Badanie generatora RC

Transkrypt

1 UKŁADY ELEKTRONICZNE Instrkcja do ćwiczeń laboratoryjnych Badanie generatora RC Laboratorim Układów Elektronicznych Poznań 2008

2 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie stdentów z bdową i zasadą pracy generatorów sygnał sinsoidalnego z mostkiem RC w kładzie Wiena. Zakres ćwiczenia obejmje badanie charakterystyki amplitdowej mostka RC oraz badanie warnków generacji sygnał. 2. Wprowadzenie Zasada pracy generatorów sygnał sinsoidalnego RC opiera się na wykorzystani właściwości dodatniego sprzężenia zwrotnego w kładzie wzmacniacza, przy czym w obwodzie sprzężenia zwrotnego znajdje się kład składający się z elementów biernych RC (rys.1) pracjących jako filtr. Rys.1 Schemat ogólny generatora RC Warnkiem generacji sygnał sinsoidalnego jest zapewnienie zerowego przesnięcia fazy w otwartej pętli sprzężenia tzn. smaryczne przesnięcie fazowe mostka RC i wzmacniacza msi wynosić 2πN, gdzie N = 0,1,2,... Drgi warnek wynikający z zasady zachowania energii w kładzie określa zależność pomiędzy modłem wzmocnienia wzmacniacza i modłem transmitancji tor sprzężenia zwrotnego. Warnek generacji dla stan stalonego pracy generatora w postaci zespolonej jest następjący: gdzie: k ( ω) - wzmocnienie wzmacniacza, ( ω) ( ω ) β ( ω) = 1 Przedstawiając równanie (1) w postaci wykładniczej: k k, (1) β - transmitancja mostka RC. jϕ ( ω ) jϕ ( ω ) πn ( ω) e ( ) β ω e 1 = e można wyodrębnić dwa warnki pracy generatora w postaci rzeczywistej: =, (2) - amplitdy: - fazy ( ω) β ( ω) = 1 k, (3) ( ω) ϕ ( ω) πn ϕ + 2 (4) 1 2 = gdzie: ϕ 1 (ω) - przesnięcie fazy sygnał dokonywanej przez wzmacniacz ϕ 2 (ω)- przesnięcie fazy sygnał dokonywanej przez mostek RC. Spełnienie powyższych warnków zapewnia ciągłą pracę generatora. 2 Układy elektroniczne instrkcja do ćwiczeń laboratoryjnych

3 Rys.2 Schemat ideowy mostka RC w kładzie Wiena Dla mostka RC w kładzie Wiena określa się tzw. częstotliwość psedorezonansową, przy której przesnięcie fazy sygnał sinsoidalnego dokonywanej przez mostek wynosi 0 natomiast modł transmitancji przyjmje wartość maksymalną. Częstotliwość psedorezonansową określa się wzorem: 1 f 0 = (5) 2πRC 3. Badanie charakterystyki amplitdowej mostka RC w kładzie Wiena 3.1 Zestaw pomiarowy Wirtalne elementy tworzące badany mostek RC, Wirtalny VCO sygnał sinsoidalnego, Wirtalny potencjometr, Wirtalne źródło zasilania DC, Wirtalne mltimetry cyfrowe, Wirtalny miernik częstotliwości, Wirtalny oscyloskop. 3.2 Przebieg ćwiczenia 1. Urchomić program MULTISIM i złożyć kład symlacyjny do badania charakterystyki mostka RC (rys.3) kierjąc się wskazówkami prowadzącego. 2. Uaktywnić obiekt VCO. W porozmieni z prowadzącym stalić parametry pracy VCO. Urchomić symlację. 3. Uaktywnić miernik częstotliwości XFC1 (człość miernika stawić na 10 mv), mltimetry XMM1 oraz XMM2 oraz oscyloskop XSC1 przy nastawach stalonych z prowadzącym. 4. Ustawić przyciskiem Shift A położenie swaka potencjometr w pozycji 0%. Naciskając przycisk A zmieniać skokowo położenie swaka potencjometr R 3 w całym zakresie jego rezystancji (skok co 1%), obserwować przebieg sygnał na oscyloskopie, na podstawie odczytów z poszczególnych mierników obliczyć modł transmitancji badanego mostka RC w fnkcji częstotliwości sygnał. 5. Wyznaczyć częstotliwość psedorezonansową mostka RC. Porównać otrzymany wynik z wynikiem teoretycznym (wz.56). 3 Układy elektroniczne instrkcja do ćwiczeń laboratoryjnych

4 Rys.3 Schemat kład symlacyjnego do badania charakterystyki amplitdowej mostka RC w kładzie Wiena 4. Badanie generatora RC z mostkiem w kładzie Wiena 4.1 Zestaw pomiarowy Wirtalne wzmacniacz operacyjny TL072ACD, Wirtalne elementy tworzące mostek RC, Wirtalny potencjometr, Wirtalne źródła zasilania DC oraz źródło szm termicznego, Wirtalne mltimetry, Wirtalny miernik częstotliwości, Wirtalny oscyloskop. 4.2 Przebieg ćwiczenia 1. Złożyć kład symlacyjny do badania generatora RC (rys.4) kierjąc się wskazówkami prowadzącego. 2. Uaktywnić miernik częstotliwości (człość miernika stawić na 10 mv), mltimetr oraz oscyloskop przy nastawach stalonych z prowadzącym. 3. Ustawić przyciskiem Shift A położenie swaka potencjometr w pozycji 0% - nie powinny pojawiać się oscylacje. Naciskając przycisk A zmieniać skokowo położenie swaka potencjometr R 5 i w konsekwencji zwiększając wzmocnienie kład (skok 0.5%), obserwować przebieg sygnał na oscyloskopie. 4. W momencie pojawienia się oscylacji zmierzyć generowaną częstotliwość oraz obliczyć wzmocnienie kład. Porównać generowaną częstotliwość ze z wyznaczoną częstotliwością psedorezonansową mostka RC oraz sprawdzić warnek amplitdy generatora. 5. Powtórzyć pomiar z p.2 dla dostatecznie dżej podstawy czas (stalić z prowadzącym), aby zyskać obraz przebieg czasowego stan niestalonego wzbdzenia się generatora. 4 Układy elektroniczne instrkcja do ćwiczeń laboratoryjnych

5 Rys.4 Schemat kład symlacyjnego do badania generatora RC z mostkiem w kładzie Wiena 5. Sprawozdanie W sprawozdani należy zamieścić: tabele wyników pomiarowych, wykresy mierzonych zależności, interpretacje zyskanych wyników i wnioski. Literatra M. Nadachowski, Z. Klka: Analogowe Układy Scalone, WKiŁ, W-wa, 1980 P. Horowitz, W. Hill: Sztka Elektroniki, tom 1, WKiŁ, W-wa, 1995 P. Górecki: Wzmacniacze operacyjne, WNT, 2002 U.Tietze, Ch.Schenk: Układy półprzewodnikowe, WNT Układy elektroniczne instrkcja do ćwiczeń laboratoryjnych