Aihearkisto: Elektronikka

Heksaruletti

Johdanto

Tällä kertaa tehtävänä oli varsin mielenkiintoinen laite eli heksaruletti.

Heksaruletti

Heksaruletin toiminta on varsin yksinkertainen kun painaa kytkintä, ledit syttyä nopeaan tahtiin ja alkavat kiertää ympyrää. Kun päästä kytkimen ylös alkaa ledien syttymisvahti hidastua, kunnes lopulta yksi satunnainen ledi jää palamaan.

Heksaruletin Piirilevyn valmistus

Tässä vaiheessa työtä valmistimme piirilevyn itse. Yleensä tehtävissä käytimme valmiita nauhapiirilevyjä, mutta tulipa valmistaminenkin tutuksi.

Valotus

Tehtävä lähti käytiin siten että tulostimme piirtoheitinkalvolle kytkennän piirikaavion. Tämän jälkeen poistetaan kuparilevystä valosuojat ja asetellaan piirikaavio kuparilevylle, jonka jälkeen kuparilevy valotuskalvoineen asetellaan valotuslaitteeseen ja suljetaan alipaineluukku ja käynnistetään alipainepumppu.

Lisätietoa alipainepumpusta

Alipainepumppun tarkoituksena on estää valotuksen aikana tapahtuvat liikkeet, jotta sisällä oleva kuparilevy tai valomaski eivät vahingoitu. eikä hommaan tarvitsisi tehdä alusta.

Seuraavaksi suljetaan kansi, asetetaan sopiva aika ja käynnistetään UV-lamppu.

Valotuksen jälkeen avataan laitte ja otetaan kuparilevy varovasti pois reunasta kiinni pitäen ettei siihen jäisi rasvaisia sormen jälkiä.20150129_134306

Kuva1. valotuslaite

 Kehitys

Kehityksessä kuparilevy liuotetaan natriumhydroksidissa , joka poistaa johtavan  alueen levystä.

Kehityksen aikana piirilevyä heilutellaan kehitysaineessa ja huuhdellaan puhtaalla vedellä ja prosessi jatkuu, kunnes kuparilevylle on muodostunut piirikaavion muotoinen kuvio.

Syövytys

Syövytyksessä kuparilevystä poistetaan siinä oleva ylimääräinen kupari pinnoite.

Itse syösytyksessä voidaan käyttä erillansia kemiallisia aineita, koulussa käytimme natriumpersulfaattia.

20150129_134343 (1)

kuva2. syövytys-ja kehityslaite

Laitteen päällä on kolme aukko joihin laitoimme natriumpersulfaattin ja veden. tämän jälkeen laitoimme laitteen käyttiin, jotta liemien lämpötila nousi 50°C asteeseen, mikä nopeuttaa prosessia.

Syövytyksen aikana piirilevyä voi hieman heilutella suojakäsineitä käyttäen  sitä voidaan kääntää pussin sisällä mikäli piirilevy ei syövy siinä asennossa missä se on. Syövytysaika on tapauskohtainen mutta yleesä se kestää 15min .

Syövytyksen aikana piirilevyä tulee tarkkailla jotta tietää milloin ylimääräinen kupari on irronnut. Ota piirilevy pois syövytysaineesta ja huuhtele se huolellisesti runsaalla vedellä.

Vielä yksi vaihe ennen  juottamista on tehdä piirilevyyn reijät komponenteille, jonka toteutimme pöytäporakoneella 1mm poranterällä. Komponenttien reikien paikat näkyvät itse levyssäKuva1

kuva3.  heksaruletti piirilevy

20150129_134358

kuva4.  Näkyy pyötäporakone, jota käytimme riekien poraamiseen itse poranterä oli piilossa pienessä kolossa.

Piirilevy täytyy myös puhdista lakkaa ja muuta siihen kertyneestä liasta. Teräsvilla homma sujuu hyvin, koska se puree hyvin. Hiomisen ja putsauksen jälkeen alkaa varsinainen komponenttien sijoittelu ja juotaminen.


 

Piirikaavio

heksaruletti

kuva5. heksaruletista multisimissä

 

Toimintaselostus

Heksaruletin toiminta perustuu peruskomppomentien lisäksi kolmee piiriin : osakillaattori, laskuripiiri ja dekooderipiiriin.         Lisäksi tämän tarkastelun ansiosta saamme selville miksi ledit pyörivät ja pysähtyvät.

Heksaruletissa on myös hyvä muistaa että sen käyttäjännite saisi olla maksimissaan 12V. Suositelen käyttöjänniteeksi 9v, minkä saa esim. paristosta.

Automaattinen virtakytkin

Heksaruletissa automaattikytkin aktivoituu kun kytkintä painaa.  Se johtaa virtaa D18 diodille ja kondensaattori C3 alkaa latautua.  Kytkimen vapautuessa alkaa C3 alkaa purkautumaan maihin  vastukseen R3 ja TR2 transisitoriin kanna kautta.

Transistorit TR1 ja TR2 muodostavat yhdessä kytkimen ja piiri pysyy johta niin kauan kun kondensaattori saa virtaa C3:ssa on jännitettä

Virtakytkin ohjaa kaikkien RC-piirien virran saantia jotka ovat viety kytkimen kautta tässä kytkennässä

 Oskillaattori

Oskillaattorina kytkennässä toimii NE 555 piiri eli niin sanottu ajastinpiiri. Oskillaattori värähtelee niin kauan kun C2:sessa riittää jännitettä.  Kun kytkimen vapauttaa, alkaa kondensaattori hitaasti purkautumaan ja pulssitaajuus laskee. Silmin nähden ilmiö näkyy ruletin pyörimisvauhdissa : kun kytkintä painaa, varautuu kondensaattori ja vauhti on melko nopea. Kun kytkimen vapauttaa, alkaa kondensaattori purkamaan itseään  ja vauhti alkaa hidastumaan kunnes lopulta pysähtyy sattunaisen  ledin kohdalle. Tämä ledi jää palamaan.

Oskillaattorin RC-piiri saa käyttöjänniteensä muualta kuin syöttöjännitteestä mikä on mielenkiintoista.

Laskuri

Heksaruletin laskuripiirinä toimii CMOS 4516. Laskuri on niin kutsuttu 16-pykäläinen ja laskee numeroita 0-15 väliltä, binäärimuodossa.

Kun piiri saa pulssin T15:sta siirtyy aina yhden askeleen eteenpäin,  niin kauan kunnes luvut tulevat täyteen.  Lukujen tultua täyteen ja se aloittaa uuden pulssin ja hyppää alkuun ja aloittaa alusta kunnes kytkin vapautetaan ja pulssien tulo hidastuu ja lopulta pulssit loppuvat ja pyöriminen pysähtyy.

Lisäksi on hyvä tietää että laskuripiirin pyörimissuunnan (ruletin)  saa vaihdettua vaihtamalla IC2:sen nasta kymmenen muuttaan miinuksesta virtakytkimen käyttöjännitteeseen.

Dekooderi 

Heksarulettiin tarvitaan myös dekooderi joka muuntaa laskuripiirin antamat binääriluvut siihen muotoon, että jokainen kuusitoista lediä saadaan palamaan vuorollaan. CMOS 4018 piiri.

Dekoodaus tällä piirillä tapahtuu käyttämällä piirin kahdeksaa nastaa eli yksi nasta ohjaa kahta vierekäistä lediä.  Ledit eivät pala yhtä aikaa, koska ledien katodipuolet on jaettu kahteen ryhmään. Ryhmittelemällä ledit niin että joka toisen ledin katodi on  samassa ryhmässä. Nyt ledit kytkevät vuorotellen miinukseen vaikka kahta vierekäistä lediä ohjaakin sama dekooderipiirin nasta.

 Mittaukset

Mittaukset tehtiin oskilloskoopilla

EBIN1

Oskilloskoopin kuva6 piirettynä IC1:sen nastasta 3 (output)

20150416_125711

kuva7. Oskilloskoopinkuva IC2:n nastoista 6,11,14 ja 2 aika 50ms/div ja voltit 5 V/div


Osaluettelo
exel osaluettelo

Kuvassa on osaluettelo heksarulettiin tarvittavista komponenteista. taulukossa näkyy myös niiden hinta ja kappalemäärä.

Itsearviointi

Työ onnistui mielestäni hyvin lisäksi opin työstä paljon uutta esimerkkinä piirilevyn valmistamisen

 

 

Creative Commons -lisenssi
heksaruletti, jonka tekijä on Janne Huovinen, on lisensoitu Creative Commons Nimeä 4.0 Kansainvälinen -lisenssillä.
Perustuu teokseen osoitteessa https://blogjanne.wordpress.com/2015/04/21/heksaruletti/.

Oskilloskoopin käyttöohje

Oskilloskooppi


20150113_125036
Kuvassa oskilloskooppi

On elektroniikaan ja sähkötekniikan mittalaite, joka piirtää mitattavan signaalin kuvaajan näyttölaitteelle. 

Analoginen  oskilloskooppi                                                                                  keskeinen osa on sen näyttönä toimiva katodisädeputki, josta  lähtee elektronisuihku poikkeavalla jännitteellä  (jännitteeseen verrannollisesti).

Digitaalinenoskilloskoopin  Etuna on muistiominaisuus ja liitettävyysmahdollisuus mittaustietojärjestelmään.

pc oskilloskooppi 

Toimii nimensä mukaisesti  täysin tietokoneella sille suunnitellun ohjelman kanssa. Suuremman näyttötilan ansiosta PC-oskilloskooppi on helpompi  esittää tutkittavan signaalin lisäksi ison määrän valmiiksi laskettuja suureita ja niiden tuloksia.

x ja y akselin merkitykset


Oskilloskoopin näytölle ilmestyy heti käynnistyksen jälkeen seuraavanlainen näkymä joka eroaa hieman eri mallien mukaan, mutta perusperiaate on sama:

Oskiloskoopin näyttö
Vaaka akseli x kuvaa aikaa ja pysty akseli y jännitettä.

X-akseli                                                                                                                              Tämä akseli kuvaa signaaliin kulunutta aikaa, yleensä sekunteina.  Y-akseli                                                                                                                              Kuvaa jännitteen tai muun suureen aaltomuotoa.

 Oskilloskoopin perussäätimet ja liittimet


Sieppaa

  1.  CH1 ja CH2  painikkeet.  Näillä painikeilla vaihellaan kuvaajan näytämää kuvaa.
  2. kanavien vahvistuksen säädin
  3. Kanavien tuloliitännät
  4. Testausliitin
  5. pyyhkäisyajan säädin
  6. Matemaattisien toimintojen painike.
  7. Vertikaalisen viivan säädin
  8. Horisontaalisen viivan säädin

Voltti ja aika säätimen merkitys ja vaikutus

Voltti säätimellä säädetään vahvistuksen hienosäädöt ja kalibrointi.

Aika säätimellä säädetään pyyhkäisyaika hienosäätö ja kalibrointi.

Yhden yksittäisen ruudun merkitys ja mittasuhteet mittauksessa

Pystysuunnassa yksi ruutu kertoo volttien määrän ja vaakasuunnassa ajan suhteessa kiertokytkimen asentoon.

Vaihtosähkön (AC) ja tasasähkön (DC) eroavaisuus.

Tasasähkö nakyy oskilloskoopissa suorana viivana ja vaihtosähkö aaltoilevana jaksona.

Kotitalouksiin tuleva vaihtovirta Suomessa ja suurimassa osassa Eurooppaa on nimellisarvoltaan 230 volttia ja 50 hertziä. Tiettyjen standardien mukaan jännite saa vaihdella 207 voltin ja 244 voltin välillä.

Kuvallinen havannoistiosuus

Funkitiogeneraattorin syöttämän 50 herzin taajuuden mittaustapahtuma oskilloskoopilla

Seuraavaksi itse oskilloskoopin kimpuun.

  1. Siivoa työalueesi jotta tarvittavat laitteet ja muut tarvittavat välineet mahtuvat pyödälle.
  2. Hae funktiogeneraattorisi, oskilloskooppisi ja BNA-liitin
  3. Liitä funktiogeneraattori ja oskilloskooppi toisiinsa seuravalla tavalla: liitä BNC -liitin valitsemaasi kanavaan oskilloskoopissa ja toisen pään funktigeneraattoriin OUTput osion Main-porttiin.
  4. kytke virrata laitteisiin
  5. säädä funktiogeneraattoriisi haluamasi taajuus, kuvan mukaisesti 50 hertziä.
  6. Säädä oskilloskoopista haluamasi pyyhkäisyaika ja voimakkuus.
  7. Mittaa tarvittavat tulokset, mikäli haluat tarkistaa signaalin paikaansa pitävyyden matemaattisesti se tapahtuu kaavalla : ƒ=1/T
  8. Lopuksi siivoa paikkasi ja vie laitteesi sekä muu käyttämäsi tavarat omalle paikalleen.

 

20150113_122515
Kuvassa taajuusgeneraattori on kytketty oskilloskooppiin, joka piirtää näytölle taajuusgeneraattorin syöttämää 50 hertzin taajuutta.

20150113_123551

Kuvassa oskilloskooppi on kytkentty vaihtovirtalähteeseen, joka syöttää oskilloskooppin 7-10 voltin jännitettä 10 millisekunnin pyyhkäisyajalla jonka oskilloskooppi havainnolistaa näytölleen 50 hertzin signaalliaalloilla.

 

Laskukaavat


Digitaalisen ja PC-oskilloskoopin etuja ovat niiden älykkyys jolloin seuraavat laskut ovat jo laskettu näytölle valmiiksi mutta varmuuden saamiseksi ja analogisen oskilloskoopin käyttäjälle seuraavat laskukaavat ovat tärkeä osa käyttöä.

Vaihtovirran (AC) jakson pituuden määritys oskilloskoopilla 

Tapahtuu laskemalla ruutujen määrän X-akselin suuntaisesti aallon alimmaisesta kohdasta kohtaan jossa aalto on taas samalla kohdalla. Ruudun arvo määräytyy Time/DIVsäätimestä.

Digitaalinen oskilloskooppi ja PC-oskilloskooppi sisältävät ominaisuuden joka laskee jakson pituuden automaattisesti.

Taajuus ƒ – Taajuus saadaan laskemalla jakson kestoajasta (T) käänteisarvo.   Lasketaan seuraavalla kaavalla ƒ = 1/T

Huippuarvo Up – Huippuarvolla tarkoitetaan signaaliaallon korkeinta kohtaa.  Up = U  · √2

Arvo huipusta huippuun Upp – Huipusta huippuun tarkoiteen koko aallon korkeutta alimmasta kohdasta korkeimpaan.  Upp =  Up· 2

Tehollisarvo U – Tehollisarvolla tarkoitetaan RMS keskiarvoistamista ja tehollisarvo saadan myös yleismittarilla mittaamalla.   U= Up /√2

 

 

 

 

Vilkkuvat ledit

– Johdanto –


Tehtävänä oli tehdä vilkku ledi ensin multisim -simulointiohjelmalla ja se jälkeen joko koekytkentä alustalle tai verolevylle. Tein mittaukset oskilloskoopilla simulointiohjelmalla, että itse kytkentäalustalla.  Mittasin oskilloskoopilla kytkennästä transistoreiden kantojen b ja kollektoreiden c jännitekuvaajat ja piirsin kuvaajat huolellisesti monisteessa oleviin oskoopinäyttöihin.

– Komponentit –


Osa- ja tarvikeluettelo

  • Kytkentä alusta
  • Hyppylankoja
  • Transistori BC547BP   2 kpl
  • ledi D1 (D = 5 mm, punainen )
  • ledi D2 (D = 5 mm, vihreä )
  •  R1, R2 ( 2 kpl 470Ω vastusta )
  • R3, R4  (2 kpl  68kΩ vastusta )
  • C1, C2 ( 10µF 2kpl ) elektrolyytti kondesaattoria
  •  tarvitset tasavistalähteen syöttämään 9 voltin virtaa kytkennällesi

– Vilkkuvat ledit kytkentä alustalla –


Kuvat kytkennästä Tässä kuva kytkennästä kytkentä alustalla, jossa myös näkyy se miten komponentit sijoitellaan kytkentäalustalle hyppylankoineen . Kuvasta poiketen ledit vlkkuivat tehtävään kuuluvalla tavalla.

Vilkkuvat ledit – simuloituna


Vilkkulebit multisim kytkentä kuva Kuvat kytkennästä multisim –  ohjelmassa Ruudunkaappuksessa vihreä ledi palaa mutta punainen ledi ei, koska otin kuvat vihreän ledin palamisjakson aikana. Ledien vilkkumistahtia voidaan muuttaa vaihtamalla kondensaattorien (C1 ja C2) sekä vastuksien kokoa. Näin ollen Ledit vilkkuvat joko nopeammin(R ja Cpienempiä) tai hitaammin(R ja C isompia).

Oskilloskoopin mittaukset multisim

vilkkuledi oskiloskk Kuvassa näkyy molempien ledien syttymis- ja sammumiskäyrä. kuvassa ei kannata usko channel_B lukemaan sillä tykkentä toimi asian mukaisella tavalla. vilkkiuf8hjb+osrjbv´+ Kuvassa näkyy tarkemmin oskilloskoopilla mitatun transistoreiden kantojen  tasainenkäyrä  josta löytyy nousukohta ja volttimäärät kasvu. Tuo nousu tarkoittaa ledin syttymistä. Toiminta kytkennässä perustuu siis siihen että transistorit ohjaavat toisiaan : kun toinen johtaa niin toinen ei johda.

Itsearviointi

Onnistuin mielestäni hyvin tehtävässä ja se oli mukavan haastava muutamassa kohdassa

Pientaajuusvahvistin

Tehtävänä oli tehdä pientaajuusvahvistin vero-tai koekytkentälevylle, sekä multisimillä simoloituna ja mitata oskiloskoopilla sisäänmenosignaali(in) ja ulostulosignaali (out). HUOM! Vahvistimeen  ei tarvitse syöttää kuin mV:n suuruinen amplitudi.

 Osaluettelo


Pientaajuus osaluettelo

Kytkentä koekytkentälevyllä ja mittaustulokset


pientaajuuvahvistin kytkentäpientaajuusvahvistin-mittaustulokset-kc3a4ytc3a4ntc3b6

– Multisin kytkentä ja mittaukset –


pientaajuusvahvistin2

Pientaajusvahvistin kuva ultisimpientaajuusvahvistin-mittaustulokset-multisim

Itsearviointi


Työ onnistus mielestäni hyvin. Haastavaksi työssä osoittautui kytkennän rakentaminen ja excel taulukon tekeminen

Kirchhoffin virta ja jännitelaki

Tehtävä oli oppia laskemaan kichhoffin virta ja jännitelain avulla, opettelimme myös sarjaan ja rinnankytkentää

vastus eurooppalainen

amerikkalainen vastus merkintä

Kuvat ovat vastuksen piirrosmerkkejä                                                                  ylempi kuva on eurooppalainen ja alempi kuva on amerikkalainen merkintätapa.

Teoria

Elektroniikan yleisimpiä osia eli kompponenteja. Niiden nimitykset samoin kuin ulkonäkö ja koko vaihtelevat niiden käyttötarkoituksen mukaan.  Tarkstellaan vastuksia aluksi teoreettisesti ja sen jälkeen käytännön kompponenttina erinlasissa töissä.

Ideaalisen(ihanteellisen) vastuksen ainoa ominaisuus virran kulun vastustaminen (rajotaminen).  Tätä ominaisuutta kutsutaan resistanssiksi ja se riippuu vastuksen mitoista ja siinä käytetyistä raaka-aineista.

Kirchhoffin virtalaki on:

pisteeseen tulevien virtojen summa on on suuri kuin siitä lähtevien virtojen summa

Kirchhoffin jännitelaki

suljetussa virtapiirissä lähdejännitteiden summa on yhtä suuri kuin jännitehäviöiden sunna

 20140911_133017 20140911_133033

Juotosharjoitus

Tehtävänä  oli juottaa piirilevylle kuvion mukaisesti johtoja ja kuvion sai suunnitella itse esim. koiran tai auton näköiseksi.  johtojen väri valintoina olivat sininen , punainen ja musta.

Jouttamisen teoria

Jouttamisella tarkoitetaan kahden eri metallikappaleen liittämistä toisiinsa.  Liitosaineena käytetään metalliseosta, jonka sulamislämpötila on liitettävän metallin sulamislämpötilaa alhaisempi eli nykyisin lyijytöntä tinaa, joka voi olla (esim. 96,5 % ja 3,5 % hopeaa) .                                                                                                  Joutoksen voi tehdä käsin, aaltokuotoskoneella, uuneissa tai juotosroboteilla.

Juotostyössä tarvittavat välineet                                                                 Käsin juottamisessa tarvitaan juotin tai juotosasema , kärkipihdit ja sivuleikkurit, tinaimuri, tinaimurinahaa, suurennuslasin ja erivahvuista tinalankaa.

Itse käytin kärkipihtejä , sivuleikkureita, imuria joka puhdistaa juotamisesta tulevan savun hengitys kelposeksi   Työvälineet

Juotin eli kolvi on sähköikäyttöinen työkalu, jota käytin juotostinan sulattamiseen eli kiinnitin sen avulla johdot piirilevylle, haluamani kuvion mukaisesti. Käytin 1mm paksuista ja taipuisaa tinalankaa.

20140826_153315

Piirilevyn kuparipuoli / johtojen liitoskohdat

Työn vaiheet                                                                                                                         Ensin opettaja antaa piirilevyn ja paperin, johon tulee suunnitella haluamasi kuvio, jossa on 20 juotosta. kun suunnitelma on valmis aloittetaan johtojen leikkaaminen halutun pituisiksi ja johdon päät avataan, jotta kuparilanka tulee näkyviin eristeen alta ja sen jälkeen liittä johto piirilevyyn tinan avulla. muista kuitenkin käyttää tinaa sopiva määrä, jotta johtavuus säilyy.

Juotos suoritus

Hyvässä juotoksessa on kuusi  tärkeää vaihdetta eli alkulämmitys, tinalangan tuonti kohteeseen, tinalangan irrotus, jälkilämmitys, juottimen irrotus ja liitosjohtimen katkaisu.

Itse arviointi

minulla oli aluksi vaikeuksia keksiä hyvää kuviota ja johtojen kuorinnassa, mutta kyllä kumpikin alkoivat onnistua. Muuten työ teko oli mukavaa ja opin uusi taitoja.

Liiteet

näkyvät ylhäällä