PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Transkrypt

1 PRAOWNIA ELEKTRONIKI Temat ćwiczenia: UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO W BYDGOSZZY INSTYTUT TEHNIKI Imię i Nazwisko BADANIE GENERATORA OLPITTSA 4. Data wykonania Data oddania Ocena Kierunek Rok studiów Grupa

2 BADANIE GENERATORA OLPITTSA 2. Przyrządy : Badany układ ; Zasilacz ; Oscyloskop dwukanałowy ; Dwa przewody z wtyczkami bananowymi ; Dwa kable koncentryczne ze złączami BN i wtyczkami bananowymi. 2. el ćwiczenia elem ćwiczenia jest poznanie zasady powstawania drgań sinusoidalnych oraz budowy i zasady działania generatora olpittsa. Ćwiczenie umożliwia poznanie pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego, metody regulacji wzmocnienia wzmacniacza oraz metody przestrajania obwodu za pomocą rdzenia ferrytowego. 3. Uwagi ogólne na temat budowy generatorów Poniższy rysunek przedstawia ogólny schemat układu ze sprzężeniem zwrotnym. Blok k reprezentuje wzmacniacz, blok β układ sprzężenia zwrotnego, blok + układ sumujący. Przekształcając równanie na U WY otrzymujemy : U WY = ku WE + kβu WY U WY ( - kβ) = ku WE k = U WY = UWE k - βk Jest to wzór na sprzężenie zwrotne zarówno ujemne gdy βk < 0 jak i dodatnie gdy βk > 0. Ujemne sprzężenie zwrotne zmniejsza wzmocnienie układu, dodatnie sprzężenie zwrotne zwiększa wzmocnienie układu. Jeżeli spełniony jest warunek to układ staje się generatorem. Jeżeli warunek generacji spełniony jest dla jednej tylko częstotliwości βk > to układ generuje drgania sinusoidane.

3 4. Opis układu 3 Do budowy generatora wykorzystany jest wzmacniacz selektywny z obwodem rezonansowym L i tranzystorem pracującym w układzie ze wspólną bazą (WB) baza jest zwarta dla sygnału zmiennego z masą za pomocą kondensatora 47 nf. Sygnał wejściowy doprowadzany jest do emitera a sygnał wyjściowy odbierany z kolektora. Współczynnik wzmocnienia napięciowego tego wzmacniacza dla częstotliwości rezonansowej (około 200 khz) wynosi około 00 Sygnał sprzężenia zwrotnego jest pobierany z obwodu rezonansowego za pomocą pojemnościowego dzielnika napięcia utworzonego z kondensatorów i 2. Sygnałem wejściowym na tym dzielniku jest napięcie panujące na całym obwodzie rezonansowym (na kolektorze) a sygnałem wyjściowym jest ta część napięcia, która występuje na kondensatorze. Współczynnik przenoszenia napięciowego tego dzielnika, czyli poszukiwany współczynnik sprzężenia zwrotnego β wyraża się wzorem β =. W rozważanym przypadku + << 2 wobec czego 2 V V. β. Przy takiej wartości współczynnika sprzężenia zwrotnego spełnienie warunku generacji kβ > wymaga wzmocnienia k > 50 V V. Wzmocnienie wzmacniacza jest regulowane za pomocą potencjometru 0 k, poprzez wybór punktu pracy na charakterystyce wejściowej tranzystora. Jeżeli ślizgacz potencjometru znajduje się na dole to napięcie na bazie wynosi zero. Skutkiem tego tranzystor jest zatkany i wzmocnienie wzmacniacza wynosi zero. Przesuwanie ślizgacza do góry podnosi napięcie na bazie. Tranzystor jest odtykany coraz bardziej i wzmocnienie rośnie. Dla celów dydaktycznych w układzie zastosowano klucz K. W warunkach normalnej pracy generatora klucz ten jest zamknięty. Kondensator 680 nf służy do blokowania zasilacza. Stanowi on lokalne źródło zasilania, z którego czerpana jest składowa zmienna prądu zasilania. Kondensator jest doładowywany z zasilacza za pomocą przewodów, których długość nie ma znaczenia. 2

4 5. Pomiary Obejrzeć uważnie układ, zidentyfikować elementy składowe i połączenia pomiędzy nimi. Szczególną uwagę zwrócić na obwód rezonansowy. 6. Badanie układu regulacji wzmocnienia wzmacniacza Otworzyć klucz K. Włączyć zasilacz. Nastawić napięcie 5 V. Doprowadzić to napięcie do zacisków zasilania wzmacniacza. Przewód z czarnymi wtyczkami bananowymi użyć do połączenia ujemnego bieguna zasilania z gniazdkiem masy a przewód z czerwonymi wtyczkami do połączenia dodatniego bieguna zasilania z gniazdkiem + 5V. Włączyć oscyloskop. Uruchomić kanał A. Nastawić przełącznik w pozycji D, czułość V/DIV, zero na dole ekranu. Wejście A oscyloskopu połączyć z bazą tranzystora (punkt B). Kręcić gałką potencjometru i obserwować na ekranie towarzyszące temu zmiany napięcia. Przy potencjometrze skręconym w lewo do oporu (na schemacie suwak na dole) napięcie na bazie winno wynosić zero. Obrócenie gałki potencjometru w prawo do oporu (na schemacie suwak na górze) winno podnieść napięcie w sposób płynny do około 5V. Przenieść obserwację na emiter (punkt E) i kręcić potencjometrem. Maksymalna wartość napięcia na emiterze winna być niższa od obserwowanej na bazie o około 0,6V. Na kanale A powrócić do obserwacji napięcia na bazie (punkt B).Uruchomić kanał B, nastawić przełącznik w pozycji D, czułość V/DIV, zero na dole ekranu. Wejście kanału B oscyloskopu połączyć z emiterem (punkt E). Kręcić gałką potencjometru i obserwować zmiany napięć na bazie i emiterze. Zwrócić uwagę na to, że dopóty napięcie na bazie jest mniejsze niż około 0,5V to na emiterze napięcie wynosi zero, z czego wnioskujemy, że w obwodzie emitera prąd nie płynie. Przy dalszym podnoszeniu napięcia na bazie pojawia się napięcie również na emiterze z czego wnioskujemy, że w obwodzie emitera płynie coraz większy prąd. Różnica napięć pomiędzy bazą i emiterem zmienia się nieznacznie i dochodzi do około 0,7V. Te nieznaczne zmiany napięcia pomiędzy bazą i emiterem zmieniają punkt pracy tranzystora i wpływają silnie na wzmocnienie wzmacniacza. 7. Obserwacja generowanego sygnału Wyłączyć kanał B oscyloskopu. W kanale A przełączyć czułość na 5V/DIV i przenieść obserwację na kolektor (punkt ). Na kolektorze powinno się obserwować napięcie równe napięciu zasilania + 5V. Sprawdzić, że napięcie na kolektorze nie zależy od położenia potencjometru, czyli od tego, czy w obwodzie kolektora prąd płynie czy nie. Prąd kolektora płynie przez cewkę L, ale dopóki jest to prąd stały, nie wywołuje na niej spadku napięcia. Zamknąć klucz K. Obracać gałką potencjometru i obserwować towarzyszące temu zmiany. Przekręcenie potencjometru w prawo do pewnego krytycznego położenia powoduje powstanie drgań sinusoidalnych o małej amplitudzie. Dalsze kręcenie w prawo powoduje wzrost amplitudy drgań do około 20 Vss. Przy bardzo dużej amplitudzie drgania ulegają zniekształceniu. Otrzymanie stabilnego obrazu na ekranie wymaga odpowiedniego wyzwalania generatora podstawy czasu przełącznik w pozycji INT, pokrętło LEVEL i przełącznik TIME/DIV. 4

5 8. Wyznaczanie współczynnika sprzężenia zwrotnego 5 W kanale A ustawić: przełącznik w pozycji A, czułość V/DIV, zero na środku ekranu. Ustawić tak położenie potencjometru regulacji wzmocnienia w generatorze by sygnał na kolektorze U wynosił 8 Vss. Uruchomić kanał B. Ustawić przełącznik w pozycji A, czułość 50 mv/div, zero na środku ekranu. Kanał B wykorzystać do obserwacji sygnału sprzężenia zwrotnego na emiterze (punkt E). Zmierzyć wielkość sygnału na emiterze U E i wyliczyć współczynnik sprzężenia zwrotnego β ze wzoru : U β = U E Sporządzić oscylogram obserwowanych sygnałów. Na oscylogramie skalę czasową i napięciową. 9. Wyznaczanie częstotliwości drgań cewka bez rdzenia Wyłączyć kanał B. Wykręcić rdzeń ferrytowy z cewki i obejrzeć go. Rdzeń jest wykonany w kształcie walca i jest zamocowany w niemagnetycznej plastikowej oprawie. Zmierzyć okres T generowanych drgań (około 4µs). Znając okres, wyliczyć częstotliwość f ze wzoru : f [Hz] = T [s] Wyznaczanie częstotliwości drgań cewka z rdzeniem Wkręcić rdzeń do cewki i obserwować towarzyszące temu wydłużenie się okresu drgań aż do momentu, gdy okres jest najdłuższy rdzeń znajduje się w samym środku cewki i indukcyjność cewki L jest największa. Dalsze wkręcanie rdzenia powoduje przesunięcie go na drugą stronę cewki i spadek indukcyjności. Zmierzyć czas trwania najdłuższego okresu (około 6µs) i wyliczyć odpowiadającą mu częstotliwość 0. Wyznaczanie indukcyjności cewki z rdzeniem i bez rdzenia zęstotliwość generowanych drgań wyznacza obwód rezonansowy L według wzoru : f = 2π L Pojemność występująca w tym wzorze jest wypadkową pojemnością kondensatorów i 2 połączonych szeregowo. Pojemności te związane są zależnością : = + 2 Ponieważ w generatorze << 2 można przyjąć że, i dalej że f = 2π L. Z tego wzoru, znając częstotliwość f (z pomiaru) i pojemność (ze schematu) wyznaczyć indukcyjność L bez rdzenia i z rdzeniem w środku cewki.

6 L = (2π f) 2 6. Opracowanie. Opracowanie powinno zawierać : 2. Schemat generatora ; 3. Opis budowy ze szczególnym uwzględnieniem sposobu realizacji pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego ; 4. Wyniki obserwacji i obliczeń ; 5. Oscylogram.