S-108.3020. Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö 1



Samankaltaiset tiedostot
S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

Supply jännite: Ei kuormaa Tuuletin Vastus Molemmat DC AC Taajuus/taajuudet

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Dynatel 2210E kaapelinhakulaite

EMC Säteilevä häiriö

EMC: Electromagnetic Compatibility Sähkömagneettinen yhteensopivuus

EMC Mittajohtimien maadoitus

ELEKTRONISET TOIMINNOT

Radioamatöörikurssi 2015

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

CC-ASTE. Kuva 1. Yksinkertainen CC-vahvistin, jossa virtavahvistus B + 1. Kuva 2. Yksinkertaisen CC-vahvistimen simulaatio

Vahvistimet. A-luokka. AB-luokka

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

HÄIRIÖSUOJAUS KAKSISUUNTAINEN PROSESSI SISÄISET JA ULKOISET HÄIRIÖT

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Radioamatöörikurssi 2013

Sangean PR-D4 Käyttöohjeet

MICRO-CAP: in lisäominaisuuksia

Flash AD-muunnin. Ominaisuudet. +nopea -> voidaan käyttää korkeataajuuksisen signaalin muuntamiseen (GHz) +yksinkertainen

Johtuvat häiriöt. eli galvaanisesti kytkeytyvät häiriöt

Tiedonkeruu ja analysointi

Johdanto. 1 Johdanto Elite-3x. Aloitus. Painikkeet ja säätimet

- Käyttäjä voi valita halutun sisääntulon signaalin asetusvalikosta (esim. 0 5V, 0 10 V tai 4 20 ma)

MSnS-extra PCB v1.0. Kevyt käyttöohje

KRU-1 PLL & UHF TRUE DIVERSITY langaton mikrofonijärjestelmä. Käyttöohje. ä ä ä ö ä ö

M2A Suomenkielinen käyttöohje.

SUNDIAL FLOW+ - OHJAUSYKSIKKÖ

m2 ja Micromon erot Sami Tikkanen Micromon Ei laajennettavissa Laajennettavissa 99 pisteeseen m2 + yksiköllä

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

LUMA SUOMI -kehittämisohjelma LUMA FINLAND -utvecklingsprogram LUMA FINLAND development programme Ohjelmointia Arduinolla

Radioamatöörikurssi 2014

d) Jos edellä oleva pari vie 10 V:n signaalia 12 bitin siirtojärjestelmässä, niin aiheutuuko edellä olevissa tapauksissa virheitä?

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

KÄYTTÖOHJE. M2M Point - to - Point

Ohjelmoitava päävahvistin WWK-951LTE

Tehtävä 5. ECIO dataloggeri lämpötila-anturilla

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan. cos sin.

Pamemetrilista ADAP-KOOL. EKC 201 ja EKC 301

4) Kaiutin: 8Ω/10W 5) Otsonaattori: 12V/5W 6) Höyrygeneraattori: 220V/3000W

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

VIM RM1 VAL / SKC VIBRATION MONITOR RMS-MITTAUSJÄRJESTELMÄLLE KÄSIKIRJA. VIM-RM1 FI.docx / BL 1(5)

Tiedonkeruu ja analysointi

Radioamatöörikurssi 2018

Tehtävään on varattu aikaa 8:30 10:00. Seuraavaan tehtävään saat siirtyä aiemminkin. Välipalatarjoilu työpisteisiin 10:00

SeekTech SR-20 Paikannin Kevyt mutta silti lujarakenteinen vastaanotin, joka antaa kaikki nopean ja tarkan paikannuksen tarvitsemat tiedot.

Suomenkielinen käyttöohje

- Käyttäjä voi valita halutun sisääntulon signaalin asetusvalikosta (esim. 0 5V, 0 10 V tai 4 20 ma)

Asennusopas. DEVIreg 610. Elektroninen termostaatti.

WehoFloor RF LCD 868MHz & laajennusmoduuli 4 tai 6 kanavalle

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

Devilink FT Lämmityksen kytkentäyksikön asennus- ja käyttöohje. Suomi

Harjoitustehtäviä kokeeseen: Sähköoppi ja magnetismi

Sijoita D 3020 tukevalle, tasaiselle alustalle. Älä aseta laitetta pehmeälle alustalle esimerkiksi matolle.

S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. Vanhoja tenttitehtäviä

I-Vinssi LM.60i 24V / I/O-net / 60NM. Sisältö Sovellukset 1 Ominaisuudet 1 Mitoitus 3 Varavirtalähde 3 Varusteet 4 Johdotus 5 Tekninen erittely 5

Anturit ja Arduino. ELEC-A4010 Sähköpaja Tomi Pulli Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos Mittaustekniikka

Ohjelmoitava päävahvistin WWK-951. Anvia TV Oy Rengastie Seinäjoki

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

Tekniikka ja liikenne (5) Tietoliikennetekniikan laboratorio

11. kierros. 1. Lähipäivä

Yleistä. Digitaalinen termostaatti PIC-Thermo PROBYTE OY

VAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet

Höysysauna ja poreallas LaSpa RUBATO

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

VASTUSMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Suomenkielinen käyttöohje

Successive approximation AD-muunnin

Tutustuminen tuotantolinjastoon

Radioamatöörikurssi 2016

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

SAVUKAASUJEN VALVONTAKESKUS 1/6 HYDROSET ER - O2

EMC:n perusteet. EMC:n määritelmä

SANYO TRC-8800 / 8080 SANELU- JA SANELUN PURKULAITE

M2A Suomenkielinen käyttöohje.

LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

PIKAOHJE Tuulimittaus WS2-WTN + D-LINE

10. Kytkentäohje huonetermostaateille

Superintend VR-16 Vikavirtarele 5-johdinverkkoihin Lyhyt käyttöohje

Radioamatöörikurssi 2013

Elektroninen ohjainkortti sähkösolenoidilla ohjattuun flektiin Suunnittelu Capriceman & EPK

1. a) Piiri sisältää vain resistiivisiä komponentteja, joten jännitteenjaon tulos on riippumaton taajuudesta.

Pinces AC/DC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

YLEISMITTAREIDEN KÄYTTÄMINEN

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

Thermoplus. Thermoplus. Helposti sijoitettava säteilylämmitin yleislämmitykseen ja vedontorjuntaan

EMC MITTAUKSET. Ari Honkala SGS Fimko Oy

PIKAKÄYTTÖOHJE V S&A Matintupa

ELEC-C5070 Elektroniikkapaja (5 op)

Pietsoelementtien sovelluksia

Logiikan rakenteen lisäksi kaikilla ohjelmoitavilla logiikoilla on myös muita yhteisiä piirteitä.

Taitaja2004/Elektroniikka Semifinaali

OUM6410C pisteohjattu venttiilimoottori 24 VAC

Transkriptio:

1/8 S-108.3020 Elektroniikan häiriökysymykset Laboratoriotyö 1 Häiriöiden kytkeytyminen yhteisen impedanssin kautta lämpötilasäätimessä 13.9.2007 TJ

2/8

3/8 Johdanto Sähköisiä häiriöitä on kaikkialla ja niiden hallitseminen voi olla melko hankalaa. Monesti jopa toisen osan hyötysignaali on toisaalla häiriö. Tärkeimmät häiriöt jaetaan seuraaviin ryhmiin: Sähkömagneettisen kentän kytkeytyminen (etenevät kentät) esimerkiksi radiotaajuuksilla Kapasitiivinen kytkeytyminen (sähkökenttä) suuri-impedanssisiin piireihin Induktiivinen kytkeytyminen (magneettikenttä) johdinsilmukoihin Johtumalla kytkeytyminen maajohtimissa ja piirien yhteisissä impedansseissa Tässä työssä tutkitaan yhteisen impedanssin kautta johtuvaa eli galvaanista kytkeytimistä. Se aiheutuu yhteistä nollajohtoa kuormitettaessa kaksijohdinjärjestelmässä. Häiriö on varsin yleinen ja monille on varmasti tuttua, kun eri pistorasioissa olevia audiolaitteita yhdistellessä alkaa kuulua 50 Hz taajuinen verkkohurina. Lisäämällä johdinten poikkipinta-alaa tai vähentämällä pituutta saadaan häiriötä vähennettyä, mutta niin kauan kuin johdossa kulkee virtaa, muodostuu siihen jännite. Pysyvin ratkaisu hurinaan on korjata sähkönsyöttöä lisäämällä siihen maadoitus ja erottaa signaali laitteen käyttämästä nollasta, jolloin signaalin käyttämässä johdossa ei kulje enää suurta virtaa. Edellä kuvattu ratkaisu on melko massiivinen toteuttaa ja etenkin lyhyttä käyttöä varten käytännössä mahdotonta kustannusten takia. Yksinkertainen ratkaisu on tehdä signaaleista kelluvia, jolloin laitteiden välinen potentiaaliero ei aiheuta ongelmia. Tämä onnistuu helposti ja edullisesti pienellä signaalimuuntajalla, joka laitetaan johtojen väliin, laiteesta käytetään mm. nimitystä vaippavirranerotin. Monet laitteet voivat myös käyttää tiedonsiirtoon valokuituja, jolloin vältytään käytännössä kaikilta siirron aikaisilta sähköisiltä häiriöiltä, eivätkä tasoerot laitteiden välillä häiritse. Esimerkkinä voisi mainita tyypillisen kytkennän, jossa televisio, joka on yhdistetty antennin kautta maahan, liitetään kotiteatterivahvistimeen. Jos vahvistimelle tuodaan vielä maadoittamattomalta tietokoneelta ääni, niin alkaa monesti kuulumaan hurinaa ja ilmetä jopa häiriöitä televisionkuvassa. Tietokoneen kytkeminen optisesti eliminoisi ongelman esiintymisen. Vaihtoehtoisesti antenniin tai analogiseen audioliitäntään voisi laittaa vaippavirranerottimen. Laitteisto Työssä tutkitaan lämpötilansäädintä, jolla pyritään pitämään etäyksikön sisällä haluttu lämpötila. Vastaavia laitteita käytetään monissa mittaussovelluksissa esim. anturin, ledin tai kiteen lämpötilanvaihtelujen aiheuttamien epävarmuuksien minimoinnissa. Joissain sovelluksissa lämmitysvastus voidaan korvataan peltier-elementillä, jolloin stabiilin, ympäristöä alemman, lämpötilan lisäksi saadaan anturissa esiintyvää kohinaa vaimennettua. Laitteisto mallintaa yleistä tilannetta, jossa monia erityyppisiä häiriöitä yhdistyy ja pilaavat laitteiston toiminnan, mikäli ratkaisuihin ei kiinnitetä huomiota. Lämpötilansäädin koostuu kahdesta osasta: säätöyksiköstä ja etäyksiköstä. Ohjausyksikkö sisältää näytön, prosessorin, hakkuriteholähteen, ad-muuntimen ja tarvittavat näpäimet. Etäyksikössä on analoginen ja digitallinen lämpötila-anturi, lämmitysvastus ja tuuletin mittausten nopeuttamiseksi. Yksikköjen välillä kulkee nippu johtoja, joissa kulkee digitaalisia signaaleja, hakkurilta tuleva vastuksen RL tehonsyöttö, analogisen lämpötilatieto sekä yhteinen maadoitus. Kuvassa 3 on lohkokaavio

4/8 laitteista. näyttö A/D:n suodatus Digitaalinen lämpöanturi Näytönohjain Hakkurin suodatus A/D (sisäinen CPU:ssa) Lämmitysvastus ja suojaus CPU PWM ohjattu hakkuri Näppäimet Analoginen lämpöanturi Ohjausyksikkö Etäyksikkö Kuva 3. Laitteen lohkokaavio. Säätimen sisällä on hakkuriteholähde ( http://en.wikipedia.org/wiki/switched-mode_power_supply ), jolla voidaan säätää vastukselle menevää jännitettä. Säätö tapahtuu kytkimelle menevän pulssinleveyden (http://en.wikipedia.org/wiki/pulse-width_modulation eli PWM) mukaan. Tässä työssä pulssisuhde pidetään kokoajan poikkeuksellisen pienenä, eikä hakkuri juurikaan vaikuta ulostulevaan jännitteeseen muutoin, kuin lisäämällä siihen tyypillisen häiriönsä. Laitteessa olevaa kytkintä eli MOS-FETtiä ohjataan siis PWM-signaalilla, jonka muotona on suorakaideaalto, ja joka on tässä vain muutaman prosentin ajasta päällä. Hakkurin toimintaan ja ominaisuuksiin voidaan myös vaikuttaa taajuudella, jolla FETtiä ohjataan. Tässä laitteessa voidaan valita hakkuritaajuuksia väliltä 500 Hz 400 KHz. Taajuutta kasvattamalla hakkurin ominaisuudet hieman muuttavat, suurempi taajuus mm. mahdollistaa fyysisesti pienemmät komponentit, mutta varjopuolenaan tuottaa piiriin hankalasti hallittavan voimakkaan suurtaajuisen häiriön. Matalat taajuudetkaan ei ole täysin ongelmattomia. Kuuloalueelle sijoittuvat (<20 KHz) taajuudet häiritsevät käyttäjää etenkin tehokkaammissa laitteissa. Laitteiden välillä yhdessä kaapelissa kulkee kahdeksan johdinta, jotka on kierretty neljään pariin. Anturit on kytketty omiin pareihinsa, mutta kytkimien avulla anturit saadaan etäyksikössä kytkettyä yhteiseen maahan vastuksen RL ja tuulettimen kanssa. Kuvissa 4 ja 5 on esitetty anturien kytkentä. Kuvassa 6 esitetään kuormat sekä hakkuri. Kuvissa vasemmalla on ohjausyksikkö ja oikealla on etäyksikkö.

5/8 Kuva 4. Digitaalisen anturin kytkentä. Kuva 5. Analogisen anturin kytkentä. Kuva 6. Hakkuri ja kuormat.

6/8 Tutustu laitteeseen Kuvissa 1 ja 2 on esitelty laitteen tärkeimmät kytkimet ja ulostulot. Termostaattia ja hakkurin taajuutta säädetään ohjelmallisesti alaosan näppäimillä. Kuva 1. Lämpötilasäätimen ohjausyksikkö. Laitteen valikossa liikutaan + ja näppäimillä. Arvon muuttamiseksi painetaan Menu/set painiketta, jolloin kursori alkaa vilkkua. Tällöin + ja muuttavat arvoa, arvo valitaan Menu/set painikkeella. Mittaus ja vastuksen lämmitys aloitetaan painamalla Menu/set painiketta Aloita valikon kohdalla. A: tarkoittaa analogista ja D: digitaalista anturia. Mittaus keskeytetään Menu/set painikkeella.

7/8 Kuva 2. Etäyksikkö. HUOM. Etäyksikön GND on laitteiden välisen maatasoeron mittausta varten, eikä siitä tule maadoittaa laitetta..

8/8 Esiselostustehtävät Materiaalia tehtäviin löytyy kurssin sivuilta: http://metrology.tkk.fi/courses/s-108.3020/hairmit.pdf 1) Tutustu hakkurityyppeihin esim. http://en.wikipedia.org/wiki/switched-mode_power_supply Virtalähteisiin kannattaa tutustua hieman yleisemmin: http://en.wikipedia.org/wiki/power_supply Termit reguloitu ja reguloimaton olisi myös hyvä tuntea. Kolme perushakkurityyppiä koostuvat vain kelasta, diodista ja kytkimestä. Tässä työssä käytetään kytkimenä MOS-FETtiä. Piirrä näiden kolmen tyypin kytkentäkaaviot, nimeä ne ja kerro lyhyesti mihin niitä käytetään. 2) Kuvissa 4-6 on esitetty pääpiirteittäin laitteiden kytkentäkaavio ja osien välinen johdotus. a) Minkä tyyppinen hakkuri kuvassa 6 on kyseessä? b) Etsi ja tutustu anturien LM35 ja DS18S20 datalehtiin. Miten anturit antavat lämpötilatiedon? c) Laske paljonko AD muuntimelle menevä analoginen signaali vääristyy käytettäessä yhteistä maata vastuksen kanssa eli kun kuvan 5 GND kytkin on alhaalla? Anna tulos millivoltteina sekä vastaavana lämpötilana eli paljonko muutosta tulee asteina. RL on 47 ohmia, hakkurilta lähtee 14 V puhdasta tasajännitettä, paluujohtimen resistanssi on 0,5 ohm.