L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

Transkrypt

1 WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA W YDZIAŁ ELEKTRONIKI zima L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH Grupa:... Data wykonania ćwiczenia: Ćwiczenie prowadził: Imię: Data oddania sprawozdania: Podpis: Nazwisko: P R O T O K Ó Ł P O M I A R O W Y Temat: Układy odoperacyjne I. Schemat blokowy układu pomiarowego. Oscyloskop Generator sinusoidalny Wzmacniacz operacyjny Woltomierz Zasilacz II. Spis przyrządów. NAZWA PRZYRZĄDU TYP FIRMA

2 III. Tabele pomiarowe 1. Badanie wzmacniacza odwracającego 1.1. Pomiar charakterystyk częstotliwościowych Z generatora funkcyjnego na wejście układu podać sygnał sinusoidalny o częstotliwości f =100 Hz oraz wartości E g = 40 mv RMS, wyjście modelu WO do kanału 1 oscyloskopu, wejście do kanału 2. U we = 40mV G uo = -10 V/V f [khz] 0, Uwy [mv] Uwy 0 ϕ [ ] Uwy/Uwy 0 Uwy/Uwy 0 napięcie unormowane (stosunek nap. U wy do napięcie odczytanego dla f = 0,1 khz) U we = 40mV G uo = -100 V/V f [khz] 0, Uwy [V] Uwy 0 ϕ [ ] Uwy/Uwy Pomiar maksymalnej szybkości zmian napięcia wyjściowego SR (pomiar opcjonalny) Układ skonfigurowany jako wzmacniacz o G uo = -10 V/V przy wymuszeniu prostokątem dla Uwe = 1.4 V Vrms i f = 1 khz. Do pomiaru napięcia odpiąć przewód z 2. kanału oscyloskopu (sygnał wejściowy). Tab. 3.3 t n [μs ] U p-p [V] 1.3. Obserwacja wpływu skończonej wartości SR na zniekształcenia przebiegu wyjściowego (pomiar opcjonalny) sinus, Uwe = 800mV, f = 20 khz Pomiar prędkości narastania (opadania) sygnału wyjściowego (zniekształconego) czas nar. t n [μs ] wart. nap U p-p [V] 2

3 2. Badanie filtrów aktywnych 2.1. Obserwacja wpływu zmiany wsp. tłumienia na kształt ch-ki amplitudowej filtru dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego drugiego rzędu. Ustawić: Generator: [Recal] 1 -> [Enter], Osyloskop: [Setup] -> [Recal]. Długi przewód z kan. 2 oscyloskopu podpiąć do gniazda Ext. Triger, drugi jego koniec z wej. modelu przepiąć do gniazda generatora Sync. ww. ustawienia odpowiadają: Uwe = 500mV, funkcja SWEEP (1 Hz 10 khz) [khz] [khz] filtr dolnoprzepustowy filtr górnoprzepustowego Zanotować wartości elementów ze schematu na ścianie laboratorium do tabeli na następnej stronie! 2.2. Obserwacja kształtu ch-ki amplitudowej filtru pasmowoprzepustowego typu podwójne T dla dwóch wartości dobroci metodą oscyloskopową Uwe = 5mV, funkcja SWEEP (1 Hz 10 khz) filtr pasmowoprzepustowy 2.3. Pomiar częstotliwości granicznej i wartości współczynnika tłumienia dolnoprzepustowego filtru aktywnego drugiego rzędu: Uwe = 500mV, f = 100 Hz (Jeśli nie dokonano pomiaru, częstotliwości graniczne oszacować na podstawie wykresów z pkt. 2.1a) filtr przetłumiony (ξ > 1) filtr niedotłumiony (ξ < 1) U 0 [mv] U n [mv] f g [khz] U 0 [mv] U n [mv] f n [khz] U 0 U n U n =0,707 U o U 0 f g 3 f n

4 2.4. Pomiar częstotliwości granicznej i wartości współczynnika tłumienia górnoprzepustowego filtru aktywnego drugiego rzędu: Uwe = 500mV, f = 20 khz (Jeśli nie dokonano pomiaru, częstotliwości graniczne oszacować na podstawie wykresów z pkt. 2.1b, amplitudę odczytać w działkach). filtr przetłumiony (ξ > 1) filtr niedotłumiony (ξ < 1) U 0 [mv] U n [mv] f g [Hz] U 0 [mv] U n [mv] f n [Hz] 2.5. Pomiar częstotliwości granicznych i obliczenie wartości dobroci dla filtru pasmowoprzepustowego 0,707 U max U max 0,707 U max Q 1 U [V] f [Hz] f d f n f g U [V] 0,707 U max U max 0,707 U max Q 2 f [Hz] f d f n f g Q = f g fn f d W przypadku braku pomiarów dla tego pkt-u wykorzystać dane z odrysowanego oscylogramu w pkt Tabela wartości elementów badanych filtrów (zanotować ze schematu na ścianie lab.) Rodzaj filtru R 1 [kω] R 2 [kω] C 1 [nf] C 2 [nf] dolnoprzep. dla ξ > 1 (przetłumiony) dolnoprzep. dla ξ < 1 (niedotłumiony) górnoprzep. dla ξ > 1 (przetłumiony) górnoprzep. dla ξ < 1 (niedotłumiony) R 1 R 2 C 1 C 2 U we C 2 U wy U wy C U we R 1 R 2 1 filtr dolnoprzepustowy filtr górnoprzepustowy 4

5 3. Badanie układu całkującego i różniczkującego 3.1. Obserwacja charakterystyk czasowych układu całkującego przy wymuszeniu sygnałami o różnych kształtach. Ustawić: Generator: Wyłączyć Swp ([Shift] -> [Noise]), Osyloskop: [Display] -> [Vectors ON] oraz przewód z gniazda Ext. Triger oscyloskopu podpiąć do kan 1 (Wyj. modelu do kan. nr 2), drugi jego koniec z gniazda generatora Sync. przepiąć do wej. modelu. SKONFIGUROWAĆ : Uwe = 100 mv, f = 20 khz (wzmacniacz G u = -100 V/V z włączonym C 2 )+ [AutoScale] w oscyloskopie wymuszenie prostokątem wymuszenie sinusem Δφ =.[ ] wymuszenie trójkątem 3.2. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu sygnałami o różnych kształtach SKONFIGUROWAĆ : Uwe = 200 mv, f = 100 Hz (wzmacniacz G u = -10 V/V z włączonym C 1 ) + [AutoScale] w oscyloskopie wymuszenie prostokątem wymuszenie sinusem Δφ =...[ ] 5

6 wymuszenie trójkątem 3.3. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu sygnałem prostokątnym o różnych częstotliwościach. (pomiar opcjonalny) Uwe = 200 mv (G u = -10 V/V z włączonym C 1 ) Uwaga: P3 i P4 wyłączyć! wymuszenie prostokątem dla f = 100 Hz wymuszenie prostokątem dla f = 14 khz wymuszenie prostokątem dla f = 400 khz 6

7 WYTYCZNE DO OPRACOWANIA SPRAWOZDANIA Sprawozdanie powinno zawierać: - Protokół pomiarowy, podpisany przez prowadzącego ćwiczenia, - Wypełnione ręcznie tabele sprawozdania (str. 2-3), zgodnie z wykonanymi pomiarami i obliczeniami, - Ręcznie, samodzielnie napisane wnioski i spostrzeżenia uzasadniające otrzymane wyniki z kolejnych eksperymentów - krótka analiza badanych układów, spostrzeżenia nt.: - wzmacniacza napięciowego z wykorzystaniem WO o różnych wzmocnieniach - czy zachodzi wymiana wzmocnienia na pasmo, jaka jest rzeczywista wartość wzmocnienia napięciowego G uo wzmacniacza ua741 (otwartopętlowego - nie objętego pętlą USZ) wykorzystanego w ćwiczeniu (wykorzystając uzyskane wyniki częstotliwości granicznej f g dla odpowiedniej wartości wzmocnienia oraz faktu, że dla układu otwartopętlowego f g = 10Hz zasada wymiany wzmocnienia na pasmo) i z czego wynika taka różnica od podawanej wartości (2*10 5 ), dlaczego różnica faz wzmacniacza napięciowego przekracza wartość -270, choć układ scalony posiada jeden biegun dominujący, porównać rzeczywiste parametry robocze WO z katalogowymi, co jest powodem ograniczeń wartości SR; - amplifiltrów FDP, FGP i pasmowoprzepustowego - wpływ współczynnika tłumienia na kształt charakterystyk, opis zjawiska uzyskania krzywej rezonansowej bez wykorzystania elementów indukcyjnych z wykorzystaniem filtru pasmowo-zaporowego; porównać ze sobą i ustosunkować się do otrzymanych wartości częstotliwości granicznych filtrów, wartości współczynnika tłumienia oraz dobroci w wyniku pomiarów oraz obliczeń (w przypadku braku pomiarów w pkt 2.3 i 2.4, wartości częstotliwości granicznych i wsp. tłumienia odczytać z wykresów pkt 2.1 przyjmując za wartości napięcia na osi Y wartości działek oscyloskopu); - układów kształtujących (układu całkującego i różniczkującego) - uzasadnienie fizyczne otrzymanych odpowiedzi czasowych dla poszczególnych wymuszeń) ze szczególnym opisem zjawiska, dlaczego w wyniku całkowania prostokąta otrzymujemy trójkąt, a dlaczego w wyniku różniczkowania prostokąta otrzymujemy szpilki. - Wykresy ch-k amplitudowo-częstotliwościowych oraz fazowo-częstotliwościowych (jeden pod drugim na całym arkuszu, na górnym wzmocnienie unormowane dla obu wzmacniaczy a na dolnym fazę dla obu wzmocnień) wzmacniacza napięciowego na WO dla dwóch różnych wartości wzmocnień (na jednym wykresie górnym) (unormowanych z logarytmiczną skalą częstotliwości ale NIE log z f). Na wykresach zaznaczyć wartości częstotliwości granicznych odczytanych z charakterystyk częstotliwościowych (na poziomie 0,707) oraz charakterystyk fazowych (dla przesunięcia 45 ) odczytane wartości porównać ze sobą i skomentować we wnioskach. Ocenić, czy sprawdza się zasady wymiany wzmocnienia na pasmo. 7