Praktická elektronika/Měřící a testovací obvody

Tyto obvody slouží k měření elektrických a neelektrických veličin a k testování součástek a dalších obvodových prvků. Jsou tvořeny jen několika málo součástkami, jsou tedy jednoduché na konstrukci a vhodné pro začátečníky. Jsou rovněž velice užitečné a praktické při práci v elektrolaboratoři i jinde. Přestože mnohé z nich lze nahradit multimetrem, někdy může být dobré mít zkoušečku jako alternativní možnost.

Zkoušečka vodivosti

Schéma zkoušečky vodivosti

Tento obvod funguje jako jednoduchý tester vodivosti, kdy při spojení měřících hrotů A a B dojde k signalizaci zvonkem Z. Ten je spínán tranzistorem Q, rezistor R₁ omezuje proud do jeho báze a rezistor R₂ funguje spolu s odporem měřeného obvodu R_X jako napěťový dělič pro nastavení odporu, při kterém již dojde k signalizaci (zde cca 500Ω).

Seznam součástek

• U_N = 9V (baterie)
• R₁, = 1,8 kΩ
• R₂ = 47Ω
• Q - BC 547
• Z - BPT-24CX (3-20 V/15 mA)
• A, B - měřící hroty
• Z = 1 při R_X<500Ω

Netestovat obvody pod napětím!

Zkoušečka baterie

Schéma zkoušečky

Tento obvod slouží pro jednoduché otestování 9V baterie. Jde o jednoduchý komparátor, který porovnává vstupní napětí s napětím stabilizovaným pomocí Zenerovy diody.

Seznam součástek

• Q - BC 557
• R_1,2 = 10kΩ/0,25W
• LED_1,2 - 2V/20mA/5mm
• ZD - 6,2V/1,3W
• X_1,2 - měřící hroty

Stav	$u_{X}[V]$	LED1 (zelená)	LED2 (červená)
Poškozená baterie	$<5$	OFF	OFF
Vybitá baterie	$5-7,5$	OFF	ON
Nabitá baterie	$>7,5$	ON	OFF
Porucha zkoušečky	-	ON	ON

Složitější verzi najdete v kapitole o komparátorech.

Nepřipojujte na napětí větší než 10V!

Zkoušečka tranzistorů

Schéma zapojení zkoušečky

Tento obvod slouží k testování bipolárních tranzistorů. Po sepnutí spínače K₁ se rozsvítí obě LED diody. Přepínačem K₂ nastavíme polaritu napětí přiváděného na tranzistor, který připojíme k testovacím svorkám C, B a E. Pokud je tranzistor v pořádku, obě diody nadále svítí (tranzistor je uzavřený, tedy na zbytek obvodu nemá vliv). Po stisknutí tlačítka K₃ musí naopak jedna z diod zhasnout (PNP - LED₁/NPN - LED₂; tranzistor se otevře a diodu přemostí). Seznam součástek

• U₀ = 9V (baterie)
• R₁, R₂ = 1,2 kΩ
• R₃ = 150 kΩ
• LED₁,₂ - ⌀ 5 mm
• K₁ - spínač
• K₂ - přepínač
• K₃ - tlačítko
• C, B, E - krokosvorky

Manipulace s krokosvorkami a testovaným tranzistorem jen při vypnutém vypínači K1

Zkoušečka součástek

Schéma zapojení

Na rozdíl od předchozího obvodu, tento umožňuje vedle bipolárních tranzistorů zkoušet i jiné druhy součástek. Princip je takový, že LED diody fungují jako indikátor proudu mezi svorkami + a -. LED₁ je zapojena přes tranzistor Q, takže citlivě indikuje i velmi malý proud. LED₂ indikuje větší proud. Přepínač K připojuje na svorku B kladné nebo záporné napětí přes rezistor R₁. Rezistory R₂ a R₃ omezují proud mezi svorkami i + a -, rezistor R₂ dále slouží k řízení tranzistoru Q (vzniká na něm úbytek napětí, který je přímu úměrný protékajícímu proudu; toto napětí pak působí na přechod báze-emitor tranzistoru a ten se podle toho otevírá/zavírá). Rezistory R₄ a R₅ omezují proud tekoucí do LED diod.

Seznam součástek

• U₀ = 9V (baterie)
• Q - BC 557
• R₁ = 47 kΩ
• R₂ = 220 kΩ
• R₃ a R₄= 1 kΩ
• R₅ = 3,3 kΩ
• LED₁,₂ - ⌀ 5 mm
• K - přepínač
• +, -, B - krokosvorky

Testování:

• Bipolární Tranzistory
  • Typ NPN - Připojíme kolektor ke svorce +, emitor k -, přepínač nastavíme na NPN - je-li tranzistor v pořádku v tuto chvíli nesvítí žádná LED. Pak připojíme svorku B k bázi, obě LED se musí rozsvítit.
  • Typ PNP - Stejný postup, s tím rozdílem, že přepínač je v poloze PNP, emitor je + a kolektor -.

• Unipolární tranzistory
  • Typ N - Připojíme vývod source ke svorce -, vývod drain k + a vývod gate k B. Je-li přepínač v poloze NPN svítí obě LED, v poloze PNP žádná.
  • Typ P - Stejný postup s tím rozdílem, že source je + a drain -, a přepínač funguje obráceně (NPN - obě LED zhasnou, PNP - obě svítí).

• Tyristory
  • Typ PNPN - Připojíme anodu ke svorce + a katodu k -, nic nesvítí. Pak na chvíli připojíme gate k +, obě LED se rozsvítí a svítí i po odpojení gate.
  • Typ NPNP - Stejný postup s tím rozdílem, že se G spojuje s -

(U větších tyristorů testovací proud nemusí stačit k jejich udržení ve vodivém stavu)

• Triaky - Stejný postup jako u tyristorů, zkouší se v obou směrech (přehodit + a -)

• Diody
  • Připojíme anodu ke svorce + a katodu k -, svítí obě LED, při opačné polaritě nesvítí nic
  • U LED diod svítí obě diody testeru i testovaná dioda

• Kondenzátory - Kondenzátor připojíme na svorky + a -, a po jeho nabití nesmí diody svítit. V opačném případě je proražený nebo má svodový proud. Větší kapacity se mohou déle nabíjet a chvíli trvá, než diody zhasnou. U elektrolytických a tantalových kondenzátorů je nutné dodržet polaritu!

• Reproduktory - Reproduktor připojíme na svorky + a -, obě diody svítí a v reproduktoru se ozve lupnutí, při dodržení polarity se membrána pohne směrem ven.
• Další součástky - Svorky + a - lze požít jako tester pro zjištění vodivosti např. vlákna žárovky, spínače, tlačítka, cívky, kabelu nebo konektoru.

Teploměr k multimetru

Schéma zapojení teploměru

Čip LM35 v pouzdru TO-92

V tomto obvodu je použit polovodičový teplotní senzor Q s označením LM35, který funguje jako převodník teploty na napětí. V základním zapojení funguje pro rozsah teplot od 2 do 150 °C, při použití dalších součástek (D₁, D₂, R) je možné mít na výstupu i záporné napětí a tedy měřit i teploty pod nulou, konkrétně v rozsahu -55 až 150 °C. Poměr mezi teplotou a výstupním napětím je 10 mV/°C. Pro zvýšení odolnosti proti rušení je vhodné doplnit tři kondenzátory 100nF, a to paralelně k napájení, paralelně k výstupu a paralelně k diodám.

Seznam součástek

• U₀ = 9V (baterie)
• Q - LM35
• R = 18 kΩ
• D_1,2 - 1N4148
• V - voltmetr / multimetr v režimu měření napětí

• $\vartheta [^{\circ }C]\approx {\frac {u[mV]}{10}}\Rightarrow u=206mV\rightarrow \vartheta =20,6^{\circ }C$