Laboration 5 och 6. Labbrapport. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

(1)

Laboration 5 och 6

Labbrapport

(2)

Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Labbrapport

• En labbrapport på labb 5 och 6

• Skrivs i par

• Bägge personerna lika ansvariga för innehållet.

(3)

Disposition

• Inledning: Försöket avser…

• Metod I: Försöksutrustning

• Metod II: Utförande

• Resultat

• Sammanfattning: Tolkning och kommentarer

(4)

Citeringar

• Till all text och bilder som man inte gjort själv skall källa anges.

• Om källa saknas så är det otillåten kopiering.

(5)

Försättsblad

• Kurs

• Labb

• Datum

• Namn

• Email

• Labbhandledare

(6)

Viktigt!

• Digitala instrument är inte noggrannare per automatik bara för att de ger siffror som svar!

0.5 % 0.1 % 0.025 % 0.0015 %

(7)

Exempel

• 2.51 V + 1.14 V = 3.63 V

• 0.5% noggrannhet

• 2.51(+/-0.01255)+1.14(+/-0.0057)=

=3.63(+/-0.01815)

• 3.63(+/-0.02) V

• 3.6 V (+/- 0.5 underförstått)

(8)

Strömförsörjning

Switchade nätaggregat, Batterier

(9)

Likriktare

• Helvågs-likriktare:

+

- -

R

(10)

Strömförsörjning

• För att bli av med ”brummet” så kan man filtrera

bort ”brum”-frekvensen:

(11)

• DC-DC omvandling:

• Spänningsdelning ger den önskade utspänningen

• R _L belastar utgången så att utspänningen sjunker

• Zener-dioden håller utspänningen stabil oavsett belastning

Linjär spänningsregulator

+ -

R _L R _L R ₁

R _L R ₁

R ₂

V _S V _ut V _ut

V _ut = V _S V _ut = _R ^R

²

1

+R

₂

¢ V ^S V _ut = _R ^R

²

^jjR

^L

1

+(R2 jjR

^L

) ¢ V ^S

V _ut = V _Z

(12)

Linjär spänningsregulator

• Vid höga belastningsströmmar så ändras utspänningen

även med en zener-diod:

(13)

Linjär spänningsregulator

• Transistor-regulator:

+ -

R _L R _L R ₁

V _S R ₁ V _ut R _L

V _ut = V _Z + V _BE

V _Z

V

_BE

(14)

Linjär spänningsregulator

• Finns som IC-krets för positiva 78XX, och negativa 79XX spänningar 3, 5, 6, 9, 12 och 15 Volt och fungerar för

belastningsströmmar upp till 1.5 A.

• Det finns även varianter där utspänningen kan ställas in steglöst.

• Enda kravet är att inspänningen är högre än utspänningen.

(15)

Switchad spänningsregulator

• Linjär spänningsregulator:

– Fördel:

• Enkel konstruktion – Nackdel:

• Spänningsskillnaden omvandlas till värme

• effektivitet på 40-60 %

• Skrymmande pga. nödvändig kylning

• Utspänningen måste vara lägre än inspänningen

• Swtchad spänningsregulator – Fördel:

• Effektivitet på 75-98 %

• Mindre i storlek

• Utspänningen kan vara högre än inspänningen – Nackdel:

• Avger högfrekvent brus och störning på matningsspänningen

V

in

¡ V

^ut

(16)

Switchad spänningsregulator

• Lagra energin från inspänningskällan, och mata ut den med en annan spänningsnivå på utgången

– Lagring av energi sker antingen i ett magnetfält (Spole) eller i ett elektriskt fält (Kondensator)

+ - R _L

V _S

t = 0

V _ut

+ -

- +

V _L

(17)

(18)

(19)

(20)

Batterier

• Allt handlar om vikt, volym och energi.

– Man vill ha något litet som inte väger någonting och har

oändlig mängd lagrad energi !!!

(21)

Batterier

• Uppladdningsbara batterier

• Engångsbatterier

(22)

Engångsbatteri

(23)

Inre resistans

Batterimodell Induktans i kolstaven

Läck-ström

mellan polerna

(24)

Vid stort strömuttag

• Vid stort strömuttag bildas

vätgas vid pluspolen och

då gastrycket ökar så

exploderar batteriet !!

(25)

Engångsbatterier

Spänning Energitäthet

• Brunsten 1.5 V 0.13 MJ/kg

• Alkaliska 1.5 V 0.5 MJ/kg

• Kvicksilver 1.35 V

• Lithium 1.5 V, 3 V 0.9 MJ/kg

• Silveroxid 1.55 V 0.5 MJ/kg

• Zink-luft 1.35-1.65 V 1.6 MJ/kg

(26)

Urladdningskurvor, brunsten

www.powerstream.com/

(27)

Uppladdningsbara batterier

• Blybatterier (t.ex., bilbatterier)

• NickeCadmium (NiCd) (vanliga uppladdningsbara batterier) – Kadmium är en giftigt tungmetall

• Nickel-Metallhydrid (NiMih) (vanliga uppladdningsbara batterier) – Mer miljövänlig än NiCd

• Lithium-Jon (Li-ion) (mobiltelefon, klockor)

– Snabb upp-/urladdning kan få batteriet att explodera

• Lithium-jon polymer (Li-ion pol.) (mobiltelefon)

– Billigare och mer formbar.

(28)

NiCd NiMH Bly- Syra

Li-ion Li-ion pol.

Spänning 1,25V 1,25V 2V 3,6V 3,6V

MJ/kg 0,14 1,2 2,1 3,6 3,6

Last- ström

20c 5c 5c >2c 0,5c

Operating temp.

-40 +60

-20 +60

0 +65

Kostnad $50 $60 $25 $100 $100

(29)

NiCd NiMH Bly- Syra

Li-ion Li-ion pol.

Förlust (mW)

100- 200

200- 300

<100 150- 250

200- 300 Cykler 1500 300-

500 200—

300 500- 1000

300- 500 Uppladd

ningstid

1h 2-4h 8-16h 2-4h 2-3h Självur-

laddning

20% 30% 5% 10% 10%

Kostnad $50 $60 $25 $100 $100

Per $0,04 $0,12 $0,10 $0,14 $0,29

(30)

(31)

Energidensitet

MJ/L MJ/kg

Blybatteri 0,14 0,36

Li-ion 0,7 0,9

Dynamit (TNT) 4,6 6,9

Nitroglycerin 6,4 10,2

(32)

Pacemaker

• Drift 10 år.

• Mycket låg strömförbrukning

(33)

(34)

Första pacemakern

• 1958

• Uppladdningsbara

batterier

(35)

Radioaktivt batteri

(36)

Pacemakerbatteri

• Håller i 10 år!

• Mycket låg självurladdning

• Lithium-Jod

• V=2.2V

• I=20 mikroampere

• Rth=500-10000 Ohm

(37)

Superkondensatorer

Device Volumetric energy density [Wh/L]

power

density [W/kg]

number of charge/discharge [cycles]

Discharge time [s]

batteries 50-250 150 1 - 10 ³ > 1000

kondensator 0.05 - 5 10 ⁵ - 10 ⁸ 10 ⁵ - 10 ⁶ <1

Laboration 5 och 6. Labbrapport. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Laboration 5 och 6

Labbrapport

Labbrapport

• En labbrapport på labb 5 och 6

• Skrivs i par

• Bägge personerna lika ansvariga för innehållet.

Disposition

• Inledning: Försöket avser…

• Metod I: Försöksutrustning

• Metod II: Utförande

• Resultat

• Sammanfattning: Tolkning och kommentarer

Citeringar

• Till all text och bilder som man inte gjort själv skall källa anges.

• Om källa saknas så är det otillåten kopiering.

Försättsblad

• Kurs

• Labb

• Datum

• Namn

• Email

• Labbhandledare

Viktigt!

• Digitala instrument är inte noggrannare per automatik bara för att de ger siffror som svar!

0.5 % 0.1 % 0.025 % 0.0015 %

Exempel

• 2.51 V + 1.14 V = 3.63 V

• 0.5% noggrannhet

• 2.51(+/-0.01255)+1.14(+/-0.0057)=

=3.63(+/-0.01815)

• 3.63(+/-0.02) V

• 3.6 V (+/- 0.5 underförstått)

Strömförsörjning

Switchade nätaggregat, Batterier

Likriktare

• Helvågs-likriktare:

+

- -

R

Strömförsörjning

• För att bli av med ”brummet” så kan man filtrera

bort ”brum”-frekvensen:

• DC-DC omvandling:

• Spänningsdelning ger den önskade utspänningen

• R L belastar utgången så att utspänningen sjunker

• Zener-dioden håller utspänningen stabil oavsett belastning

Linjär spänningsregulator

+ -

R L R L R 1

R L R 1

R 2

V S V ut V ut

V ut = V S V ut = R R

+R

¢ V S V ut = R R

jjR

+(R2 jjR

) ¢ V S

V ut = V Z

Linjär spänningsregulator

• Vid höga belastningsströmmar så ändras utspänningen

även med en zener-diod:

Linjär spänningsregulator

• Transistor-regulator:

+ -

R L R L R 1

V S R 1 V ut R L

V ut = V Z + V BE

V Z

V

Linjär spänningsregulator

• Finns som IC-krets för positiva 78XX, och negativa 79XX spänningar 3, 5, 6, 9, 12 och 15 Volt och fungerar för

belastningsströmmar upp till 1.5 A.

• Det finns även varianter där utspänningen kan ställas in steglöst.

• Enda kravet är att inspänningen är högre än utspänningen.

Switchad spänningsregulator

• Linjär spänningsregulator:

– Fördel:

• Enkel konstruktion – Nackdel:

• R _L belastar utgången så att utspänningen sjunker

R _L R _L R ₁

R _L R ₁

R ₂

V _S V _ut V _ut

V _ut = V _S V _ut = _R ^R

¢ V ^S V _ut = _R ^R

^jjR

) ¢ V ^S

V _ut = V _Z

R _L R _L R ₁

V _S R ₁ V _ut R _L

V _ut = V _Z + V _BE

V _Z

+ - R _L

V _S

V _ut

V _L