GENERATORY SINUSOIDALNE RC, LC i KWARCOWE

Podobne dokumenty
GENERATORY SINUSOIDALNE RC, LC i KWARCOWE

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

Generatory sinusoidalne LC

Ćw. 6 Generatory. ( ) n. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wymagane informacje. 3. Wprowadzenie teoretyczne PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB

PRZERZUTNIKI BI- I MONO-STABILNE

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Rys.1. Układy przełączników tranzystorowych

Politechnika Białostocka

Ćwiczenie nr 11. Projektowanie sekcji bikwadratowej filtrów aktywnych

Ćwiczenie 7 PARAMETRY MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH

ZASTOSOWANIA WZMACNIACZY OPERACYJNYCH

TRANZYSTOROWY UKŁAD RÓŻNICOWY (DN 031A)

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

U 2 B 1 C 1 =10nF. C 2 =10nF

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

UKŁADY Z PĘTLĄ SPRZĘŻENIA FAZOWEGO (wkładki DA171A i DA171B) 1. OPIS TECHNICZNY UKŁADÓW BADANYCH

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

ĆWICZENIE NR 1 TEMAT: Wyznaczanie parametrów i charakterystyk wzmacniacza z tranzystorem unipolarnym

Ćwiczenie nr 05 1 Oscylatory RF Podstawy teoretyczne Aβ(s) 1 Generator w układzie Colpittsa gmr Aβ(S) =1 gmrc1/c2=1 lub gmr=c2/c1 gmr C2/C1

Wzmacniacz jako generator. Warunki generacji

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

WZMACNIACZ OPERACYJNY W UKŁADACH LINIOWYCH

ELEMENTY ELEKTRONICZNE. Układy polaryzacji i stabilizacji punktu pracy tranzystora

PROTOKÓŁ POMIAROWY - SPRAWOZDANIE

Tranzystory bipolarne. Podstawowe układy pracy tranzystorów.

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Politechnika Białostocka

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego

LABORATORIUM ELEKTRONIKA. Opracował: mgr inż. Tomasz Miłosławski

Wzmacniacze operacyjne

Podstaw Elektroniki Cyfrowej Wykonał zespół w składzie (nazwiska i imiona): Dzień tygodnia:

WZMACNIACZE RÓŻNICOWE

Układy i Systemy Elektromedyczne

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie generatorów sinusoidalnych (2h)

3. Funktory CMOS cz.1

TRANZYSTORY BIPOLARNE

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Ćwiczenie: "Obwody prądu sinusoidalnego jednofazowego"

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Ćw. 5 Wzmacniacze operacyjne

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Elektronika. Wzmacniacz tranzystorowy

LABORATORIUM ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA BADANIE GENERATORÓW PRZEBIEGÓW PROSTOKĄTNYCH I GENERATORÓW VCO

Badanie układów aktywnych część II

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych Laboratorium 1

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Generatory sinusoidalne

Ćwiczenie 2 Mostek pojemnościowy Ćwiczenie wraz z instrukcją i konspektem opracowali P.Wisniowski, M.Dąbek

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Generatory drgań sinusoidalnych LC

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

LABORATORIUM PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH. Ćwiczenie nr 2. Pomiar pojemności i indukcyjności. Szeregowy i równoległy obwód rezonansowy

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

TRANZYSTOROWY UKŁAD RÓŻNICOWY

PRZEŁĄCZANIE DIOD I TRANZYSTORÓW

Ćwiczenie 21 Temat: Komparatory ze wzmacniaczem operacyjnym. Przerzutnik Schmitta i komparator okienkowy Cel ćwiczenia

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

BADANIE ELEMENTÓW RLC

PARAMETRY MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH

CHARAKTERYSTYKI BRAMEK CYFROWYCH TTL

Badanie właściwości multipleksera analogowego

Zapoznanie z przyrządami stanowiska laboratoryjnego. 1. Zapoznanie się z oscyloskopem HAMEG-303.

płytka montażowa z tranzystorami i rezystorami, pokazana na rysunku 1. płytka montażowa do badania przerzutnika astabilnego U CC T 2 masa

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Generator relaksacyjny

WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY.

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 14/12

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Wzmacniacze operacyjne

Generatory. Podział generatorów

Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

LABORATORIUM ELEKTRONIKI FILTRY AKTYWNE

LABORATORIUM TECHNIKA CYFROWA BRAMKI. Rev.1.0

Ćwiczenie - 8. Generatory

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Ćwiczenie 1: Pomiar parametrów tranzystorowego wzmacniacza napięcia w układzie wspólnego emitera REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Ćwiczenie - 4. Podstawowe układy pracy tranzystorów

STABILIZATORY NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO O DZIAŁANIU CIĄGŁYM Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Pętla fazowa

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie liniowych układów ze wzmacniaczem operacyjnym (2h)

Politechnika Białostocka

Elektronika. Wzmacniacz operacyjny

Ćw. 7 Wyznaczanie parametrów rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych (płytka wzm. I)

4. Funktory CMOS cz.2

Ćwiczenie 3 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

5 Filtry drugiego rzędu

Podstawy Elektroniki dla Teleinformatyki. Tranzystory bipolarne

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK FILTRÓW BIERNYCH. (komputerowe metody symulacji)

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

Wzmacniacz tranzystorowy

Ćwiczenie 12 Temat: Wzmacniacz w układzie wspólnego emitera. Cel ćwiczenia

Ćw. 3: Wzmacniacze operacyjne

b) Zastosować powyższe układy RC do wykonania operacji analogowych: różniczkowania, całkowania

Podstawy Elektroniki dla Teleinformatyki. Generator relaksacyjny

Analiza właściwości filtra selektywnego

Transkrypt:

GENERATORY SINUSOIDALNE RC, LC i KWARCOWE 1. WSTĘP Tematem ćwiczenia są podstawowe zagadnienia dotyczące generacji napięcia sinusoidalnego. Ćwiczenie składa się z trzech części. W pierwszej z nich, mającej charakter wprowadzenia, obserwuje się związek między charakterystykami częstotliwościowymi (amplitudową i fazową) wzmacniacza z jednej strony, a kształtem przebiegu wytwarzanego przez generator, powstały z tego wzmacniacza w wyniku objęcia go pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego. Druga, zasadnicza część ćwiczenia poświęcona jest badaniom podstawowych właściwości generatorów Collpittsa, Clappa oraz generatora z rezonatorem kwarcowym pracującym jako indukcyjność. Obwody rezonansowe dwóch pierwszych układów są montowane z wymiennych elementów przez wykonującego ćwiczenie. W ostatniej, trzeciej części dokonuje się obserwacji przebiegów czasowych w generatorze z kwarcem sprzęgającym, pracującym z częstotliwością bliskiej rezonansu szeregowego, we wzmacniaczu złożonym z dwóch typowych bramek TTL. Celem ćwiczenia jest zilustrowanie jakościowych i ilościowych zależności rządzących podstawowymi układami generatorów LC, zwłaszcza dotyczących częstotliwości pracy i jej stałości. Drugim istotnym wątkiem jest jakościowe poznanie zjawisk występujących w układach generacji przebiegów sinusoidalnych. 2. OPIS TECHNICZNY BADANYCH UKŁADÓW 2.1. Nieodwracający wzmacniacz pasmowy (wkładka DN071A) Badany układ, którego uproszczony schemat przedstawiono na rys.1, jest trzystopniowym wzmacniaczem pasmowym o wzmocnieniu w zakresie średnich częstotliwości k U0 12[V/V]. Pierwszy oraz ostatni stopień tego wzmacniacza stanowią wtórniki emiterowe (T 1, T 4 ), pełniące pełniące rolę separatorów. Wzmocnienie napięciowe zapewnia stopień środkowy, pracujący w układzie niesymetrycznego wzmacniacza różnicowego. Schemat obwodowy układów wkładki DN071A przedstawiono na rys.2. Rys.1. Uproszczony schemat wzmacniacza pasmowego Górną częstotliwość graniczną badanego wzmacniacza wyznacza filtr dolnoprzepustowy R 7 C 2, który wprowadza biegun dominujący f g 2 [khz]. Od dołu pasmo ograniczane jest przez filtr górnoprzepustowy - R 3 C 1. Rezystancja R 3 może być regulowana płynnie - R 35, albo skokowo -

Rys.2. Schemat ideowy układu wkładki DN071A R 33, R 34. Dzięki temu możliwa jest zmiana dolnej częstotliwości granicznej, a zarazem i kształtu charakterystyk amplitudowych (rys.3) oraz fazowych wzmacniacza. Rys.3. Amplitudowe charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza pasmowego DN071A dla różnych wartości rezystora R 3. Należy zwrócić uwagę na to, że w wyniku zastosowania wtórników T 1 i T 4, impedancja wejściowa wzmacniacza nie obciąża jego wyjścia po zamknięciu pętli sprzężenia zwrotnego. 2.2. Generatory LC oraz kwarcowe (wkładka DN071B) Wkładka DN071B stwarza ćwiczącemu możliwość samodzielnego zrealizowania czterech różnych generatorów napięcia sinusoidalnego: Collpittsa, Clappa, Collpittsa-Piercea oraz układu

z rezonatorem kwarcowym sprzęgającym zlinearyzowane bramki TTL. Uproszczone schematy tych generatorów przedstawiono na rys.4. Rys.4. Uproszczone schematy generatorów, możliwych do zrealizowania przy pomocy wkładki DN071B. W generatorze z bramkami TTL kwarc może pracować w pobliżu rezonansu szeregowego albo, po włączeniu kondensatora C K, jako indukcyjność. Na rys.5 przedstawiono pełny schemat układu wkładki DN071B. Tranzystor T 1 jest zasilany od strony emitera prądowo, przez regulowane w pewnych granicach źródło (T 2 ), zaś od strony kolektora napięciowo przez dławik L Z. Tranzystor T 1 jest elementem aktywnym badanych generatorów z dzieloną pojemnością. Pracuje on w punkcie pracy o następujących współrzędnych: I C I E 0,85 1,5 [ma] oraz ponieważ potencjał bazy jest bliski zeru U CE 15,7 [V]. Trzy kondensatory C e, C b i C c służą do odseparowania obwodu rezonansowego i obwodów zasilania. Zespół zacisków 1 11 (rys.5) umożliwia dołączanie do obwodu rezonansowego elementów wymiennych oraz przełączanie układów generatorów.

Rys.5. Schemat ideowy układu wkładki DN071B W generatorze z bramkami TTL typu UCY7400 znajdują się dwa zaciski: 12 i 13, między które można w pętlę sprzężenia włączyć dodatkowy kondensator C K, powodujący przesunięcie punktu pracy kwarcu w kierunku rezonansu równoległego. Ponadto w układzie tym umieszczono nity, na których zlokalizowane są punkty pomiarowe: A E do obserwacji przebiegów czasowych. Napięcia w tych punktach próbkuje się bezpośrednio sondą oscyloskopu, aby było to możliwe konieczne jest zasilenie wkładki poprzez przedłużacz. Bramki 1 i 2, wraz z rezystorami linearyzującymi R 11 oraz R 12, stanowią wzmacniacz, bramka 3 kształtuje wyjściowy przebieg prostokątny, zaś bramka 4 może być wykorzystana do kluczowania generowanego przebiegu. Rys.6. Widok płyty montażowej wkładki DN071B

Dla zmniejszenia wpływu kabli pomiarowych w układzie zastosowano dwa dzielniki skompensowane: w obwodzie bazy R 5, R 6, R 7, C 5 i w obwodzie kolektora R 8, R 9, R 10, C 6 oraz układ wzmacniająco-separujący T 3, T 4 do częstościomierza cyfrowego. Układy dzielników są tak zaprojektowane, że obciążone sondą kalibrowaną 100 [pf], redukują napięcie kolektorowe 20- krotnie, zaś bazowe 2-krotnie, o czym należy pamiętać przy pomiarach. Płyty czołowe wkładek DN071A i DN071B przedstawiono na rys.7. Rys.7. Widok płyt czołowych wkładek DN071A i DN071B. 3. WYKAZ APARATURY POMOCNICZEJ Do wykonania ćwiczenia potrzebne są następujące przyrządy pomocnicze: generator sinusoidalny przestrajany wkładka: SGS1 (SN2013), sonda bierna do oscyloskopu. 4. PRZEBIEG ĆWICZENIA 4.1. Obserwacja zależności między kształtem drgań, a właściwościami pasmowymi wzmacniacza w układzie generatora ze sprzężeniem zwrotnym. Przekształcić wzmacniacz pasmowy DN071A w układ generatora, poprzez połączenie wyjścia wzmacniacza z jego wejściem za pomocą krótkiego odcinka kabla współosiowego. Schemat układu pomiarowego do powyższych obserwacji przedstawiono na rys.8.

Rys.8. Schemat układu do obserwacji kształtu drgań generatora z wzmacniaczem DN071A W układzie należy włączyć potencjometr R 35 i poprzez zmianę jego nastaw zaobserwować wpływ wielkości stałej czasowej R 3 C 1 na kształt napięcia wyjściowego badanego układu (a także zrywanie się drgań). Następnie doprowadzić do wzbudzenia się drgań, prawie na granicy ich zerwania i zanotować ich częstotliwość. Potem rozłączyć sprzężenie zwrotne i nie zmieniając nastaw potencjometru, przy pomocy generatora SGS1 (SN2013) wyznaczyć wzmocnienie k U wzmacniacza dla tej samej częstotliwości. Schemat odpowiedniego układu pomiarowego przedstawiono na rys.9. Określić przedział częstotliwości w którym wzmocnienie k U wzmacniacza jest 1. Jak usytuowana jest częstotliwość drgań w stosunku do tego zakresu?. Skąd wynika wielkość graniczna wzmocnienia równego 1?. (Pomocna jest tu analiza modułu transmitancji toru sprzężenia zwrotnego i wnoszonego przezeń przesunięcia fazowego). Rys.9. Schemat układu do badania charakterystyk częstotliwościowych układu wzmacniacza DN071A W dalszej części ustawić maksymalną wartość rezystancji R 35 i określić wzmocnienie maksymalne k U oraz ponownie zakres częstotliwości, w którym wzmocnienie jest 1. Następnie zapiąć sprzężenie zwrotne i po załączeniu napięcia zasilania zaobserwować kształt drgań i zmierzyć ich częstotliwość. Podobną procedurę pomiarów i obserwacji, jak w przypadku R 35 -max, powtórzyć dla rezystancji R M.

Traktując zmierzoną częstotliwość drgań jako pierwszą (podstawową) harmoniczną określić maksymalne rzędy harmonicznej, które mieszczą się jeszcze w powyżej określanych zakresach?. Czy dla tych harmonicznych (maksymalnego rzędu), oraz odpowiednio wszystkich niższych, są spełnione warunki generacji (amplitudy i fazy)?. Czy znajduje to uzasadnienie w kształtach drgań?. Wyjaśnić, dlaczego w pierwszym przypadku kształt generowanego przebiegu w pobliżu punktu zerwania się drgań jest prawie dokładnie sinusoidalny, mimo że selektywność charakterystyki amplitudowej jest stosunkowo niewielka. Czy z tego faktu można wysnuć wnioski przydatne w konstrukcji generatorów sinusoidalnych RC?. 4.2. Badanie generatorów LC z dzieloną pojemnością Do badania generatorów LC należy użyć wkładki DN071B połączonej przedłużaczem z zasilaczami. Przełącznik hebelkowy U CC przesunąć w dolne położenie (wył), podobnie postąpić z drugim przełącznikiem - pozycja Q. Zamontować elementy wymienne i zwory zgodnie z dalej przedstawionymi danymi. Schemat blokowy tego układu pomiarowego przedstawia rys.10. Rys.10 Schemat układu do badania generatorów LC Układ Collpittsa: zaciski 7-8 R 0 33 68 [kω], zaciski 4-6 C 1 6,8 [nf], zaciski 9-10 C 2 220 [pf] 2,2 [nf], indukcyjność L 1 zwora między zaciskami 1-2, indukcyjność (L 1 + L 2 ) zwora tylko między zaciskami 2-3; Układ Clappa: zaciski 7-8 R 0 33 68 [kω], zaciski 4-6 C 1 6,8 [nf], zaciski 9-10 C 2 1 2,2 [nf], indukcyjność L 1 C 12 560 [pf] między zaciski 1-2, indukcyjność (L 1 + L 2 ) C 12 560 [pf] między zaciski 2-3; układ Collpittsa-Piercea: przełącznik hebelkowy T <-> Q przesunąć w położenie górne T,

zaciski 4-5 oraz 10-11 zewrzeć zworami. Obserwować napięcia: u be i u ce na ekranie oscyloskopu i mierzyć częstotliwość drgań. Należy zwrócić uwagę na stałość częstotliwości drgań poszczególnych układów. Czynnikiem destabilizującym w tych pomiarach jest zmiana punktu pracy tranzystora, spowodowana regulacją jego prądu emitera potencjometrem I E (najlepiej w całym zakresie zmienności). Porównać wyniki pomiarów częstotliwości drgań poszczególnych układów z wielkościami obliczonymi na podstawie teorii. Wyjaśnić pod względem jakościowym różnice wrażliwości częstotliwości na zmiany punktu pracy w układach Collpittsa i Collpittsa-Piercea. 4.3. Obserwacja przebiegów napięcia w kwarcowym generatorze z bramkami TTL Przełączniki hebelkowe przesunąć odpowiednio w położenie Q oraz wł, zewrzeć zworą zaciski 12-13. Następnie próbkując napięcie sondą oscyloskopu w punktach pomiarowych A E zaobserwować i narysować w protokóle przebiegi czasowe napięć w generatorze kwarcowym z bramkami TTL. Odpowiedni układ pomiarowy jest w niewielkim stopniu modyfikacją tego, przedstawionego na rys.10. Pomiary częstotliwości wykonać dwukrotnie (dołączając częstościomierz do wyjścia F), raz przy zwartych zaciskach 12-13 oraz włączając między te ostatnie kondensator o pojemności 100 300 [pf]. Spróbować wyjaśnić przebiegi napięć w generatorze. Uzasadnić kierunek i wielkość przestrojenia generatora wynikającą z włączenia kondensatora C K. Czy w skutek włączenia kondensatora zmienia się stałość częstotliwości drgań?