizam za pokretanjepapira koji registrira pomak u smislu X ose, odnosno ovisno o brzini pomicanjapapira.

X-Y pisai koji se direktno prikljuuju na raunar i slue za crtanjerazliitih krivulja (ploter), imaju ugraene digitalno-analogne pretvarae, kako bidigitalne podatke iz raunara pretvorili u analogne.

Zapis se najee biljei tintom, ali ima izvedbi koje se koriste zazapis napona na posebnom elektriki osjetljivom papiru na kojem pod utjecajemnapona ostavljaju crni trag.

28


36/128

2.6. MAGNETNA REGISTRACIJA

Magnetna registracija primjenjivala se najprije u registriranju zvuka,tj. u elektroak ustici. Zvuni signali pretvarali su se u elektrine, kada su onda bilizapameni magnetskim putem, da bi se pri reprodukciji ponovo pretvorili uelektrine signale, pa zatim u zvune. Isto se tako mogu direktno mjeriti elektrinisignali zabiljeeni magnetskim putem, pa zatim po potrebi opet vratiti u elektrinesignale. Iako se zabiljeeni signal magnetskim putem ne moe direktno vidjeti, onse moe pri reprodukciji prikazati pisaem odnosno osciloskopom i ponovovitimnogo puta. Osim toga, magnetski nain registracije omoguava ekspanziju ikompresiju vremena, to znai da se, na primjer, neka brza elektrina pojavakoja se morala snimiti na magnetsku traku velikom brzinom, moe reproduciratin

puta manjom brzinom, pa e se i frekvencija snimljene pojave smanjiti n puta.Magnetska registracija omoguava takoer da se u vrlo malom volumenu smjestimnogo podataka, to je uz ostale prednosti danas svrstalo magnetskuregistraciju meu najvanije metode registracije mjernih signala.

Magnetska registracij a se moe provesti na tri naina: - direktno,- pomou frekventne modulacije (FM), - digitalno.

Princip magnetskog registriranja

Magnetski zapis vri se na magnet -skom materijalu koji moe biti nanesenna traku, bubanj ili disk. Najee se umjerne svrhe koristimo trakom. Da bi semoglo izvriti memoriranje, magnetizammora biti zadran i nakon djelovanja mag-netskog polja, tj. mora zaostati dio magne-tizma, koji se naziva remanentni magnetiz-mom B r . To svojstvo najbolje iskazuju tvrdimagnetski materijali. Kako se magnetskaindukcija B mijenja ovisno o jakosti magnet-skog polja H, vidi se na sl. 2.7. SL. 2.7. OVISNOST MAGNETSKE

INDUKCIJE O JAKOSTIDananji magnetski materijali omogu- MAGNETSKOG POLJA

uju dosta veliki remanentni magnetizam Br koji je u odnosu prema indukciji zasienja Bs

jednak B r /Bs = 0,8. Kod glava za upisivanje ili za reprodukciju poeljno je daremanentni magnetizam bude to manji, pa se zato upotrebljavaju magnetskimeki ma terijali s vrlo uskom petljom histereze, to je prikazano na sl. 2.8.

29


37/128

Remanentni magnetizam se moe josmanjiti ako se ubaci dodatni zraniraspor uz onaj koji je potreban za samoupisivanje ili reprodukciju. Na sl. 2.9. jeprikazano kako se upisuju i reproducira- ju elektrini podaci na magnetsku traku.

Struja tee kroz namotaj glaveza snimanje, stvara magnetski tok u jezgri glave. Na mjestu zranog raspora magnetski tok prolazi kroz magnetskimaterijal trake koju magnetizira i nakonprolaska trake preko raspora ostavlja SL. 2.8. REMANENTNI MAGNETIZAMmagnetski materijal trake na vrijednost KOD MATERIJALA SAremanentne magnetske indukcije B r . ZRANIM RASPOROM

SL. 2.9. SNIMANJE I REPRODUKCIJA ELEKTRINOG SIGNALA SA MAGNETSKE TRAKE

Prema tome, magnetsko polje razliite jaine u glavi za snimanjeostavlja remanentnu magnetsku indukciju B r razliite vrijednosti. Na alost, ovajodnos nije potpuno linearan. Kako se magnetiziranje magnetske trake provodi

30


38/128

od razmagnetizirane trake, tj. od 0 na sl. 2.10. moe se konstruirati odnosizmeu remanentnog magnetizma Br i jakosti polja H.

SL. 2.10. PREDMAGNETIZIRANJE ISTOSMJERNOM STRUJOM

Sigurno je da se magnetiziranje na ovaj nain ne provodi prekocijelog podruja magnetiziranja tj. od + H1 do - H 1, nego samo u podruju gdje jetaj odnos linearan, to opet samo djelomino iskoritava magnetske mogunostitrake. Da se izbjegne ta nelinearnost kod direktnog snimanja, vri sepredmagnetiziranje visokofrekventnom strujom, tj. vri se superpozicijasnimanog signala datog izrazom is = Is sin s t i visokofrekventnog signala iv= Iv sin v t , tako da kroz glavu za snimanje tee struja

i = i s + i v

Struja predmagnetiziranja obino je desetak puta jaa od struje signala koji sesnima, dok je odnos izmeu visoke frekvencije predmagnetiziranja i najviefrekvencije snimanja v/s najmanje 3,4. Na slici se vidi da anvelopasnimljenog signala ne ulazi u podruje frekvencija koje se mogu reproducirati.Predmagnetiziranje visokom frekvencijom primjenjuje se danas kod svihsnimanja direktntnkim nainom. Oito je da je veliina struje visokofr ekventnogpredmagnetiziranja kritina s obzirom na mogunost nastajanja nelinearnihizoblienja kad se izae izvan podruja nelinearnosti.

31


39/128

SL. 2.11. PREDMAGNETIZIRANJE VISOKOFREKVENTNIM SIGNALOM

Magnetski materijal koji se nanosi na podlogu trake od poliestera,obino je eljezni oksid Fe2O3. Neki magnetski materijali imaju i dodatak kobaltaCo. Radi proirivanja frekventnog podruja snimljenog signala i dinamikeupotrebljava se krom dioksid CrO2.

1. Koji je zadatak indikatora ?2. Od ega ovisi otklon kazaljke instrumenta s pominim namotajem ? 3. Koji su osnovni dijelovi pisaa sa pisaljkom ? 4. ta za zapisivanje koriste svjetlosni oscilografi ? 5. Za ta slue kompenzirani pisai ? 6. Opii koordinatni pisa ! 7. Kako se moe provesti magnetska registracija ? 8. Na emu se zasniva magnetno registriranje ? 9. Zato je potrebno predmagnetiziranje ?

32


40/128

3. DIGITALNI INDIKATORI I REGISTRIRAJUENAPRAVE

3.1. OPENITO O DIGITALNIM INDIKATORIMA

Digitalni indikatori pokazuju alfanumerike znakove, znakoveinterpunkcije, predznake i shematske znakove. Najee se pokazujuznamenke u dekadskom sustavu. Znamenke koje se prikazuju, mogu biti:

- integralnog oblika;- sintetiziranog oblika u segmentnoj ili takastoj izvedbi.

Znamenke integralnog oblika izvedene su u jednom dijelu i nisusastavljene od vie elemenata. Primjer za takvu izvedbu sa plino m punjenecijevi koje iskoritavaju svjetlei izboj u plinovima (Nixie cijevi) i elektrofluores-centne cijevi. Danas se sve vie uupotrebi znamenke sintetiziranogoblika, od kojih najvie dolazi do iz-raaja segmentna izvedba . Da bise mogle prikazati sve znamenkedekadskog sustava, potrebno jeimati najmanje sedam segmenata,a za indikaciju i slova najmanje 14segmenata. Za latinicu i ruski alfabetkoristi se 19 segmentni indikator (sl.3.1.). Odgovarajue segmente paliposeban dekoder koji omoguavadirektan prijelaz iz binarnog koda u

sedmosegmentni ili viesegmentnikod. Ako se radi o veim dimenzija-ma znamenki mogu se koristiti aru-ljice koje daju vei intenzitet svjetlosti SL. 3.1. DIGITALNI INDIKATORInego isti fotoelektrini izvori. Inae (SEGMENTNA IZVEDBA)za manje dimenzije znamenki koristese svjetlee diode, tekui kristali i izvori na principu elektroluminiscencije ilikatodoluminiscencije.

33


41/128

Indikacija alfanumerikih znakova moe se izvesti itakastimizvorima svjetla poznatim pod imenom indikatori s takastom matricom .

Polje indikatora najee se izvodi s 5 x 7 taaka koje mogu svijetliti u ranimkombinacijama te tako prikazatibrojeve ili slova, kako se vidi naslici 3.2. Kao izvori svjetla uglav-nom se primjenjuju svjetlee dio-de, a ima i izvedbi koje se sluearuljama.. Paljenje izvora svjetlakoja odgovaraju odreenoj zna-menki, izvodi se diodnom matri-com. Na taj nain se mogu obilje-avati i vrlo malene znamenke vi-soke 2,5 mm.

Na malim razmacima na SL. 3.2 DIGITALNI INDIKATORIkakvim se nalaze svjetlee take. ( TAKASTA IZVEDBA ) ne mogu se postaviti svjetlosniizvori; zato se izvori svjetla nalazena veoj udaljenosti, a svjetlost se dovodi do svjetlih taaka tehnikomstaklenih vlakana . Savijanjemstaklenog vlakna kroz koji prolazisvjetlo moe se svjetlo iz nekogudaljenog izvora dovesti u bilo kojutaku polja indikatora. Svjetlo sekroz stakleno vlakno iri refleksijom.Svjetlosna zraka koja na jednommjestu upada u stakleno vlakno pododreenim kutom, lomi se krozvlakno viestruko, jer je indeks lomastakla n s vei od indeksa loma okol-nog medija (zraka) n z. U sluaju SL. 3.3. STAKLENA VLAKNAidealnog graninog sloja stakla i zra-ka nastaje totalna refleksija dok zra-ka na kraju stakle nog vlakna ne izae van. Ako stakleno vlakno savijamo,svjetlo e se pojaviti na drugom kraju vlakna koji postavljamo na eljenomjesto. Zbog viestrukog prelamanja i odreene apsorpcije medija u kojemse svjetlo prostire, zraka svjetla izlazi oslabljena. Guenje ovisi o debljinistaklenog vlakna, jer stakleno vlakno veeg promjera manje gui od staklamanjeg promjera, zbog broja refleksija na istoj duini. Guenje ovisi i okvaliteti obrade povrina staklenog vlakna, o tome da li je povrinaoneiena masnoama i sl.Vlakna se najee izvode od raznih vrsta stakla.

34


42/128

Promjeri vlakna se kreu od nekoliko m do 100 m. Deblja vlakna se koristeza vee duine. Za prijenos veeg svjetlosnog toka potrebno je vie stotinatakvih vlakana u snopu. Tehnika staklenih vlakana primjenjuju se u raznimpodrujima optoelektronike, koja se bavi pretvaranjem optikih signala uelektrine i obratno, u telekomunikacijama i medicinskim instrumentima.

3.2. ELEKTROMEHANIKI INDIKATORI

Kod elektromeha nikih indikatora brojke su obino napisane iliugravirane na pokretnom bubnju, koji se pokree elektromagnetom. Ponekadse te brojke osvjetljene posebnim izvorom svjetla smjetenim unutar bubnja.Manji indikatori takve vrste koriste se u telefonskim centr alama kao brojairazgovora. Prednost je takvih indikatora to su pouzdani i jednostavni, dok im

je nedostatak sporo pokretanje (od znaka do znaka je potrebno od 50 ms do0,5 s) i buka to je pokretanjem stvaraju.

3.3. ELEKTROOPTIKI INDIKATORI

Kod elektrooptikih indikatora smjeten je izvor svjetla iza znaka kojise izvodi kao dijapozitiv s kojega se vri projekcija na transparentni zastor sastranje strane. Kao izvor slue arulje koje se pale prema tome koji se znak

na zastoru pojavi. Broj arulja i dijapozitiva odgovara broju znamenki, apomou sistema lea bacaju se uveane slike s dijapozitiva na zajednikizastor, ime se postiu lijepo oblikovani brojevi, ak u razliitim bojama (npr.dvije arulje u raznim bojama za isti znak), ali je zato sistem dosta sloen.

3.4. OPTOELEKTRONIKI INDIKATORI

Optoelektroniki indikatori koriste kao izvor svjetla elektroluminis-cenciju, diode koje emitiraju svjetlo, tekue kristale, katodoluminiscenciju uvakumskim cijevima i tinjavo izbijanje u cijevima punjenim plinom.

Indikatori s tinjavim izbijanjem u plinu

Meu prvim optoelektronikim indikatorima koji upotrebljavaju izboj ucijevima punjenim plinom spadaju tzv. Nixie cijevi koje je 1950. godineproizvela tvrtka Burroughs Corporation. One se sastoje od cjelovitih znamenkiizraenih od ice. U staklenom balonu, najee ispunjenom plinom

35


43/128

neonom u razrjeenom stanju, nalaze se katode izvedene od ice u oblikuznamenki dekadskog sustava. Anoda je izvedena u obliku mree smje teneoko tih katoda, sl. 3.4. Ako prikljuimo dovoljno veliki napon izmeu anode ikatode, dolazi do tinjavog izboja, te se u neposrednom okoliu katode,nakon tamnog Crookesova prostora, stvara svjetlo podruje tzv. negativnog

SL. 3.4. NIXIE CIJEVI - a ) IZVEDBA , b ) SHEMATSKI PRIKAZ

tinjanja. To e podruje biti blie katodi to je tlak plina u cijevi vei. Na tajnain ica u obliku brojke, od koje je formirana katoda, je sva prektivenacrvenkastom svjetlou zbog upotrebe neona (boja svjetlosti ovisi o vrstiupotrebljenog plina). Kako se indikacija vri u dekadskom sustavu, u cijeviima deset katoda koje predstavljaju brojke od 0 do 9. Katode su postavljene

jedna iza druge. Povrina koju obuhvaa tinjavo svjetlo, mnogo je vea odpovrine katode, tako da meusobna pokrivanja znamenki nemaju znaaja.Napon izvora U B mora biti vei od napona paljenja UZ. Kako je naponnormalnog tinjanja praktiki konstantan i uz velike promjene struja, potrebno

je struju kroz cijev ograniiti anodnim otporom Ra , tako da je

Doputenu struju daje svaki proizvoa, i to u granicama od 1

do 3 mA. Struja treba da ostane u zadanim granicama i kada se mijenjanapon napajanja U B.

Kako je redovno potrebno pri kazivati vieznamenkaste brojeve,obino se u jedan stakleni balon smjeta vie Nixie cijevi.

Dananji moderni indikatori koji koriste izboj u plinovima,

36


44/128

mnogo su manjih dimenzija i oblikovani su poput tanke ploe (sl. 3.5.).Vanj ska prozirna ploa ima metalizirane prozirne anode za svaku znamenku.Razmak izmeu vanjske bazine ploe ispunjen je plinom neonom i dobro jezabrtvljen. Bazina ploa ima katode u sedmosegmentnom formatu. Izvorsvjetla je crvenkasto naranaste boje i ugodan je za promatranje, jer svakisegment svjetli i nije isprekidan icama drugih znamenki kao kod Nixie cijevi.Ovaj tip indikatora je jeftin i daje dovoljan intenzitet svjetla.

SL. 3.5. PLINOM PUNJENA CIJEV PLOASTE IZVEDBE

Nedostatak indikatora je relativno visok pogonski napon koji se

kree od 100 do 200 V. Utroak struje je relativno malen.

U modernom indikatoru, kao i kod Nixie cijevi, u istom balonunije svaka elektroda izvedena posebno, nego su sve katode istih brojki isegmenata spojene zajedno, tako da se broj izvoda drastino smanjuje. Dase izbjegne istodobno paljenje svih istih brojki ili segmenata, jer sumeusobno spojeni, anode se pale sekvencijalno. Tako se nee prikazati, naprimjer, brojka 2 na svim mjest ima, nego samo ondje gdje je anoda ukljuena. Ako se eli prikazati npr. broj 462, bit e prikljuene sve katode kojepredstavljaju brojku 4 i samo prva anoda, zatim e biti prikljuene sve katodes brojko 6 i samo druga anoda, a zatim sve katode s brojkom 2 i trea anoda, jer do tinjavog izbijanja dolazi samo onda kada postoji napon izmeu katode ianode. Isti princip se primjenjuje i u sedmosegmentnom indikatoru. Da bi seizgubio utisak da se dekade pale jedna za drugom, tj. da se izgubi tzv.flicker, p roces mora tei dovoljno brzo. Kao najnia frekvencija repericijeimpulsa uzima se oko 70 Hz. Minimalna duina trajanja impulsa mora bititolika da tinjavo izbijanje prekrije cijelu katodu, za to je potrebno oko 10 ms.

37


45/128

Za deionizaciju potrebno je ostaviti oko 40 ms, tako da maksimalnafrekvencija repeticije ne bude vea od 20 kHz. Navedeni nain upravljanjaindikatora se zove multipleksan ili sekvencijalan nain. Taj nain tedistruju, to je posebno vano pri upotrebi svjetleih dioda, gdje je potronjastruje relativno velika. Tako se, na primjer, kod kalkulatora napajanih iz

baterija sa svjetleim diodama primjenjuje taj princip. Frekvencija repeticije jeoko 30 kHz.

Katodoluminiscentni indikatori

Katodoluminiscentni indikatori su izvedeni kao elektronska cijevsa sedmosegmentnom anodom. Svaki je segment prekriven fluorescentnimmaterijalom i predstavlja anodu koja svjetli kada je elektroni emitirani izuarene katode pogaaju dovoljnom kinetikom energijom. Za svjetljenjeanodnog segmenta dovoljan je napon od 25 30 V prema arenoj katodi.

Katodoluminiscentni in-dikator je prikazan na slici 3.6. u pre-sjeku i s prednje strane. Jedna ili dvijearne niti smjetene su ispred ano -de i reetke. Katoda i reetka neometaju pogled na anodu segment, jer su izvedene od tanke ice. Izme -u katode i anode segmenta nalazise reetka kojoj je svrha da povea struju elektrona, tj. da smanji utjecajprostornog naboja, jer je na malompozitivnom potencija lu i da omoguirad uz malen anodni napon (25 V).Karakteristika je takvog izvora malenastruja po segmentu (oko 0,1 mA), ma-len anodni napon i malena snaga a -renja (0,1 A i 1 V) uz relativno veliku SL. 3.6. KATODOLUMINISCENTNI svjetlinu. Cijevi nisu skuplje od svjetle- INDIKATORIih dioda, a zbog mogunosti prikazi-vanja velikih i vrlo lijepo oblikovanih znakova mnogo se upotrebljavaju kod

stolnih kalkulatora i instrumenata. Multipliksni nain upravljanja se primjenjujei u ovoj vrsti indikatora

Elektroluminiscentni indikatori (luminofori)

Elektroluminiscentni izvori svjetla su poluvodiki materijali koji poddjelovanjem elektrinog polja emituju fotone. Njihovo podruje zraenja

38


46/128

obuhv aa valne duine oko 450 nm do 900 nm, tj. od plavog do infracrvenogdijela spektra. Najee se izvode crvenim i zelenim zraenjem vidljiva dijelaspektra. Luminofori koji zrae infracrveni dio spektra ne upotrebljavaju se kaoindikatori. Zbog mogunostida se izvode u malim dimenzijama, posebno suprikladni u konstrukcijama integralne tehnike.

Elektroluminofore moemo podijeliti u dvije kategorije: u luminoforeprakastog i sublimiranog tipa, gdje se luminiscencija izaziva jakimelektrinim poljem (100000 v/cm), i u luminofore n- p tipa (svjetlee diode) kojiemitiraju svjetlost zbog direktne rekombinacije elektrona i upljina nastaleinjektiranjem veinskih nosilaca u manjinskom podruju p-n spoja.

Prakasti luminofori : Upotrebljavaju kao materijal ob ino ZnS ili CdSs dodatkom mangana (Mn) i bakra (Cu) kao aktivatora, a to su elementnidruge i este grupe u periodinom sistemu elemenata. Do emisije svjetladolazi na ovaj nain: zbog jakog elektrinog polja poveava se koncentracijaelektrona u zoni vo dljivosti, to nastaje neelastinim srazovima slobodnihelektrona s atomima osnovnih reetki kristala i u veoj mjeri s centrimaluminiscencije to ih formiraju atomiaktivatora (Mn ili Cu) kao donori. Takose centri luminiscencije ioniziraju ili samo pobu uju. Do isijavanja svjetlosneenergije dolazi pri rekombinaciji ioniziranih centara s elektronima vodljivosti ilipri prijelazu samopobuenog centra u normalno stanje.

SL. 3.7. ODNOS POBUDNOG NAPONA I SVJETLINE KOD LUMINOFORA

Kod pri kljuka napona na elektrode luminofora dolazi veimdijelom do ionizacije, a manjim do rekombinacije, jer se elektroni zbog jakog

vanjskog polja odvlae od centra luminiscencije prema pozitivnoj elektrodi, pane mogu sudjelovati u rekombinaciji. Tek nakon prestanka djelovanja polja ilinjegovog slabljenja, oslobaaju se elektroni, koji tada veim dijelom sudjelujuu procesu rekombinacije s ioniziranim centrima luminiscencije, pri emudolazi do intenzivnije emisije fotona, odnosno do vidljiva svjetla. Centri

39


47/128

luminiscencije kod kojih je dolo do samopobuivanja, emitiraju svjetlo i prinestajanju elektrinog polja, pri emu je emisija svjetla intenzivnija nego prinastajanju elektrinog polja. Ovo je prikazano u sluaju pravokutne i sinusneuzbude. Na primjeru sinusne uzbude vidi se zaostajanje emisije svjetla premasinusnoj uzbudi (slika 3.7.).

Prakasti luminiscentni sloj se sastoji od finih zrnaca fluorescentnogmaterijala od ZnS s dodatkom mangana (Mn) ili bakra (Cu). Taj luminofornapajan je izmjeninim naponom od 50 300 V. Debljina je fluorescentnogsloja 40 m do 100 m, ali moe biti svega 15 m. Na slici 3.8. je prikazana jedna izvedba luminofora na kojoj se vidi luminiscentni sloj smjeten izmeuelektroda, od kojih je gornja prozirna i metalizirana, a donja ima refleksnupovrinu. Kapacitet meu ploama se kree od 100 pF/cm2 do 1000 pF/cm 2.Najnie se frekvencije koje se upotrebljavaju kao uzbuda 50 Hz.Maksimum intenziteta svjetlapostie se kod frekvencija od 2- 4 kHz. Kod luminofora dosta sebrzo zamjeuju pojave starenja, koje su vie izraene poveanjem frekvencije napona napajanja. Ta-ko pri napajanju luminofora napo-nom frekvencije 1 kHz intenzitetsvjetl a pada na 36 % ve kod 400 SL. 3.8. LUMINOFORsati rada, a kod frekvencije od8 kHz intezitet pada za isto vrijemena 26 %. Uz nie frekvencije i napone vijek trajanja prakastog luminoforamoe iznositi i vie hiljada sati. Prakasti tip luminofora daje svjetlinu(luminiscenciju) od nekoliko stotina nita (cd/m 2), a najvie do 1000 nita. Osimfrekvencije, na starenje utjee i veliina zrna ZnS, vlaga i veliina naponanapajanja.

Fuorescentni sloj potignut sublimacijom debeo je kod luminoforasvega 2 10 m. Tim luminoforima dovoljan je izmjenian napon od svega15 60 V za postizanje zadovoljavajue svjetline. Vijek trajanja tog

luminiscentnog indikatora jo je krai od prakastog tipa i ne prelazi nekolikostotina sati, to moe zad ovoljiti samo one indikatore koji nisu u stalnojupotrebi. Njegov kapacitet je mnogo vei i iznosi vie desetina nF. Kodsublimiranih luminofora uzbuda se moe vriti i istosmjernom strujom, iako jeu takvom sluaju svjetlina za cijeli red veliina manja. Boja koju luminiscentnisloj emitira bilo da je sublimiran ili prakast, ovisi o primjeanom aktivatoru.

40


48/128

Tako cinkov sulfid ZnS s dodatkom mangana daje uto svjetlo,a s primjesom bakra emitira svijetlo od zelene do plave boje.

Kao indikatori luminofori se ne izvode samo kao brojke usedmosegmentnoj izvedbi, nego i kao slova, te razliiti znakovi: strelice,shematski znakovi, geometrijski likovi i sl. Mogu se osvijetliti ploe na kojima

je prikazan neki proizvodni proces, mogu se pokazati situacije naaerodromskim slijetno-poletnim stazama, pa na kolosjecima na kolodvorimaitd. Takve ploe se zovu mimike ploe . Zbog svoje jednostavnosti i malihdimenzija one imaju velike prednosti. Mogu se izvesti u obliku folije koja semoe izrezati u bilo kojem obliku i nalijepiti na metalnu podlogu, kojaistovremeno predstavlja i drugu elektrodu.

Indikatori s luminoforima mogu se izvesti i u formitakastog matrinog zastora na nain prikazan na slici 3.9. Ti zastori sesa stoje od vertikalnih (n) i horizontalnih (m) pruga koje slue kao elektrode.Izmeu njih se nalazi sloj luminiscentnog materijala koji svjetli pod utjecajemnapona izmeu n-tih i m-tih pruga. Broj horizontalnih i vertikalnih pruga jemnogo vei nego to je dato na slici: obino dolaze dvije tri pruge na 1 mm.Vertikalno pruge koje su smjetene na vanjskoj strani elektroluminiscentnogsloja, moraju biti prozirne i elektriki vodljive. Da bi bilo koja taka matricesvjetlila, mora se privesti polovica potrebnog napona na onu vertikalnuodnosno horizontalnu prugu u ijem presjecitu se nalazi toka koja treba dasvjetli. Tako npr. da bi svjetlila toka 1, potrebno je privesti pozitivnu polovicunapona + U 0/2 na vertikalnu prugu n 2 i negativnu polovicu napona - U 0/2 nahorizontalnu m 2 prugu, tako da se u taki 1 pojavi razlika napona U0 dovoljnada elektroluminiscentni sloj izmeu pruga svjetli. Ako se eli da svjetle take1,2 i 3, a toka 4 da ne svjetli onda se dovoenje napona mora provesti uvremenskom slijedu, sekvencijalno . Tako bi u prvom trenutku napon bio nam 2, m 3 i n 2, a u drugom na n 4 i samo na m 3. Da bi se realizirala mirna slika,mora se stanje promijeniti dovoljno brzo. Na taj se nain mogu prikazati nesamo alfanumeriki znakovi, nego jednostavnije slike u pokretu. Takav ekranbio bi vrlo tanak (kao slika na zidu) i idealno bi mogao zamijeniti katodnu cijevu televizoru kada bi se ostvarila dovoljna brzina i dobro prikazalisvjetlosni polutonovi.

41

SL. 3.9. MATRINI ZASTOR


49/128

Postoji nekoliko izvedbi takvih ekrana primjenjivanih u vojne

svrhe. Broj linija je 50 po cm, a napon koji izaziva svjetljenje pojedinih taaka200 V. Matrini ekran se takoer primjenjuje s tekuim kristalima za prikazradarske slike.

Svjetlee diode (LED)

Tip elektr oluminiscentnog materijala je svjetlea dioda (lightemitting diode, LED) koja se danas vrlo mnogo primjenjuje, gotovo u svimmanjim indikatorima u instrumentnima i u depnim kalkulatorima. Dioda jepropusno polarizirana, pa se upljine injektiraju i u n podruje, a elektroni u ppodruje p-n spoja, gdje pri tzv. direktnoj rekombinaciji elektrona i upljinadolazi do emisije svjetla.

U direktnoj rekombinaciji elektron u vodljivom energetskompojasu moe direktno prijei u valentni pojas, pri emu emitira foton svjetla.Takvo svojstvo imaju direktni poluvodii: galijev arsenid GaAs, galijev fosfidGaP i silicijev karbid SiC. Emisija fotona direktno je proporcionalna brojurekombinacija izmeu elektrona i upljina, koje su opet ovisne o veliini strujeu propusnom smjeru diode.

U ovoj vrsti dioda svjetlina se kree u granicama od 30-100 nita,to znai da one u pogledu svjetline zaostaju za luminoforima prakastog isublimiranog tipa. Kako je p- n spoj malenih dimenzija, svjetlee su diodetakasti izvor svjetla. Da se dobijesvjetlenje jednog segmenta, potrebno

je da ih unutar jednog segmenta imavie (najvie 3 6). Na slici 3.10. jeprikazana jedna sedmosegmentnaznamenka sastavljena od svjetleih dioda (u ovom sluaju 42). Iako susvjetlee diode slabiji izvori svjetla od

luminofora, one imaju niz prednosti.Tako, na primjer, zbog vrlo malenogvremena ivota nosilaca od 0,1 1 nsGaAs diode mogu raditi impulsno navrlo visokim frekvencijama od nekolikoGHz. Diode od GaP i SiC su malo spo- SL.3.10. IZVEDBA SEDMNO- rije, i to 10 100 ns. Dio spektra to SEGMENTNOG INDIKATORAga emitiraju svjetlee diode, ovisi od SA SVJETLEIM DIODAMA materijala od kojega su napravljene.

42


50/128

Svjetlee diode se sve vie primjenjuju kao vrlo pogodni

alfanumeriki idikatoru mjernim ureajima zbog malenog pogonskog napona imalenih dimanzija te mogunosti da se izvode u integralnoj tehnici. Kaonjihov nedostatak navodimo relativn o veliku potronju struje po segmentu,koja nije manja od 4 mA uz 1,7 V, to iznosi 7 mW. Ako indikator ima etiridigita sa svih sedam upaljenih segmenata, to znai dosta veliku potronju 4 x7 x 4 = 112 mA.

Postoje numerikisedmosegmentni indikatori zaugradnju u malene mjerne ins-trumente minikalkulatore i sl., aizvode se s pet digita u jednombloku. Visina brojke je 3 mm, aduina petoznamenkaste jedinicesamo 20 mm. Da bi se znamen-ke mogle bolje itati, iznad sva-ke su znamenke postavljene plas-tine lee (sl.3.11.). Na istoj sliciprikazane su dvije izvedbe. Uprvoj izvedbi svjetlo se probija SL. 3.11. IZVEDBA VIEZNAMENKASTOG kroz relativno transparentni silicij INDIKATORA SA SVJETLEIM DIODAMAn vodljivosti, kod druge je sloj nvodljivosti vrlo tanak, a iznad njega je sloj stakla. Da bi se smanjima potronjastruje u vieznamenkastom indikatoru i smanjio broj izvoda, svjetlee diodeod GaP ili GaAsP najee rade na sekvencijalan nain. To se moe postiizahvaljujui njihovoj dosta velikoj struji zasienja, to omoguava velikusvjetlinu u impulsnom radu (i do vie hiljada nita). To ne vrijedi za diode odGaP kojima se mora individualno upravljati. Diode od SiC emitiraju svjetlosneimpulse i od vie 10000 nita. Frekvencija ponavljanja pri sekvencijalnom radukod indikatora u kalkulatorima obino iznosi 3 kHz.

Indikatori s tekuim kristalima (liquid cristal)Neke organske materije s benzolovom strukturom molekula u

tekuem stanju pokazuju stanovit red meu molekulama, pa su u nekomsmislu sline kristalima. Molekule tih materija su tapiastog oblika iasimetrine grae, tako da im centri pozitivnog i negativnog naboja ne padajuu istu taku, pa formiraju elektrini dipol. Zbog navedenih svojstava imeumolekularnih sila ove molekule tekuih kristala zauzimaju istimeusobno paralelni smjer u prostoru u kojem su smjetene. Najee je tosmjer okomit na elektrode, to

43


51/128

o ovisi obraenosti povrine elektroda s njihove unutranje strane (sl. 3.12.),kada smjer molekula moe biti i kos prema elektrodi. Pod utjecajemelektrinog polja dipoli mijenjaju svoj smjer, a osim toga, malen broj

elektrinih naboja svojim gibanjem uzrokuje lokalne poremeaje u elektrinompolju, to rui postojei red meu molekulama i ima kao posljedicuturbulenciju odnosno difuzno rasprenje svjetla kroz tekue kristale. Tekuikristali ne predstavljaju ni krutu ni tekuu fazu, pa se mogu nai u viemeufaza, tzv. mezofaza. U sluaju da se ele upotrijebiti kao indikatori ovisnio elektrinom polju, upotrebljava se nomatika mezofaza kod koje su dueose molekula meusobno paralelne. Tekui kristali smjetaju se izmeuprozirnih i elektriki vodljivih elektroda, koje su razmaknute svega 6 m do

a ) IZVEDBA S DINAMIKIM RASPRENJEM

b ) IZVEDBA S POLARIZATORIMASL. 3.12. PROLAZ SVJETLA KROZ SLOJ TEKUIH KRISTALA

25 m. Dok ne djeluje elektrino polje, taj tanki sloj tekuih kristala jeproziran. Pod djelovanjem elektrinog polja nastaje turbulencija irasprivanje svjetla , kada taj sloj izgleda kao zamrznuto staklo. Do efektarasprivanja svjetla dolazi samo u podruju djelovanja elektrinog polja, koje

44


52/128

je odreeno oblikom i povrinom elektroda. Na jednoj strani sloja tekuihkristala nalazi se sedam segmenata koji su izvedeni kao prozirne elektrikivodljive elektrode, dok druga strana sloja ima prozirnu, vodljivu elektrodu

pravokutnog oblika, koja pokriva povrinu svih sedam segmenata. Na taj jenain elektrino polje ogranieno samo na segmente, a ne na dovode dosegmenata. Izvedba indikatora je prikazana na slici 3.13. Osim opisanognaina primjene tekuih kristala, koji je poznat kaodinamiko rasprenj e ,postoji jo jedan nain koji se koristipolarizacijom svjetla . U drugom sluajupostavljaju se s vanjske strane elektroda polarizatori.

SL. 3.13. IZVEDBA INDIKATORA S TEKUIM KRISTALIMA

Tekui kristali u tom su sluaju u kolesterinoj mezofazi, kadasu molekule rasporeene kao helikoidna spirala, pa svjetlo prolazi uz takorasporeene molekule tekuih kristala, zaokreui polarizacionu ravninu krozunakrsno smjetene polarizatore. Djelovanjem elektrinog polja molekule sezaokrenu, to ima kao posljedicu neprolaenje svjetla kroz polarizatore.

Kod indikatora s tekuim kristalima ne radi se o emitiranjusvjetla pod utjecajem elektrinog polja, nego o promjeni transparencije(provodnosti) i o pojavi rasprivanja svjetla. Postoje dva tipa indikatora stekuim kristalima: transparentni i reflektrirajui tip (slika 3.14.).Transparentni tip ima dvije prozirne elektrode, a izvor svjetla je postavljendirektno odostraga. Svjetlo izvora se ne primjeuje, jer je postavljen sa

stran e; tek pomou elektrinog polja dolazi do rasprivanja svjetla i na tajnain do vidljivosti. Reflektirajui tip indikatora ne mora imati poseban izvorsvjetla; on se koristi svjetlom ambijenta u kojem se indikator nalazi. Uzprikljueni napon dolazi do rasprivanja svjetla, pa podruje koje je podutjecajem elektrinog polja biva vidljivo. Intenzitet reflektiranog svjetla ovisi ointenzitetu svjetla koje pada na indikator. To je posebno povoljno u jakoosvjetljenim prostorijama i na dnevnom svjetlu, to kod drugih tipovaindikatora umanjuje kontrast. Tekui kristali najvie se izvode kao sedmoseg-

45


53/128

mentni numeriki indikatori s jednim, tri ili etiri digita, i sve se vie ugraujuu manje instrumente, kalkulatore, satove i sline ureaje ko ji rade nadnevnom svjetlu uz vrlo malen potroak elektrine energije. Ti indikatori troestruju od svega 1 mA (3 V) do 3 mA (7 V) uz sve segmente u pogonu.Naponi napajanja su najee u podruju od 7 20 V, iako ima izvedbi kojeza napajanje ne treba ju vie od 3 V.

SL. 3.14. NAINI UPOTREBE INDIKATORA S TEKUIM KRISTALIMA a ) REFLEKTIRAJUI TIP ,b ) TRANSPARENTNI TIP , c ) POLARIZACIJSKI TIP

Tekui kristali imaju dugo vrijeme porasta i pada pripromjenistanja koje iznosi od 50 150 ms. To je posljedica zaostalog naboja naelektrodama, jer one s tekuim kristalima (dielektrik) izmeu imaju odreenikapacitet. Zato se kod indikatora s tekuim kristalima ne moe provestisekvencijalni rad odnosno multipleksni rad ako je broj digita vei od dva.

Osnovne prednosti tekuih kristala su jednostavnost ipouzdanost, vrlo malene dimenzije, pogotovo to se tie debljine, beznaajna

potronja elektrine energije.

46

.


54/128

1. ta pokazuju digitalni indikatori ? 2. Kakva je to segmentna izvedba digitalnih indikatora ?3. Kako su izvedeni elektromehaniki indikatori 4. Kako su izvedeni elektrooptiki indikatori ? 5. U koje indikatore spadaju Nixie cijevi ?6. Opii plinom punjene cijevi ploaste izvedbe kao indikator ? 7. Kakav je to sekvencijalni nain upravljanja indikatorom ? 8. Kako su izvedeni katodoluminiscentni indikatori ?9. ta su luminofori ?

10. Kakav je to prakasti luminofor ? 11. Kako se izvode indikatori s luminoforima ?12. Prikai izvedbu sedmosegmentnog indikatora s LED diodama ! 13. Koja su svojstva tekuih kristala ? 14. Kakav je to transparentni, a kakav reflektirajui tip indikatora s tekuim

kristalima ?

47


55/128

4. MJERENJE IZOBLIENJA I UMOVA

4.1. MJERENJE STEPENA HARMONIJSKOGIZOBLIENJA POMOU MOSTA

Ako formiramo jedan rezonantni most sa serijskom vezomzavojnice i kondenzatora u jednoj svojoj grani, onda on moe da poslui zamjerenje stepena izobli enja napona elektrinog izvora koji je vezan u jednojdijagonali, ako se u trenutku ravnotee za osnovnu frekvenciju izmjeripotencijalna razlika na krajevima druge dijagonale jednim osjetljivim indikatorom(elektronikim voltmetrom) koji ima kvadratinu karakteristiku. Sa ovakvomkarakteristikom instrument e mjeriti sumu efektivnih vrijednosti naponaharmonika, dok za komponentnu osnovne frekvencije (koja vlada na krajevimaindikatora) nee biti razlike u potencijalu. Ako se efektivna vrijednost svihharmonika (U n) izjednai sa poznatim dijelom cjelokupnog napona (p Ut) slueise pri tome elektronikim voltmetrom za uporeivanje i potenciometrom kaodjeljiteljem napona, moe se nai veza izmeu poloaja klizaa potenciometra itraenog stepena izoblie nja k'. U tu svrhu treba ostvariti mjerno kolo prikazanona slici 4.1.

SL. 4.1. MOST ZA MJERENJE HARMONIJSKOG IZOBLIENJA

Pri gornjem poloaju preklopnika S, elektronski voltmetar (koji morazadrati svoju tanost za itav pojas frekvencija do kojih treba mjeriti) vezan je zadijagonalu mosta CD. Naizmjeninim podeavanje promjenjivog otpornika R ikondenzatora C dovodi se voltmetar do minimalnog skretanja. Ovo skretanje nemoe se svesti na nulu ako postoje harmonici i most je, ustvari, uravnoteen

48


56/128

samo za osnovnu frekvenciju. Kako je impedansa grane sa reaktivnimelementima svedena na minimum, tj. na otpornost r samo za osnovnufrekvenciju, dok je za ostale frekvencije harmonika i dalje vrlo velika (utoliko vea

ukoliko je red harmonika vii), to praktino voltmetar mjeri i potencijalnu razlikusamo na jednom otporniku , jer je pad napona na otporniku R zanemariv sobzirom da je R


57/128

22 1'1

'

p

p

k

k k

Na ovom principu su graeni mjerai stepena izoblienja (tzv. klir faktormetri) samo to su u njima predviena mijenjanja elemenata radi poveanjaopsega mjerenja, kao i dodavanja impedansi, kako bi se uvjeti optereenjamjernog izvora u inili to vie jednakim prilikom prebacivanja preklopnika S. Istotako se u njima moe postepeno prelaziti na vee osjetljivosti indikatorskoginstrumenta ukoliko se podeavanjem mosta vie pribliavamo njegovomravnotenom stanju.

METODA MJERENJA SA IZBIJANJEM

Drugi mjerni postupak za dobijanje pojedinanih ili djelominihstepena izoblienja, pomou kojih se moe odrediti ukupan stepen izoblienja,koristi metodu uporeivanja sa pomonim generatorom i oslabljivaem. Ovajpostupak je pogodan za mjerenje pri visokim frekvencijama samo ako stepeniizoblienja nisu posebno veliki.

Mjerenje se vri pomou kola na slici 4.2.

SL. 4.2. SHEMA MJERENJA STEPENA IZOBLIENJA METODOM SA IZBIJANJEM

Oslabljiva (OSL) treba da ima izlaznu impedansu priblino jednakuizlaznoj impedansi ispitivanog izvora E. Elektrini filter (EF) treba da proputasamo harmonine frekvencije ispitivanog izvora. Na izlazu filtra je tzv.heterodinski detektor (HD) koji radi na principu izbijanja, tj. nap oni ije frekvencijese razlikuju za tano odreenu vrijednost (npr. 800 ili 1000 Hz), bit e pojaani.

Istovremenim ukljuivanjem na filter oba generatora vidi se, iznajveeg skretanja instrumenta M, da li je frekvencija f p isto sinusnog pomonoggeneratora E p podeena na jedan od harmonika f n ispitivanog generatora E.

50


58/128

Pri gornjem poloaju preklopnika P, instrument M heterodinskogdetektora skree proporcionalno amplitudi Un n tog harmonika generatora E, jer

je detektor postavljen na taj harmonik.Zatim se frekvencija pomonog generatora izjednai sa

frekvencijom n tog harmonika, a oslabljiva podeava tako da instrument pridonjem poloaju preklopnika P pokazuje isto skretanje kao i ranije. U tom sluaju, na izlazu oslabljivaa postojat e napon

nb pnp eU U

Zatim se uz pomo voltmetra podesi da izlazni napon obageneratora budu jednaki (U = U p). Ako se smatra da je, pri malim amplitudamaharmonika ispitivanog generatora, sloeni napon U priblino isto to i naponosnovnog harmonika U 1, onda se za djelomine stepene izoblienja moenapisati:

n p

nb pn

n bU U

beU

U U U

k n

111 lnlnln

To znai da se djelomini stepeni izblienja kn mogu, za sveharmonike n- tog reda, neposredno itati na oslabljivau, ako se ispune gornjiuvjeti skretanja instrumenta M i voltmetara V 1 i V2. Ukupan stepen izoblienja (uneperima) bit e:

U procentima, ukupan stepen izoblienja dobit e se iz izraza:

......100% 2423

22

222 432 k k k eeek bbb

51


59/128

4.2. MJERENJE STEPENA IZOBLIENJA

METODA MJERENJA SA REZONANTNIM KOLIMA

Opisana metoda pomou mosta omoguava tzv. globalnu analizuvalnog oblika sloenoperiodinog napona ili struje, tj. daje ukupan stepenizoblienja k.

Nie navedena metoda vri sukcesivna pojedina mjerenja, tj. traese amplitude odr eenih harmonika nekog sloenoperiodinog napona ili struje. URLC kolima postoji sloenoperiodina struja koju stvara elektrini izvor E ijisastav harmonika treba ispitati. Stalnom promjenom kapaciteta C kolo se dovodiu rezonanciju sa osnovnim ili viim harmonicima izvora E. Indikatorski instrument(elektroniki voltmetar EV ili mikroampermetar A sa ispravljaem Det), koji trebada ima kvadratnu karakteristiku skretanja, pokazivat e napon na krajevima

zavojnice. Ako skretanje ( ) indikatorskog instrumenta nanosimo kao ordinate, avlastite frekvencije RLC kola (f) kao apcise, dobit e se dijagram kao na slici 2.3.Skretanja instrumenta proporcionalna su kvadratu struje u RLC kolu, koja je dataizrazom

22 )1

(C

LnR

mE I

gdje je: m konstanta

n red harmonikaU trenutku rezonancije kola sa jednim od harmonika, izraz u

zagradi pod korjenom postaje jednak nuli, te dobija jednu od maksimalnihvrijednosti.

SL. 2.3. SKRETANJE KAZALJKE INSTRUMENTA SL. 2.4. OSNOVNI ELEMENTI KOJI SEU FUNKCIJI FREKVENCIJE ZA RLC KOLO VEU NA ULAZ SELEKTIVNOG POJAAVAA

Ovakvim postupkom mogu e je, sa prihvatljivom tanou i uzprethodno badarenje indikatorskog instrumenta, odrediti amplitude harmonikakoje nisu manje od jedne desetine amplitude osnovnog harmonika. Ovo je najee

52


60/128

dovoljno pri analizi od koje se trai potpuni sastav sloenoperiodinog naponanekog ispitivanog generatora E.

Jedna varijanta ovog postupka predvia upotrebu selektivnogpojaavaa iji je ulaz povezan njegovim osnovnim elementima kao na slici4.4. Otpornik R E na ije krajeve je vezan ispitivani generator treba da je znatno

manje vrijednosti od otpornosti r zavojnice rezonantnog kola. Promjenomkapaciteta C u kolu dolazi do rezonancije sa jednim od harmonika sloenognapona E, te nastaje pojava tzv. prenapona E 0, na krajevima kondenzatora C prikojoj je E 0 >> E. Ovaj prenapon se, prema potrebi, pojaava i mjeripodesnim instrumentom putem po reenja sa poznatim naponom iste frekvencije.

METODA MJERENJA SA URAVNOTEENIM MODULATOROM

Trei mjerni postupak koristi heterodinsku metodu u kojoj izlazniinstrument pokazuje amplitudu harmonika, a jedan pomoni generator (promjenjive

frekvencije) red harmonika.Oba generatora, i ispitivani E i pomoni Ep, djeluju zajedno naspecijalno kolo zvano uravnoteeni (ili balansni) modulator, prikazan na slici 4.5. Na bazi dva jednaka tranzistora (T 1 i T2) dolaze naponi U iz ispitivanog generatorau suprotnim fazama, jer je transforma

239936364 elektronska mjerenja 4 za 4 raz elektrotehnicke skole 2005 z vrsalovic

Documents