Stuureenheid voor een elektronen kanon

Stuureenheid voor een elektronen kanon

Citation for published version (APA):

Waes, van, R. A. (1971). Stuureenheid voor een elektronen kanon. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0281). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1971

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

technische hogeschool eindhoven laboratorivm voor mechanische technologie en rapport van de set:tie:

FYSISCHE BEWERKINGEN

f - - - ... ~-.... - - - _ _ _ _ _ 1

titel: STUUREE~'llEID VOOR EEN ELEKTRONEN KANON

auteur(s):

R.A. van WAES

sectieleider: lr. C.J. HEUVEL~~~

hoogleraar: Prof.dr. P.C. VEENSTRA

samenvatting

Beschrijving van het elektronische gedeelte van een elektronenstraal kanon v~~r IOOkV, IOmA,

benodigd bij het elektro-eros~e onrlerzoek.

prognose . _ - - - _ .... _ - - _ .. _ - - - ' biz.

I

van

t

J bl.z. I rapport nr. 0281 codering: trefwoord: Elektronen kenolL. datum:

22.9.1971

aantal bIz. 25 1 -geschikt voor publ icatie in:

rapport nr. 0281 biz. 2. van biz.

Of- Inleiding

Sf-1Q I

-Als hulpmiddel bij het elektro-erosie onderzoek wordt voor het bestuderen van de gevormde smeltkratertjes op het metaaloppervlak een

elektronen-straalkanon gebruikt. De m~taaloppervlakken worden met elektronen beschoten met een energie van enige honderden Watt en gedurende enkele tientallen mikrosekonden.

Ret bij dit onderzoek gebruikte elektronenkanon werkt met een anode-kathode spanning van +50kV. Doordat de anode aan aarde wordt gelegd, betekent

dit voor de kathode een potentiaal van -50kV t.a.v. aarde. Dit hJ,udt tevens t

in dat de stuureenheid die de roosterspanning van het kanon levert ook 15f- een potentiaal van ongeveer -50kV t.o.v. aarde heeft. Om deze redenen

25 I

-heeft men geen galvanische koppeling tussen in- en uitgangssignaal toege-past, maar een optische. Ret ingangssignaal wordt omgezet in een licht-signaal dat via een perspex staafje op een lichtgevoelige diode valt, die het lichtsignaal weer omzet in een elektrisch signaal Dit elektrisch signaal wordt dan weer verdet versterkt en dit levert uiteindelijk een bruikbaar uitgangssignaal op.

Opbouw

De stuureenheid is grotendeels opgebouwd op een platform van perspex. "\ ~f- Dit platform staat met drie pijlers van perspex op een blok van perspex.

3S I

-40

,.-

SOl-De stuureenheid bestaat uit verschillende delen: a. een gedeelte wat de lichtoverdracht verzorgt: een lichtgevende diode, gemonteerd op het per-spexblok, zendt via een perspex staafje licht omhoog naar het platform waar een lichtgevoelige diode is gemonteerd

b. de voorversterker c. de eindversterker

d. de eindtrap, bestaande uit een vermogenstran-sistor

e. de transformator met zijn verschillende voedingen De beide versterkers en de transformator bevinden zich evenals de lichtge-voelige diode boven op het perspex plateau.

De eindtrap is onder tegen het platform gemonteerd.

am h.f. oscillaties te voorkomen zijn er verder enkele maatregelen

rapport nr. 0281 btL3 VIA 5 -1Q t -15 ! - 20-troffen:

1. om de'gevoelige voorve~sterker heen is een metalen afscherming aanae-bracht;

2. op het platform is een koperen plaat gemonteerd, waarop de versterkers en<bet voedingsgedeelte zijn gemonteerd.

Het isgebleken dat zonder deze koperen plaat er al8 gevolg van strat~na

van de eindtrap naar de voorversterker h.f. oscillaties op,treden.

A. De licE~erdracht

De,iichtgevende galliumrarsenide diode, type: HP 5082-4400, mag niet meer stroom trekken dan SOmA. Om deze stroom gereakkelijk te kunnen meten

is in serie met de diode een weerstandje van 101" aangebracht.

De lichtgevende diode, typeHf 5082-420), is over de iRgang 'Yan d. VOOE ... ·

versterker aanaesloten. De voorversterker ievert ook de voedingsspanning voor deze.diode.

B. De voorversterker

U - Voor het schema van de voorversterker zie fig. 1.

De voedingsspanningen (-12, +12 en +68V) zijn d.m.v. beads, dit zijn een soort ferrietkraaltjes, zoveel mogelijk vrij gemaakt van b.f. stoor-spanning. Deze beads werken nl. als zelfindcties en vormen dus voor hoge frequenties een grote weerstand. Het ingangscircuit bestaat uit twee • parallel geschakelde fiela effect transistoren (FET'S). Deze schakeling heeft een hoge ingangsimpedantie en doordat men twee FETtS parallel heeft geschakeld, heeft men o.a. bereikt dat de ingangscapaciteit vrij klein is. Het pUlsvormige signaal gaat vervolgens naar de eerste transistor-BF 173,

die in geaarde basisschakeling staat.

AO - Via een weerstand van 3301:2 gaat het dan naar de tweede transistor-BF 173, die geschakeld staat in geaarde collector-schakeling.

Van deze emittorvolger gaat het signaal dan naar een operationele verster-ker (Me 1520), die het signaal ca. 5x versterkt.

De koppeling tussen de emi~torvolger en de operationele versterker bastaat uit een tantaal condensator van 3,3wF en een faze-corrigerend netwerkje. De koppelcondensator is gebleken zeer belangrijk te zijn:

- wordt hiervoor een te grote kapaciteit gebruikt, dal;l. lItordt de.,.bljbeho'::"

rapport or. 0281 biz. 4 'EI ~ i( C) b-.. ~ o-.t ... ~ ~ ~ .Q ~

...

x

.,.

~ ~ ~tl . 'h..,. o-.t

~

~ ~ ~ ~ ~ ~ 1.1.. Il: ~ It-( <::f ~ f:'I.... ~ ~ _~ ""-~ '"

}~

_~ ~

~

~~ +"" !'l) \") (() t'">'

~

_~ ~l:.. S--~ ~, x ~ o-c M /fI' ~ )- _{II- ~} "'f

~

<::f ~ I/,. ~ ~ Q) '<l ~, <Ii, ~I 't!1 I I.t.. ~~ ~~ c:t ()~ ~-.. c=t ~

%

_....

_~

~ ~ ..,.. [).e Fif. I v~r vel" $ierk~r

rapport nr. 0281 btL 5 van btL

o -

rende tijdkonstante te groot, waardoor er kans bestaat op een blijvend

1

rondgaand oscilleren van de hele stuureenheid via de voedingsspanningen,

51-zodra de eenheid wordt ingeschakeld. Dit oscilleren manifesteert zich in een met een lage frequentie veranderen van de lichtintensiteit van het

i~atielampje, dat op een aparte wikkeling van de transformator is aan- ~~

gesloten (zie fig. 9). De transformator wordt dan n.l. periodiek overbe-last, waardoor ook de voedingsspanning voor het indicatielampje periodiek

1Q I - verandert.

20!-25 I

-30 I

-

351-- Aan de andere kant mag de waarde van de koppelcondensator niet te klein worden genomen, daar andel's de kwaliteit van de pulsvorm achteruit gaat. Dit ~s het duidelijkst te zien bij pulsbreedtesvanlms en meer. We

krijgen dan het volgende beeld te zien:

:

I ...

""

...

-

---\ Av, J ms t,v, I,S M$

Bij de'gekozen waarde voor de koppelcondensator (3,3~F) bestaat er geen gevaar voor oscillaties van dit soort, bij het inschakelen. WeI kan een dergelijke oscillatie optreden, wanneer men blokgolven gebruikt waarvan gegeven is Pulsbreedte > O~4 pulsperiode. Hieruit is dan echter te

ge-raken door de verhouding tussen pulsbreedte en pulsperiode weer guns tiger te kiezen.

De eindversterker

Voor het schema van de eindvE::rsterker zie fig. 5.

d l - Om te voorkomen dat h.f. stoorsignalen via de voedingslijnen de

eindverster-ker binnen komen, zijn er "beads" opgenomen in de voedingsIijnen.

501-Het ingangsci"rcui t bestaat uit een transistor vao het type BFY 90" die twee emitterweerstanden heeft. Men heeft n.l. naast de normale emitterweer-stand van 3900~, naar - J2V nog een emitterweerstand aangebracht van lki~

naar OV. Hierdoor heeft men bereikt dat de emitterstroom vrij klein is, ter-wijl de totale emitterimpedantie ook vrij klein is. Dat betekent dat er van

--~.-,,'-,

a

5

10

20

rapport nr. 0281 blL 6 VIR

de ingangsspanning weinig verloren gaat over de emitterwderstand. Men heeft in daze dus ongeveer hetzelfde bereikt

ms

men zou kunnen bereiken

t

met een onkoppelcondensator parallel aan R . Een ontkoppelcondensator e

introduceert echter weer ongewilde Rc-tijden, die afbreuk kunnen doen aan de kwaliteit van het pUlsvormige signaal.

Hst uitgangssignaal van TRl wordt afgenomen van de collector en wordt via een fazedraaiend netwerkje toegevoerd aan de derde transisor BFY 90

(TR3). Wanneer er verder geen maatregelen.zouden zijn getroffen, zou be-halve de puIs ook het gelijkspanningsniveau van de collector van TRI worden doorgegeven. Ret gelijkspanningsniveau op de basis van TR3 kunnen we op vcrschillende manieren oplaag brengen:

Een mogelijkheid is b.v. om via een span-ningsdeler m.b.v. R) de potentiaal op de basis van TR3 ca + 0,5 V te maken.

Het is wenselijk dat de basis van deze transistor bij rust een spanning voert, die ongeveer +0,5 V bedraagt.

Dit houdt n.l. in dat de emitterpotentiaal van deze transistor, die werkt als emit:ter-volger, dan ·ca. 0 volt bedraagt.

~ Het nadeel van deze methode ~s echter, dat er tlaast de spanningsdeling voor de gelijkspanning, ook een spanningsdelend voor wisselspanning is verkregen.

35

Een betere oplossing is daarom onderstaande schakeling die in deze eind-versterker ook is toegepast. Doordat over de zenerdiode een c~n~tante

spanning staat, . is de basis stroom van TR2 aIleen afhankelijk van de waarde van R

3. Hen heeft nu R3 zo gekozen, dat de door de basisstroom bepaalde collector-stroom zo groot is, dat de collectorpoten-tiaal ca. 0,5 V. is.

Er treedt nu voor de wisselspanning praktisch geen spanningsdeling meer op.lmmers,' we kunnen de transistor vergelijken met een stroombron met een zeer hoge iowendige weerstand.

Het signaal wordt vervolgens van de emitter TR3 afgeoomen en toegevoerd aan het laatste gedeelte in de eindversterker. Hierio bevindeo zich twee transistoren TR4 en TRS, een van het type npn (de transistor 40361)

rapport nr.

0281 _{biz. 7}

...

~

...

:'S ~ ~ ~ ~ _1'1) ""f\ ~ ..,... '!If ~ ~ ~~

~

4c

;;.

~ tt... ~ _~

""-tv-

...

...

~

~,

:..

_\I...~ I.l~ f¥) ).. ~~ ~

li

_~~ ~, ~' ..,. _I I 1-~ "'< ~ ~ ~ ) . ~

~

"'-II) ~ ~ _{... ~}

c::

I.e..

~

-.Ic' _"-

...

til ~ ,"," ~ c:::

~

-ac

...

...

11\' () ... ~

II

~

>-II

"'-_III }.. _~ ~ ~ t! _{f ()} "to

h'9.

S

_tJe

_{eindllersterk.er}

ra ppCll't nr. 0281 bIz. &

van

o I - en een van het tyep pup (de transistor 40362). Deze transistoren z~jl1;,

5

1Q

-'.

zo ingesteld datie bij rust nog juist stroom voeren. Dit tB verwe-zenlijkt met gebruikmaking van diodes. Deze diodes staan in doorlaat-richting, hetgeen betekent dat de spanningsval over de , diodes ongeveer 0,5 V zal bedragen. Het gevolg ~s dat in rust de potentiaal van de TR4 ca. +0,5 V van de TR5 ca. -0,5 V bedraagt. De emitters van beide tran-sistoren hebben ongeveer dezelfdepotentiaal als de uitgangsbus n.1. 0

(de beide tegenkoppelweerstandj es van 2,5il hebben daarop weinig invloed). Daarvan is in rq.st de basis-emitterspanning van TR4 ca.#- 0,5 V en de

basis-emitterspanning van TRS ca -0,5V.

151- Wordt er nu op de ingang een pulsvormig signaal aangebracht, met

nega-20

!-

2$-tieve amplitude, dan verschijnt deze puls versterkt op de emitter van TR3 , ecuter nu met positieve amplitude. Wanneer de emitterpotentiaal van TR3 stijgt van b.v.

°

tot +4 V, wordt de basisspanning van TR4 van +0,5 op +4,5 gebrac~lt. De basispotentiaal van TR5 wordt +3,5V. D.w.z. TR4 gaat geleiden, terwij I TRS dicht blij ft. In de emitterketen bevindt zich daardoor een hoge impedantie en als gevolg daarvan zal de uitgangs-potentiaal stijgen van

°

tot +4 V.

Daalt de basispotentiaal van TR4 plotseling weer tot 0, dan is het ver-eist dat de uitgangspotentiaal ook zo snel mogelijk weer tot 0 daalt. H~ Op de uitgang van de versterker ~s echter de eindtransistor go 144

aan-

351. ( 0

-gesloten. Deze heeft naast een kapaciteit die inde basislading is opge-nomen ook nog Z8. hole-storage kapaciteit tussen basis en emitter. Door deze hole storage zou de uitgangspotentiaal niet snel genoeg 0 kunnen worden, doordat die kapaciteiten de positieve spanning nog een tijdje

zouden vasthouden. Dit euvel ~s echter verholpen door de schakeling met TRS. Wanneer' de uitgangspotentia;al positief zou zijn, terwijl de emitter-potentiaal van TR3 reeds weer 0 bedraagt is de basis emitterspanning van TR5 kleiner dan -0,5 V geworden, dus negatiever. Hierdoor is deze transistor opgengegaan ~n kunnen de uitwendige kapaciteiten hun lading kwijt. Er gaat een kortstondige stroom lopen via de uitgangsbus en TR5 naar de -12 Volts voedingslijn, waardoor de uitgangspanning snel daalt tot 0.

De uitgangspotentiaal zal niet verder dalen, omdat op het moment dat de uitgangsspanning 0 volt bedraagt, TRS weer dicht gaat. De schakeling met de transistor TR5 is dus van groot belang voor de eindflank van de

puIs. \

werkplaat.technlek technlsche hog_school eindhoven

o 5

I.

15 20 25 30 50

r.pport nr. WT 0281 biz.

9'

'IR

De eindtrap (zie fig. 6)

Naast de beads in de voedingslijn, is ook een filter aangebracht tegen h.i. stoorspanningen.

De. eindtrap bestaat uit een power transistor BD 144, die hier a18 scha-kelelement wordt gebruikt._ De transistor 'fIOrdt pulsgewij s meer of minder opgen gestuur. Wanneer geen signaal op de basis staat is de b-e-spanning

o

en is de transistor volkomen gasperd. De collector (uitgang van de eindtrap) heeft dan een spanning van ongeveer 280 V.

De transistor wordt vol1edig uitgestuurd wanneer de ingangsspanning +5 V bedraagt. De collectorspanning is dan +J5V. Dat betekent dat de

maxi-1 d d II' d l' 'k . 265

ma

e stroom oor e co ectorweerstan ongeveer ge 1J' 1S aan

1,].10+3

-245mA, hetgeen voor dat geval een dissipatie ongeveer65 W in de

collec-torweerstand oplevert. Omdat we echter werken met pulsen. waarvan de pulsduur-perodetijd verhouding klein is, zal de dissipatie veel kleiner

'\

zijn. ~

De weerstand van J, 1 kit is hier opgebouwd uit drie weerstanden van 3,3k\~ JW, die parallel staan geschakeld.

100.4 .,. paoV' 1~:rJlF _t'k.J'l. /(Jnr _'fft>Y UI1'" IN

"

SOcIA hg.6'

werkplaatstechnlek teehnlsche hogesehool eindhoven

biz.

rapport nr. 028J blL IO . .

o - Het voeding~gedeelte

10 I

-

151-

25-Het voedingsgedeelte, zie fig. 8 en 9, be staat uit verscbillende eenheden:

1. Q~_1~_Y2!!!-Y2~~~~B~_~i~_!i&~§.

Deze twee voedingen zijn punt de pctentiaal 0 werd Volts spanningsbronnen.

in serie geplaatst. waarbij aan het midden-toegekend. Op deze vijze ontstaan +12 en -12

Er is gebruik gemaakt van een geintegreerd circuit, (~ 305), dat .~

speciaal is ontwikkeld om dingen.

te worden gebruikt in gestabiliseerde

voe-De weerstanden van J3,5hl en 2,3Sk\/ zijn essentieel voor de schake-ling. Hun verhouding bepaalt de uitgangsspanning.

Het IC. kan zelf een stroom leveren van 20 mAo Door toevoeging van de transistor kan deze schakeling echter een maximalestroom van 200mA

leveren bij een uitgangsspanning van 12 V. 2. ~~_Y2~~1Bg_y!g_:~§Q_Y_Y22r_~~_~ig~~r!E

Er is hier sprake van enkelzijdige gelijkrichting. De gelijkspannin& wordt afgevlakt met een eondensator van 12,5 ].IF. Dit is in'de meeste gevallen ruim voldoende, daar deze eenheid maar weinig stroom hoe~t

te leveren.

Voorbeeld: De lading die een condensator heeft wanneer hij helemaal

~-

~

opgeladen is

=

Q = C.V • 12,5.10-6.280

=

.35-..

--3

3,5.10 coula~.

Wanneer de eindtrap uitgestuurd maximaal 250mA verbruikt, betekent dit dat voor een puls van lO~s een lading vereist is van -3 -5

250.10 .10 • 2,5~C. De condensator moet energie leveren gedurende ongeveer 15 msee. Bij een pulsperiodetijd van IOO~s moet de energie dus voor 150 pulsen uit de eondensator gelevard worden. Er geIdt:

Q 2,5.10- 6 .150

V

=

C-.

12,5.10-6 = 30 V.

De spanning zakt dus tot minimaal 250 V. Wanneerde pulsperiodetij~e

echter 1 ms is, kan de spanning hoogstens terugzakken tot 280 - 3 .. 277 V.'

3.

~_~§_Y21~:Y2£~i~g

.1-

Deze wordt iets uitvoeriger behandeld, daar ik hier veel tijd aan hab besteed.

Werking: Een wisselspanning van 70 V wordt enkelzijdig gelijkgericht

•

en afgevlakt met een elktrolytische condensator van 16~F. Deze

gelijk-werkplaatltechnJek technlsche

hog.school

eiadhoven

+

fLY

o

-~~

~ .t:2 V

f

"

~ .tA

t

_'.

$N~J..

~

i

~

~ rt) () 7RIf,co Q$ co tit gestaIN//seertlt!"

L---~r

12 V lI~tI/;J7.; z/e

/ly-fiN f 0>6/

t

$f?tf"rtle vfledl"fl

zie

.,t;'! .

/(1 ZQ<P /6flF JoeV' I(JZPrP

...

/~ tri'F ]50 V Rt?",F ifJpr I()(J V- IOoY

/$"k.n.

llk.n.

~tP

".A-o

-12V -f. %.l1oY 0 ZO(P

&f'F

J{)~ 71

+61Y

8D lIS' g: !" ... N "#'

o

5 \Q 15 25 30

rop,** nr. 0281 biz. 13 VII

spanning vormt de ingangsspanning van het eigenlijke

8tabilisa~ie-schema.

..

''\

Door de basis van de transistor een spanning te geven die vrijwel rimpelloos is, wordt bereikt dat het uitgangssignaal ook bijna rimpel-10Q8 is. lmmers, de door de constante basisspanning veroorzaakte basi$stroom heeft een emitterstroom to gevolg, die praktisch onaf-hankelijk is van de collector-emitterspanning. De bromspanning die op

de collectorspanning staat, kamt nagenoeg niet in het ti'ig'angssignaal Yoor, dooruat de I - U karakteriestieken vrijwel recht lopeno

c ce

L-__

---I~

~---I4

1".

10

Het is wel in te zien dat de rimpel in de ~itgangsspanning groter wordt, naarmate de voeding meer stroom moet leveren. De I - U

c ce

karakteristieken gaan n.l. bij toenemende Ib (en dus toenemende Ie) minder horizontaal lopen.Daar deze voeding slechts 12mA behoeft te

leveren~ hebben we nog steeds met een zo goed als vlak lopende karak-teristiek te doen.

De schakeling met de zenerdiode.

Voor de goede werking van de schakeling is een bas is spanning vereist die weinig rimpel heeft. Dit is het gemakkelijkst te verwezenlijken met een weerstand en een zenerdiode.

a. Beschouwen we eerst het geval dat de zenerdiode niet belast is door de t'ransistor

[,,_ 1/

werkploatltechnlek technische hog.school

eindhoven

rapport nr. 0281

..

..

fig.

/£

f

U;z

..

~. ! Y biz. 14

0

-

lOr-rapport M. 0281 btL 15 van

M.b.v. fig. 12 is in te zien dat liU ..,

--

a lIU

-l-U a+c

,

v a ₁ a _=~ U ...

--

.

_{Uv . Uu . Uv .} urimp a+e r1mp -+ r1mp _~+~ r1mp -+ b b U ). Ur1mp rd . U . _Vr1mp

=

-De rimpel wordt dus kleiner naarmate we R groter maken. We mogen de weerstand R echter niet oneindig groot nemen. We zouden dan met het 1n-stelpunt,. buiten het werkgebied van de zenerdiode komen. \-le moeten dus voor de weerstand R een waarde kiezen, waarbij de zenerdiode nog blijft

"zeneren", ook wanneer de zenerdiode nog een basisstroom van ongeveer

15r- 012 IDA moet leveren.

20 ~.

25r-

50-Wanneer we R 20 kiezen dat I onbelast ongeveer 1.2

mA

bedraagt, zitten

z

we nog ruimschoots aan de veilige kant.

Van de'gebruikte zenerdiode ZD 68 was het volgende gegeven: rd < 80')1; bij 1z ::: 10 IDA -+ U

z "" 68 V. toleranties op deze waarden 10%

De zenerdiode voldoet I

=

1, 25. 1 0- 2U

z z

in het zenergebied aan de volgende betrekking:

+ 84. 1 0 - 2 (])

Verder moet steeds gelden I R + U

=

U (2)

z z v

U is normaal +100 V, maar omdat de transformator primair wordt gevoed

v

met een noodvoeding van 24 V i.p.v. met 22 V, heb ik moeten werken met een voedingsspanning van + t13 V t.o.v. aarde.

I

=

1,2 rnA was een goede rustinstelling. Volgens (I) :

z -. -3 ' - 2 - 2 .

-1,2.10

=

1,25.10 U + 84.10 -+ U

= -

b7,3 V .

z z

Uit (2) voIgt dan:

-3

-1,10 R - 67,3

= -

113 -+ R

=

38 k~.

Gekozen is de waarde 37 kIlo Deze weerstandswaarde is verkregen d.m.v. seriescnakeling van een yleerstand van 22 k\6 en een weer stand' van ] 5 klL

_..

Met behulp van twee eleo's van 80 ~F 1S een zenerspanning verkregen die zo goed als geen rimpelspanning heeft.

b. De zenerdiode belast met de transistor

Daar we hier te maken hebben met een emittervolger zal de bas is spanning slechts een paar tienden volts lager zijn dan de basisspanning. I is

c bij benadering gelijk aan 12 mA en uit de I - U karakteristieken was

c ce

af te leiden dat Ib ~ 0.28 mAo De zenerdiode is hierdoor als het ware belast'met een weerstand van 240 hi·

werkplaatltechnlek technlsche hogeschool

eindhoven

Or-1Q r-30 r-35 ~

...,

I -

501-rapport nr. 0281 biz. 16 Vllf·. biz.

-Uit daze drie

Nu gelden de volgende betrekkingen: I

=

1,25.10-2U + 84.10-2 z z 37.103(I z + Ib)

+

Uz

=

Uv 3 240. 10 Ib

=

vergeIijkingen voIgt: U z

r ..

1

mA

z Ib = U

=

z 0,28 mA 67,28 V (1) (3) (4) . } I = 1,28 mA

Uit deze waarden blijkt nog eens de stabiliserende werking van de zener-diode: bij een verandering van

r

blijkt de spanning over de

zener-z

diode praktisch niet te veranderen. Verder zien we dat I

=

(I

z + Ib) ongeveer constant blijft. De toename is slechts 1,28 - 1,2 ~ 80~A.

£9!1~£.!:~E~~~E~.!:~~~

De weerstand van 18001, ~n de collectorleiding van de transistor dient om de stroom bij het inschakelen te beperken. Deze kan n.l., doordat op

het moment van inschakelen de emitterspanning 0 is, vr~J groat zijn. De maximale stroom die nu kan optreden

is

~~~O~

60 mAo De collector

weer-stand kunnen we niet veel groter nemen dan 180016, omdat onder aHe om-standigheden de collectoremitterspanning groter moet blijven dan de

3 · -3

kniespanning. De collectorspanning is 113 - 1,8.10 .12.10 - 91,4

V

en de collector-emitterspanning bedraagt hier 91,4 - 66,8 • 24,6 V, aange-. nomen dat U

be z. 0,5 V. Qf~~fE!!.!:!~

De dissipatie ~n de weerstand van 22 kl/ bedraagt r2R = 1 ,28. 1 0 -6 • 22. 10 3 36 mW

"

\I

" "

"

"

15 kIt

_"

r2R .. _{1,28.10 .15.10} -6 3 24,6 mW

"

"

II It

"

" 1800\~

_"

r2R

=

( I 2 ).10. I , 8 2",

=

259.2

Hieruit blijkt dat voor de weerstanden 22 kIt en 15 kIt de uitvQering

1/8 Watt voldoende is. V~~r de collectorweerstand moet de uitvoering van 1/2 Watt genomen worden.

Voor de transistor geldt P

d~ss ,

=

12 x 23,4

=

280 mW. Volgens de gegevens van de BD 115 mag de warmte ontwikkeling maximaal 6 ~ bedragen. We

zit-...

=

mW

ten dus ruimschoots onder de grens, evenals met collector-emitterspanntng en de collectorstroom.

Aah de basis-emitter overgang wordt ook een kleine hoeveelheid warmte -6

ontwikkeld n.l. 0,5 x 280.10

=

140 ~Watt.

rapport nr.

0281 bIz. 17

-100

-

0

o

r

wClrmie- (Jniw. wan,de - wiiitlrmte: I>4'1tw;kJe~/'in!! I;';

/1') ontw/J::k _{de: zenerd/ooe .}

R. "'"

ttkJl .

_{R ==/~/rJz.} /,., _.

...- vermOfe'11 d.1r7.jI baSisnn,,,,,,, 9fi'/ell'f!'nI ~ -/ ~

---

"""f<>lnlng . ~

--~

-I/ti!'r n'lCJ<jen ge'~

.-cI/STlI;t!!!!J/!'r'd i:i:J;;;m -2 de 6<)5/:>- e'ntdter. OVf!'rgii>l01 In de tran~jstor. -3

-y

WClrI'YJ're-ontw. c~ector

..,

ver;nC9t!"¥} d<»r

c"IJt?dof"-In

d;'S'Ii

'?

~ he

scrOCPm ge leI/era' QOIn de

in de

R;c :z.toofl. . _{traI15,>t<Jr. 6eIC!flsiif)J'}

-6

-'1

.

I

~ r -If)

hg.

10/

_If

E'ner,ie

V6yc/p/in,f Jelu?/'"tf"oIe-

6;v

fIle-1t!:S

t

iil6///se'/lr de _-1'2

IIt1 4'tii",9 VO>I1

+i'"y.

_/'J

I

II5

-ropport nr. 0281

Voor de zenerdiode was gegeven P

d1S , max • 1 W. De warmte ontwikkeling is bier beduidend minder, n.l. U

2 x Iz

=

67 mW.

Fig. 14 toont in de I

z - U2 karakteristiek de energiebalans van,de

&e-stabiliseerde voeding. Het door de transformator geleverde vermogen aan deze voeding bedraagt ongeveer 113.13.10-3 - 1470 mW. Hiervan komt onge-veer 800 mW ten gO,eda aan de belasting.

10 f- Lineariteit van de stuure'enneid De lichtgevende diode

Een van de elementen die belangrijk zijn bij de pulsoverdracht is·de

15 - lichtgevende diode. Wanneer er hier bij benadering geen lineair verband

bestaat tussen aangelegde spanning op de diode en de uitgangsspanning van de hele stuureenheid, we'l een lineair verband ZDU bestaan.

» f - Verder kan het van belang zijn te weten bij welke aangelegde spanning de diodestroom begint te trekken, Daarom is de diode karakteristiek

op- 25- 301- 35f- SOl-genomen. Meetsch-ema: Gemeten waarden: Conclusie: /,uJIS -gftn,,.,,ft>r

1---.---1--..:....

naa,. k."iUill I va" de 1 k, • .,aiil!so:Y://losCDo/' ~2S- 0

tlf

~os

Is

CJJ$"

?7

I{to {<P

19"

$0

t!J

2ils-~o _3;;.15' 1:1 _~o"

*

I.~

kiM IiIIiII r lI'.o:In de

<

1c;jl"';;lllllso:u'illos~cu:'P

/'J'

16

Uit het verslag van Id

=

(U

d) blijkt dat er in een groot gebied n.l. vanaf Ud

=

1,6 V (of Id • 5 rnA) ongeveer een lineair verband bestaat

tussen 11.:1 "'Tl T.

TJ[mAj

i

50

'to

.to 10 I Rapport Dr. 0281 bIz. 19 't • _f

tiJ-

[v]

₃

.,

.,....

HI-35,...

40-rapport nr.

Lichtgevoelige diode, voorv,ersterker t eindversterker en eiljldtrae Ook de lineairiteit van dit gedeelte is onderzocht. Hierbij is er·van uitgeg~n dat de lichtgevoelige diode een karakteristiek had, die Qok vrij lineair is vanaf bepaalde waarden van stroom en spanning.

Gemeten waarden

Opgenomen is de uitgangsspanning

U

als functie van de stroom

I.

u~tg ~ng

door de lichtgevende diode. Hierbij is wederom gebruik gemaakt van een osc illoscoop.

!;n.[",Aj

14.,;f

[r]

<

lJ5"

0 S-

is-/0 '32 15' 6/ /(0

go

1:

_9,

ItP

/5' /.~2 30 150 3S- IO'()

Yo

2/0

..

YS-

23S So 2DO Conclusie

Ook hier blijkt over een groot gebied lineairiteit te bestaan, n.l.

vanai Id '" 5 mAo _...

.

rapport nr.0281 ~ , biz. 21

I~

I()O

So

Fig. /

j

UfI/I, ... .::

I

(II",)

,

"

Or-10 r- 15r- 20'- 25r-

SOl-rapport nr. 0281 _{biz. 22 YIR}

PULSVORMEN

Het is beiangrijk dat de puls van een blokgolf kwalitatief goed is. Fig. 20 en 21 tonen ons responsies op verschillende blokgolven. Hierbij moet worden opgemerkt dat er voer het uitgangssignaal dezelfde tijdas is gebruikt als veor het ingangssignaal, !wee gelijke tijdstippen

be-vinden zich loodrecht boven elkaar.

-Fig. 20 toont de responsie op een blokgolf met pulsperiode gelijk aan

biz.

10 mS en een pulsbreedte van 1 ms. We zien dat de voedingsspanning vrij aanzienlijk is gedaald wanneer de uitgang everstuurd wardt. Bij deze nog vrij ongunstige verhouding tussen pulsperiede en pulsbreedte was dit echter te verwachten.

Fi~. 21 en Fig. 22 vertoont het ingangssignaal uitslinger verschijnselen. Dit is echter voor het grootste deel het gevolg van niet geheel juiste afsluitweerstanden op het eind van enkele kabels bij de meting. Het uigangssignaal is weI waarheidsgetrouw weergegeven. Fig. 22 toont tens lotte de responsie op pulsen met een pulsbreedte van

l~s. 'Nu zijn ook de flanken beter te bestuderen. Begin en eind-flank zijn ongeveer even steil. Er blijkt nu een kleine tijdver-traging te bestaan, wat betreft ingangs- en uitgangssignaal. Deze looptijd bedraagt ongeveer 0,2 ~sec. de stijg- en daaltijden liggen ook in de orde van grootte van 0,2~st zodat voor de band-breedte van het gehel systeem ongeveer 17 MHz wordt fevonden.

(Berekend uit B.T

=

0,35). In het algmeen zijn pulsen bruikbaar d 1 ms en IlJs.

werkploat.technlek

een pulsbreedte hebben tussen

t-rUu,ot[vl

;)

1

-.too: fOe>

oL---~~~~~~~

__

~t~

If}

o

bJOkjol1

mel Pills pel"it>dtif

=

/en?

S en

pll/5breea'k .:::. 1""5 10", ~.fOOl"s

_

t

!it: I em ~ 20 OJ'S !" to..) CA '1

~

'g

'1 tt 1:$ '1 • o N 0: ...I

10

Fig . .II R eSj>onsie O,P f!'e" i>lClkyt(')l/ met f>"'/S perletl'.

= /

m S

en

?''/s breecfle ::; 10 I" S

- -... t

Ic".,~ 2? 5 cr _._A ,..

t

!'l ICI11~.f~

s

~

..

UUitg.

[If]

1

3170 t.oo JdO

~

, , /0 A

f

~

-:" A.. .,.:llJIIO.

J

---

_II

FiJ.

2%

!1esp(jl7sie

"f'

e'1f!11 blokgoll met

1'''/5

periode

py/s breeeltf!!

..,

:

_'d 0 '1 rt 1:1 '1

•

₀ N 00

...

I

f

_ t

~

J<:'IYI~t',2