GLEICHRICHTER Die Diode: A K I I Der Einweggleichrichter:

FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
FTKL
[email protected]
[email protected]
GLEICHRICHTER
Die Diode:
If
A
Ir
K
A …. Anode
K ….. Kathoden
UA > UK Æ Diode leitet
UK > UA Æ Diode sperrt
IF …. Forward Current
Ir …. Reverse Current (Annahme Ir = 0);
Der Einweggleichrichter:
Andreas Hofer
Seite 1 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
Zweiweggleichrichter:
ORCARD:
Das Programm Capture Cis öffnen. Anschließend Æ File Æ New Project Æ Projektnahmen
(ohne Umlaute) anschließend analog or mixed-Signal Circuit Wizard
Achtung bei Eingaben in Orcard: 1 Meg = 1 Mega
1 M = 1 Milli
10.5 (Komma kennt das Programm nicht)
1K5 (Kennt er nicht) Eingabe: 1.5k
Orcard ist nicht Keysensitiv (Großklein Schreibung ist
irrelevant)
DIE DOKUMENTATION
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Titelblatt (Name, Klasse Schuljahr)
Inhaltsverzeichnis (inkl. Seitenangabe)
Abstract (kurze Erklärung des Programms, max. eine halbe Seite)
Aufgabenstellung (Pflichtenheft)
Theorie
Dimensionierung (inkl. Bauteilwahl)
Simulation (inkl. Interpretation der Ergebnisse)
Herstellungsunterlagen
Kalkulation
Zeitaufzeichnung (Stundenweise darstellung zb: Dimension: 1 Stunde, Simulation: 2
Stunden)
Andreas Hofer
Seite 2 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
• Zusammenfassung: (Was habe ich aus diesem Projekt gelernt? Jedoch keine
Kurzzusammenfassung bzw. Erklärung des Programms, Feed Back, persönliche
Eindrücke)
ERSTELLUNG DES LAYOUTS
Sobald die Schaltung fertig ist, muss eine Netliste erstellt werden. Diese ist die
Vorraussetzung für den Print.
Um eine Netlist zu erstellen muss zuerst im Projektbaum die *.dns markiert werden.
Anschließend kann durch drücken des Button „create netlist“ die Netlist (*.mnl File) erstellt
werden.
Das Register Layout wie oben die Felder “Combined property string“ mit {PCB Footprint},
“Run ECO in Layout” und “User Properties are in inches” aktivieren.
Öffnen des Layout Programmes: Layout +
Andreas Hofer
Seite 3 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
Schuljahr 2002/2003
FTKL
3. ABN / 4. ABN
Als ersteres muss das Template File geöffnet werden. (File, New, Load Template File: ….
Orcard/Layout/Data/1Bet_any.tch
Als nächstes muss die Netliste geladen werden. (Load Netlist Source: Netliste.mnl (die
Erstellte Netzliste auswählen)
Andreas Hofer
Seite 4 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
Schuljahr 2002/2003
FTKL
3. ABN / 4. ABN
Das File muss jetzt abgespeichert werden. (Save File As: *.max ist die Bauteilliste)
Als nächstens müssen die Bauteile zugeordnet werden:
Select Footprint
Andreas Hofer
Seite 5 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
Schuljahr 2002/2003
FTKL
3. ABN / 4. ABN
Liberies:
TM_Axial – Widerstand axial
TM_Rad – Widerstand radial
TM_Diod - Dioden
Print Dimensionen festlegen unter Tool das Verzeichnis Obstacle - New
Mit den Eckmarken Crop wird die Größe des Prints festgelegt, Es müssen auch die
Montagebohrungen (mounthole) und die Passmarken (für mehrere Schichtenprints). Das
Photomaß (die Länge in mm) gibt die wirkliche Länge an. Zusatzinfos wie Epoxiharz
100x160mm und Kupfer 3,5µm und dergleichen werden unten noch angegeben.
Zum Fertigen des Prints werden folgende Infos benötigt:
• Dicke des Kupfers
• Abstand der Leiterbahnen
• Durchmesser des Lötaugen
Falls Print in der Schule produziert werden soll müssen folgende Maße verwendet
werden:
Dicke des Kupfers: 15mil = 1/1000 Zoll = 0,0254mm
Abstand der Leiterbahnen: mind. 10 mil
Größe des Lötauge: 65mil
Plazieren der Bauteile:
Muss händisch durch Drag and Drop durchgeführt werden.
Layout Componenten:
Tool - Component - New - für die Crop (Eckpunkten) auswählen, Drop Footprint, Crop
Passmarken:
Tool - Component New - für die Passmarken auswählen, Drop Footprint, Moire
Rastermass:
Tool - Dimension - New - für das Rastermass (in mil) auswählen
Nullpunkt:
Tool – Dimension - move Datum - für den null Punkt
Layer Schichten:
Button View Spreadsheet Layer (Ausschalten unter rechter Maustaste, Edit – Button
unused);
Leiterbahn Editor:
Button View Spreadsheed Netze (unter rechter Maustaste, Properties );
Autorouter
Auto – Autoroute – Board
Ansichten des Layers:
Button Coller – Hier können Layer unsichtbar gemacht werden
Texttool für die Textbearbeitung:
Über den Button Text kann eine Beschriftung geändert bzw. gelöscht werden.
Im
Im Colour – Asytop wird die Typenbezeichung angezeigt.
Drill = Bohrplan
SS-Top: Bauteil / Bestückungsplan
Ausdrucken
Andreas Hofer
Seite 6 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
Option – Post Prossessing Setings – die gewünschten Layer markieren – rechte
Maustaste – Plot extentend Printer
Beschriftungen:
Beschriftungen (Mirror) müssen immer gespiegelt auf den Layer gesetzt werden.
Mindestens 50 Mil
04.11.02
Transitorverstärker
Aufgabe: - Schaltung laut Vordruck im Captüre
- Simulationen
- als Transistor soll der BC 107A (ebipolar) verwendet werden
TRANSISTOR
E
N P N
C
B
•
•
Transistor kann gesteuert werden
IC = B ⋅ IB
B…… Stromverstärkung (~200)
IB steuert IC
Ersatzschaltbild:
rBE =
∆UBE
∆IB
rBE = h11
A…. Arbeitspunkt
rBE hängt vom Arbeitspunkt ab.
h11 …. Sogenannter H – Parameter
Andreas Hofer
Seite 7 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
Arbeitspunkteinstellung
UB= +15V
B = 250
Ic=200µA
IC
= 0,8µA
B
URE = 2V (Annahme)
URE
RE =
= 10kΩ
IC
UR 2 = URE + UBE = 2,7V
UR1 = UB − UR 2 = 12,3mV
URL
UL =
= 1,2MΩ
0,9 ⋅ Iq
Temperatur ↑ → IB ↑ → IC ↑ → URE ↑ → UBE ↓ → IB ↓
IB =
UR2 = konstant = URE +UBE
IE = IB + IC = (B+1) . IB
Iq = 10 ⋅ IB = 8µA
UR1
R1 =
= 1,5MΩ
Iq
UR 2
R2 =
= 385kΩ
0,9 ⋅ Iq
[Ir2 = Iq – IB = 10 . IB – IB = 0,9 . Iq]
Unbelastet:
U 2 = U1⋅
Andreas Hofer
R2
R1 + R 2
Seite 8 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
Schuljahr 2002/2003
UC im Ruhestand soll 8,5V sein.
URC
URC = 6,5V
RC =
=32,5kΩ
IC
Darf nicht unterschritten werden.
FTKL
3. ABN / 4. ABN
UCE – Restspannung Æ UCE Rest = 0,2 V
Berechnung der Verstärkung (Wechselstrom –
Ersatzschaltbild)
C1 und C2 sind so groß, dass sie wechselspannungsmäßig kurzgeschlossen sind. Auch die
Spannungsquelle ist wechselspannungsmäßig kurzgeschlossen.
Ersatzschaltbild:
uE = ube + ure = ib ⋅ rbe + ib( β + 1) ⋅ RE
ua = −ic ⋅ ( Rc || RL) =− β ⋅ ib ⋅ ( Rc || RL)
ua
β ⋅ ib ⋅ ( Rc || RL)
= Vu = −
ue
ib ⋅ rbe + ib( β + 1) ⋅ RE
β ⋅ ( Rc || RL)
RL || RC
≈−
Vu = −
(ohne CE)
rbe + ib( β + 1) ⋅ RE
RE
Andreas Hofer
Seite 9 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
Nährung, weil RE bei weitem größer ist als rBE !
Die Verstärkung steigt durch den Kondensator CE, weil er wechselspannungsmäßig RE
kurzschließt!
Eingangswiderstand re:
ue
ue
ue iB ⋅ rBE + iB ⋅ ( β + 1) ⋅ RE
re =
ie =
+ iB
re´= =
= rBE + ( β + 1) ⋅ RE
R1 || R 2
ua
iB
iB
re = R1 || R 2 || (rBE + ( β + 1) ⋅ RE
(Bei CE fällt wieder RE weg! Es bleibt nur rBE in der Klammer über)
Ausgangswiderstand ra:
ra = RC
ra ist ohne Lastwiderstand
ejπ Phasenverschiebung zwischen Ue
und Ua ist 180°
Ue ↑ Ua ↓ und umgekehrt
z.B.: Ue ↑ Æ Ie ↑ Æ IC ↑ Æ URC ↑ Æ
UCE ↓ Æ Ua ↓
Info:
S …. Steilheit
1
S = 40 . IC [ = Siemens ]
Ω
mit CE: VU = − S ⋅ ( RL || RC )
S=
β
rBE
=
β
h11
Aufgabe vom 18.11.02
Simulation
1. Vergleich der gerechneten Werte mit den simulierten (Arbeitspunkt, Gleichgrößen).
Andreas Hofer
Seite 10 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
Schuljahr 2002/2003
FTKL
3. ABN / 4. ABN
2. Eingangssignal 10mV, 1 kHz, Spannungsverstärkung v =?
200
3. Feststellen der Aussteuergrenzen Uemax=? Bei 1kHz
10mV
4. CE wird entfernt. Ges.: Spannungsverstärkung, Erklärung
5. Spannungsverstärkung vU bei 10 MHz, UE = 10mV, Erklärung
6. Spannungsverstärkung vu bei 0,1 Hz, Ue = 10mV, Erklärung
3. PROJEKT
•
•
•
•
•
•
•
18.11.02
Inhaltsverzeichnis
Abstract
Aufgabenstellung
Transistorverstärker (IC = 200µA, UB = 15 V, BC 107 A
mit diversen Simulationsaufgaben
Theorie
Transistor; Wechselstromerschatzbild
Dimensionierung
Arbeitspunkteinstellung, Spannungsverstärkung, Re, Ra,
Simulation
Zusammenfassung
Datenblätter: www.philips.com /Produkts, Semicondaktors, direkt
www.infineon.com
www.rs.com
WIDERSTÄNDE
Metallschicht-, Kohleschicht-, Drahtwidersände:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
> 10Ω
Toleranzbereich
Farbcode
Leistung
E-Reihe
Wärmewiderstand
Temperaturkoeffizient
Bauformen
Spannungsfestigkeit
Aufbau
Rauschen
Andreas Hofer
Seite 11 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
Keramik-, Folienkondensatoren TA-Elkos, Elkos
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kapazität
Bauformen
Toleranz
Spannung
Polung
Verlustfaktor (ESR)
Leistung
Frequenzabhängigkeit
Leckstrom
Temperaturabhängigkeit
Aufbau
Kennzeichnung
Ersatzschaltbild:
Transistor (bipolar)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kleinsignalverstärkung
Großsignalverstärkung
Leistung
Frequenzverhalten
Wärmewiderstand
max. Spannung
max. Ströme
Bauformen
Darlington – Transistor
Kapazitäten
Rauschen
Æ
4. PROJEKT
Erstelle eine Bauteilbeschreibung
Bauteile: Elektrolyte Kondensatoren
Andreas Hofer
Seite 12 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
5. PROJEKT
Erstellen des Layout / Platinenentwurf für die
Transistorschaltung.
Am Emitter wird ein Kondensator vorgesehen (beim Transistorverstärker)!
Transistor BC107A
Koppelkondensator = 2,2 µF Tantel-Elko
Stecker: Library Connector Æ CONN 2 Æ BCONN 100T
Wichtige Infos:
Leiterbahnbreite
> 15 mil (wir verwenden 35-40 mil)
Lötaugen
> 65 mil
Leiterbahnabstand > 10 mil
Koppelkondensatoren > Rastermaß 7,5 mm
Verwendete Widerstände: Tm_axial Æ AX/.400X.100/.031
Kondensator: C1,2: TM_RAD Æ RAD/.300X.100/LS.200/.031
C3 Emmitor: TM_CYLND Æ CYL/D.200/LS.100/.031
Stecker: BLKCON.100/RN
Bauteilanordung: Etwa so wie die Schaltung 1:1 übernehmen. Eingangsstecker links;
Ausgangsstecker rechts
Projektdokumentation:
Keine Abstract, keine Layout Plus Beschreibung:
Es genügt die Aufgabenstellung Beschreibung über die Herstellung des Layouts und Layout
Dokumentation
BAUTEILLISTE:
Nr.
R1
R2
C1
CE
Bezeichnung
Kohleschichtwiederstand 1k5, 5%, ¼W
Fohlenkondensator 330n, 10%
Distributor
Konrad
Bestell-Nr.
0815
Preis
1,20
RS – Kompnents
4711
0,80
10.03.2003
Andreas Hofer
Seite 13 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
FTKL
Schuljahr 2002/2003
3. ABN / 4. ABN
nough – Diagramm
Q0
-Q0
1
1
1
0
0
1
1
1
-Q3
Q2
Q3
1
0
1
1
0
1
1
1
-Q2
-Q1
Q1
-Q3
-Q1
1: -Q2 & -Q0
2: Q2 & Q1
3: -Q3 & Q1
4: Q3 & -Q2 & -Q1
5: Q3 & -Q0
6: -Q3 & Q2 Q0
A=1&2&3&4&5&6
Andreas Hofer
Seite 14 von 15
aktualisiert am 25.03.2003
Schuljahr 2002/2003
Andreas Hofer
FTKL
Seite 15 von 15
3. ABN / 4. ABN
aktualisiert am 25.03.2003