Technická dokumentace 10 typů el. obvodů pro jejich výrobu

Technická dokumentace 10 typů el. obvodů pro jejich výrobu

Registrační číslo projektu
CZ.1.07/1.1.16/02.0119
Název projektu
Automatizace názorně
Produkt č.8
Technická dokumentace 10 typů el. obvodů
pro jejich výrobu
Kolektiv autorů
2014
Obsah
1. Vizuální prvek pracovišť s automatizačními zařízeními ....................................................................................3
2. Stabilizovaný zdroj s LM 317 .............................................................................................................................6
3. Triakový regulátor ...........................................................................................................................................11
4. Obousměrný regulátor stejnosměrných motorů ............................................................................................14
5. Časovač s NE 555.............................................................................................................................................16
6. Dotykový alarm ...............................................................................................................................................19
7. Úsporný indikátor zapnutého stavu ...............................................................................................................22
8. Siréna ..............................................................................................................................................................24
9. Automatizační obvody ze slabo. a silnoproudých prvků.................................................................................27
10. Závěr ...............................................................................................................................................................29
Seznam použité literatury: ....................................................................................................................................30
Str. 2
1. Vizuální prvek pracovišť s automatizačními zařízeními
Úvod
Využití automatizace v praxi si lze představit jako činnost automatizovaných linek, montážních pracovišť a
přepravních manipulátorů. Takovéto prostory se neobejdou bez vizualizačních signálních zařízení a prvků.
Jedním z mnoha používaných symbolů v této oblasti je „šipka“
Následující zapojení „Blikající šipka“ lze použít k označení nebo upozornění na směr pohybu součástek,
průchodu obsluhy nebo může sloužit jako ukazatel směru na nepřehledných místech a pod. Následující
elektronický obvod ji realizuje a blikáním LED diod zvýrazňuje.
Popis činnosti:
V zapojení je použitý IO CD 4049, skládající se ze šesti nezávislých investorů, pracujících s log „1“ a log „0“,
zapojených jako bistabilní klopné obvody a budiče LED diod znázorňujících šipku. U ní dle stavu klopných
obvodů dochází k postupnému rozsvěcování a zhášení LED diod.
IO CD 4049 je v provedení CMOS, proto je nutné nevystavovat ho žádným elektrostatickým výbojům, včetně
dotyku obvodu při montáži, skladování, pájení a provádění manipulace např. vyjmutí z patice pod napětím.
Dále je třeba dávat pozor na správnou polaritu LED diod. Napájení je 6 - 12V stejnosměrných.
Technická dokumentace
Schéma zapojení
Obr.1.1 Schéma zapojení „Blikající šipka“
Str. 3
Seznam součástek
Rezistory
R1 - R5
R6
R7 - R11
Kondenzátory
470R
330R
1M
C1 - C5
Ostatní
PAD 1 a 2
Polovodiče
100nF
IC1
D1 – D8
CD4049
LED ᛰ5 červená
pájecí kolíky
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte desku plošného spoje v programu EAGLE
S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „Blikající šipka“ formou
vývodové montáže.
Příklad návrhu DPS
Obr.1.2 Pohled na DPS ze strany součástek
Str. 4
Technologický postup zhotovení výrobku
Kontrola součástek
Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu
Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry
Změřte hodnoty osazovaných součástek
Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu
Zhotovení DPS
Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS
DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr a vyvrtejte í otvory dle technické dokumentace
V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických
otřepů
Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů (kontrolujte
akustickým ohmmetrem)
Osazení součástek
Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po
osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku
Vývody součástek zakraťte tak, aby byly umístěny 2 mm nad DPS (jednotnou výšku součástek vymezte
podložkou zadané tloušťky)
DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami, tyto zapájejte a. výrobek očistěte od
zbytků tavidla
Oživení
Seznamte se zapojením a základním popisem funkce. Před připojením obvodu na napájecí napětí proveďte
vizuální kontrolu dle technické dokumentace a zda nejsou na DPS viditelné zkraty.
Na napájecím zdroji nastavte proud na minimální hodnotu, aby v případě zkratů v obvodu nedošlo ke zničení
součástek. Na vstupní svorky připojte napájecí stejnosměrné napětí .
V případě bez-chybného zapojení součástek zareagují LEDky dle stavu BKO. V případě chybné funkce odpojte
výrobek od zdroje a proveďte znovu kontrolu správnosti zapojení, osazení a kvalitu pájení. V případě, kdy se
stav nemění využijte znalosti z Elektroniky a Elektrických měření při analytickém postupu zjišťování chyby a
jejího odstranění.
V případě správné funkce výrobku dokončete očištění a celkovou vizuální úpravu. Výrobek předejte ke
kontrole, klasifikaci nebo k dalším montážním pracem.
Str. 5
2. Stabilizovaný zdroj s LM 317
Úvod
Automatizační zařízení a prvky osazené elektronickými obvody např. zesilovače signálu, převodníky
elektrických i neelektrických veličin, různými typy číslicových obvodů včetně mikroprocesorů a jejich
periferijních obvodů se neobejdou bez zdrojů elektrické energie. Různorodost automatizačních prostředků
vyžaduje výkonové přizpůsobení. Jsou tu specifické požadavky na úroveň a průběh výstupních veličin.
Následující stabilizovaný zdroj je jednou z mnoha možností.
Popis
V moderních stabilizátorech se používají téměř vždy integrované obvody. V tomto zapojení je použit LM 317,
se kterým je možné dosáhnout výstupního napětí 1,25-37V a který má vnitřní proudovou pojistku nastavenou
na proud 1 ampér.
Obvod pracuje tak, že výstupní napětí je přivedeno přes dělič napětí na vývod 1 (ADJ), kde je porovnáváno
s vnitřním referenčním (porovnávacím) napětím (1,25V). Každá případná odchylka výstupního napětí od
požadované hodnoty se automaticky vyrovná.
Rezistor R2 a potenciometr P1 tvoří dělič napětí. Nastavením hodnoty odporu potenciometru P1 určujeme
výstupní napětí U2 = 1,25*(1+P1/R2)
Mezi vývodem 3 (OUT) a vývodem 1 (ADJ) je vždy konstantní napětí 1,25V. Aby výše uvedený vzorec platil,
musí být vstupní napětí U1 alespoň o 2V větší než napětí výstupní. Kondenzátor C3 brání rozkmitání obvodu. Je
vhodné ho umístit co nejblíže integrovanému obvodu.
Technická dokumentace
Schéma zapojení
Obr 2.1 Schéma zapojení regulovatelného stabilizovaného zdroje.
Str. 6
Seznam součástek
Označení
Hodnota
Součástka
Pouzdro
Knihovna
Počet
C1
100n
C-EU075-032X103
C075-032X103
rcl
1
C2
1000µF
CPOL-EUE5-10.5
E5-10,5
rcl
1
C3
10µF
CPOL-EUE5-10.5
E5-10,5
rcl
1
C4
1µF
CPOL-EUE5-10.5
E5-10,5
rcl
1
D1-D6
1N4004
1N4004
DO41-10
diode
6
IC1
LM317T LM317TL
317TL
v-reg
1
LED1
LED5MM
LED5MM
led
1
PAD1-PAD4
3,81/1,4
3,81/1,4
wirepad
4
R1
2k2
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R2
150R
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R3
5k
TRIM_EU-LI10
LI10
pot
1
Obr.2.2 Seznam součástek – vývodová montáž
Označení
Hodnota
Součástka
Pouzdro
Knihovna
Počet
C1
100n
C-EUC1206
C1206
rcl
1
C2
1000µF
CPOL-EUCT6032
CT6032
rcl
1
C3
10µF
CPOL-EUCT6032
CT6032
rcl
1
C4
1µF
CPOL-EUCT6032
CT6032
rcl
1
D1-D6
1N4004
1N4004
DO41-10
diode
6
IC1
LM317T
LM317TL
317TL
v-reg
1
LED1
LED5MM
LED5MM
led
1
PAD1-PAD4
3,81/1,4
3,81/1,4
wirepad
4
R1
2k2
R-EU_R1206
R1206
rcl
1
R2
150R
R-EU_R1206
R1206
rcl
1
R3
5k
TRIM_EU-LI10
LI10
pot
1
Obr.2.3 Seznam součástek – smíšená montáž
Str. 7
Návrh DPS
Obr.2.4. Vývodová montáž (strana TOP)
Obr.2.5 Ssmíšená montáž (strana TOP)
Zadání
Pro zhotovení výrobku zvolte typ DPS a odpovídající kusovník součástek
Při kontrole součástek proveďte měření hodnoty rezistorů, ověřte zda odpovídá toleranci
Na základě poznatků a zkušeností z osazováním plošných spojů proveďte montáž součástek na DPS
Na oživeném výrobku realizujte elektrická měření dle zadání z měření vytvořte protokol
Technologický postup zhotovení výrobku
a) Kontrola součástek:
Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu součástí.
Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry.
Změřte hodnoty osazovaných součástek.
Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu.
b) Popis mechanických a montážních prací
Vyrobte DPS ve smyslu technologického předpisu pro výrobu DPS.
DPS ořízněte na daný rozměr a vyvrtejte upevňovací otvory ve smyslu konstrukční dokumentace.
Podle zadané technologie vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž.
DPS očistěte od mechanických otřepů.
Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů.Kontrolujte
akustickým ohmmetrem.
Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po
osazení do desky bylo značení čitelné.
Vývody součástek zakraťte tak, aby byly součástky umístěné 2 mm nad DPS. Pro jednotnou výšku součástek
použijte podložku o tloušťce 2 mm.
DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami a zapájejte.
Výrobek očistěte od zbytků tavidel.
c) Oživení
Seznamte se s zapojením a základním popisem funkce.
Před připojením jednotlivých obvodů na napájecí napětí proveďte vizuální kontrolu, zda nejsou na DPS
viditelné zkraty.
Na napájecím zdroji nastavte proud na minimální hodnotu, aby v případě zkratů v obvodu nedošlo ke zničení
součástek.
Na vstupní svorky stabilizovaného zdroje PAD1,PAD2 připojte střídavé napětí 32V.
Osciloskopem připojeným na výstupní svorky (PAD3,PAD4) zkontrolujte, zda je na výstupu stejnosměrné
napětí.
Str. 8
Měření na stabilizovaném zdroji
a) Měření na rezistorech
-
z kódu určete velikost odporu rezistoru a toleranci
ohmmetrem změřte skutečnou hodnotu
vypočítejte skutečnou hodnotu tolerance
porovnejte hodnotu tolerance vyznačené na rezistoru a vypočítané
všechny měřené a vypočítané hodnoty zaznamenejte do tabulky
Zadaná
hodnota
Naměřená
hodnota
Tolerance v %
vyznačená
Rozdíl hodnot
Tolerance v %
vypočítaná
R1
R2
Obr. 2.6 Tabulka hodnot měření rezistorů
b) Měření na zdroji
-
na měřený předmět připojte střídavé napětí 32V (PAD1, PAD2)
změřte odebíraný proud
napájecí napětí změřte pomocí osciloskopu
určete velikost napětí a vypočítejte kmitočet napájecího napětí
I = ………mA; U =………V;. f =……….Hz
změřte napětí na jednotlivých součástkách viz.tabulka
všechny hodnoty zaznamenejte do tabulky
osciloskopem změřte výstupní signál na svorkách PAD3, PAD4
Uvst.
UR1
UR2
UC1
UC2
UC3
UC4
UD5
UD6
UD7
Uvýst.
Obr. 2.7 Tabulka naměřených hodnot
c) Použité měřící přístroje
-
vyjmenujte všechny použité měřící přístroje
jednotlivé měřící přístroje stručně popište
Str. 9
Měřící protokol s naměřenými hodnotami – příklad
Měření na stabilizovaném zdroji
Úvod k měřenému předmětu
Postup měření - popis a blokové schéma
Použité přístroje
Tabulková část
Výpočty
Závěr
Zadaná
hodnota
Naměřená
hodnota
Rozdíl hodnot
Tolerance v %
vyznačená
Tolerance v %
vypočítaná
R1
2k2 (2200Ω)
2140Ω
60Ω
 5%
- 2,7%
R2
150Ω
148,5Ω
1,5Ω
 1%
- 1%
Obr. 2.8 Tabulka hodnot měření rezistorů
Veličiny na vstupu
I = 30,9 mA
U =32V
f =50Hz
Uvst.
UR1
UR2
UC1
UC2
UC3
UC4
UD5
UD6
UD7
Uvýst.
32V
40,8V
1,15V
42,5V
42,5V
40V
41V
1,6V
1,4V
1,1V
41V
Obr.2.9 Tabulka naměřených hodnot napětí
Str. 10
3. Triakový regulátor
Úvod
Regulace je proces udržující nějakou fyzikální veličinu na žádané úrovni. V regulačním obvodu je snímána
úroveň regulované veličiny. Ta se porovnává s požadovanou hodnotou. Rozdíl obou hodnot se regulačním
členem transformuje na výstup, kde se stává vstupní veličinou pro ovladač a ten nastavovacím členem ovlivní
regulovanou veličinu. Následující zapojení představuje jeden z prvků regulačního obvodu-elektronický triakový
regulátor.
Popis činnosti:
Schéma obvodu odpovídá katalogovému zapojení triaku s RC členem a diakem v regulační větvi. Obvod lze
použít pro regulaci výkonu tepelných spotřebičů, žárovek (i halogenových) a otáček komutátorových motorů.
Není určen pro asynchronní jednofázové motory s kondenzátorem. Trimrem P1 nastavujeme minimum
(ohřevu, svitu,otáček).Potenciometrem ovládáme regulaci od minima po maximum.
Technická dokumentace
Schéma zapojení
Obr.3.1 Schéma triakového regulátoru
Str. 11
Seznam součástek
Rezistory
R1
R2
R3
P1
P2
Kondenzátory
120k
10k
100R
220k
500k/N
C1 ,C2
C3
Ostatní
Polovodiče
100nF/MKT
100n/275AC
D1
Tr1
diak ER900
triak BT139/800
Pojistkový držák
Svorkovnice
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte desku plošného spoje v programu EAGLE
S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „Triakový regulátor“
formou vývodové montáže.
Příklad návrhu DPS
Obr.3.2 Příklad návrhu plošného spoje
Technologický postup zhotovení výrobku
Kontrola součástek:
Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu součástí.
Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry.
Změřte hodnoty osazovaných součástek.
Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu.
Str. 12
Zhotovení DPS
Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS
DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr a vyvrtejte í otvory dle technické dokumentace
V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických
otřepů
Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů (kontrolujte
akustickým ohmmetrem)
Osazení součástek
Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po
osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku
Vývody součástek zakraťte tak, aby byly umístěny 2 mm nad DPS (jednotnou výšku součástek vymezte
podložkou zadané tloušťky)
DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami, tyto zapájejte a. výrobek očistěte od
zbytků tavidla
Postup oživení
Seznamte se zapojením a základním popisem funkce. Před připojením obvodu na napájecí napětí proveďte
vizuální kontrolu dle technické dokumentace a zda nejsou na DPS viditelné zkraty.
Při oživování se připojí jako zátěž žárovka do 100W. potenciometr P2 se nastaví do levé krajní polohy, trimr P1
se nastaví do polohy, až vlákno žárovky nesvítí, nebo jen minimálně žhne. Při otáčení potenciometrem P2 se
musí žárovka plynule rozsvěcovat a zhasínat. Pokud při tomto procesu zabliká, je nutno nastavením trimru P1
druhé minimum svitu vlákna a celý proces zopakovat. S malým chladícím křidélkem je možno regulátor
používat ke spotřebičům do příkonu 600W. Při regulaci větších zátěží se triak přišroubuje na chladící duralový
plech nebo žebrový chladič o ploše alespoň 100mm2.
Upozornění.
Při oživování a za provozu je nutno dbát zvýšené opatrnosti, protože pracujete s napětím 230V. Nelze sahat na
součástky, chladič a plošný spoj! Hrozí nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Regulátor musí být zakrytován
nejlépe do plastové krabičky.
Str. 13
4. Obousměrný regulátor stejnosměrných motorů
Úvod
Intenzivním zaváděním automatizačních zařízení do celé řady oborů lidské činnosti, a s rostoucí elektronizací
těchto systémů, vzrůstá podíl použití elektromotorů jako základního prostředku převodu elektrické energie na
mechanický pohyb. Různorodost pohybů např. ve smyslu časové změny (p. rovnoměrný a nerovnoměrný) a
z hlediska trajektorie (p. přímočarý, křivočarý) vzniká potřeba řízení činnosti elektromotorů. Jedná se např. o
změnu rychlosti otáčení, smyslu otáčení (vlevo,vpravo), přesnou regulaci pohybu osy motoru a v neposlední
řadě to může být i úspora el. energie.
Náš následující regulátor umožňuje bezkontaktně měnit smysl otáčení stejnosměrných motorků a zároveň
plynule regulovat otáčky. Regulace je realizována změnou šířky impulsů pracovního kmitočtu.
Popis zapojení
Integrovaný obvod IO1 je zapojen jako astabilní multivibrátor s kmitočtem asi 200Hz. Náběžnou hranou jsou
shodně spouštěny dva monostabilní klopné obvody tvořené integrovaným obvodem IO2. Jejich časová
konstanta je nastavitelná potenciometrem P1. Pokud bude hřídel potenciometru uprostřed dráhy budou
časové konstanty obou klopných obvodů shodné, motorek se neotáčí. Když se ale otočí potenciometrem
k jednomu konci dráhy více, motorek se roztočí. Čím více bude poloha běžce potenciometru ke konci dráhy,
motorek se bude i rychleji otáčet. To samé platí pro otočení hřídele potenciometru do druhé krajní polohy od
středu s tím, že motorek se bude otáčet v opačném směru. Z výstupů klopných obvodů je ovládán výkonový
regulační můstek typu H, který je osazený komplementárními výkonovými tranzistory typu MOSFET. Použití
výkonových tranzistorů MOSFET má velkou výhodu oproti tranzistorům bipolárním v tom, že napěťové úbytky,
které vznikají na tranzistorech při spínání jsou zcela zanedbatelné. Tím se snižují nároky na chlazení
tranzistorů a de-facto na spotřebu elektrického proudu. Regulátor je určen pro 12-15V motory s výkonem do
50W.
Seznam součástek regulátoru
R1
15k
IO1
NE555
R2
27k
IO2
CMOS 4098
R3,R4
3k9
IO3
78L09
C1
10µF/50V
T1,T2
9514
C2
100n/MKT
T3,T4
F 540
C
10n
Plastová podložka
4ks
C4,C5
220n/MTK
Slídová podložka
4ks
C6
100µF/25V
Šroubek M3
4ks
D1
1N4148
Matice M3
4ks
P1
25k/N
Str. 14
Schéma zapojení
Obr.4.1 Schéma regulátoru ss motorků
Technologický postup zhotovení výrobku
Jako u dřívějších zapojení v tomto sborníku, proveďte kontrolu součástek včetně vytvoření tabulky
naměřených hodnot.
Popis mechanických a montážních prací
Vyrobte DPS v souladu s technologickým předpisem pro výrobu. Jako předlohu pro návrh a osazení desky
použijte níže uvedený obrázek.
Obr.4.2. Osazená deska regulátoru
Str. 15
Při osazování dodržte pozice, polaritu a pořadí osazování součástek takto:
nejprve osaďte tři drátové propojky, pokračujte osazením rezistorů R1-R4, diodou D1, kondenzátory C1-C6.
Dále osaďte IO3 a patice pro integrované obvody IO1 a IO2. Na závěr proveďte napájení tranzistorů T1-T4 a
jako poslední potenciometru P1.
Chladič tranzistorů může být hliníkový plech o ploše cca 1dm2. Pod hlavy upevňovacích šroubků jsou navlečeny
izolační podložky a mezi tranzistory a chladič jsou vloženy slídové podložky tak, aby odizolovaly chladič od
tranzistorů. Izolaci překontrolujte ohmmetrem.
Oživení
Po kontrole předchozích operací proveďte oživení výrobku dle technického postupu s využitím poznatků
z elektroniky a elektrických měření. Budete pracovat se vstupním stejnosměrným napětím 15V. Pozornost
věnujte správnosti připojení z hlediska polarity vstupních pinů (Ucc +15V, GND).
5. Časovač s NE 555
Úvod
Obvody s časovači jsou v automatizaci jedním z nejvíce využívaných prvků. Zpravidla jde o obvod schopný
odměřovat nastavovat případně přerušovat časový úsek. Bez časovače v obecném slova smyslu nelze
realizovat programování procesů. Setkáme se s nimi v průmyslu, zemědělství,při zabezpečení služeb, v
domácnostech, zdravotnictví a dalších oborech lidské činnosti. Následující zapojení nás seznamuje s časovačem
schopným po obdržení impulzu připojit na určitou dobu spotřebič, jiný obvod nebo celý proces. Přivedení
impulsu na vstup spustí časovač, sepne výstup, a po uplynutí nastaveného času opět výstup rozepne.
Popis činnosti:
Vstupní impuls se přivádí na optočlen OK1 přes rezistor R7. Sepnutím tranzistoru T1 se na RC členu R2 C1 R3
vygeneruje impuls, jeho sestupná hrana spustí IO NE555 a výstup IO sepne tranzistor T2.V tom okamžiku se
přes R8 a R4 začne nabíjet C3. Po dosažení 2/3 napájecího napětí na vstupu 6 se IO překlopí a jeho výstup
uzavře T2. Tranzistor na vývodu 7 uvnitř IO 555 se opět otevře a vybije kondenzátor C3. Tím je obvod
připraven na nový cyklus. Pro spínání akčního členu s větším proudovým odběrem se např. na kolektor T2
připojí relé s paralelně připojenou ochrannou diodou v závěrném směru
Str. 16
Schéma zapojení
Obr.5.1 Schéma zapojení časovače NE 555 s optočlenem
Seznam součástek
Rezistory
Kondenzátory
R1,8
68k
R2,3,6
2k2k
R4
4k7
R5
8k2
R7 uvedeno v odstavci oživení
C1 ,C2
C3
Ostatní
Svorkovnice
Polovodiče
10nF
100M
2ks
IO1
OK1
T1,2
D1
NE 555
PC 815
BC 337
žlutá ᛰ3mm
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte desku plošného spoje v programu EAGLE
S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „Časovač s NE 555“
formou vývodové montáže.
Str. 17
Příklad návrhu DPS
Obr.5.2 Dokumentace k návrhu DPS a osazení součástkami
Technologický postup zhotovení výrobku
Kontrola součástek:
Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu součástek.
Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry.
Změřte hodnoty osazovaných součástek.
Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu.
Zhotovení DPS
Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS
DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr
V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických
otřepů
Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů (kontrolujte
akustickým ohmmetrem)
Osazení součástek
Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po
osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku
Vývody součástek zakraťte tak, aby byly umístěny 2 mm nad DPS (jednotnou výšku součástek vymezte
podložkou zadané tloušťky)
DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami, tyto zapájejte a. výrobek očistěte od
zbytků tavidla
Str. 18
Postup oživení
Seznamte se zapojením a základním popisem funkce. Před připojením obvodu na napájecí napětí proveďte dle
technické dokumentace vizuální kontrolu. Čas sepnutí výstupu je dán časovou konstantou RC článku R4, R8 a
C3. Lze ho vypočítat podle vzorce t=1,1.(R4+R8).C3 S hodnotami uvedenými na schématu se dá nastavit čas
zhruba od 1 do 8s.
Trimr nastavíme na střed. Zařízení připojíme na napájecí napětí =12V a kontrolujeme odběr proudu. Na vstup
přivedeme impulz odpovídající katalogovým hodnotám optočlenu. Správnou funkci zařízení nám idikuje LED.
V jiném případě postupujte při oživení výrobku dle technického postupu pro odstraňování závad s využitím
poznatků z elektroniky a elektrických měření.
6. Dotykový alarm
Úvod
Automatizace se v praxi nevyhýbá ani oblasti zabezpečení budov a objektů. Detektory hlídají otevření
dveří,oken a rozbití jejich výplní, jsou schopny rozpoznat pohyb v objektu, požár, únik plynu a tp. Tato zařízení
jsou schopna různými prvky vyvolat poplach, dát signál na ústřednu, informovat majitele, přivolat hasiče,
variant je celá škála.
Následující zapojení „Dotykový alarm“ je schopen vyvolat poplach po dotyku rukou na kliku dveří, ohlídá
bránu nebo jakýkoliv kovový předmět.
Popis činnosti
Základem obvodu je časový spínač (NE 555) spouštěný napěťovou změnou na jeho vstupu vyvolanou dotykem
člověka. Pin 2 je trvale připojen prostřednictvím R3 na kladné napájecí napětí. Dotykem dojde ke svedení části
napětí a snížení jeho úrovně na pinu 2, což nastartuje časovač. Sepnutý stav IO podrží tranzistor T1 ve vodivém
stavu, čímž je přitažena kotva relé po dobu, jíž odpovídá časová konstanta RC článku složeného z C1,R1 a P1.
Kontakty relé pak mohou ovládat libovolný obvod se samostatným zdrojem a signalizačním zařízením nebo
dát pokyn ústředně případně odeslat SMS majiteli hlídaného objektu.
Technická dokumentace
Schéma zapojení
Obr.6.1 Schéma dotykového
alarmu
Str. 19
Seznam součástek
Rezistory
R1
R2
R3
100k
4k7
100M
Kondenzátory
Polovodiče
C1
47μF/16V
Odporivý trimr
IO1
D1
Relé
P1
NE 555
1N4004-07
12 V
100k
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte na milimetrový papír jednostranný plošný spoj
S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „Dotykový alarm“
formou vývodové montáže.
Příklad návrhu DPS
Obr.6.2 DPS ověřovaného výrobku
Obr. 6.3 Ověřovaný výrobek - osazení součástkami
Str. 20
Technologický postup zhotovení výrobku
Kontrola součástek
Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu
Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry
Změřte hodnotu osazovaných součástek, zaznamenejte do tabulky a zkontrolujte zda je v toleranci
Zhotovení DPS
Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS
DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr
V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od
mechanických otřepů
Před osazením proveďte optickou kontrolu
Osazení součástek
Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby
po osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou
desku
Vývody součástek zakraťte tak, aby byly umístěny 2 mm nad DPS (jednotnou výšku součástek vymezte
podložkou zadané tloušťky)
DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami, tyto zapájejte a výrobek očistěte od
zbytků tavidla
Oživení
Seznamte se zapojením a základním popisem funkce. Před připojením obvodu na napájecí napětí
Proveďte vizuální kontrolu dle technické dokumentace. Zařízení musí být pro správnou funkci uzemněno.
Na napájecím zdroji nastavte proud na minimální hodnotu, aby v případě zkratů v obvodu nedošlo ke zničení
součástek. Trimr otočte do polohy max., což odpovídá času cca 5s (změnou hodnot součástek lze dosáhnout až
180s). Na vstupní svorky připojte napájecí stejnosměrné napětí 12 V (zapojení by mělo fungovat i v rozsahu 515V).
V případě bez-chybného zapojení součástek a provedení spoje zareaguje zařízení po dotyku přitažením
kotvy relé. V případě chybné funkce odpojte výrobek od zdroje a proveďte znovu kontrolu správnosti
zapojení, osazení a kvalitu pájení. V případě, kdy se stav nemění využijte znalosti z Elektroniky a
Elektrických měření při analytickém postupu zjišťování chyby a jejího odstranění.
V případě správné funkce výrobku dokončete očištění a celkovou vizuální úpravu. Výrobek předejte ke
kontrole, klasifikaci nebo k dalším montážním pracím.
Str. 21
7. Úsporný indikátor zapnutého stavu
Úvod
Paralelně s rozvojem automatizace se uplatňuje i hledisko na zvýšené úspory elektrické energie. Předmětem
zájmu je i sledování odběru signalizačních zařízení zapnutí, signalizujících chod spotřebičů, akčních členů a
dalších zařízení vybavených optickým signalizačním zařízením napájenýn elektrickou energií. Například
necháme-li LED blikat s opakovací periodou řádu jednotek sekund, spotřeba proudu poklesne až na desítky µA
místo původních jednotek mA. Následující elektronický obvod tuto funkci realizuje a blikáním LED diod naopak
zvyšuje optické vnímání svitu kontrolky.
Popis činnosti:
Indikátor je zapojen jako astabilní multivibrátor s tranzistory T1 a T2. Do série s T2 je zapojena indikační LED
D1. Multivibrátor pracuje tak, že tranzistory T1 a T2 jsou buď oba sepnuté, nebo oba vypnuté. Ve vypnutém
stavu je LED D1 zhasnutá a kondenzátor C2 se pomalu nabíjí (po dobu asi 4,6s) proudem tekoucím z C1 přes
R4, D1, R5, R3 a R2. Doba nabíjení je určována především hodnotami součástek C2 a R3. Když napětí na bázi T1
dostatečně poklesne, T1 a následně i T2 sepnou a C2 se rychle vybije proudem tekoucím z C1 přes přechod E-B
T1, R5 a sepnutý T2. Doba vybíjení je asi 4,4ms a je určována především hodnotami součástek C2 a R5. Po
vybití C2 se oba tranzistory opět vypnou a celý děj se neustále opakuje. Aby byly záblesky co nejvýraznější,
musí být LED D1 supersvítivá. Jak vyplývá z popisu funkce, multivibrátor má v části periody, ve které jsou T1 a
T2 vypnuté, téměř nulový odběr (<0,5µA) a během intervalu, kdy svítí LED D1, je multivibrátor napájen přes
vyhlazovací článek se součástkami R1 a C1. Díky účinku tohoto článku odebírá indikátor mezi svorkami J1 a J2
téměř konstantní proud asi 45µA.
Technická dokumentace
Schéma zapojení
Obr.7.1 Schéma zapojení indikátoru
Seznam součástek
Rezistory
R1 R2
R4
R5
Kondenzátory
47k
270k
33R
1k
C1
C2
Polovodiče
470M/16V
1M/63V
T1
T2
D1
BC 557
BS 170
LED supravit. ᛰ5 červená
Str. 22
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte na milimetrový papír desku plošného spoje pro idikátor
S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů indikátor zhotovte formou vývodové
montáže.
Příklad návrhu DPS
Obr.7.2 Pohled na DPS ze strany součástek
Technologický postup zhotovení výrobku
Kontrola součástek
Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu
Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry
Změřte hodnoty osazovaných součástek
Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu
Zhotovení DPS
Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS
DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr
V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických
otřepů
Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů (kontrolujte
akustickým ohmmetrem)
Osazení součástek
Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po
osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku
DPS osazujte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami od nejnižších po nejvyšší, přičemž
nejvýše položenou bude signalizační LED dioda. Součástky zapájejte a výrobek očistěte od zbytků tavidla.
Str. 23
Oživení
Seznamte se s popisem funkce zapojení. Před připojením na napájení proveďte vizuální kontrolu. Na napájecím
zdroji nastavte proud na minimální hodnotu. Na vstupní svorky připojte napájecí stejnosměrné napětí 6V.
V případě bez-chybného postupu při zhotovování indikátoru bude tento pracovat při prvním zapojení. Změřte
napájecí proud. Dokončete očištění a celkovou vizuální úpravu. Výrobek předejte ke kontrole, klasifikaci nebo
k dalším montážním pracím.
8. Siréna
Úvod
Akustické zařízení siréna je prostředkem pro varování obsluhy, občana, zaměstnanců nebo personálu před
hrozícím nebezpečím. Její použití jako akustického varovného zařízení se nevyhýbá ani automatizovanému
prostředí. Především tam, kde jsme svědky velké hlučnosti (lomy, doly, doprava strojové parky) a potřeby
oznámení nebezpečí nebo vyhlášení poplachu (záchranný systém, ochrana budov a objektů) se setkáváme
s těmito zařízeními. Navíc v posledně jmenované oblasti, kdy se sirénky montují i do interiérů, vzniká
požadavek na velikost zařízení. Následující elektronické zařízení v provedení plošné montáže splňuje i tato
zadání.
Popis činnosti:
Zapojení využívá integrovaného obvodu 556, který sdružuje dvojici časovačů 555. Oba časovače jsou zapojeny
jako astabilní klopné obvody přičemž IO1a pracuje s poměrně nízkým kmitočtem (f = 1,44/((R1+2R2)*C1) => f =
1,27Hz) a ovládá IO1b který s uvedenými hodnotami součástek R5, R6 a C2 pracuje jako generátor signálu na
frekvenci asi 700Hz. K řízení generátoru,aby vznikl kolísavý tón je třeba pilovitý průběh, který se generuje při
nabíjení a vybíjení kondenzátoru C1. Odsud se pilovité napětí odvádí na bázi tranzistoru T1. Dioda D1 paralelně
připojená k rezistoru R2 způsobuje rychlejší nabíjení a pomalejší vybíjení C1, to způsobí, že výsledný tón
pomaleji stoupá a rychleji klesá, konečný zvuk se pak více podobá skutečným sirénám. Proměnné napětí z
emitoru T1 přivádíme přes R4 na vstup IO1b (pin 11, řídící napětí) čímž posouváme referenční napětí
komparátorů uvnitř IO. Kmitočet je odvozen od překlápěcí úrovně vnitřního komparátoru (překlápí pří 1/3 a
2/3Ucc na C2). Díky napětí přiváděného na vstup IO1b se referenční napětí posunuje, oscilátor mění frekvenci
podle vstupního pilovitého napětí, čímž vzniká klouzavý tón (frekvenční modulace) na výstupu IO1b (pin 9).
Signál z výstupu IO1b je veden přes rezistor R7 na bázi tranzistoru T2, v jehož kolektorovém obvodu je zapojen
elektroakustický měnič. Diody D2 a D3 chrání T2 před napěťovými špičkami, D4 a C4 slouží k zamezení
ovlivňování IO případnými proudovými rázy. Zároveň D4 brání přepólování IO. Kondenzátor C3 slouží pouze
jako ochrana nezapojeného vstupu a jeho kapacita není kritická (10-100nF). Jelikož maximální kolektorový
proud použitého tranzistoru T2 je 0,5A a maximální kolektorová ztráta 0,25W lze při R7 = 47k a impedanci
reproduktoru 8Ω provozovat sirénu bez poškození T2 při napájecím napětí 5 - 6V. Při vyšším napájecím napětí
je třeba zvětšit hodnotu odporu rezistoru R7.
Str. 24
Technická dokumentace
Schéma zapojení
Obr.8.1 Schéma sirény
Seznam součástek
Rezistory
R1
R2
R3
R4,R6
R5,R7
Kondenzátory
470k
330k
6k8
2k2
47k
C1
C2,C3
C4
Polovodiče
1M
22n
100M
D1 – D4
T1
T2
IO
1N4148
BC 857TA
BC 817
NE 556
Ostatní
SP1
piezo KSS1201
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte desku plošného spoje v programu EAGLE
S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „
Str. 25
Příklad návrhu DPS
Obr.8.2 Pohled na DPS ze strany součástek
Obr.8.3 Klišé DPS plošné montáže
Technologický postup zhotovení výrobku
Kontrola součástek:
Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu součástí.
Specifické označení součástek SMD vyhledejte v katalogu
Osazení součástek a oživení výrobku
Všechny součástky kromě elektroakustického měniče jsou umístěny na jednostranné „profi“ desce plošných
spojů. Celé zařízení je realizováno v provedení SMD. Desku osazujeme směrem od středu k vnějším okrajům,
aby nám nepřekážely již osazené součástky. Integrovaný obvod IO1 má pin č.1 na straně se zkoseným
pouzdrem, kondenzátory C1 a C4 mají kladný pól označen proužkem. Značení tranzistorů T1 a T2 v pouzdře
SOT23, je provedeno kódem . T1 – BC857A je na pouzdře označen kódem 3Ep, tranzistor T2 BC817-25 potom
6Bp Diodu D1 zatím neosazujeme. Přívodní vodiče přímo zapájejte k ploškám. Rezistory R8 – R11 slouží pouze
jako propojky a nejsou zakresleny ve schématu. Po osazení všech součástek kromě D1 a vizuální kontrole celé
desky (musíme dávat dobrý pozor, aby při pájení nedošlo ke vzniku cínových můstků, především v oblasti IO1)
připojíme elektroakustický měnič a napájecí napětí 5V. Měl by se ozvat kolísavý tón, pokud je vše v pořádku
můžeme zkusit zapojit diodu D1 a tím ovlivnit výsledný charakter zvuku. Pokud bychom požadovali změnu
frekvence a kolísání zvuku, můžeme změnit časové konstanty IO1a (R1, R2, C1) a IO1b (R5, R6, C2). Pokud
siréna funguje podle našich představ desku očistíme lihem a nastříkáme ochranným lakem.
Str. 26
9. Automatizační obvody ze slabo. a silnoproudých prvků
Úvod
Obecný pojem automatizační prostředky se používá pro veškeré nástroje, konstrukční prvky a vybavení, které
se používá při automatizaci v praxi. Postavení automatizace z hlediska vývoje společnosti a ekonomičnosti
výroby, služeb a obsluhy přinesl značný rozvoj celého sortimentu automatizačních prostředků. Současný
konstruktér automatických soustav má při jejich přípravě širokou nabídku nejrůznějších konstrukčních prvků
slabo i silnoproudého charakteru, které může při projektování soustav a systémů využít. Náš zájem bude nyní
soustředěn na realizaci zapojení, která v sobě „snoubí“ slabo a silnoproudé komponenty za účelem zhotovení
obvodů zabezpečující automatické funkce.
Zadání
-
Prostudujte schémata zapojení a obrázky ověřovacích realizací obvodů s regulátorem a dálkovým
ovládáním zásuvek
Vytvořte seznamy součástí a prvků pro zapojení v jednofázové síti TN-S 230V
Při využití technické dokumentace a znalostí z předmětů Elektrické stroje a přístroje, a Elektronika
vytvořte prováděcí schémata zapojení
Proveďte montáž zapojení obvodů na panelu DIAMETRAL za použití poznatků z předmětu Technologie
Za přítomnosti učitele odborného výcviku proveďte praktické odzkoušení kompletních zapojení
Při odzkoušení otestujte funkce a proveďte nastavení dálkového ovládání zásuvek takto: 1 světelný
kabel, 2 žárovkové svítidlo, 3 reflektor
Schéma 1
Obr. 9.1 Přehledné schéma zapojení regulátoru
Str. 27
Schéma 2
Obr. 9.2 Přehledné schéma zapojení dálkového ovládání zásuvek
Praktické provedení na panelu DIAMETRAL
Obr. 9.3 Realizace zapojení regulátoru
Str. 28
Obr. 9.4 Realizace zapojení dálkového ovládání zásuvek
10. Závěr
Produkt „Technická dokumentace 10 typů el. obvodů pro jejich výrobu“ byl vytvořen v rámci osnov
Odborného výcviku pro obory Elektrikář – silnoproud, Elektrikář (slaboproud) 3.ročník a Mechanik
elektrotechnik 2-4.ročník. Materiál je řešen formou modifikovatelné dokumentace, kdy lze měnit jednotlivé
technologie přípravy i vlastní výroby za účelem rozšíření znalostí a dovedností žáků při tvorbě automatizačních
obvodů.
Str. 29
11. Seznam použité literatury:
[1] Úsporný indikátor zapnutí[online]. [cit. 2014-02-02]. Dostupné z:
http://www.elektronovinky.cz/konstrukce
[2] Regulátor [online]. [cit. 2014-02-25]. Dostupné z:
http://www.bastleni.eu/elektronicka-zapojeni
[3] Siréna-s-kolísavým-tonem-pro-modelare [online]. [cit. 2014-01-15]. Dostupné z:
http://www.hw.cz/teorie-a-praxe/konstrukce
[4] Časovac_555 [online]. [cit. 2014-01-07]. Dostupné z
http://jirky.webz.cz/index
[5]Hájek J., 2x časovač 555 BEN - technická literatura, Praha 1998
[6]Štěpán Berka a kol.- Elektrotechnická schémata a zapojení
BEN - technická literatura, Praha 2010
[7]Z archívu autorů
Zpracoval kolektiv autorů SŠ TEGA Blansko
Miroslav Opletal
František Kitner
Str. 30