1 Technik elektronik 311[07] Zadanie praktyczne Mała firma elektroniczna wyprodukowała tani i prosty w budowie prototypowy generator funkcyjny do zastosowania w warsztatach amatorskich. Podstawowym układem tego urządzenia jest scalony generator funkcyjny, wytwarzający trzy rodzaje napięć: sinusoidalne, prostokątne i trójkątne. Opracuj projekt realizacji prac związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania tylko na wyjściu napięcia sinusoidalnego. Schemat generatora i dane techniczne podano w Załącznikach 1 i 2. Wykreśl charakterystykę Uwy = f(fwy) przy Uz = const i zależność częstotliwości od napięcia zasilania oraz wyznacz zakres przestrajania generatora dla sygnału o dopuszczalnych zniekształceniach nieliniowych. Oblicz parametry generatora i porównaj je z danymi technicznymi (Załącznik 2). Przedstaw wnioski dotyczące poprawności działania generatora napięcia sinusoidalnego. Projekt realizacji prac powinien zawierać: 1. Tytuł pracy egzaminacyjnej wynikający z treści zadania. 2. Założenia do opracowania projektu wynikające z treści zadania, danych technicznych układu, wyposażenia stanowiska pomiarowego i wykonanych pomiarów. 3. Wykaz działań związanych z uruchomieniem i badaniem generatora napięcia sinusoidalnego oraz wykaz mierzonych i obliczanych parametrów. 4. Schematy układów pomiarowych do wyznaczenia - charakterystyki Uwy = f(fwy) przy Uz = const - zależności częstotliwości wyjściowej od napięcia zasilającego (dla fwy = 10 khz) - zakresu przestrajania dla sygnału wyjściowego o dopuszczalnych zniekształceniach nieliniowych i dopuszczalnej amplitudzie Oraz opis sposobu wykonania pomiarów do wykreślenia charakterystyk i zakresu przestrajania. 5. Wskazania eksploatacyjne dotyczące generatora, wynikające z założonych parametrów technicznych i użytkowych. Dokumentacja z wykonania prac powinna zawierać: 1. Charakterystyki przedstawiające zależność napięcia Uwy od częstotliwości (wykreślone w podziałce logarytmicznej) i częstotliwości wyjściowej fwy w zależności od napięcia zasilania (wykreślone w podziałce liniowej). 2. Obliczenia parametrów generatora : zakres przestrajania af (z uwzględnieniem dopuszczalnych zniekształceń h i dopuszczalnej amplitudy napięcia wyjściowego Uwy) i współczynnik zmian częstotliwości w zależności od napięcia zasilającego Nf z podaniem przykładowych obliczeń oraz porównanie otrzymanych parametrów z danymi technicznymi i wnioski dotyczące poprawności działania generatora. Do wykonania zadania wykorzystaj: - Opis układu Załącznik 1 - Dane techniczne układu i wyposażenie stanowiska pomiarowego Załącznik 2 - Zestaw podstawowych wzorów Załącznik 3 - Wyniki pomiarów uzyskane podczas badania układu generatora napięcia sinusoidalnego Załącznik 4
2 Załącznik 1. Opis układu Generator funkcyjny, którego schemat ideowy przedstawiono na rysunku 1, jest scalonym układem NTE864 wytwarzającym trzy rodzaje napięć: sinusoidalne, prostokątne i trójkątne, które są dostępne na trzech wyjściach w podstawowym schemacie aplikacyjnym. Wartość częstotliwości napięcia wyjściowego zależy od wartości parametrów przyłączonych elementów C F, R A, R B oraz ustawienia potencjometru P1. Potencjometry montażowe PR1, PR2 i PR3 służą do regulacji napięcia prostokątnego i nie zmieniamy ich położenia podczas pomiarów napięcia sinusoidalnego. Na wyprowadzeniu 2 układu scalonego jest uzyskiwane napięcie sinusoidalne o częstotliwości w zakresie od 20 Hz do 20 khz i amplitudzie napięcia wyjściowego Uwy równej około 0,2 Uz. Rysunek 1. Schemat ideowy generatora napięcia sinusoidalnego. Tabela 1. Dane elementów generatora RA = 4,7 kω RB = 4,7 kω R1 = 20 kω RL = 10 kω PR1 = 1 kω ; montażowy PR2 = 5 MΩ ; montażowy PR3 = 100 kω ; montażowy P1 = 10 kω C F = 4,7 nf C1 = 100 nf D1 1N4001 NTE864
3 Załącznik 2. Dane techniczne generatora z układem NTE864 i wyposażenie stanowiska pomiarowego Tabela 1. Parametry elektryczne i użytkowe generatora dla rezystancji obciążenia Ro = 100 kω i Uz = +20V i temperatury pracy Tj = 25 o C Nazwa parametru Oznacze Warunki Wartość Jednostka nie pomiaru min typowa max Napięcie zasilania Uz +18 +20 +22 V Współczynnik zniekształceń h 1,0 1,5 % nieliniowych Zakres przestrajania af 1000 Temperatura pracy Tj 0 79 o C Amplituda sygnału Uwy 0,2Uz 0,22Uz V wyjściowego Częstotliwość wyjściowa fwy 20 20000 Hz Rezystancja wyjściowa Rwy 1 kω Współczynnik zmian Nf Dla Uz = 0,05 0,07 %/V częstotliwości w funkcji zasilania 18 22V ΔUz = 0,5V Prąd wyjściowy maksymalny Iwy max 18 ma max Prąd zasilania max dla Uz = 20V Iż max 20 ma Wyposażenie stanowiska pomiarowego: - Zasilacz laboratoryjny 30V/1A DC 1 szt. - Oscyloskop z przewodami pomiarowymi - 1 szt. - Rezystor obciążenia Ro = 100 kω - Multimetr U/I; Ac/DC - 1 szt. - Zestaw przewodów połączeniowych - Miernik zniekształceń nieliniowych - 1 szt. - Miernik częstotliwości - 1 szt.
4 Załącznik 3. Zestaw podstawowych wzorów. 1. Zakres przestrajania af: af = 2. Współczynnik zmian częstotliwości w zależności od napięcia zasilającego Nf: Nf = 100% gdzie: Δ fwy = fwy1 fwy2 ΔUz = Uz1 Uz2; jest to różnica napięć, która wywołała zmianę częstotliwości Załącznik 4. Wyniki pomiarów, uzyskane podczas badania układu generatora napięcia sinusoidalnego Pomiar napięcia wyjściowego w zależności od zmian częstotliwości Tabela 3. Wyniki pomiarów Uwy = f(fwy) przy Uz = 20V fwy [khz] 0,02 0,05 0,10 0,20 0,50 1,00 2,00 5,00 10,0 12,0 15,0 20,0 Uwy [V] 4,6 4,5 4,4 4,4 4,3 4,2 4,3 4,0 4,1 4,2 3,9 3,8 Pomiar częstotliwości w zależności od zmian napięcia zasilającego Tabela 4. Wyniki pomiarów dla fwy = 10 khz ze zmianą ΔUz = 0,5V od 18,0V do 22,0V Uz [V] 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0 fwy[hz] 10011 10007 10004 10002 10000 9997 9993 9990 9986 Nf [%/V] Pomiar zakresu przestrajania generatora Tabela 5. Wyniki pomiarów dla Uz = 20V fwy 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 5,0 8,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 [khz] h [%] 1,5 1,4 1,3 1,5 1,4 1,2 1,2 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,3 1,5 1,5 1,9 1,8 1,9 1,8
5 Tabela i układy współrzędnych dla ucznia. Zalecam wydrukowanie poniższej tabeli i siatek z podanymi opisami liczbowymi osi. Po wypełnieniu tabeli i wykreśleniu charakterystyk, dołączyć te materiały do projektu i oznaczyć jako stronę. Przypominam o konieczności podania nazwy mierzonej wielkości dla danej osi i jednostki. Pomiar częstotliwości w zależności od zmian napięcia zasilającego Tabela 4. Wyniki pomiarów dla fwy = 10 khz ze zmianą ΔUz = 0,5V od 18,0V do 22,0V Uz [V] 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0 fwy[hz] 10011 10007 10004 10002 10000 9997 9993 9990 9986 Nf [%/V] Charakterystyka Uwy = f(fwy) dla Uz = 20V
Charakterystyka fwy = f(uz) dla ustawionej częstotliwości 10 khz 6