LABORATORIUM Z PODSTAWOWYCH UKŁADÓW ELEKTRYCZNYCH

LABORATORIUM Z PODSTAWOWYCH UKŁADÓW ELEKTRYCZNYCH KL-210 ROZDZIAŁ 12 ZASTOSOWANIA WZMACNIACZA OPERACYJNEGO ROZDZIAŁ 13 KOMPARATORY I OSCYLATORY ZE WZMACNIACZEM OPERACYJNYM MODUŁY: KL-22001 KL-25008 KL-25009

Spis tre ci Rozdzia 12 Zastosowania wzmacniacza operacyjnego wiczenie 12-1 Filtr górnoprzepustowy aktywny.. 3 wiczenie 12-2 Filtr dolnoprzepustowy aktywny.. 7 wiczenie 12-3 Filtr pasmowy aktywny.. 11 wiczenie 12-4 Uk ad regulacji barwy d wi ku 16 Rozdzia 13 Komparatory i oscylatory ze wzmacniaczem operacyjnym wiczenie 13-1 Komparatory 21 A. Komparator zera 24 B. Komparator z polaryzacj wst pn 25 wiczenie 13-2 Przerzutnik Schmitta 28 wiczenie 13-3 Komparator okienkowy 32 wiczenie 13-4 Przerzutnik monostabilny 36 wiczenie 13-5 Przerzutnik astabilny (multiwibrator). 40 A. Generator sygna u prostok tnego 42 B. Generator impulsowy 43 wiczenie 13-6 Oscylator sygna u sinusoidalnego. 46 A. Oscylator z przesuwnikiem fazowym RC 49 B. Oscylator z mostkiem Wiena. 50 2

Rozdzia 12 Zastosowania wzmacniacza operacyjnego wiczenie 12-1 Filtr górnoprzepustowy aktywny PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania filtru górnoprzepustowego aktywnego. 2. Wyznaczenie charakterystyki przenoszenia filtru górnoprzepustowego aktywnego. DYSKUSJA Uk ad filtru górnoprzepustowego aktywnego przedstawiono na rys. 12-1-1, w którym napi cie wyj ciowe Vo jest pobierane z dwóch wyprowadze rezystora R, i Rys. 12-1-1 Filtr górnoprzepustowy aktywny Z równania 12-1-1 wynika, e im mniejsza warto reaktancji Xc, tym wi ksze napi cie wyj ciowe Vo. Ze wzgl du na to, e reaktancja Xc = 1/(2 f C) oraz, e im wi ksza jest cz stotliwo f, tym mniejsza jest reaktancja Xc; to w górnym zakresie cz stotliwo ci mo na uzyska wi ksze napi cie wyj ciowe. Na rys. 12-1-2(a) przedstawiono uk ad filtru górnoprzepustowego aktywnego sk adaj cego si z górnoprzepustowego obwodu pasywnego oraz wzmacniacza operacyjnego. Charakterystyk przenoszenia tego filtru przedstawiono na rys. 12-1-2(b). 3

(a) Filtr górnoprzepustowy (b) Charakterystyka przenoszenia Rys. 12-1-2 Filtr górnoprzepustowy aktywny Jak przedstawiono na rys. 12-1-2(a), wtórnik napi ciowy o wzmocnieniu Av =1 zbudowany ze wzmacniaczem operacyjnym i rezystorem R3 zapewnia obci enie o du ej impedancji dla obwodu filtru górnoprzepustowego. Obwody zbudowane z elementów CR2 i CR1 tworz dwa stopnie uk adu filtru górnoprzepustowego. Cz stotliwo odci cia nazywan te doln cz stotliwo ci spadku 3-decybelowego f L filtru górnoprzepustowego mo na obliczy z poni szych wzorów: NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25008 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (3) 3. Oscyloskop PROCEDURA 1. Ustawi modu KL-25008 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok a. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 12-1-3 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 12-1-4. Do modu u KL-25008 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 4

2. Do wyprowadze wej ciowych IN2 (Vi) doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL-22001 sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 5 Vp-p. Do czy wej cie oscyloskopu do wyprowadze wyj ciowych OUT1 (TP4). 3. Ustawiaj c kolejno cz stotliwo ci z zakresu od 10 Hz do 15 khz podane w tablicy 12-1-1, zmierzy i zapisa w tablicy 12-1-1 napi cia wyj ciowe Vo odpowiadaj ce ustawianym cz stotliwo ciom. 4. Obliczy wzmocnienie napi ciowe ze wzoru Av = Vo/Vi i wype ni tablic 12-1-1. 5. Wykre li na rys. 12-1-5 charakterystyk przenoszenia filtru górnoprzepustowego aktywnego i zaznaczy na niej doln cz stotliwo 3-decybelowego spadku f L. Rys. 12-1-3 Filtr górnoprzepustowy aktywny 5

Rys. 12-1-4 Schemat monta owy (modu KL-25008 blok a) Rys. 12-1-5 PODSUMOWANIE Filtr górnoprzepustowy mo e przepuszcza tylko te sygna y, których cz stotliwo jest wi ksza od dolnej cz stotliwo ci 3-decybelowego spadku tego filtru. 6

wiczenie 12-2 Filtr dolnoprzepustowy aktywny PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania filtru dolnoprzepustowego aktywnego. 2. Wyznaczenie charakterystyki przenoszenia filtru dolnoprzepustowego aktywnego. DYSKUSJA Uk ad filtru dolnoprzepustowego aktywnego przedstawiono na rys. 12-2-1, w którym napi cie wyj ciowe Vo jest pobierane z dwóch wyprowadze kondensatora C, i Rys. 12-2-1 Filtr dolnoprzepustowy aktywny Z równania 12-2-1 mo na wywnioskowa, e im wi ksza reaktancja Xc, tym wi ksze napi cie wyj ciowe Vo. Poniewa reaktancja Xc = 1(2 f C), zatem im mniejsza cz stotliwo, tym wi ksza reaktancja Xc i tym wi ksze napi cie wyj ciowe w dolnym zakresie cz stotliwo ci. Na rys. 12-2-2(a) przedstawiono filtr dolnoprzepustowy aktywny zawieraj cy wzmacniacz operacyjny, a na rys. 12-2-2b charakterystyk przenoszenia uk adu filtru dolnoprzepustowego. 7

(a) Filtr dolnoprzepustowy (b) Charakterystyka przenoszenia Rys. 12-2-2 Filtr dolnoprzepustowy aktywny Cz stotliwo odci cia nazywan te górn cz stotliwo ci spadku 3-decybelowego f H mo na obliczy ze wzoru: f H = 1(2 R C1). Jak przedstawiono na rys. 12-2-2(a), wtórnik napi ciowy o wzmocnieniu Av =1 zbudowany ze wzmacniaczem operacyjnym i rezystorem R1 zapewnia obci enie o du ej impedancji dla obwodu filtru dolnoprzepustowego. Obwody RC2 i RC1 tworz uk adu filtr dolnoprzepustowy drugiego rz du. NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25008 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (3) 3. Oscyloskop PROCEDURA 1. Ustawi modu KL-25008 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok a. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 12-2-3 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 12-2-4. Do modu u KL-25008 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 2. Do wyprowadze wej ciowych IN3 (Vi) doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL-22001 sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 5 Vp-p. Do czy wej cie oscyloskopu do wyprowadze wyj ciowych OUT1 (TP4). 8

3. Ustawiaj c kolejno cz stotliwo ci z zakresu od 10 Hz do 15 khz podane w tablicy 12-2-1, zmierzy i zapisa w tablicy 12-2-1 napi cia wyj ciowe Vo odpowiadaj ce ustawianym cz stotliwo ciom. 4. Obliczy wzmocnienie napi ciowe ze wzoru Av = Vo/Vi i wype ni tablic 12-2-1. 5. Wykre li na rys. 12-2-5 charakterystyk przenoszenia filtru dolnoprzepustowego aktywnego i zaznaczy na niej górn cz stotliwo 3-decybelowego spadku f H. Rys. 12-2-3 Filtr dolnoprzepustowy aktywny 9

Rys. 12-2-4 Schemat monta owy (modu KL-25008 blok a) Rys. 12-2-5 PODSUMOWANIE Filtr dolnoprzepustowy mo e przepuszcza tylko te sygna y, których cz stotliwo jest mniejsza od górnej cz stotliwo ci 3-decybelowego spadku tego filtru. 10

wiczenie 12-3 Filtr pasmowy aktywny PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania filtru pasmowego aktywnego. 2. Wyznaczenie charakterystyki przenoszenia filtru pasmowego aktywnego. DYSKUSJA Jak przedstawiono na rys. 12-3-1, sygna y wej ciowe o ma ych i du ych cz stotliwo ciach s po przej ciu przez uk ad górnoprzepustowy i odpowiednio przez uk ad dolnoprzepustowy t umione, podczas, gdy jedynie sygna, którego cz stotliwo mie ci si w zakresie cz stotliwo ci rednich (wyspecyfikowanym jako zakres przepuszczania filtru) pozostanie niest umiony i pojawia si na wyj ciu filtru. Rys. 12-3-1 Schemat blokowy filtru pasmowego Na rys. 12-3-2 przedstawiono praktyczny uk ad filtru pasmowego ( rodkowoprzepustowego) aktywnego skonstruowanego przy u yciu wzmacniaczy operacyjnych i odpowiednich zewn trznych elementów biernych. Rys. 12-3-2 Filtr pasmowy aktywny 11

Zgodzie z rysunkiem 12-3-2 Av1 = Zf1/Z1 i Av2 = -Zf2/Z2. Na rys. 12-3-3 przedstawiono obwody RC tworz ce impedancje Z1 i Z2. Rys. 12-3-3 Obwody tworz ce impedancje Z1 i Z2 Oczywi cie impedancja Z1 jest obwodem górnoprzepustowym, a impedancja Z2 - obwodem dolnoprzepustowym. Na rys. 12-3-4 przedstawiono schemat blokowy i charakterystyk przenoszenia filtru pasmowego zaporowego, zbudowanego przez po czenie równoleg e filtru dolnoprzepustowego z filtrem górnoprzepustowym, a nast pnie przez do czenie do wyj cia tej konstrukcji wzmacniacza szerokopasmowego. Filtr taki przepuszcza sygna y o cz stotliwo ciach mniejszych od cz stotliwo ci dolnej 3-decybelowego spadku i sygna y o cz stotliwo ciach wi kszych od cz stotliwo ci górnej 3-decybelowego spadku. 12-3-4 Filtr pasmowy-zaporowy 12

NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25008 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (3) 3. Oscyloskop PROCEDURA 1. Ustawi modu KL-25008 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok a. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 12-2-5 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 12-3-6. Do modu u KL-25008 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. Do czy napi cie +12 V do wyprowadzenia V+. 2. Do wyprowadze wej ciowych IN1 (Vi) doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL-22001 sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 2 Vp-p. 3. Ustawiaj c kolejno cz stotliwo ci z zakresu od 10 Hz do 15 khz podane w tablicy 12-3-1, zmierzy za pomoc oscyloskopu i zapisa w tablicy 12-3-1 napi cia Vo1 na wyj ciu OUT1 (TP4) i napi cia Vo2 na wyj ciu OUT2 (TP5) odpowiadaj ce ustawianym cz stotliwo ciom. 4. Obliczy wzmocnienie napi ciowe ze wzoru Av = Vo2/Vi i wype ni tablic 12-3-1. 5. Wykre li na rys. 12-3-7 charakterystyk przenoszenia filtru pasmowego aktywnego i zaznaczy na niej cz stotliwo ci 3-decybelowego spadku górna f H i doln f L. Tablica 12-3-1 13

Rys. 12-3-5 Filtr pasmowy aktywny Rys. 12-3-6 Schemat monta owy (modu KL-25008 blok a) 14

Rys. 12-3-7 PODSUMOWANIE Filtr pasmowy mo e przepuszcza tylko te sygna y, których cz stotliwo jest wi ksza od dolnej cz stotliwo ci 3-decybelowego spadku i mniejsza od górnej cz stotliwo ci 3- decybelowego spadku tego filtru. 15

wiczenie 12-4 Uk ad regulacji barwy d wi ku PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adu regulacji barwy d wi ku. 2. Zademonstrowanie efektów regulacji tonów wysokich i niskich w sygnale wyj ciowym. DYSKUSJA Uk ad regulacji barwy d wi ku jest niezb dnym blokiem w uk adzie ka dego wzmacniacza hi-fi. Pozwala on przede wszystkim dostosowa d wi k z takiego wzmacniacza do indywidualnych wymaga s uchacza. Nast pnym, wa nym zadaniem uk adu regulacji barwy d wi ku jest zrównowa enie lub skompensowanie zniekszta ce charakterystyki cz stotliwo ciowej wzmacniacza spowodowanych przez procesy zapisu lub odtwarzania. Jeszcze innym zadaniem uk adu regulacji barwy d wi ku jest poprawienie w asno ci akustycznych pomieszczenia. Barw d wi ku mo na zmienia w tak szerokim zakresie cz stotliwo ci, aby wzmacniacz móg wiernie reprodukowa materia nagrany w ró nych stylach muzycznych. Chocia w handlu s dost pne ró ne modele wzmacniaczy, to w ka dym z nich uk ad regulacji barwy mo e by jednego z dwóch typów tj. z obwodem t umienia RC lub z obwodem ujemnego sprz enia zwrotnego RC. Uk ad, który zostanie omówiony w tym wiczeniu przedstawiono na rys. 12-4-1(a). Jest on typu z obwodem ujemnego sprz enia zwrotnego RC. Ogólnie rzecz bior c, uk ad ten jest aplikacj wzmacniacza odwracaj cego. czy on stopie korekcji barwy d wi ku z obwodem ujemnego sprz enia zwrotnego i reguluje wielko ujemnego sprz enia zwrotnego przez regulacj cz stotliwo ci urz dzenia steruj cego. Wzmocnienie sygna u dla danej cz stotliwo ci odpowiadaj cej wi kszej warto ci ujemnego sprz enia zwrotnego jest mniejsze. Dzi ki temu mo na spe ni zadanie regulacji barwy tonu. Na rys. 12-4-1(b) przedstawiono wzmacniacz odwracaj cy o wzmocnieniu Av = -Rf/R1, w którym wzmocnienie Av zmniejsza si kr c c potencjometrem w prawo, co jest równoznaczne ze zmniejszaniem warto ci rezystancji Rf. Jak przedstawiono na rys. 12-4-1(c), dwa kondensatory C1 s u ce do wyboru cz stotliwo ci po czono z rezystorem nastawnym R2. Poniewa reaktancja Xc1 = 1/(2 f C) jest w zakresie du ych cz stotliwo ci bardzo ma a, zatem rezystor R2 stanowi prawie zwarcie, a poniewa wzmocnienie Av = -R1/R1 = -1, zatem nie mo na uzyska efektu wzmocnienia. Z drugiej strony w dolnym zakresie cz stotliwo ci, w którym reaktancja Xc1 jest bardzo du a, mo na zastosowa bazowy uk ad regulacji, reguluj c po o eniem rezystora zmiennego R2 (nastawnego) tak, aby zmieni stosunek wzmocnienia w zakresie dolnych cz stotliwo ci. W zakresie tym 16

mo na podnie poziom dolnych cz stotliwo ci kr c c rezystorem nastawnym R2 w lewo, lub st umi te cz stotliwo ci kr c c rezystorem nastawnym R2 w prawo. Rys. 12-4-1 Uk ady regulacji barwy d wi ku z ujemnym sprz eniem zwrotnym Na rys. 12-4-1(d) przedstawiono uk ad regulacji tonów wysokich, który w zwi zku z bardzo du warto ci reaktancji Xc3 nie b dzie dzia a w zakresie niskich cz stotliwo ci. Z drugiej strony w zakresie cz stotliwo ci wysokich, w którym reaktancja Xc3 jest bardzo ma a, ten uk ad ten b dzie s u y do regulacji g o no ci fizjologicznej (loudness) tonów wysokich, gdy przez regulacj warto ci rezystora R4 uzyskuje si zmian wzmocnienia napi ciowego Av (Av = -Rf/R1). Jak przedstawiono na rys. 12-4- 1(a), rezystor R5 jest wprowadzony po to, aby unikn przes uchu mi dzy sygna ami o cz stotliwo ciach wysokich i niskich. 17

NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25009 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (4) 3. Oscyloskop PROCEDURA 1. Ustawi modu KL-25009 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok b. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 12-4-1(a) i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 12-4-2. Do uk adu do czy potencjometr VR3 za pomoc przewodów po czeniowych. Do modu u KL-25009 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. Rys. 12-3-6 Schemat monta owy (modu KL-25009 blok a) 2. Do wyprowadze wej ciowych IN (Vi) doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL-22001 sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 1 Vp-p i cz stotliwo ci 1 khz. 3. Ustawi potencjometry VR3 i R12 w pozycji rodkowej. Zmierzy i zapisa przebieg Vi na wej ciu IN oraz przebieg Vo na wyj ciu OUT. 4. Przekr ci potencjometr VR3 (100 k ) ca kowicie w lewo. Zmierzy i zapisa w tablicy 12-4-1 przebieg Vi na wej ciu IN oraz przebieg Vo na wyj ciu OUT. 18

5. Przekr ci potencjometr VR3 (100 k ) ca kowicie w prawo. Zmierzy i zapisa w tablicy 12-4-1 przebieg Vi na wej ciu IN oraz przebieg Vo na wyj ciu OUT. 6. Przekr ci potencjometr R12 (100 k ) ca kowicie w lewo. Zmierzy i zapisa w tablicy 12-4-2 przebieg Vi na wej ciu IN oraz przebieg Vo na wyj ciu OUT. 7. Przekr ci potencjometr R12 (100 k ) ca kowicie w prawo. Zmierzy i zapisa w tablicy 12-4-2 przebieg Vi na wej ciu IN oraz przebieg Vo na wyj ciu OUT. 8. Do wyprowadze wej ciowych IN (Vi) doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL-22001 sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 1 Vp-p i cz stotliwo ci 60 Hz, a nast pnie kr c c potencjometrami VR3 (regulacja basów) i R12 (regulacja tonów wysokich) obserwowa, który potencjometr daje wi kszy efekt regulacyjny. 8. Do wyprowadze wej ciowych IN (Vi) doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL-22001 sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 1 Vp-p i cz stotliwo ci 5 khz, a nast pnie kr c c potencjometrami VR3 (regulacja basów) i R12 (regulacja tonów wysokich) obserwowa, który potencjometr daje wi kszy efekt regulacyjny. Tablica 12-4-1 19

Tablica 12-4-2 PODSUMOWANIE Uk ad regulacji barwy d wi ku jest jedn z aplikacji filtrów górno- i dolnoprzepustowego. Uk ad regulacji tonów wysokich jest u ywany do regulacji wzmocnienia w zakresie wysokich cz stotliwo ci pasma akustycznego, a uk ad regulacji basów do regulacji wzmocnienia w zakresie cz stotliwo ci niskich tego pasma. 20

Rozdzia 13 Komparatory i oscylatory ze wzmacniaczem operacyjnym wiczenie 13-1 Komparatory PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adów komparatorów. 2. Prze ledzenie zale no ci napi cia wyj ciowego od napi cia wyj ciowego w komparatorze zera. DYSKUSJA Wzmacniacz operacyjny znajduje zastosowanie nie tylko w urz dzeniach z ujemnym sprz eniem zwrotnym przedstawionych w poprzednich rozdzia ach, lecz tak e w urz dzeniach wykorzystuj cych sprz enie zwrotne dodatnie. W niniejszym rozdziale zostan wprowadzone szeroko stosowane uk ady zbudowane ze wzmacniaczami operacyjnymi. Komparator zera Podczas gdy wzmocnienie napi ciowe idealnego wzmacniacza operacyjnego Av ma warto niesko czon, to wzmocnienie Av wzmacniacza operacyjnego rzeczywistego wynosi kilkadziesi t tysi cy. Wzmacniacz operacyjny bez obwodu ujemnego sprz enia zwrotnego nie mo e by u ywany jako wzmacniacz. Rozwa my wzmacniacz o wspó czynniku wzmocnienia 10000. Je li napi cie wej ciowe Vi = 10 mv, to napi cie wyj ciowe Vo b dzie równe 10 mv x 10000 = 100 V, co nie ma wi kszego sensu, gdy napi cie zasilania ma warto od +Vcc do -Vcc. Je li napi cie wej ciowe Vi = 0,1 V, to napi cie wyj ciowe Vo b dzie równe 0,1 V x 10000 = 1000 V, co te z takiego samego powodu nie ma sensu. Wzmacniacz ten b dzie dostarcza zatem napi cie wyj cie równe albo +Vcc, albo Vcc, z czego z kolei nie mo na korzysta, przy konieczno ci spe nienia przez wzmacniacz warunku wzmacniania bez zniekszta ce. Cho wzmacniacz operacyjny bez obwodu ujemnego sprz enia zwrotnego nie mo e by stosowany jako wzmacniacz, to mo e on by u ywany jako komparator jak przedstawiony na rys. 13-1-1 (przy zasilaniu podwójnym tj. symetrycznym). 21

Rys. 13-1-1 Komparator z zasilaniem symetrycznym Je li: a. V(+) > V(-), to Vo = +V CC. b. V(+) = V(-), to Vo = 0 V. c. V(+) < V(-), to Vo = -V EE. Z powy szych trzech warunków, bardzo trudno zaakceptowa warunek b. Przy bardzo du ym wzmocnieniu Av wzmacniacza operacyjnego, gdy napi cie zasilania V+ nie jest dok adnie równe V+, to napi cie wyj ciowe Vo mo e nie by równe 0 V. Ponadto, je li wewn trzne uk ady wzmacniacza operacyjnego nie s symetryczne, co jest podobne do wewn trznej asymetrii wzmacniacza bez kondensatora wyj ciowego, to spowoduje to brak napi cia 0 V w punkcie rodkowym napi cia. Na rys. 13-1-2 przedstawiono komparator z zasilaniem niesymetrycznym (pojedynczym). Rys. 13-1-2 Komparator z zasilaniem niesymetrycznym Je li: a. V(+) > V(-), to Vo = +V CC. b. V(+) = V(-), to Vo = ½ V CC. c. V(+) < V(-), to Vo = 0 V. Na rys. 13-1-3 przedstawiono komparator przej cia przez zero (komparator zera). Rys. 13-1-3 Komparator zera 22

Komparator zera tworzy si cz c napi cie V(+) lub V(-) z mas jako potencja zerowy, a nast pnie porównuj c napi cie wej ciowe Vi z potencja em zerowym. Je li: a. Vi > 0 V, to Vo = -V EE. b. Vi = 0 V, to Vo = 0 V. c. Vi < 0 V, to Vo = +Vcc. Rezystor o warto ci 10 k znajduj cy si w uk adzie komparatora przedstawionego na rys. 13-1-3 nie pozwala, aby stosunkowo du e napi cia (+12 V) przedosta o si bezpo- rednio na wej cie wzmacniacza operacyjnego, chroni c w ten sposób wzmacniacz operacyjny przed zniszczeniem. Komparator z polaryzacj wst pn Na rys. 13-1-4 przedstawiono uk ad komparatora z polaryzacj wst pn. Rys. 13-1-4 Komparator z polaryzacj wst pn Przyk adane napi cie V(+) ma warto sta i jest pobierane z dzielnika napi ciowego z o onego z rezystorów R1 i R2. Poni sze wzory przedstawiaj zale no ci napi cia wej- ciowego Vi od napi cia odniesienia Vr. Je li: a. Vi > Vr, to Vo = -V EE. b. Vi = Vr, to Vo = 0 V. c. Vi < Vr, to Vo = +Vcc. 23

NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25009 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (4) 3. Multimetr PROCEDURA A. Komparator zera 1. Ustawi modu KL-25009 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok c. 2. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-1-5 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-1-6. Do uk adu do czy potencjometr VR3 za pomoc przewodów po czeniowych. Do modu u KL- 25009 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 3. Ustawi potencjometr VR3 (100 k ) tak, aby napi cie wej ciowe Vi = 1, 5 V (na wyprowadzeniu TP2). Zmierzy i zapisa w tablicy 13-1-1 warto napi cia Vo na wyj ciu OUT. 4. Ustawi potencjometr VR3 (100 k ) tak, aby napi cie wej ciowe Vi = 0 V (na wyprowadzeniu TP2). Zmierzy i zapisa w tablicy 13-1-1 warto napi cia Vo na wyj- ciu OUT. 3. Ustawi potencjometr VR3 (100 k ) tak, aby napi cie wej ciowe Vi = -1, 5 V (na wyprowadzeniu TP2). Zmierzy i zapisa w tablicy 13-1-1 warto napi cia Vo na wyj ciu OUT. Tablica 13-1-1 24

Rys. 13-1-5 Komparator zera Rys. 13-1-6 Schemat monta owy (modu KL-25009 blok c) B. Komparator z polaryzacj wst pn 1. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-1-7 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-1-8. Do uk adu do czy potencjometr VR2 za pomoc przewodów po czeniowych. Do modu u KL- 25009 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 2. Pos uguj c si multimetrem (z ustawionym zakresem napi cia sta ego), zmierzy i zapisa w tablicy 13-1-2 napi cie V B na wyprowadzeni TP4. 3. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby napi cie V A na wyprowadzeniu TP3 by- o wi ksze ni napi cie V B. Zmierzy i zapisa w tablicy 13-1-2 warto napi cia V A oraz napi cia Vo na wyj ciu OUT. 4. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby napi cie V A na wyprowadzeniu TP3 by- o równe napi ciu V B. Zmierzy i zapisa w tablicy 13-1-2 warto napi cia V A oraz napi cia Vo na wyj ciu OUT. 25

5. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby napi cie V A na wyprowadzeniu TP3 by- o mniejsze ni napi cie V B. Zmierzy i zapisa w tablicy 13-1-2 warto napi cia V A oraz napi cia Vo na wyj ciu OUT. Tablica 13-1-2 Rys. 13-1-7 Komparator z polaryzacj wst pn Rys. 13-1-8 Schemat monta owy (modu KL-25009 blok c) 26

PODSUMOWANIE Chocia teoretyczna warto napi cia wyj ciowego powinna wynie +V CC lub V EE, to w rzeczywisto ci w zwi zku z wp ywem rezystancji obci enia warto zmierzona b dzie nieco mniejsza ni +V CC ;lub V EE. Z drugiej strony stan Vo = 0 V jest trudny do zrealizowania, podczas, gdy przy zasilaniu symetrycznym aktualnie zmierzona warto b dzie równa +V CC lub V EE. W przypadku zasilania niesymetrycznego napi cie V CC /2 jest trudne do zrealizowania, podczas, gdy aktualnie zmierzona warto b dzie w przybli eniu równa +V CC lub 0 V. 27

wiczenie 13-2 Przerzutnik Schmitta PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adu przerzutnika Schmitta. 2. Pomiar przebiegów napi cia wej ciowego i wyj ciowego przerzutnika Schmitta. DYSKUSJA Zasad dzia ania przerzutnika Schmitta nazywanego te uk adem kszta tuj cym impulsy mo na zilustrowa poni szymi rysunkami z przebiegami sygna ów wej ciowego i wyj- ciowego. Rys. 13-2-1 Przebiegi napi cia wej ciowego Vi i napi cia wyj ciowego Vo w uk adzie przerzutnika Schmitta Na rys. 13-2-2 przedstawiono uk ad odwracaj cego przerzutnika Schmitta, który jest te nazywany komparatorem regeneracyjnym. Je li napi cie wej ciowe Vi > V U, to napi cie wyj ciowe Vo = -V EE ; je li za Vi < V L, to napi cie wyj ciowe Vo = +Vcc. Zgodnie z powy sz w asno ci, mo na transformowa napi cie wej ciowe, zmieniaj ce si bardzo wolno, na napi cie wyj ciowe o nag ych zmianach. Ka da z tych nag ych zmian powoduje powstanie zboczy o dwóch warto ciach progowych V U i V L. 28

Rys. 13-2-2 Uk ad odwracaj cego przerzutnika Schmitta Je li do wej cia uk adu przedstawionego na rys. 13-2-2(a) zostanie doprowadzony sygna sinusoidalny, to na jego wyj ciu b dzie dost pny sygna prostok tny przedstawiony na rys. 13-2-3. Rys. 13-2-3 Przebiegi na wej ciu i wyj ciu przerzutnika Schmitta NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25009 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (4) 3. Multimetr 4. Oscyloskop 29

PROCEDURA 1. Ustawi modu KL-25009 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok c. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-2-4 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-2-5. Do uk adu do czy potencjometr VR3 za pomoc przewodów po czeniowych. Do modu u KL-25009 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. Rys. 13-2-4 Uk ad przerzutnika Schmitta Rys. 13-2-5 Schemat monta owy (modu KL-25009 blok c) 2. Kr c c potencjometrem VR3 (100 k ), zmienia napi cie wej ciowe V IN na wyprowadzeniu TP2 w zakresie od -12 V do +12 V, a nast pnie zaobserwowa, e napi cie wyj ciowe Vo na wyprowadzeniu OUT (TP7) zmienia si tylko od Vcc do -Vcc. Zapisa na rys. 13-2-6(a) zmiany napi cia wyj ciowego. Zmierzy napi cie wej ciowe V IN i zapisa je jako górne napi cie progowe V U =. 30

3. Kr c c potencjometrem VR3, zmienia napi cie wej ciowe V IN na wyprowadzeniu TP2 w zakresie od +12 V do -12 V, a nast pnie zaobserwowa, e napi cie wyj- ciowe Vo na wyprowadzeniu OUT (TP7) zmienia si tylko od -Vcc do +Vcc. Zapisa na rys. 13-2-6(a) zmiany napi cia wyj ciowego. Zmierzy napi cie wej ciowe V IN i zapisa je jako dolne napi cie progowe V L =. 4. Usun z uk adu potencjometr VR3 od czaj c od tego uk adu przewody po czeniowe. Do wyprowadze wej ciowych TP2 doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL-22001 sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 6 Vp-p i cz stotliwo ci 1 khz. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa na rys. 13-2-6(b) przebieg napi cia Vo na wyj ciu OUT (TP7). Rys. 13-2-6 Przebiegi zmierzone na wyj ciu przerzutnika Schmitta PODSUMOWANIE Poniewa w uk ad przerzutnika Schmitta jest w czony obwód dodatniego sprz enia zwrotnego, zatem napi cie wyj ciowe po zmianie stanu przerzutnika jest bardziej stabilne. Wad typowego komparatora jest wzgl dna niestabilno uk adu, gdy napi cie wej- ciowe ma warto blisk napi ciu porównywanemu. Dzi ki dodatniemu sprz eniu zwrotnemu, punkt zmiany stanu napi cia wyj ciowego przerzutnika Schmitta jest podzielony na dwa punkty V U i V L, tworz c obszar histerezy V H = V U V L, w którym napi cie wyj ciowe Vo nie mo e by zmienione. Przerzutnik Schmitta jest szeroko stosowany w uk adach sterowania czasowego, regulacji temperatury, pomiarach (w tym te z u yciem czujników) oraz kszta towania nieregularnych sygna ów w uk adach cyfrowych. 31

wiczenie 13-3 Komparator okienkowy PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adu komparatora okienkowego. 2. Pomiar napi wej ciowego i wyj ciowego komparatora okienkowego. DYSKUSJA Na rys. 13-3-1 przedstawiono uk ad komparatora okienkowego sk adaj cy si z dwóch komparatorów górnego A1 i dolnego A2. Zasad pracy komparatora okienkowego ilustruj poni sze wzory: Je li napi cie wej ciowe Vi > Vu, to na wyj ciu wzmacniacza operacyjnego A1 b dzie panowa napi cie -12 V, a na wyj ciu wzmacniacza operacyjnego A2 napi cie +12 V. Je li napi cie wej ciowe spe nia warunek V L < Vi < Vu, to na wyj ciu wzmacniacza operacyjnego A1 b dzie panowa napi cie +12 V, a na wyj ciu wzmacniacza operacyjnego A2 napi cie +12 V. Je li napi cie wej ciowe Vi < V L, to na wyj ciu wzmacniacza operacyjnego b dzie napi cie panowa +12 V, a na wyj ciu wzmacniacza operacyjnego A2 napi cie -12 V. Rys. 13-3-1 Komparator okienkowy 32

Je li rezystor R4 zostanie po czony z mas, to napi cie wyj ciowe b dzie równe: gdzie: Vo1 górne napi cie wyj ciowe komparatora Vo2 dolne napi cie wyj ciowe komparatora Je li rezystor R4 zostanie do czony do minusa napi cia zasilania -V EE, to napi cie wyj- ciowe Vo b dzie równe: NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25009 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (4) 3. Multimetr PROCEDURA 1. Ustawi modu KL-25009 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok d. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-3-2 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-3-3. Do uk adu do czy potencjometr VR2 za pomoc przewodów po czeniowych. 2. Do modu u KL-25009 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 3. Ustawi potencjometr VR3 (100 k ) tak, aby napi cie wej ciowe Va (na wyprowadzeniu TP1) by o wi ksze od górnego napi cia progowego V U = 8 V. 4. Zmierzy i zapisa w tablicy 13-3-1 warto napi cia wyj ciowego Vb (na wyprowadzeniu TP4) górnego komparatora i warto napi cia wyj ciowego Vc (na wyprowadzeniu TP5) dolnego komparatora. Zaobserwowa i zapisa stan diody LED CR1. 33

5. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby napi cie wej ciowe Va (na wyprowadzeniu TP1) by o mniejsze od górnego napi cia progowego V U = 8 V, lecz wi ksze od dolnego napi cia progowego V L = 4 V. 6. Powtórzy krok 4 niniejszej procedury. 7. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby napi cie wej ciowe Va (na wyprowadzeniu TP1) by o mniejsze od dolnego napi cia progowego V L = 4 V. 8. Powtórzy krok 4 niniejszej procedury. Rys. 13-3-2 Uk ad komparatora okienkowego 34

Rys. 13-3-3 Schemat monta owy (modu KL-25009 blok d) PODSUMOWANIE Komparator okienkowy jest szeroko stosowany w uk adach regulacji temperatury, gdy obci enie pracuje w zakresie napi od V L do V U. W praktyce nale y zwraca uwag na aktualny poziom napi cia w górnym stanie granicznym (H) i w dolnym stanie granicznym (L), aby unikn wyprowadzania napi cia wtedy, gdy napi cie wej ciowe Vi < V L lub, gdy napi cie wej ciowe Vi > V U. Do uk adu dzielnika napi cia wyj ciowego komparatora jest zwykle do czony minus napi cia zasilania, aby zapewni ujemne napi cie na wyprowadzeniu wyj ciowym Vo w sytuacji, gdy napi cie wej ciowe Vi < V L lub Vi > V U, a tak e zapewni dodatnie napi cie na wyprowadzeniu Vo, gdy napi cie wej ciowe spe nia warunek V L < Vi < V U. 35

wiczenie 13-4 Przerzutnik monostabilny PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adu przerzutnika monostabilnego. 2. Pomiar przebiegów napi wej ciowego i wyj ciowego w przerzutniku monostabilnym. DYSKUSJA Zasada dzia ania przerzutnika monostabilnego nazywanego cz sto uk adem one shot, czyli wytwarzaj cym jednorazowy impuls jest taka sama jak multiwibratora zbudowanego z tranzystorami. Na rys. 13-4-1 przedstawiono stany napi cia wyj ciowego przerzutnika wyzwalanego zboczem narastaj cym i odpowiednio zboczem opadaj cym. Analizuj c te stany mo na zrozumie zasad dzia ania przerzutnika monostabilnego. Rys. 13-4-1 Stany wej ciowe i wyj ciowe przerzutnika monostabilnego Na rys. 13-4-2 przedstawiono przerzutnik monostabilny. Zasada dzia ania tego uk adu jest podobna do zasady dzia ania multiwibratora (przerzutnika astabilnego), lecz oscylacje tego uk adu, które nie mog by generowane same z siebie powinny by wyzwalane sygna- em zewn trznym i po pewnym czasie liczonym od wyst pienia wyzwolenia przerzutnik powinien powróci do stanu pierwotnego. Uk ad ten wytwarzaj cy w stanie stabilnym wysoki stan napi cia wyj ciowego zawiera: obwód C1-R3, który tworzy uk ad ró niczkuj cy; diod D2, której przeznaczeniem jest ograniczenie procesu adowania kondensatora C2, 36

gdy napi cie wyj ciowe jest dodatnie. Przebiegi w odpowiednich punktach uk adu przedstawionego na rysunku 13-4-2 zilustrowano na rys. 13-4-3. Rys. 13-4-2 Przerzutnik monostabilny Rys. 13-4-3 Przebiegi w odpowiednich punktach uk adu przerzutnika monostabilnego 37

NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25010 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (5) 3. Oscyloskop PROCEDURA 1. Ustawi modu KL-25010 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok a. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-4-4 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-4-5. 2. Do modu u KL-25010 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 3. Do wyprowadze wej ciowych IN (TP1) doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL-22001 sygna prostok tny o napi ciu mi dzyszczytowym 18 Vp-p i cz stotliwo ci 100 Hz. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy 13-4-1 przebiegi napi cia na wyprowadzeniach TP2, TP3 i TP6 (OUT - wyj cie). Tablica 13-4-1 38

Rys. 13-4-4 Uk ad przerzutnika monostabilnego Rys. 13-4-5 Schemat monta owy (modu KL-25010 blok a) PODSUMOWANIE Szeroko ujemnego impulsu sygna u wyzwalaj cego przerzutnik monostabilny nie powinna by za du a (sta a czasu RC uk adu ró niczkuj cego nie powinna by za du a), w przeciwnym wypadku przy krótkim odst pie czasowym nie b dzie mo liwe uzyskanie opó nienia czasowego. 39

wiczenie 13-5 Przerzutnik astabilny (multiwibrator) PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adu przerzutnika astabilnego. 2. Pomiar przebiegu wyj ciowego przerzutnika astabilnego. DYSKUSJA Przerzutnik astabilny zwany te multiwibratorem jest aplikacj komparatora i mo e by u ywany jako generator sygna u prostok tnego. Uk ad takiego przerzutnika astabilnego przedstawiono na rys. 13-5-1(a). (a) Generator sygna u prostok tnego (b) Generator impulsowy Rys. 13-5-1 Zastosowania przerzutnika astabilnego Zasada pracy uk adu generatora sygna u prostok tnego przedstawionego na rys. 13-5- 1(a) jest nast puj ca: 2. Je li napi cie Vc > Vu, to napi cie wyj ciowe Vo = -V EE Je li napi cie Vc > V L, to napi cie wyj ciowe Vo = +Vcc 3. Przebiegi napi Vc i Vo przedstawiono na rys. 13-5-2. 40

4. Okres T jest wprost proporcjonalny do iloczynu R f C. Je li rezystancja R2 = 0,86 R1, to okres T = 2 R f C, Je li rezystancja R2 = R1, to T = 2,2 R f C, Rys. 13-5-2 Przebiegi napi Vc i Vo w przerzutniku astabilnym Na rys. 13-5-1(b) przedstawiono oscylator o zmiennej warto ci wspó czynnika wype nienia impulsu, w którym w porównaniu z rys. 13-5-2(a) obwód adowania kondensatora C jest podzielony na dwie cie ki. Gdy napi cie wyj ciowe jest równe +V CC, to kondensator C b dzie adowa si pr dem p yn cym przez rezystancj R3(ab), diod D1 i kondensator C, co spowoduje zatkanie diody D2, a sta a czasowa wyniesie T1 = [R + R3(ab)] x C. Gdy napi cie Vc na kondensatorze C osi gnie w trakcie adowania warto Vu, to warto napi cia wyj ciowego Vo zmieni si na na V EE. Gdy napi cie wyj ciowe stanie si równe V EE, to kondensator C b dzie adowany pr dem p yn cym przez rezystancj R3(bc), diod D2 oraz rezystor R ( adowanie napi ciem ujemnym), czego wynikiem b dzie odci cie diody D1, a odpowiednia sta a czasowa adowania wyniesie T2 = [R + R3(bc)] x C. Gdy w trakcie adowania kondensatora C napi cie na nim zmieni si z Vc na V L, to napi cie wyj ciowe zmieni si na +Vcc. Reguluj c warto rezystora R3 b dzie si zmienia stosunek czasu T1 do T1+T2 lub warto wspó czynnika wype nienia impulsu. 41

NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25010 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (5) 3. Oscyloskop PROCEDURA A. Generator sygna u prostok tnego 1. Ustawi modu KL-25010 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok a. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-5-3 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-5-4. 2. Do modu u KL-25010 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 3. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy 13-5-1 przebiegi napi cia wyj ciowego Vo na wyprowadzeniu OUT (TP6) oraz napi cia V C na kondensatorze C3 wyst puj cego na wyprowadzeniu TP3. Tablica 13-5-1 Zmierzone przebiegi napi Vo i V C 42

Rys. 13-5-3 Generator sygna u prostok tnego Rys. 13-5-4 Schemat monta owy (modu KL-25010 blok a) B. Generator impulsowy 1. Ustawi modu KL-25010 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok a. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-5-5 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-5-6. Do czy do uk adu potencjometr VR3 u ywaj c do tego przewodów po czeniowych. 43

2. Do modu u KL-25010 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. Przekr ci potencjometr VR3 (100 k ) ca kowicie w lewo. 3. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy 13-5-2 przebiegi napi cia wyj ciowego Vo na wyprowadzeniu OUT oraz napi cia V C wyprowadzeniu TP3. 4. Ustawi potencjometr VR3 (100 k ) w rodkowym po o eniu. Powtórzy krok 3 niniejszej procedury. 4 Przekr ci potencjometr VR3 (100 k ) ca kowicie w prawo. Powtórzy krok 3 niniejszej procedury. Tablica 13-5-2 Zmierzone przebiegi napi Vo i V C Rys. 13-5-5 Uk ad generatora impulsowego 44

Rys. 13-5-6 Schemat monta owy (modu KL-25010 blok a) PODSUMOWANIE Je li zaistnieje potrzeba zmiany cz stotliwo ci generatora sygna u prostok tnego, to mo na tego dokona zmieniaj c warto sta ej czasu RC lub stosunku R1 do R2. Reguluj c w generatorze impulsowym warto wspó czynnika wype nienia impulsu mo na u ywa tego generatora jako generatora wytwarzaj cego sygna impulsowy dodatni (wspó czynnik wype nienia < 50%), sygna impulsowy ujemny (wspó czynnik wype nienia > 50%) lub sygna prostok tny (wspó czynnik wype nienia = 50%). 45

wiczenie 13-6 Oscylator sygna u sinusoidalnego PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania oscylatorów z przesuwnikiem fazowym RC i mostkiem Wiena. 2. Wygenerowanie sygna u sinusoidalnego za pomoc oscylatorów z przesuwnikiem fazowym RC i mostkiem Wiena. DYSKUSJA Warunki powstania oscylacji sinusoidalnych s nast puj ce: 1. Dodatnie sprz enie zwrotne i jednocze nie 2. - A = 1, gdzie jest wspó czynnikiem sprz enia zwrotnego, a A wspó czynnikiem wzmocnienia. Zespó powy szych warunków jest znany pod nazw kryterium Barkhausena. Oscylator z przesuwnikiem fazowym RC. Rys. 13-6-1 Oscylator z przesuwnikiem fazowym RC i z wyprzedzeniem w fazie Jak przedstawiono na rys. 13-6-1 oscylator z przesuwnikiem fazowym RC wykorzystuje ró nic fazy równ 180 wprowadzan przez trójstopniowy uk ad przesuwnika fazowego zbudowanego z elementów R i C i pracuj cego przy pewnej okre lonej cz stotliwo ci. W po czeniu z sygna em wyj ciowym wst pnie odwracanym otrzymywanym ze wzmacniacza operacyjnego, co powoduje to, e ca kowita ró nica fazy jest równa zeru. Zale no ci fazowe przebiegów w punktach a, b i c zaznaczono na rys. 13-6-1. Je li wzmocnienie jest na tyle du e, e - A = 1, to w takich warunkach pojawi si oscylacje. 46

gdzie:, V f jest napi ciem sprz enia zwrotnego, a Vo - napi ciem wyj ciowym. Je li wymaga si, aby ró nica faz by a równa zeru, to urojona cz liczby ze wzoru 13-6-1 powinna by równa zeru, co z kolei wymaga, aby 2 = 6. St d te mo na wyrazi cz stotliwo oscylacji jako: Na rys. 13-6-2 przedstawiono uk ad i cz stotliwo oscylacji oscylatora z przesuwnikiem fazowym RC i wyprzedzeniem w fazie. Poniewa do uk adu jest do czony dodatkowy wtórnik napi ciowy, zatem uk ad wzmacniacza nie ma wp ywu na prac obwodu przesuwnika fazowego RC. Rys. 13-6-2 Oscylator z przesuwnikiem fazowym RC, z opó nieniem w fazie Oscylator z mostkiem Wiena Przedstawiony na rys. 13-6-3 oscylator zawieraj cy mostek zrównowa ony pracuj cy jako obwód ujemnego sprz enia zwrotnego jest nazywany oscylatorem z mostkiem Wiena. Oscylator ten w porównaniu z wy ej opisanym oscylatorem z przesuwnikiem fazowym charakteryzuje si lepszym kszta tem przebiegu sinusoidalnego. Uk ad ten zawiera dwa obwody sprz enia zwrotnego: 1. Obwód dodatniego sprz enia zwrotnego zbudowany z impedancji Z1 i Z2, który okre- la cz stotliwo oscylacji; i 2. Obwód ujemnego sprz enia zwrotnego zbudowany z elementów R1 i R2, który okre- la amplitud drga oscylatora. 47

Zgodnie z kryterium Barkhausena, w uk adzie musi wyst powa dodatnie sprz enie zwrotne, co oznacza przesuni cie fazy równe zero oraz czysto-rezystancyjny obwód sprz enia zwrotnego. Cz urojona liczby ze wzoru 13-6-2 powinna by równa zero, co z kolei wymaga spe nienia warunku, aby: Aby podtrzyma oscylacje, iloczyn - A musi by równy 1. Gdy =1, to: Rys. 13-6-3 Oscylator z mostkiem Wiena NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL-22001 podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL-25010 modu uk adu wzmacniacza operacyjnego (5) 3. Oscyloskop 48

PROCEDURA A. Oscylator z przesuwnikiem fazowym RC 1. Ustawi modu KL-25010 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok b. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-6-4 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-6-5. 2. Do modu u KL-25010 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 3. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy 13-6-1 przebiegi napi cia na wyprowadzeniu T1, napi cia wyj ciowego TP4 (Vo) i napi cia na wyprowadzeniu TP5, poczym porówna ze sob zale no ci fazowe tych przebiegów. Ró nica faz napi V TP1 i V TP4 wynosi. Ró nica faz napi V TP4 i V TP5 wynosi. Ró nica faz napi V TP1 i V TP5 wynosi. Tablica 13-6-1 Przebiegi zmierzonych napi 49

Rys. 13-6-4 Uk ad oscylatora z przesuwnikiem fazowym RC Rys. 13-6-5 Schemat monta owy (modu KL-25010 blok b) B. Oscylator z mostkiem Wiena 1. Ustawi modu KL-25010 na module KL-22001 (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok b. Wykona po czenia, pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys. 13-6-6 i schematem monta owym przedstawionym na rysunku 13-6-7. 2. Do modu u KL-25010 doprowadzi napi cia sta e +12 V i -12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL-22001. 50

3. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy 13-6-2 przebiegi napi cia wyj ciowego na wyprowadzeniu TP4 (Vo). Rys. 13-6-6 Uk ad oscylatora z mostkiem Wiena Rys. 13-6-7 Schemat monta owy (modu KL-25010 blok b) 51

Tablica 13-6-2 Sygna zmierzony na wyj ciu oscylatora PODSUMOWANIE Oscylator z przesuwnikiem fazowym wykorzystuje przesuni cie fazy 180 wprowadzane przez trójstopniowy obwód RC, który niestety powoduje st umienie poziomu sygna u. Aby zachowa warunek - A = 1, nale y odpowiednio dobra wspó czynnik wzmocnienia, ustawiaj c go dok adnie potencjometrem VR3, w przeciwnym razie pojawi si zniekszta cenia generowanego sygna u lub brak oscylacji. Sygna sinusoidalny wytwarzany przez oscylator z mostkiem Wiena jest bardziej stabilny ni otrzymywany za pomoc oscylatora z przesuwnikiem fazowym RC. DYSTRYBUCJA I SERWIS: NDN Zbigniew Daniluk 02-784 Warszawa, ul. Janowskiego 15 tel./fax (0-22) 641-15-47, 641-61-96 e-mail: ndn@ndn.com.pl