Generatory sinusoidalne Instrukcja do ćwiczenia V.1.7 opracowali: dr inż. A. Błonarowicz dr inż. M. Magnuski
Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z zasadą działania budową i właściwościami sprzężeniowych generatorów sinusoidalnych. W trakcie ćwiczenia obserwowane są właściwości typowych generatorów LC pracujących w układach Colpittsa, Hartleya i Meissnera oraz klasycznych generatorów RC pracujących z mostkiem Wiena, czwórnikiem podwójne T ( TT ) i z czwórnikami łańcuchowymi. Opis stanowiska pomiarowego Układ pomiarowy wykorzystywany do badań generatorów tranzystorowych LC pracujących w układach Colpittsa, Hartleya i Meissnera znajduje się w lewej części modelu laboratoryjnego. Widok płyty czołowej sekcji modelu przeznaczonej do badań generatorów LC przedstawiony jest na rysunku 1. Rys. 1. Widok płyty czołowej sekcji modelu przeznaczonej do badań generatorów LC
Zastosowane rozwiązanie pozwala badać układy generatorów z tranzystorem pracującym w dowolnej konfiguracji (WE, WB, WC). Poszczególne generatory LC zestawia się z układu aktywnego skonstruowanego z wykorzystaniem tranzystora T i z czwórnika selektywnego w postaci równoległego układu rezonansowego LC. Układy poszczególnych generatorów uzyskuje się poprzez zbudowanie jednoobwodowego wzmacniacza rezonansowego, (nie wprowadzającego przesunięcia fazowego na częstotliwości roboczej) pracującego w wybranym układzie pracy tranzystora i objęcie go pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego (zwarcie wejścia wzmacniacza selektywnego z jego wyjściem). Istnieje również możliwość budowy generatorów złożonych z szerokopasmowego wzmacniacza oporowego i odpowiedniego czwórnika sprzężenia (rzadko stosowanych w praktyce). Zastosowany w modelu układ rezonansowy ma konstrukcję uniwersalną, co objawia się podzieleniem za pomocą odczepów cewki stanowiącej indukcyjność główną obwodu, podzieleniem za pomocą odczepów kondensatora stanowiącego pojemność równoległą obwodu, zastosowaniem stopniowanej cewki sprzęgającej oraz równoległego potencjometru P0 służącego do doboru dobroci Q obwodu. Zastosowanie stopniowania elementów składowych układu rezonansowego pozwala na budowanie z niego czwórnika selektywnego o zmiennej (w zależności od wybranego odczepu cewki czy kondensatora) przekładni, pozwala wybrać rodzaj sprzężenia (dzielnik pojemnościowy, dzielnik indukcyjny, transformator) oraz zmieniać dobroć układu (straty w układzie). Taka konstrukcja układu rezonansowego pozwala budować: wzmacniacze rezonansowe z dopasowaniem obciążenia za pomocą dzielnika pojemnościowego, z których po wprowadzeniu dodatniego sprzężenia zwrotnego powstają generatory Colpittsa, wzmacniacze rezonansowe z dopasowaniem obciążenia za pomocą dzielnika indukcyjnego, z których po wprowadzeniu dodatniego sprzężenia zwrotnego powstają generatory Hartleya, wzmacniacze rezonansowe z transformatorowym dopasowaniem obciążenia, z których po wprowadzeniu dodatniego sprzężenia zwrotnego powstają generatory Meissnera. Zastosowany w modelu układ aktywny jest zbudowany z jednego tranzystora bipolarnego z potencjometrycznym układem polaryzacji bazy wykonanym z rezystora RB1 i potencjometru P1. Potencjometr P1 służy do regulacji prądu kolektora. W emiterze tranzystora znajduje się szeregowe połączenie rezystora RE i potencjometru P2. Potencjometr P2 przewidziany jest do regulacji wzmocnienia. Do ewentualnego wykorzystania jako rezystory kolektorowe przewidziano rezystory RC1, RC2. W celu prowadzenia sygnału oraz zwierania poszczególnych węzłów układu do masy (dla składowej zmiennej) zastosowano kondensatory CB, CE, CC, CG. Schematy ideowe poszczególnych generatorów zamieszczono w tabeli 1.
T. 1. Schematy ideowe generatorów LC dla trzech układów pracy (WE,WB, WC) tranzystora bipolarnego Gen. Meissnera Gen. Hartleya Gen. Colpittsa W E W B W C Uwaga! W praktycznych rozwiązaniach generatorów LC nie używa się elementów regulacyjnych do ustalania punktu pracy elementu aktywnego i do ustalania wartości wzmocnienia (w układach tych nie występują żadne potencjometry). Zarówno punkt pracy jak i wzmocnienie ustalane są poprzez precyzyjny dobór wartości rezystancji, stosunków pojemności, stosunków indukcyjności lub przekładni.
Układ pomiarowy wykorzystywany do badań generatorów sinusoidalnych RC pracujących z mostkiem Wiena, czwórnikiem TT i z czwórnikami łańcuchowymi znajduje się w prawej części modelu laboratoryjnego. Widok płyty czołowej sekcji modelu przeznaczonej do badań generatorów RC przedstawiony jest na rysunku 2. Rys. 2. Widok płyty czołowej sekcji modelu przeznaczonej do badań generatorów LC Układ pomiarowy składa się z uniwersalnego wzmacniacza zbudowanego z zastosowaniem scalonego wzmacniacza operacyjnego i czterech czwórników sprzężenia zwrotnego: czwórnika Wiena, czwórnika TT, dolnoprzepustowego czwórnika łańcuchowego (3RC) i górnoprzepustowego czwórnika łańcuchowego (3CR). Oba czwórniki łańcuchowe mają możliwość dołączenia dodatkowej sekcji. Zastosowany w układzie wzmacniacz ma konstrukcję pozwalającą na uzyskanie odpowiednich dla poszczególnych czwórników wartości wzmocnienia i przesunięcia fazowego. Wartość wzmocnienia jest regulowana potencjometrem P3. Dla generatora z mostkiem Wiena wejście układu stanowi wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego, rezystor R1 jest dołączony do masy układu. Rezystor R2 pozostaje odłączony. Dla pozostałych generatorów wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego dołączone jest do masy układu, a wejście sygnałowe stanowi zacisk rezystora R2. Rezystor R1 pozostaje odłączony.
Wzmacniacz jest wyposażony w element nieliniowy wykonany jako dwójnik z diod D1, D2, przeznaczony do stabilizacji amplitudy sygnału wyjściowego, który można dołączyć równolegle do rezystora R3. Poszczególne generatory buduje się dołączając wyjście wybranego czwórnika sprzężenia zwrotnego do wejścia wzmacniacza z jednoczesnym połączeniem wyjścia wzmacniacza do wejścia wybranego czwórnika sprzężenia. Program ćwiczenia Program ćwiczenia jest przedstawiony w formie poleceń, które należy ściśle wykonywać w podanej kolejności. Sprawozdanie z ćwiczenia ma zawierać odpowiedzi na pytania zawarte w treści programu ćwiczenia. 1. Ustawianie statycznego punktu pracy tranzystora Zmontować wzmacniacz rezonansowy w układzie WE zgodnie z rys. 3a Uwaga! Kondensator blokujący zasilanie (dołączony do zacisku zasilania) znajduje się wewnątrz modelu. Ustawić potencjometry: P0 połowa skali; P1 0; P2 połowa skali. Dołączyć sondy oscyloskopowe: CH I do emitera tranzystora, CH II do kolektora tranzystora. Ustawić oscyloskop w obu kanałach: czułość 2V/dz, sprzężenie GND, pozycja dolna krawędź ekranu. Przełącznik sprzężenie w obu kanałach przestawić w pozycję DC. Włączyć zasilanie modelu. Lina CH II (kolektor) powinna pojawić się na środku ekranu, co odpowiada napięciu kolektora 8V. Linia CH I (emiter) powinna pozostać na 0V (tranzystor odcięty). Za pomocą potencjometru P1 można zmieniać położenia linii CH I (napięcie emitera) w zakresie od 0 do 3.2V. Ustawić P1 tak, aby napięcie emitera było równe 2.0V. Uwaga! Nastawy potencjometru P1 nie należy zmieniać przez cały czas trwania ćwiczenia. Rys.3. wzmacniacze rezonansowe, a) w układzie WE, b) w układzie WB 2. Badanie własności wzmacniacza rezonansowego WE Dołączyć generator sygnału sinusoidalnego do bazy tranzystora przez kondensator 1µF (wejście wzmacniacza WE). Ustawić częstotliwość generatora równą częstotliwości rezonansowej obwodu, wyliczonej z danych L 0, C 0. Dobrać poziom sygnału
z generatora tak, aby amplituda składowej zmiennej napięcia na kolektorze tranzystora wynosiła 4Vpp. Precyzyjnie skorygować częstotliwość generatora tak, aby uzyskać maksymalną amplitudę składowej zmiennej na kolektorze tranzystora. Dla skorygowanej częstotliwości (rzeczywistej częstotliwości rezonansowej obwodu) ustawić poziom sygnału z generatora tak, aby amplituda składowej zmiennej napięcia na kolektorze wynosiła 8Vpp. Sprawdzić jak zmienia się amplituda składowej zmiennej na kolektorze przy odstrajaniu częstotliwości generatora w górę i w dół od częstotliwości rezonansowej. Wyjaśnić przyczynę. Wyznaczyć pasmo przenoszenia wzmacniacza na podstawie pomiarów dolnej i górnej częstotliwości granicznej, przy której amplituda składowej zmiennej napięcia na kolektorze zmniejsza się o 6dB tzn. z 8Vpp do 4Vpp. Powrócić do rzeczywistej częstotliwości rezonansowej obwodu, przy której uzyskuje się maksymalną amplitudę składowej zmiennej na kolektorze. Zmieniając położenie potencjometru P0 zaobserwować jak zmienia się amplituda składowej zmiennej na kolektorze. Wyjaśnić przyczynę. Powrócić do nastawy P0 w połowie skali. Zmieniając położenie potencjometru P2 zaobserwować jak zmienia się amplituda składowej zmiennej napięcia na kolektorze. Wyjaśnić przyczynę. Powrócić do nastawy P2 w połowie skali. Zwiększając poziom sygnału z generatora doprowadzić do stanu, w którym minimalna wartość napięcia na kolektorze osiąga wartość napięcia na emiterze 2V (tranzystor nasyca się U CE =0). Maksymalna wartość napięcia na kolektorze osiąga wówczas 13 14V, a więc jest większa od napięcia zasilania prawie 2 razy. Powrócić do amplitudy 8Vpp składowej zmiennej na kolektorze. 3. Ustawianie warunku generacji w układzie WE Odłączyć sondy oscyloskopowe od emitera i kolektora tranzystora. Sondę CH I podłączyć do wejścia wzmacniacza (równolegle z generatorem sygnałowym). Sondę CH II podłączyć do cewki sprzęgającej obwodu rezonansowego: masa do zacisku 0.000, gorący do zacisku 0.050. W obu kanałach oscyloskopu ustawić: czułość 0.1V/dz, sprzężenie AC, pozycja środek ekranu. Zaobserwować jak zmienia się amplituda i faza obu sygnałów przy niewielkim odstrajaniu od częstotliwości rezonansowej. Powrócić do częstotliwości rezonansowej. Pozostawiając masę sondy oscyloskopowej na zacisku 0.000 cewki sprzęgającej, dołączać przewód gorący do innych zacisków cewki sprzęgającej, do zacisków (odczepów) cewki głównej obwodu rezonansowego oraz do zacisków dzielnika pojemnościowego obwodu rezonansowego. Należy zaobserwować, że napięcia na zaciskach cewki sprzęgającej, cewki głównej i dzielnika pojemnościowego mają zawsze jednakowe fazy i jednakowe amplitudy dla określonej wartości współczynnika podziału (U/U 0 =0.025, 0.050, 0.075, ). Dołączyć ponownie gorący przewód sondy do zacisku 0.050 cewki sprzęgającej. Przełączyć oscyloskop w tryb pracy XY. Skorygować i zanotować częstotliwość, przy której przesunięcie fazowe pomiędzy sygnałem wejściowym i wyjściowym wynosi 180 (ukośna cienka linia na ekranie). Zamienić końcówki sondy CH II: masa do zacisku 0.050; gorący do zacisku 0.000. Wyjaśnić przyczynę zmiany położenia linii ukośnej na ekranie. Przełączyć oscyloskop w tryb pracy napięcie-czas. Za pomocą potencjometru P2 doprowadzić do
precyzyjnego pokrycia się sygnałów w obu kanałach oscyloskopu. Pokrycie obu sygnałów oznacza, że wzmocnienie wzmacniacza wynosi 1 oraz przesunięcie fazowe wynosi 0, a zatem spełniony jest warunek generacji. Zanotować częstotliwość generatora. 4. Badanie generatora Meisnera WE Odłączyć generator sygnałowy i sondę CH II oscyloskopu oraz połączyć zacisk 0.050 cewki sprzęgającej do masy wzmacniacza i zacisk 0.000 cewki sprzęgającej do wejścia wzmacniacza. Na ekranie w CH I powinien pojawić się sygnał sinusoidalny o małej amplitudzie. Brak sygnału może wynikać z nieprecyzyjnego wykonania poprzednich operacji lub z powodu obciążenia uzwojenia sprzęgającego inną niż oscyloskop impedancją wejściową wzmacniacza. Należy wówczas nieznacznie zwiększyć wzmocnienie wzmacniacza obracając potencjometr P2 w prawo. Za pomocą miernika częstotliwości dołączonego do wejścia wzmacniacza (równolegle z sondą CH I oscyloskopu) zmierzyć częstotliwość generowanego sygnału. Sondę CH I oscyloskopu odłączyć od wejścia wzmacniacza i dołączyć do emitera tranzystora Sondę CH II dołączyć do kolektora tranzystora. W obu kanałach oscyloskopu ustawić: czułość 2V/dz, sprzężenie GND, pozycja dolna krawędź ekranu. Przełącznik sprzężenie w obu kanałach oscyloskopu przestawić w pozycję DC. Potencjometr P2 ustawić tak, aby amplituda składowej zmiennej napięcia na kolektorze tranzystora wynosiła 8Vpp. Zaobserwować wpływ dobroci, wzmocnienia oraz odczepu na cewce sprzęgającej obwodu rezonansowego na amplitudę, zniekształcenia i częstotliwość generowanego sygnału. Przy znacznym przekroczeniu warunku amplitudy i małej dobroci obwodu rezonansowego układ generuje sygnał o modulowanej amplitudzie lub wzbudza się i gaśnie cyklicznie. Drgania mają charakter relaksacyjny i polegają na cyklicznej zmianie punktu pracy. Praktycznie sprawdzić występowanie wymienionego efektu. Powrócić do nastawy P0 w połowie zakresu oraz P2 tak, aby amplituda składowej zmiennej na kolektorze wynosiła 8Vpp. 5. Badanie generatora Hartleya i Colpittsa WE Nie zmieniając nastaw potencjometrów P0 i P2, pozostawiając sondy oscyloskopowe na emiterze i kolektorze tranzystora oraz sondę miernika częstotliwości na wejściu wzmacniacza, przebudować układ na generator Hartleya WE, a następnie na generator Colpittsa WE. W układzie Colpittsa konieczne jest zastosowanie dodatkowego rezystora, umożliwiającego przepływ prądu stałego do kolektora tranzystora dołączonego tak, aby w minimalnym stopniu oddziaływał na dobroć obwodu rezonansowego. Zastosować rezystor 4.7k zgodnie ze schematem. Każdy z układów powinien generować na bardzo zbliżonej częstotliwości z podobną amplitudą składowej zmiennej sygnału na kolektorze tranzystora. Dla układu Hartleya i Colpittsa wyjaśnić w jaki sposób spełniony jest warunek fazy i amplitudy. Dlaczego w układzie Colpittsa nastąpiło przesunięcie składowej stałej napięcia na kolektorze? Zaobserwować wpływ dobroci, wzmocnienia oraz odczepu na cewce obwodu rezonansowego lub dzielniku pojemnościowym na amplitudę, zniekształcenia i częstotliwość generowanego sygnału. Sprawdzić skłonność układu do powstawania drgań relaksacyjnych przy znacznym przekroczeniu warunku amplitudy.
6. Ustawianie warunku generacji w układzie WB Pozostawiając sondy oscyloskopowe na emiterze i kolektorze tranzystora, odłączyć sondę miernika częstotliwości oraz przebudować układ na wzmacniacz rezonansowy WB zgodnie z rys. 3b. W stosunku do układu WE wystarczy dla składowej zmiennej odłączyć od masy suwak potencjometru P2 oraz dołączyć do masy bazę tranzystora. Ustawić potencjometry: P0 połowa zakresu; P2 połowa zakresu. Wykonane operacje nie powodują zmiany statycznego punktu pracy tranzystora ustawionego w pkt. 1, co potwierdzi położenie linii na ekranie oscyloskopu. Dołączyć generator sygnału sinusoidalnego do suwaka potencjometru P2 przez kondensator 1µF (wejście wzmacniacza WB). Ustawić częstotliwość generatora równą częstotliwości rezonansowej obwodu (maksymalna amplituda składowej zmiennej na kolektorze tranzystora). Dobrać poziom sygnału z generatora tak, aby amplituda składowej zmiennej napięcia na kolektorze tranzystora wynosiła 4Vpp. Odłączyć sondy oscyloskopowe od kolektora i emitera tranzystora. Sondę CH I podłączyć do wejścia wzmacniacza (suwak potencjometru P2 przez kondensator 1µF). Sondę CH II podłączyć do cewki sprzęgającej obwodu rezonansowego: masa do zacisku 0.000; gorący do zacisku 0.050. W obu kanałach oscyloskopu ustawić: czułość 0.1V/dz, sprzężenie AC, pozycja środek ekranu. Zaobserwować jak zmienia się amplituda i faza obu sygnałów przy niewielkim odstrajaniu od częstotliwości rezonansowej. Powrócić do częstotliwości rezonansowej. Pozostawiając masę sondy oscyloskopowej na zacisku 0.000 cewki sprzęgającej, dołączać przewód gorący do innych zacisków cewki sprzęgającej, do zacisków (odczepów) cewki głównej obwodu rezonansowego oraz do zacisków dzielnika pojemnościowego obwodu rezonansowego. Należy zaobserwować, że napięcia na zaciskach cewki sprzęgającej, cewki głównej i dzielnika pojemnościowego mają zawsze jednakowe fazy i jednakowe amplitudy dla określonej wartości współczynnika podziału (U/U 0 =0.025, 0.050, 0.075, ). Dołączyć ponownie gorący przewód sondy do zacisku 0.050 cewki sprzęgającej. Przełączyć oscyloskop w tryb pracy XY. Skorygować i zanotować częstotliwość, przy której przesunięcie fazowe pomiędzy sygnałem wejściowym i wyjściowym wynosi 0 (ukośna cienka linia na ekranie). Przełączyć oscyloskop w tryb pracy napięcie czas. Za pomocą potencjometru P2 doprowadzić do precyzyjnego pokrycia się sygnałów w obu kanałach oscyloskopu. Pokrycie obu sygnałów oznacza, że wzmocnienie wzmacniacza wynosi 1 oraz przesunięcie fazowe wynosi 0, a zatem spełniony jest warunek generacji. Zanotować częstotliwość generatora. 7. Badanie generatora Meisnera WB. Odłączyć generator sygnałowy i sondę CH II oscyloskopu oraz połączyć zacisk 0.000 cewki sprzęgającej do masy wzmacniacza i zacisk 0.050 cewki sprzęgającej do wejścia wzmacniacza. Na ekranie w CH I powinien pojawić się sygnał sinusoidalny o małej amplitudzie. Brak sygnału może wynikać z nieprecyzyjnego wykonania poprzednich operacji lub z powodu obciążenia uzwojenia sprzęgającego inną niż oscyloskop impedancją wejściową wzmacniacza. Należy wówczas nieznacznie zwiększyć wzmocnienie wzmacniacza obracając potencjometr P2 w prawo. Za pomocą miernika częstotliwości dołączonego do wejścia wzmacniacza (równolegle z sondą CH I oscyloskopu) zmierzyć częstotliwość generowanego sygnału. Sondę CH I oscyloskopu odłączyć od wejścia wzmacniacza i dołączyć do emitera tranzystora. Sondę CH II dołączyć do kolektora tranzystora. W obu kanałach
oscyloskopu ustawić: czułość 2V/dz, sprzężenie GND, pozycja dolna krawędź ekranu. Przełącznik sprzężenie w obu kanałach oscyloskopu przestawić w pozycję DC. Potencjometr P2 ustawić tak, aby amplituda składowej zmiennej napięcia na kolektorze tranzystora wynosiła 8Vpp. Zaobserwować wpływ dobroci, wzmocnienia oraz odczepu na cewce sprzęgającej obwodu rezonansowego na amplitudę, zniekształcenia i częstotliwość generowanego sygnału. Sprawdzić skłonność układu do powstawania drgań relaksacyjnych przy znacznym przekroczeniu warunku amplitudy. Powrócić do nastawy P0 w połowie zakresu oraz P2 tak, aby amplituda składowej zmiennej na kolektorze wynosiła 8Vpp. 8. Badanie generatora Hartleya i Colpittsa WB Nie zmieniając nastaw potencjometrów P0 i P2, pozostawiając sondy oscyloskopowe na kolektorze i emiterze tranzystora oraz sondę miernika częstotliwości na wejściu wzmacniacza, przebudować układ na generator Hartleya WB, a następnie Colpittsa WB. W tym celu należy przewód podłączony do zacisku 0.050 uzwojenia sprzęgającego przenieść do zacisku 0.050 uzwojenia głównego (Hartley) a następnie do zacisku 0.050 dzielnika pojemnościowego (Colpitts).Każdy z układów powinien generować na zbliżonej częstotliwości z podobną amplitudą składowej zmiennej sygnału na kolektorze tranzystora. Potwierdzić poznany w poprzednich układach generatorów wpływ dobroci, wzmocnienia oraz odczepu na cewce lub dzielniku pojemnościowym na amplitudę, zniekształcenia i skłonność do powstawania drgań relaksacyjnych. Powrócić do nastawy P0 w połowie zakresu oraz P2 tak, aby amplituda składowej zmiennej na kolektorze tranzystora wynosiła 8Vpp. 9. Badanie generatora Meisnera, Hartleya i Colpittsa WC Analizując schematy generatorów można wykazać, że odpowiednie układy generatorów WC powstają z układów WB przez odłączenie od masy bazy i dołączenie do masy (dla składowej zmiennej) kolektora tranzystora. Nie zmieniając nastaw potencjometrów P0 i P2, pozostawiając sondy oscyloskopowe na kolektorze i emiterze tranzystora oraz sondę miernika częstotliwości (na suwaku P2 przez kondensator 1µF), przebudować układ na dowolny generator WC. Zwrócić uwagę, że zacisk obwodu rezonansowego oznaczony kropką musi być podłączony do masy, a sprzężenie zwrotne realizowane jest przez podłączenie do zacisku 0.050. Regulując potencjometrem P2 doprowadzić do pojawienia się na emiterze tranzystora sygnału sinusoidalnego o amplitudzie 2Vpp. Napięcie na kolektorze pozostaje stałe, równe napięciu zasilania wyjaśnić dlaczego. Sondę oscyloskopu CH II przenieść z kolektora na bazę tranzystora. Czym różnią się sygnały na bazie i emiterze tranzystora? Nie zmieniając nastaw potencjometrów P0 i P2 sprawdzić działanie pozostałych dwóch generatorów w układzie WC. W tym celu należy zmieniać podłączenie przewodu łączącego suwak potencjometru P2 z zaciskiem obwodu rezonansowego 0.050 (zgodnie ze schematem w tablicy generatorów). Każdy z układów powinien generować na zbliżonej częstotliwości z podobną amplitudą składowej zmiennej na emiterze i bazie tranzystora. Potwierdzić poznany w poprzednich układach generacyjnych wpływ dobroci, wzmocnienia oraz odczepu na cewce lub dzielniku pojemnościowym na amplitudę, zniekształcenia i skłonność do drgań relaksacyjnych. Uwaga! Najczęściej stosowanym w praktyce generatorem LC (szczególnie w zakresach
w.cz.) jest układ Colpittsa WC. Pracuje przy małej amplitudzie napięcia na obwodzie rezonansowym, charakteryzuje się małą skłonnością do drgań relaksacyjnych przy przekroczeniu warunku amplitudy oraz dużą stałością częstotliwości w funkcji typowych czynników destabilizujących (zmiany napięcia zasilania, temperatury, obciążenia). 10. Badanie charakterystyki przejściowej wzmacniacza operacyjnego (WO) Wejście + WO podłączyć do masy, potencjometr P3 ustawić w połowie zakresu (500k). Sinusoidalny lub trójkątny sygnał z generatora o częstotliwości 300Hz podać na CH I (X) oscyloskopu oraz na wejście WO z rezystorem szeregowym 220k (zastosować trójnik BNC). Sondę CH II (Y) oscyloskopu dołączyć do wyjścia WO. Ustawić oscyloskop w tryb pracy XY ze sprzężeniem DC w obu kanałach. Czułość CH I (X) 0.5V/dz, czułość CH II (Y) 2V/dz. Dobrać amplitudę sygnału z generatora tak, aby uzyskać na ekranie charakterystykę przejściową wzmacniacza z widocznymi obszarami nasycenia. Zaobserwować wpływ nastawy potencjometru P3 na wzmocnienie wzmacniacza. Znając wartości rezystorów w układzie wyznaczyć teoretycznie i sprawdzić doświadczalnie zakres regulacji wzmocnienia za pomocą potencjometru P3. Powrócić do nastawy P3 w połowie zakresu. Dołączając i odłączając diody równolegle do rezystora 110k, zaobserwować, jakim zmianom podlega kształt charakterystyki przejściowej wzmacniacza. Wyjaśnić przyczynę zmiany kształtu charakterystyki przejściowej. Nie zmieniając nastaw generatora i oscyloskopu podłączyć sygnał z generatora do wejścia WO z rezystorem szeregowym 22k. Wyznaczyć teoretycznie zakres regulacji wzmocnienia, powtórzyć obserwację charakterystyki przejściowej przy zmianach nastawy P3 oraz dołączonych diodach równolegle do rezystora 110k. Powrócić do nastawy P3 w połowie zakresu. Nie zmieniając nastaw generatora i oscyloskopu podłączyć sygnał z generatora do wejścia + WO, uziemiając wejście WO z rezystorem 220k, następnie z rezystorem 22k. Za każdym razem wyznaczyć teoretycznie zakres regulacji wzmocnienia, powtórzyć obserwację charakterystyki przejściowej przy zmianach nastawy P3 oraz diod dołączanych równolegle do rezystora 110k. Powrócić do nastawy P3 w połowie zakresu. 11. Badanie charakterystyki częstotliwościowej czwórników: TT, Wiena, 3RC, 4RC, 3CR, 4CR Sygnał z generatora sinusoidalnego podać na wejście badanego czwórnika oraz na CH I oscyloskopu (zastosować trójnik BNC). Sondę CH II oscyloskopu dołączyć do wyjścia badanego czwórnika. Ustawić w obu kanałach oscyloskopu: sprzężenie AC, pozycja środek ekranu, czułość stosownie do potrzeb. Zmieniając częstotliwość sygnału w zakresie 500Hz 15kHz obserwować czy zmiany napięcia na wyjściu badanego czwórnika odpowiadają znanej z teorii jego charakterystyce częstotliwościowej. Przełączyć oscyloskop w tryb pracy XY, znaleźć i zanotować częstotliwość, przy której przesunięcie fazy pomiędzy sygnałami wejściowym i wyjściowym wynosi 0 lub 180. Oszacować wartość tłumienia czwórnika dla tej częstotliwości. Korzystając ze wzorów zamieszczonych w podręczniku wyznaczyć teoretyczne częstotliwości generacji i tłumienia badanych czwórników. 12. Ustawienie warunku generacji dla badanego czwórnika w połączeniu z WO Sondę CH II przenieść z wyjścia badanego czwórnika na wyjście WO. Wyjście
badanego czwórnika podłączyć do właściwego z punkty widzenia spełnienia warunku generacji wejścia WO. Pozostawiając oscyloskop w trybie pracy XY skorygować częstotliwość generatora oraz dobrać nastawę potencjometru P3 tak, aby spełnić warunki generacji. Zanotować wartość częstotliwości. 13. Badanie generatora RC Odłączyć generator i sondę CH I oscyloskopu, przełączyć oscyloskop w tryb pracy napięcie czas, ustawić w kanale CH II oscyloskopu: czułość 2V/dz; sprzężenie AC; pozycja środek ekranu. Dołączyć do wyjścia WO sondę miernika częstotliwości. Połączyć wyjście WO z wejściem badanego czwórnika. Na ekranie oscyloskopu powinien pojawić się sygnał sinusoidalny. Brak sygnału może wynikać z nieprecyzyjnego wykonania poprzednich operacji. Należy wówczas nieznacznie zwiększyć wzmocnienie wzmacniacza obracając potencjometr P3 w prawo. Zaobserwować jak zmienia się amplituda generowanego sygnału przy zmianie wartości potencjometru P3. W miarę możliwości ustawić P3 tak, aby generowany sygnał sinusoidalny miał amplitudę 8Vpp. Zanotować i porównać z poprzednimi punktami częstotliwość generowanego sygnału. Wyjaśnić, dlaczego pojawiają się trudności z nastawieniem pożądanej amplitudy generowanego sygnału. Dołączyć diody równolegle do rezystora 110k. Zaobserwować jak teraz zmienia się amplituda generowanego sygnału przy zmianie wartości potencjometru P3. Ustawić P3 tak, aby amplituda generowanego sygnału wynosiła 8Vpp. Zanotować i porównać z poprzednimi punktami częstotliwość generowanego sygnału. Wyjaśnić zaobserwowane zjawisko. Przygotowanie do ćwiczenia Dla poprawnego wykonania ćwiczenia bezwzględnie wymagane jest wysłuchanie wykładu Generatory sinusoidalne (przedmiot wariantowy Układy Analogowe II ) oraz zapoznanie się z jedną z wybranych obowiązkowych pozycji literaturowych. Przygotowanie sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia ma zawierać odpowiedzi na pytania zawarte w treści programu ćwiczenia. Literatura obowiązkowa 1. J. Baranowski, G. Czajkowski, Układy Elektroniczne cz.ii. Układy analogowe nieliniowe i impulsowe, WNT 1993, str. 155-204, 2. J. Pawłowski, Wzmacniacze i Generatory, WKŁ 1980, str. 723-839, 3. M. Niedźwiedzki, M. Rasiukiewicz, Nieliniowe elektroniczne układy analogowe, WNT 1992, str. 92-259. Literatura pomocnicza 1. W. Golde, Układy elektroniczne tom II, WNT 1976, str. 52-174, 2. A. Filipkowski, Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe,wnt 1993, str. 367-399, 3. U. Tietze, C. Schenk, Układy Półprzewodnikowe, WNT 1996, str. 482-512.