Srednja školaza

elektrotehniku i računalstvo

DIGITALNI BROJAČ OKRETAJA

Opis završnog rada

1.Sadržaj

2.Uvod............................................................................................................................................................3

3.Opis završnog rada......................................................................................................................................43.1.Shema...........................................................................................................................................43.2.Opis sheme...................................................................................................................................63.3.Najznačajniji elementi.................................................................................................................7

4.Postupak izrade.........................................................................................................................................154.1.Izgled tiskane pločice................................................................................................................ 154.2.Opis izrade pločice i lemljenja elemenata................................................................................. 164.3.Provjera ispravnost.................................................................................................................... 164.4.Popis elemenata......................................................................................................................... 174.5.Popis alata..................................................................................................................................18

5.Literatura...................................................................................................................................................19

2

Opis završnog rada

2.Uvod

Tema ovog maturalnog rada je digitalni brojač okretaja. Ovu temu sam odabrao jer povezuje dvije stvari koje me zanimaju , a to su elektronika i motori.

Ovaj brojač okretaja može se koristiti na bilo kojem automobilu ili motoru , bezobzira o broju cilindara , vrsti motora... Okretaji motora se prikazuju na dvoznamenkastom zaslonu koji prikazuje tisućine i stotine okretaja. Desetine nisu niti važne jer okretaji nisu stalni nego stalno variraju. Dvoznamenkasti zaslon ograničava maksimalni broj okretaja koji se može mjeriti, a on iznosi 9900 okretaja u minuti.

PREDNOSTI: -jednostavno očitavanje-nema mehaničkih dijelova-mala veličina-nema grešaka kod očitavanja

3

Opis završnog rada

3.Opis završnog rada

3.1. Shema

4

Opis završnog rada

5

Opis završnog rada

3.2.Opis sheme

Ulazni napon (+) stabilizira se regulatorom napona VR1, na 8V. Kondenzatori C1 i C2 su HF kondenzatori. Tim naponom od 8V napaja se cijeli krug. Da bi signal mogao biti izbrojen mora ga se dovesti na ulaz IN i preko otpornika R1 i R2 ide na bazu tranzistora T1. Zenerdioda ZD ne dozvoljava da na tranzistor T1 dođe velik ulazni napon , a kondenzator C12 je nisko-propusni filtar za ulazni signal. Na kolektoru tranzistora T1 nalazi se pravokutni signal iste frekvencije kao ulazni signal. Ovaj pravokutni signal prenosi se na IC2, koji je spojen kao monostabil (MMV) da bi potisnuo peekove na ulaznom signalu. To proizvodi signal s konstantnim impulsom na izlazu 12 IC2, i to, neovisan od frekvencije i širine ulaza. Signal se tada prenosi na slijedeći ulaz (9) IC1, koji je dvostruki BCD brojač, s BCD izlazima spojenima na IC5 i IC6. Ovi posljednji BCD su spojeni 7 segmentne dekodere i kontrolu zaslona preko serijski spojenih otpornika R12 i R13. Oscilator, čija se frekvencija namješta pomoću RV2, ugrađen je oko IC4. Izlaz IC4 i IC3 prenosi se na IC3 odnosno IC4. Ovaj IC sadrži dva monostabilna multivibratora, uparenih zajedno u seriju. Jednom kad IC4 stvori impuls, okine se prvi MMV, što stvara vrlo mali puls na izlazu 7 IC3. Ovaj puls dodaje se 5 izlazu IC5 i IC6. Tijekom trajanja impulsa, vrijednost BCD informacija sada se prikazuje na zaslonima. , neovisno o BCD unosu. Izlaz 7 IC3 je također spojen na okidač unosa (12) sekundarnog MMV, koji će također biti okinut u trenutku kada impuls nestane s izlaza 7. Kada je red na njemu, sekundarni MMV proizvodi mali impuls na izlazu 10, koji je spojen na ulaze 7 i 15 IC1. To resetira BCD brojač, koji ponovno počinje brojati, ponovno od nule, i broji sve nadolazeće impulse na ulaz IN. RV2 je postavljen tako da IC4 stvori impuls kada sadržaj brojača ima željenu vrijednost za poznatu unesenu frekvenciju.Još uvijek slobodan dio IC2 koristi se za ugrađivanje oscilatora koji se postavlja pomoću RV1. Ta frekvencija prenosi se na ulaze 4 IC5 i IC6, koji su takozvani blinkirajući ulazi. Na taj način se može kontrolirati oštrinu zaslona.

6

Opis završnog rada

3.3.Najznačajniji elementi

OTPORNICI

Otpornici ograničavaju jačinu struje u električnim krugovima. Otpornik ima otpornost (R) od 1 (om) ako kroz njega teče struja (I) od 1 A (amper) kada je na njegove krajeve dovedena razlika potencijala (U) od 1 V (volt). Drugim riječima R=U/I ili I=U/R ili U=R*I, ove formule predstavljaju Ohmov zakon.

Vrijednost otpornika prepoznaje se preko raznobojnih crta na njegovom tijelu.

Otpornik, kao i mnogo toga u prirodi, nije idealan element, tako da se ne može napraviti otpornik koji ima toleranciju 0%. U praksi je prihvatljivo da jedan otpornik zamijenite drugim koji ima približnu vrijednost otpornosti. Na primjer, u redu je da otpornik od 1.8 K (kilo om) zamijenite otpornikom od 2.0 K.

Otpornici koji ograničavaju veliku struju u nekom uređaju moraju biti odgovarajuce snage. Prilikom izrade elektronskih sklopova uvijek se  koriste otpornici snage koja je navedena na električnoj shemi. Obicno se koriste otpornici snage do 1 W (vat). 

OZNAČAVANJE VRIJEDNOSTI OTPORNIKA POMOĆU BOJA:

Boja 1 crta 2 crta 3 crta Množenje Tolerancija

Crna 0 0 0 1 1%

Smeđa 1 1 1 10 2%

Crvena 2 2 2 100  

Narančasta 3 3 3 1.000  

Žuta 4 4 4 10.000  

Zelena 5 5 5 100.000 0.5%

Plava 6 6 6 1.000.000 0.25%

Ljubičasta 8 7 7 10.000.000 0.1%

Siva 7 8 8   0.05%

Bijela 9 9 9    

Zlatna       0.1 5%

Srebrna       0.01 10%

7

Opis završnog rada

OTPORNIK SA 4 CRTE                                                                      OTPORNIK SA 5 CRTA

1. crta- nominalna vrijednost                                                                1. crta- nominalan vrijednost

2. crta- nominalan vrijednost                                                                2. crta- nominalna vrijednost

3. crta- množenje                                                                                  3. crta- nominalna vrijednost

4. crta- tolerancija                                                                                 4. crta- množenje

                                                                                                              5. crta- tolerancija

                                                                                                             

Osnovne karakteristike otpornika su otpornost, snaga i tolerancija.

Otpornike dijelimo na : 

a) nepromjenjive- imaju fiksnu nazivnu otpornost koja ovisi jedino o toleranciji.

 

b) promjenjive- mijenjaju svoju otpornost u odredjenim granicama prema potrebi i prema nacinu rada.

 

8

Opis završnog rada

KONDENZATORI

Kondenzatori čuvaju električnu energiju i blokiraju protok jednosmjerne struje, dok propuštaju naizmjeničnu struju.Kondenzatori imaju sposobnost da sakupljaju elektricitet i privremeno ga zadrže do pražnjenja  Kondenzatori imaju određeni kapacitet i on se izražava u faradima. Jedan farad predstavlja ogroman kapacitet, tako da se kapacitet većine kondenzatora izražava u manjim jedinicama:

1 mikrofarad (μF) = 10-6 farada (F)1 pikofarad (pF) = 10-9 farada (F)

Vrijednost kapaciteta kondenzatora obično je napisana na tijelu kondenzatora. Oznaka mF ili pF ne mora postojati. Kondenzatori manjeg kapaciteta sa brojčanom oznakom u opsegu od 1 - 1000 su reda pikofarada; kondenzatori većeg kapaciteta sa brojčanom oznakom u opsegu od .001 - 1000 su reda veličine mikrofarada. Elektrolitski kondenzatori posjeduju veliki kapacitet u maloj zapremini tijela. Njihovi krajevi su polarizirani i stoga moraju u strujni krug da se priključe u odgovarajućem smjeru.                                    

                                

Kondenzatori imaju dozvoljeni radni napon. On je obično napisan na tijelu kondenzatora, ispod oznake za kapacitet. Dozvoljeni radni napon mora biti veći od najvećeg napona koji se može u normalnim slučajevima pojaviti u strujnom krugu (obično napona napajanja uređaja).

Kondenzatori  mogu biti naelektrizirani dugo vremena nakon što je napajanje isključeno.

Ovo elektriziranje može biti opasno! Veliki elektrolitski kondenzatori napunjeni pod naponom od 5 do 10 V mogu se isprazniti (rasteretiti)  spajanjem krajeva kondenzatora odvijačem. Kondenzatori koji su priključeni na visoki napon napunjeni su velikim količinama elektriciteta. Ove kondenzatore treba pažljivo prazniti pomoću otpornika odgovarajuće otpornosti prislonjenog između priključnih krajeva kondenzatora.

9

Opis završnog rada

DIODE

Da bi se dobio poluvodički element koji bi mogao obavljati neku električnu funkciju potrebno je imati kombinaciju p-tipa i n-tipa istog poluvodičkog materijala koji moraju biti kemijski spojeni. Takva kombinacija naziva se dioda.

Diode predstavljaju PN spoj u prikladnom kućistu sa metalnim izvodima.

Svrha rada diode zasniva se na provođenju poluvodiča tako da ona moze biti direktno i inverzno polarizirana.

Dioda je direktno polarizirana kada je napon na anodi višeg potencijala od napona na katodi , ako to nije slučaj dioda je inverzno  polarizirana i tada je njena otpornost skoro beskonačna.

Karakteristike diode:

-mali pad napona u propusnom smjeru

-vrlo mala zaporna struja

-visoki probojni napon

-velika dopuštena gustoća struje u propusnom smjeru                                                        

Diode se izradjuju na bazi germanija i silicija. Uočeno je da silicij ima prednosti u odnosu na germanij.

Najznačajnije prednosti su :

a) sposobnost rada na višim temperaturama

b) vrlo mala zaporna struja

Napon praga za silicijeve diode kreće se od 0.4-0.8V ,a nazivni napon kod nazivne struje iznosi od 1-1.4V.

Gornja granica propusne struje današnjih komercijalnih silicijevih dioda iznosi od 1kA-1.5kA

Gornja granica probojnog napona kod visoko naponskih silicijevih dioda iznosi do 5kV.   

10

Opis završnog rada

Prema namjeni diode se izrađuju različitim postupcima te ih se glede njih može podijeliti na:

- SLOJNA DIODA

-TOČKASTA DIODA

-ZENEROVA DIODA

-KAPACITIVNA DIODA

-TUNELSKA DIODA

-LED DIODA

-FOTO DIODA

INTEGRIRANI KRUGOVI

Integrirani krugovi (IC-krugovi) su skup određeno povezanih poluvodičkih komponenti u veoma malom kućištu i ujedno predstavljaju ekvivalentni elektronički krug. Najgrublja podjela je prema vrsti signala koje obrađuju tako da postoje digitalni i analogni IC krugovi. Analogni obrađuju kontinuirane promjenjive  signale dok digitalni rade sa logičkim nulama ili jedinicama(ima ili nema napona).Postoji preko milijun različitih IC krugova smještenih u razna kućišta koja imaju od 8 do oko 500 izvoda.

Integrirani krug je poluvodički materijal u kojem su upisane elektroničke komponente. Integrirani krug je smješten u plastično ili keramičko kućište. Na kućištu se izvode stezaljke preko kojih su ulazi i izlazi iz  integriranih krugova povezani s ostalim sklopovima. Svaka stezaljaka označena je brojem koji označava njezin smještaj na integriranom krugu. Brojevi obično nisu tiskani na integriranom krugu, ali su uvijek postavljeni u standardnom uređenju. Broj 1 je uvijek posebno označen. Broj stezaljki je od 14 kod integriranih krugova s manjim brojem digitalnih komponenata do 250 i više kod integriranih krugova s velikim brojem digitalnih komponenti.

Integrirani krugovi se zavisno o broju tranzistora po integriranom krugu dijele na:

11

Opis završnog rada

Integrirane krugove niskog stupnja integracije (SSI Small-Scale Integration) koji sadrže manje od 100 tranzistora.

Integrirane krugove srednjeg stupnja integracije (MSI Medium-Scale Integration) koji sadrže od 100 do 1000 tranzistora.

Integrirane krugove visokog stupnja integracije (LSI Large-Scale Integration) koji sadrže od 1000 do 10000 tranzistora.

Integrirane krugove vrlo visokog stupnja integracije (VLSI Very Large-Scale Integration) koji sadrže vise od 10000 tranzistora.

TRANZISTORI

Tranzistori su troslojni poluvodički elementi. Princip rada tranzistora dao je Shockley 1949.godine. Ime tranzistor potječe od rijeci transfer resistor što objašnjava njegovu funkciju da se pri maloj promjeni struje baze izvrši velika promjena struje kolektora. To znači da u tranzistoru teče vrlo mala struja ,a da se na njegovom izlazu dobiva signal istog oblika ali mnogo veće vrijednosti.Tranzistori mogu biti PNP ili NPN tipa.

Tranzistor je elektronički element s tri elektrode koje se zovu

-emiter(E)

-baza(B)

-kolektor(C)

Osnovna svrha tranzistora je da služi kao pojačalo signala. Rad tranzistora zasniva se na tri osnovne činjenice:

-injekciji minoritetnih nosilaca , što obavlja propusno polarizirani emiter

-na transportu tih nosilaca kroz bazu

-na njihovu sakupljanju u kolektor

Za rad PNP i NPN tranzistora bitno je prisustvo obaju tipova nosioca , dakle elektrona i šupljina te se ovi tranzistori nazivaju BIPOLARNI TRANZISTORI.

Postoje takođjer i tranzistori kod kojih je uloga manjinskih nosilaca bez značaja za njihov rad. Takvi tranzistori nazivaju se UNIPOLARNI TRANZISTORI.

12

Opis završnog rada

Danas imaju NPN tranzistori širu primjenu zbog veće brzine rada i veće pogonske temperature. Brzina rada je veća zbog toga što su elektroni pokretljiviji od šupljina, a silicij ima veću pogonsku temperaturu od germanija.

Oznake na kućištu tranzistora su kao na slici:

                                                                                                                        

SPOJEVI S TRANZISTOROM

Glede zajedničke elektrode tranzistora za ulazni i izlazni krug odnosno u svezi priključenja na zajednički spojni vod-masu , postoje:

   1.SPOJ TRANZISTORA S ZAJEDNIČKOM BAZOM

   2.SPOJ TRANZISTORA S ZAJEDNIČKIM EMITEROM

   3.SPOJ TRANZISTORA S ZAJEDNIČKIM KOLEKTOROM

   4.KASKADNI SPOJ ILI DARLINGTONOV SPOJ

Karakteristike tranzistora mogu se podijeliti u dvije grupe:

-statičke karakteristike

-dinamičke karakteristike

Režimi rada tranzistora su područje blokiranja, normalno aktivno područje i zasićenje.         

Vrste tranzistora prema namjeni možemo podijeliti na

13

Opis završnog rada

1. Tranzistori za pojačanje malih signala2. Tranzistora za pojačanje snage

4.Postupak izrade

4.1.Izgled tiskane pločice

14

Opis završnog rada

4.2.Opis izrade pločice i lemljenja elemenata

Pločicu sam napravio foto postupkom. Za izradu foto postupko bile su mi potrebne: tiskana pločica, folija, NaOH, UV žarulja, staklena pločica, i sprej Positiv 20.

Na kompjuteru sam napravio izgled tiskane pločice koji sam zatim isprintao na foliju. Pločicu sam dobro očistio i zatim na nju ravnomjerno nanio tanki sloj spreja Positiv 20. Pločicu sam zatim zatvorio u tamnu kutiju i pustio cijeli dan da se dobro osuši. Kad se je pločica osušila preko nje sam stavio foliju na kojoj su bili isprintani vodovi i preko folije sam stavio staklo na lijepo prisloni foliju na pločicu. Postavio sam UV žarulju iznad pločice i pričekao sam da se pločica osvjetli. Nakon toga pločicu sam uronio u plastičnu posudu sa vodom i NaOH u omjeru 16:1. Razvijač je skinuo lak koji je bio osvjetljen dok je neosvjetljeni lak ostao na pločici.

Sada sam pločicu stavio u posudu sa mješavinom solne kiseline i hidrogena u omjeru 3:1. Mješavina je skinula bakar koji nije bio zaštićen lakom. Na kraju sam isprao pločicu vodom , skinuo lak sa acetonom i probušio rupice.

Prije lemljenja sam si pripremio elemente tako što sam im posvijao nožice pod kutem od 90 stupnjeva pomoću kliješta. Krajeve nožica sam postrugao sa skalpelom radi što boljeg kontakta. Kada su svi elementi bili spremni za lemljenje počeo sam ih lemiti od najmanjeg do najvećeg elementa.

4.3.Provjera ispravnosti

Nakon što sam sve elemente zalemio provjerio sam dali su svi elementi na pravom mjestu i dali su sve lemne točke dobro zalemljene i dali možda negdje lem dodiruje neki vod koji ne bi smio. Još sam jednom sve lemne točke rastopio i pustio da se ohlade i tako sam bio siguran da je sve spojeno kako treba.

15

Opis završnog rada

Spoji sam na ulaz 12V istosmjerno i na displeju su se pokazale nule. Pošto se je sve pokazalo ispravnim spoji sam transformator koji ima na izlazu 12V 50Hz na točke - i IN. Sad kada sam imao poznatu frekvenciju na ulazu kalibrirao sam brojač prema donjoj tablici.

BROJ CILINDARA50Hz SIGNAL

2T 4T123456810

300015001000750

----

600030002000150012001000750600

Nakon toga još sam namjestio intenzitet LED displeja i brojač okretaja je bio spreman za rad.

4.4.Popis elemenata

OTPORNICI:

R1,R2=15KΩR3,R6,R8,R10,R11=10KΩR4,R5=100KΩR7=12KΩR9=3K3ΩR12x7,R13x7=390Ω

PROMJENJIVI OTPORNICI:

RV1=100KΩ (trimer)RV2=47KΩ (trimer)

DIODE:

D1,D2=1N914ZD1=20V (Zenerova dioda)

KONDENZATORI:

C1,C2,C3,C4,C8,C12=100nF (Sibatit)C5=100nF (MKM)C6,C7=1nF (keramički)

16

Opis završnog rada

C9=10nF (keramički)C10=10μF (elektrolitski)C11=15nF (MKM)

REGULATOR NAPONA:

VR1=UA7808

TRANZISTORI:

T1=BC547B

INTEGRIRANI KRUGOVI:

IC1=CD4518IC2=CD4093IC3=CD4098IC4=NE555IC5,IC6=CD4511

2xLED DISPLAY

KRATKOSPOJNICE:

J1,J2,J3,J4

4.5.Popis alata:

Lemilica 30WVakuum pumpicaKliješta kombiniranaKliješta sijekaćaKliješta špicastaPinceteSkalpel

17

Opis završnog rada

5.Literatura

Armin Pavić «Osnove elektrotehnike 1» www.elektronka.com www.elektronika.ba

18