L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

Transkrypt

1 WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA W YDZIAŁ ELEKTRONIKI zima 2010 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 U we = 40mV G uo = -10 V/V f [khz] 1 Uwy [mv] ϕ [ ] Uwy/Uwy 0 U we = 40mV G uo = -100 V/V f [khz] 0,1 Uwy [V] ϕ [ ] Uwy/Uwy Pomiar maksymalnej szybkości zmian napięcia wyjściowego - SR Dla wzmacniacza skonfigurowanego jako G uo = -10 V/V przy wymuszeniu prostokątem dla Uwe = 2 V Vrms i f = 20 khz Tab. 3.3 t n [μs ] U p-p [V] Pomiar przeprowadzić dla Uwe = 2V Vrms i f = 1.3. Obserwacja wpływu skończonej wartości SR na zniekształcenia przebiegu wyjściowego 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. Uwe = 500mV, funkcja SWEEP (1 Hz 10 khz) filtr dolnoprzepustowy filtr górnoprzepustowego Zanotować wartości elementów ze schematu na pudełku modelu laboratoryjnego 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 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 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 modelu) 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 U C 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. Uwe = 100 mv, f = 20 khz (G u = -100 V/V z włączonym C 2 ) wymuszenie prostokątem dla f = 20 khz wymuszenie sinusem dla f = 20 khz Δφ =.[ ] wymuszenie trójkątem dla f = 20 khz 3.2. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu sygnałami o różnych kształtach Uwe = 200 mv, f = 100 Hz (G u = -10 V/V z włączonym C 1 ) wymuszenie prostokątem wymuszenie sinusem Δφ =...[ ] 5

6 wymuszenie trójkątem 3.3. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu sygnałem prostokątnym o różnych częstotliwościach. 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 wykorzystanego w ćwiczeniu (otwartopętlowego - nie objętego pętlą USZ) 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 napiecia 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