Tehtävä 8 1. Suunnittele Micro-Cap-simulaatio-ohjelman avulla kaistanpäästösuodin, jonka -alarajataajuus f A = 100 Hz @-3 db -ylärajataajuus f Y = 20 khz @-3 db -jännitevahvistus A U = 2 Jännitelähteenä käytetään yksipuolista 12 voltin tasajännitelähdettä. Komponentit: 2,7 nf, 1,0 µf, UA741CD (LM741) ja E12-sarjan vastuksia Ohje: käytä simulaation aikana ohjelman tarjoamia resistanssiarvoja ja muuta tai muodosta ne lopuksi E12-sarjan nimellisarvoista. Skaalaa taajuusvasteen kuvaajan akselit: lineaarinen y-akseli +12 db -24 db, gridi 3 db logaritminen x-akseli 10 Hz 100 khz, gridi 10/dekadi Merkitse simulaation kuvaajaan rajataajuuksien paikat. Tulosta simulaation tuotos (piirikaavio ja taajuusvasteen kuvaaja) yhdelle A4- paperiarkille tarvittavine dokumentointitietoineen. Tallenna simulaatiotiedosto muistitikulle. Tulosta simulaatiossa käyttämäsi tyhjä taajuusvastepohja (puolilogaritmipaperi, jossa em. skaalaukset ilman kuvaajaa) seuraavan tehtäväosion tulosten merkitsemistä varten. Tallenna myös tämä simulaatiotiedosto muistitikulle. Luovuta simulaation tuotos (A4-arkki) tuomarille, jolloin saat seuraavan tehtäväosion materiaalin. 2. Rakenna piirikaavion mukainen suodin annetuista SMD-komponenteista piirilevylle. (Komponenttien joukossa on muutamia ylimääräisiä komponentteja.) Mittaa kytkentä siten, että voit piirtää mittaustulosten avulla taajuusvasteen kuvaajan puolilogaritmipaperille. Laadi mittauksista mittauspöytäkirja. Luovuta komponenttilevy, mittauspöytäkirja ja sen liitteenä oleva taajuusvasteen kuvaaja tuomarille.
Ennen kilpailua kilpailijoille ilmoitettavaa: (ehdotus) Analogisen aktiivisuotimen suunnittelutehtävässä käytetään Micro-Cap10 evaluation -simulaatioohjelmaa. Ohjelma on ilmainen ja sen voi ladata: www.spectrum-soft.com. Kyseisen ohjelman suotimien suunnitteluohjelman (Design/Active Filters ) käyttö ei ole sallittua kilpailussa. Samaisessa tehtävässä saa kilpailussa käyttää Analoginen elektroniikka -oppikirjaa ja sen tiedostoja www.timohaiko.fi / Lataa / CIR-tiedostoja Analoginen elektroniikka Tiedostot ladataan omalle muistitikulle.
Arviointiohje (16.4.2012) Kokonaispistemäärä: 20 p 1) Simulaatio (8 p) a) piirikaavion ulkoasu, jossa E12-sarjan vastukset 2 p b) dokumentoituna (otsake, tekijä, pvm) 1 p c) vahvistus keskitaajuudella 6 db 1 p d) alarajataajuus 100 Hz 1 p e) ylärajataajuus 15 khz 1 p f) koordinaatiston akseleiden skaalaukset lin y-akseli +12 db -24 db, gridi 3 db 1 p log x-akseli 10 Hz 100 khz, gridi 10/dekadi 1 p 2) Piirilevyn kokoonpano (5 p) a) juotokset 1 p b) ulkoasu 1 p c) hyppylangat/0-vastukset 1 p d) valmis (toimii) 1 p e) liitännät 1 p 3) Mittauspöytäkirja (5 p) a) otsikko, tekijä, oppilaitos, pvm 2 p b) mittaustulokset 2 p c) laskutulokset 1 p d) huomautukset (esim. maininta liitteestä) (+1 p) 4) Mittauspöytäkirjan liite (taajuusvasteen piirros) (2 p) oma tuloste 1 p piirros ok 1 p --------------------------- yhteensä 20 p Lattialle pudonnut SMD-komponentti (tai kadonnut) -1 p / komponentti Lisäpisteet (+1 p) eivät kasvata kokonaispistemäärää yli 20 pisteen.
Simuloinnin malliratkaisut (annetaan kilpailijalle kisan päätyttyä) Työläin ja aikaavievin ratkaisutapa on aloittaa tyhjältä piirikaaviosivulta. Seuraavat malliratkaisut on toteutettu siten, että niissä on hyödynnetty saatavilla olleita peruskytkentöjä. Ratkaisu 1 Mallikytkentä, AE sivu 292 #Invertoiva operaatiovahvistin 2.cir www.timohaiko.fi / Lataa / CIR-tiedostoja Ana Sama kytkentä, vain komponenttiarvoja on muutettu Muutettu kytkentä Kondensaattori C1 ja vastus R1 määräävät kaistanpäästösuotimen (vahvistimen) alarajataajuuden. Kondensaattori C2 ja vastus R2 määräävät ylärajataajuuden. Vastukset R1 ja R2 määräävät vahvistuksen tai vaimennuksen arvon. Annetaan kondensaattoreille ilmoitetut arvot 1 uf ja 2,7 nf. Käynnistetään AC-analyysi ja jaetaan näyttö kahtia (piirikaavio+taajuusvaste). Annetaan vastukselle R2 arvo 2 R(R1), kaksi kertaa vastuksen R1 resistanssiarvo R ja merkitään: 2*R(R1), jolloin vahvistus A U = 2 eli 6 db säilyy, vaikka R1 resistanssiarvoa muutetaan alarajataajuutta haettaessa. Jos tätä määritettä ei osaa/huomaa tehdä, ratkaisu löytyy kyllä ajan kanssa. Klikataan piirikaavion komponenttia R1 ja sen värjäydyttyä säädetään sen resistanssiarvoa näppäimistön nuolinäppäimillä, kunnes alarajataajuuden -3 db -kohta on pyydetyn alarajataajuuden arvon kohdalla. Tarkistetaan vahvistuksen arvo keskitaajuudella (1 khz) ja ylärajataajuuden arvo. Lopulliseen piirikaavioon vaihdetaan vastuksen R2 (3 k ) paikalle kaksi sarjaan kytkettyä 1,5 k vastusta.
Ratkaisu 2 Mallikytkentä, AE sivu 288 #Invertoiva operaatiovahvistin 1.cir Kytkentää on muokattu, sekä komponenttiarvoja muutettu Muutettu kytkentä
Tehtävän 8 osa-, tarveaine-, työväline- ja mittalaiteluettelo Komponentit protopiirilevy, SMD yhteensä: 10 kpl operaatiovahvistin, UA741CD, SO-8 yhteensä: 20 kpl kondensaattori 1 uf/25 V, 0805 yhteensä: 20 kpl kondensaattori 3,3 nf, 0805 yhteensä: 20 kpl E12-sarjan vastuksia, 0805 3 kpl 1,5 k / kilpailija yhteensä: 30 kpl 2 kpl 220 k / kilpailija yhteensä: 20 kpl 10 kpl 0 / kilpailija yhteensä: 100 kpl sekä ylimääräisiä vastuksia Tarvikkeet lyijytön tina yhteensä: 2 rullaa taipuisaa kytkentäkaapelia (pun. ja musta) yhteensä: 20 m + 20 m hyppylankapakkaus (10 cm kaapelin pätkä) yhteensä: 2 m maalarinteippirulla yhteensä: 10 rullaa PDF-datalehti, UA741CD (muistitikulla) muistitikku yhteensä: 10 kpl lyijykyniä yhteensä: 30 kpl pyyhekumeja yhteensä: 10 kpl *piirikaavio *skaalattu puolilogaritmipaperi *mittauspöytäkirja (annetaan kilpailijalle vasta rakenteluvaiheessa) (annetaan kilpailijalle vain pyydettäessä) (A4-ruutupaperia) Työkalut yms. tietokone, jossa Micro-Cap Evaluation yhteensä: 10 kpl +? juotin + mekaaninen puhdistussieni yhteensä: 10 kpl +? sivuleikkurit yhteensä: 10 kpl +? kulma- ja suorakärkiatulat yhteensä: 10 kpl + 10 kpl suurennuslasivalaisin yhteensä: 8 kpl +? Mittalaitteet funktiogeneraattori oskilloskooppi + 2 kpl vaimentavalla mittapäällä varustettua mittajohtoa BNC/probe BNC-T haaroitusliitin yleismittari + mittajohdot DC-sähkölähde (12 V, 1 A) tulostin PDF-tulostin yhteensä: 2 kpl (muistitikulla)