1. No category

Projekt "Kabelsökare" för ME2 och IT2, ver 1.7
Sökarens kopplingsschema
Op-amp LM324N
R1 = R2 = 10 MΩ, R3 = 560 kΩ, R4 = R6 = R8 = R10 = 12 kΩ, R11 = R12 = R13 = 330 Ω,
R5 = 2,7 kΩ, R7 = 4,7 kΩ, R9 = 6,8 kΩ.
C1 = 2,2 nF, C2 = 1,0 μF, C3 = 220 μF, D1 = röd LED, D2 = gul LED ,D3 = 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) att en mätbar 50 Hz signal finns mellan ingången på den första
op-ampen och jorden. Op-ampen fungerar som förstärkare med hög inimpedans och
som bandpassfilter. R3 C1 bestämmer den högre brytfrekvensen och R4 C2 den lägre.
Spänningsdelaren på +ingången ser till att hålla potentialen på ingångarna halvvägs
mellan jord och matningsspänningen (tillstånd utan insignal). Detta ger maximal
dynamik dvs förmåga att hantera så stora signaler som möjligt utan klippning
(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.
Diodernas ljusstyrka verkar variera kontinuerligt och inte till/från som man kan
förvänta sig. Varför? Tittar man noga ser man att lysdioderna blinkar med frekvensen
50 Hz. 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 C3 parallellt med batteriet. Den stora strömmen levereras då av
kondensatorn. Kondensatorn laddas när lysdioderna är släckta, resten av kretsen drar
mycket lite ström.
Förberedelseppgifter
Läs noga funktionsbeskrivningen.
Vi betraktar situationen då sökaren befinner sig på långt avstånd från alla
strömförande föremål.
a. Beräkna spänningen U1 mellan den ickeinverterande ingången på den första opampen (pinne 5) och jorden. Föreslå en metod att mäta den med våra mätinstrument
(specifikation se nedan)!
Nu befinner sig sökaren nära en strömförande kabel. Dioderna lyser.
b. Beräkna strömmarna genom lysdioderna. Se Hemuppgift 2. Föreslå en lämplig
metod för att mäta dessa.
c. Motstånden R1 och R2 har resistans större än vad våra mätinstrument klarar av att
mäta. Föreslå en metod att mäta den!
U1 =
ID =
Labbuppgift
Plocka ihop komponenterna och löd fast dem på mönsterkortet enligt schemat.
Mät de beräknade storheterna med en digital multimeter.
Förklara eventuella avvikelserna.
Några data från manualen till den digitala multimetern:
Likspänningmätningar:
Onoggranhet: ±(1,2 % +1 siffra)
Ingångsimpedans: 1MΩ
Resistansmätningar:
Onoggranhet: ±(1,5 % +1 siffra)
Mätområde 20 Ω – 2 MΩ
U1
Beräknad
Mätt med multimetern
IGRÖN
Beräknad
Mätt med multimetern
Visa en fungerande enhet för labbassen. Var beredd på att svara på frågor ang.
sökarens funktion, dina förberedelseuppgifter och dina mätningar!
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?) Även relativt låga spänningar kan orsaka farliga strömmar om
resistansen är liten, t.ex. om man har fuktiga händer.
Så regel nummer ett: Bryt strömmen innan du börjar meka.
Detta inte bara för att skydda dig. Din konstruktion kanske inte tål att anslutas till
230 V på alla ingångar. Den kanske inte tål kortslutningar på alla utgångar. 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.
Bygge
Börja med att löda fast alla motstånd. Skydda ögonen när du klipper av benen på
komponenterna! Blunda eller håll emot benet med tummen. Spara ett ben och använd
det för att tillverka trådbygeln. 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 dem
rätt! Långt ben på dioderna (= anod) till plus.
Sist löder vi fast batterianslutningen. Tänker du använda din sökare ofta bör du
avlasta kablarna på något sätt, t.ex med en droppe smältlim eller tejp. 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!
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 (torka den då och då på en fuktig
svamp) 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).
Kall lödning, ger ingen eller intermittent kontakt
Korrekt lödning
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.
Komponenter
Motstånd är de små cylindriska sakerna med axiella trådar. Resistansen är kodad i
form av färgade ringar.
Färg
Svart
Brun
Röd
Orange
Gul
Grön
Blå
Violett
Grå
Vit
Guld
Silver
Siffra
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
Multiplikator
100
101
102
103
104
105
106
109
10-1
10-2
Tolerans ± %
20
1
2
0,5
0,25
0,1
5
10
T.ex. röd röd orange silver betyder 22·103 Ω = 22 kΩ, ± 10%.
Kondensatorer finns i två utföranden: med fast dielektrikum och med elektrolyt.
De med fast dielektrikum (C1 och C2) har lägre förluster men också större volym. De
används bl.a i filter. De med elektrolyt (C3) 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.
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. 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 död när du fick den, det är
antagligen du som har mördat den (för hög temperatur, avbrutna ben, statisk
elektricitet).
Vanliga fel är: dåliga lödningar, kortslutningar mellan ledarna på mönsterkortet,
avbrott på dessa ledningar, felvända komponenter, förväxlade komponenter, fel
komponentvärden.
En noggrann okulär besiktning avhjälper de flesta felen.
Hittar du ingenting suspekt, kontrollera alla likspänningar, som du kan beräkna, mha
en voltmeter.
Nästa steg är att använda oscilloskop för att följa signalens väg genom kretsen.