Meß- und Regelungstechnik Versuch: Parklichtschalter

universtity of applied science
gegr. 1970 fachhochschule hamburg
FACHBEREICH FAHRZEUGTECHNIK
Meß- und Regelungstechnik
Versuch:
Parklichtschalter
SS 2001
Labortermin: 11.Juni 2001
Betreuer: Prof. Dr. H. Krisch
Laborleiter: Herr Tetau
Teilnehmer:
Jens C. Bock
Mathias Groth
Matthias Heiser
Frank Kullmann
Marco Tilinski
1539871
1469255
1530330
1536159
1535160
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_______________
_______________ ( Protokollführer )
Inhalt
0
Einleitung
Seite 3
1.
1.1
1.2
1.3
1.4
Versuch 1: Einfache Schaltung
Aufbau der Schaltung
Ermittlung der Beleuchtungsstärken EEIN und EAUS
Ermittlung der Relais- Daten
Ermittlung der RPH- Kennlinie des Foto- Widerstandes
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Seite 4
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2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
Versuch 2: Untersuchung am Transistor
Funktionsablauf der Schaltung
Berechnung von RS wenn RPH gegen null geht
Ermittlung der Transistor- Kennlinien
Ermittlung des erf. IB zum Einschalten der Lampe
Ermittlung der Eingangsspannung UBE
Berechnung von R1
Auswertung der Schaltung
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Seite 6
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3.
3.1
3.2
3.3
3.4
Versuch 3: Der Schmitt- Trigger als Schwellwertschalter
Anschlußbelegung und Übertragungsverhalten der IC`s
Ermittlung der Trigger- Schwellwerte
Berechnung von R1
Ermittlung von EEIN und EAUS
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Seite 8
4.
4.1
4.2
4.3
4.4
Versuch 4:Der Darlington- Transistor als Leistungsschalter
Berechnung der Stromaufnahme IL der Lampe
Berechnung des Basisstrom mit Sicherheitsfaktor 2
Berechnung des Widerstandes R2
Aufbau der Schaltung
2
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0. Einleitung
In dieser Versuchsreihe sollen wir die Funktionsweise eines Parklichtschalters
analysieren. Es gibt mehrere Möglichkeiten diesen Parklichtschalter aus verschiedenen
Bauelementen zu schalten. Jeder der folgenden Versuche zeigt eine Möglichkeit.
1. Versuch 1: Einfache Schaltung
1.1 Aufbau der Schaltung
1.2 Ermittlung der Beleuchtungsstärken EEIN und EAUS
Berechnung des Kurzschlußstroms:
20 −9 A
⋅E
lx
I ⋅ lx
E = K −9
20 A
IK =
Gemessene Kurzschlußströme: Beim Einschalten: IK = 4,7 µA
Beim Ausschalten: IK = 203 µA
Eingesetzt in die obige Gleichung ergeben sich:
EEIN =235 lx
EAUS =10150 lx
3
1.3 Ermittlung der Relais-Daten
Der gemessene Anzugs- bzw Rückfallstrom und die dazugehörigen Spannungen.
IAN = 6,6 µA
UAN = 5,8V
IRÜ = 2,3 µA
URÜ = 2 V
Daraus ergibt sich ein RR aus der Gleichung:
R RAN =
RR =
UR
I ST
U AN
= 879Ω
I AN
φ = 874,5Ω
U RÜ
R RRÜ =
= 870Ω
I RÜ
1.4 Ermittlung der RPH-Kennlinie des Foto-Widerstandes
kennlinie 1
vom Fotow iderstand
18
16
RPH (60 lx) = 14 KΩ
14
Kilo Ohm
12
10
8
6
4
2
0
1
10
100
m ikro A m pere
K e n n lin ie 2
vo m F o to w id e rs ta n d
17
16
kilo Ohm
15
14
13
12
11
10
0 ,9
1
1 ,1
1 ,2
1 ,3
m ik ro A m p e re
4
1 ,4
1 ,5
2. Versuch 2: Untersuchung am Transistor
Aufbau der Schaltung:
2.1 Funktionsablauf der Schaltung
Bei Dunkelheit ist der Widerstand RPH groß. Die Spannung, die über R1 und B-E des
Transistors abfällt, nimmt ab.
=>Der Basisstrom IB wird kleiner, der Transistor sperrt. => Das Relais ist geöffnet, die
Lampe leuchtet. Wird die Fotozelle beleuchtet, sinkt der Widerstand RPH, die Spannung
UBE und der Strom IB nehmen zu. Der Transistor schaltet durch und das Relais zieht an,
wodurch der Lampenstromkreis geöffnet wird. Die Lampe geht aus.
2.2 Berechnung von RS wenn RPH gegen null geht
Zum Durchschalten der Transistors muß UBE ≥ 0,66V sein.
RPH = 0 wird vereinfacht.
Daraus folgt :
=>
UB = 12 V
U B − U BE = I max ⋅ ( RPH + RS )
RS =
U B − U BE
I max
UBE ≈ 0,7 V
IKS = 50 mA = Imax
=> RS = 227Ω nächst höheren Normwert gewählt :
5
RS = 270Ω
2.3 Ermittlung der Transistor-Kennlinien
siehe Anhang
2.4 Ermittlung des erforderlichen IB zum Einschalten der Lampe
Auswertung aus dem Kennlinienfeld:
Der Basisstrom beim Einschalten der Lampe IB = 46 µA
Über der Kennlinie des Relais läßt sich der Collektorstrom IC beim Einschalten der
Lampe ( UCE = 5,8 V ) bestimmen. Aus der durch die Messung aufgenommene Kennlinie
IC = f( IB ) kann so der Basisstrom beim Einschalten der Lampe ermittelt werden.
2.5 Ermittlung der Eingangsspannung UBE
Ermittlung aus dem Kennlinienfeld:
Erforderliche Eingangsspannung UBE = 0,66 V
2.6 Berechnung von R1
UBE ≥ 0,66V um Durchzuschalten
Aus I R =
S
U B − U BE 12V − 0,66V
=
= 0,81mA
RPH ( 60lx )
14 KΩ
R1 =
0,66V
= 814Ω
0,81mA
In der Aufgabenstellung war der nächst kleinere Widerstand zu nehmen, da der
Widerstand aber so dicht am nächst höheren liegt haben wir R1 = 820Ω gewählt.
2.7 Auswertung der Schaltung
Beleuchtungsstärken beim An- und Ausschalten der Lampe.
IK = 1,23 µA
=>
EEIN = 61,5 lx
IK = 1,37 µA
=>
EAUS = 68,5 lx
Die parallel zum Relais geschaltete Diode, die sogenannte Löschdiode, nimmt die
induzierten Spannungen im Relais beim Abschalten auf, damit diese nicht die Kontakte
am Schalter verkohlen oder den Transistor beschädigen.
Um ein Dauerndes An- und Ausschalten im Grenzbereich zu verhindern hat das Relais
die Eigenschaft der Hysteresis. Es benötigt einen größeren Strom zum Anziehen des
Relais als zum Abschalten. So kann das Relais auch noch gehalten werden, wenn der
Strom wieder etwas geringer als der Anzugsstrom ist.
6
3. Versuch 3: Der Schmitt-Trigger als Schwellwertschalter
Aufbau der Schaltung:
3.1 Anschlußbelegung und Übertragungsverhalten der IC`s
3.2 Ermittlung der Trigger-Schwellwerte
U1EIN = 4,5 V
U2 = 12 V
U1AUS = 6,6 V
U2 = 0 V
Bei 6,6 V schaltet der Schmitt-Trigger aus und schaltet erst wieder bei 4,5 V durch.
3.3 Berechnung von R1
RPH (60 lx) = 14 KΩ
U1EIN = 4,5 V
R1 =
Gewählt =>
U 1EIN
I PH AUS
=
IPH EIN = 0,32 mA
4,5V
= 8,4kΩ
0,32mA
R1 = 8,2kΩ
7
3.4 Ermittlung von EEIN und EAUS
Beleuchtungsstärke beim Einschalten:
IK = 1,17 µA
=>
EEIN = 58,5 lx
Beleuchtungsstärke beim Ausschalten:
IK = 2,9 µA
=>
EAUS = 145 lx
8
4. Versuch 4:Der Darlington-Transistor als Leistungsschalter
Aufbau der Schaltung:
4.1 Berechnung der Stromaufnahme IL der Lampe
Der Lampenstrom IL entspricht dem Kollektorstrom IC des Transistors. Dieser beträgt
B=
IC
= 2000
IB
PL = 5W
Der Nennstrom der Lampe ist:
IL ≈
PL
5W
=
= 0,417 A
U B 12V
4.2 Berechnung des Basisstrom mit Sicherheitsfaktor 2
mit B = B = 2000 = 1000
S = Sicherheitsfaktor
2
S
Der Basisstrom IB der Darlington-Transistors ist gleich dem Ausgangsstrom des SchmittTriggers.
IL =
I Lmin
1000
= 0,417 µA
9
4.3 Berechnung des Widerstandes R2
IL = 0,417 µA
R2 =
U B−U CE 12V − 1,4V
=
= 25,42kΩ
IL
0,417 µA
gewählt : R2= 22 kΩ
4.4 Aufbau der Schaltung und Berechnung von Kristalltemperatur
Dazu müssen wir UCE messen:
UCE = 0,92 V
Berechnung der Verlustleistung mit :
PV = UCE * IC = 0,92 V * 0,417 A = 0,38 W
PV = 0,38 W
Berechnung der Kristalltemperatur tc
t C = 100 *
K
* PV + tU
W
tU = 40° C
=>
tC = 78,36° C
Damit wird die maximale Kristalltemperatur
nicht überschritten.
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