Elektronika i telekomunikacja, rok II
Grupa E
Badanie własności dynamicznych przetworników pomiarowych i korekcja dynamiczna	Nr ćwiczenia: 6	07.11.2007 r.
Sprawozdanie wykonał: Meniu		Ocena:

Celem tego ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami wyznaczania parametrów

charakteryzujących własności dynamiczne przetwornika, takie jak stała czasowa oraz wykreślenie charakterystyk częstotliwościowych. Ponadto sposób doboru kondensatora w kolektorze dla dolnoprzepustowego układu inercyjnego.

Niezbędne dane teoretyczne:

- Najszybsze ustalenie się odpowiedzi czasowej wolnej od przeregulowania zachodzi przy takim dopasowaniu korektora do przetwornika za pomocą regulowanej

pojemności ( kondensator dekadowy), aby T1 (C₁*R₁stała czasowa korektora)= T(stała czasowa przetwornika).

- Sposób wyznaczenia stałej czasowej jest przedstawiony na poniższym rysunku:

Pierwsza metoda polega na poprowadzeniu

stycznej do krzywej y(t) z początku układu współrzędnych aż do punktu przecięcia z linią

poziomą y = k ×A odpowiadającą stanowi ustalonemu odpowiedzi i zrzutowaniu tego punktu

na oś „t”. Druga wykorzystująca fakt, że dla układu pierwszego rzędu odpowiedź na

wymuszenie skokowe po upływie czasu równego jednej stałej czasowej osiąga wartość około

0,63 wartości stanu ustalonego wówczas y(t = T) = k *A(1- e^-1) ≈ k *A* 0,63

- Mierząc dla różnych częstotliwości sygnału wejściowego wartości k_u, można

wyznaczyć charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe

Program ćwiczenia:

1. Badanie własności dynamicznych przetwornika I-go rzędu i korektora dynamicznego:

a) dobór kondensatora w korektorze dla dolnoprzepustowego układu inercyjnego według

odpowiedzi czasowej na wymuszenie skokowe najszybszej wolnej od przeregulowania

Montujemy układ do pomiaru jak niżej:

W układzie pomiarowym jak wyżej obiekt inercyjny pierwszego rzędu stanowi układ RC,

korektor stanowi układ R1, R2, C1.

Na wejście badanego obiektu podać skok jednostkowy w postaci ciągu impulsów prostokątnych z generatora. W tym celu należy generator funkcyjny typu 9205C ustawić na pracę generatora przez wyciśnięcie przycisku „OSC/COUNT”, oraz wybrać przebieg prostokątny przycisk „function ”. Częstotliwość generatora należy ustawić na wartość ok. 80Hz. Regulować częstotliwość generatora podstawy czasu tak, aby otrzymany przebieg był widoczny w stanie ustalonym.

Za pomocą kondensatora dekadowego dobrać pojemność C1 w korektorze tak, aby

odpowiedź czasowa układu przetwornik - korektor na skok jednostkowy była najszybsza i wolna od przeregulowania tzn., ( aby kształt sygnału wyjściowego był podobny do skoku jednostkowego).

Najszybsze ustalenie się odpowiedzi czasowej wolnej od przeregulowania zachodzi przy takim dopasowaniu korektora do przetwornika za pomocą regulowanej pojemności ( kondensator dekadowy), aby T1 (C₁*R₁stała czasowa korektora)= T(stała czasowa przetwornika C*R)

Można to zrobić przez równoczesna obserwację odpowiedzi na skok jednostkowy przetwornika i kolektora. Regulując pojemność kondensatora dekadowego (C₁) staramy się aby przebieg odpowiedzi czasowej kolektora był jak najbardziej podobny do odpowiedzi czasowej członu inercyjnego I-go rzędu. Wtedy ich stałe czasowe będą takie same, a co za tym idzie będzie spełniony warunek konieczny do uzyskania najszybszej odpowiedzi czasowej układu przetwornik - korektor na skok jednostkowy.

W naszym przypadku pojemność C₁= 43 nF dała najlepszy efekt.

b) wyznaczenie stałych czasowych:

Dla układu pomiarowego jak wyżej na podstawie odpowiedzi czasowej na skok jednostkowy

wyznaczaliśmy stałe czasowe.

Wyglądało to w ten sposób, że najpierw mierzyliśmy amplitudę za pomocą kursorów, a potem liczyliśmy 63% jej wartości. W punkcie na osi pionowej odpowiadającym 63% amplitudy ustawialiśmy kursor poziomy i ustalaliśmy punkt przecięcia z odpowiedzią czasową. Następnie przez znaleziony punkt przecięcia poprowadziliśmy pionowy kursor który przecinał się z osią czasu i mogliśmy wtedy odczytać stałą czasową. Należało pamiętać o odpowiednim umiejscowieniu wykresu na ekranie oscyloskopu (pomocne były punkty przecięcia podziałki )

co polepszało dokładność pomiaru.

W ten sposób uzyskaliśmy następujące wyniki dla:

• samego członu inercyjnego

Amplituda = 1,65 V

63% Amplitudy = 1,04 V

τ = 1,66 ms

• członu inercyjnego z kolektorem

Amplituda = 1,70 V

63% Amplitudy = 1,07 V

τ = 310 µs

• samego korektora

Amplituda = 6,55 V

63% Amplitudy = 4,13 V

τ = 440 µs

Jak widać stała czasowa jest najmniejsza dla członu inercyjnego z korektorem co potwierdza sens jego stosowania szczególnie gdy spojrzymy na stałą czasowa samego członu inercyjnego która jest pięć razy większa.

c) zdjęcie charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych

W tym celu należy zmontować układ pomiarowy jak poniżej

Na wejście badanego obiektu podać sygnał sinusoidalny o stałej amplitudzie i

regulowanej częstotliwości w zakresie od 0 do 1000Hz co 100Hz W tym celu należy

generator funkcyjny typu 9205C ustawić na pracę generatora przez wyciśnięcie przycisku

„OSC/COUNT”, oraz wybrać przebieg sinusoidalny przycisk „function ~”.

Wzmocnienie statyczne k_u wyznaczyć za pomocą woltomierzy cyfrowych poprzez pomiar napięć na wyjściu i wejściu badanego obiektu.

Otrzymane wyniki i charakterystyki dla:

• samego członu inercyjnego

f [kHz]	U1 [V]	U2 [V]	k=U2/U1
0,02	3,07	0,61	0,20
0,10	3,03	0,60	0,20
0,20	2,99	0,57	0,19
0,30	2,98	0,52	0,17
0,40	2,97	0,48	0,16
0,50	2,97	0,43	0,14
0,60	2,97	0,39	0,13
0,70	2,96	0,35	0,12
0,80	2,96	0,32	0,11
0,91	2,96	0,27	0,09
1,02	2,96	0,26	0,09

Człon inercyjny I-go rzędu złożony z opornika R i kondensatora C stanowi prosty filtr dolnoprzepustowy. Ukazuje to między innymi charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa.

Mimo niewielkiej ilości punków pomiarowych na wykresie można zaobserwować najważniejsze właściwości filtra dolnoprzepustowego, obszar pasma przenoszenia oraz moment kiedy wzmocnienie zaczyna maleć i zaczyna się pasmo tłumiące. Granicę między pasmem przenoszenia a pasmem tłumiącym ( zwaną częstotliwością graniczną) wyznacza charakterystyczny punkt który jest miejscem przecięcia linii wykresu i linii oznaczającej 3 decybelowy spadek, gdzie dB=20*log10(U₂/U₁). Niestety na podstawie naszej charakterystyki wyznaczenie tego punktu nie było możliwe dlatego poniżej zamieściłem inny przykładowy wykres na podstawie którego można wyznaczyć także spadek.

Gdzie dekada to przedział w którym częstotliwość zwiększyła się 10-krotnie.

• dla członu inercyjnego z korektorem

f [Hz]	U1 [V]	U2 [V]	k=U2/U1
0,02	3,08	0,60	0,19
0,10	3,04	0,43	0,14
0,20	2,99	0,27	0,09
0,31	2,98	0,19	0,06
0,40	2,97	0,14	0,05
0,50	2,97	0,12	0,04
0,60	2,97	0,10	0,03
0,70	2,96	0,08	0,03
0,80	2,96	0,07	0,02
0,90	2,96	0,06	0,02
1,00	2,96	0,05	0,02

Wyniki oraz charakterystyka potwierdzają założenia teoretyczne mówiące, że układ z korektorem optymalnie dopasowanym daje K razy mniejszą wartość sygnału wyjściowego, przy takim samym wymuszeniu niż sam przetwornik I-go rzędu.

Spis przyrządów i elementów potrzebnych do wykonania ćwiczenia.

1. Oscyloskop analogowy Hammeg Instrument HM 404.

2. Generator funkcyjny typu 9205C.

3. Częstościomierz cyfrowy model U2000A.

4. Laboratoryjny multimetr cyfrowy „METEX” 4660A.

5. Laboratoryjny multimetr cyfrowy „METEX” 4660A.

6. Pojemność dekadowa typ CD-5c 10*(10nF-10F) 5-dekad kl. 0,5.

7. Obiekt inercyjny I-go rzędu z korektorem.

---