ŚLĄSKA WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI	SPRAWOZDANIE Z ZAJĘĆ LABOLATORYJNYCH	Kierunek: Informatyka	Semestr: 1	Sprawdził:
					Data wyk. Ćwiczenia: 07.01.2007
	Temat: ANALOG INDUKCYJNOŚCI UZIEMIONEJ	Nazwisko i imię: Skutnik Adam Nowaliński Radek		Ocena:

1.Wstęp teoretyczny

Generatory są układami wytwarzającymi przebiegi elektryczne o określonym kształcie. Układy generujące napięcie sinusoidalne nazywamy generatorami przebiegów sinusoidalnych, istnieją także przebiegi prostokątne, piłokształtne, itp. W generatorach przebiegów sinusoidalnych musi istnieć układ określający częstotliwość drgań, układy te składają się z elementów LC lub RC. Drgania układu generującego mogą być wzbudzane w dwojaki sposób: za pomocą elementu o rezystancji ujemnej lub przez wykorzystanie sprzężenia zwrotnego.

Generator ze sprzężeniem zwrotnym składa się ze wzmacniacza o wzmocnieniu napięciowym K_U oraz czwórnika sprzężenia zwrotnego o współczynniku przenoszenia β. W takim układzie aby generator mógł wzbudzać drgania musi być spełniony warunek fazy i amplitudy. Zgodnie z warunkiem amplitudy układ może wytwarzać drgania tylko wtedy, gdy wzmacniacz kompensuje działanie tłumiące czwórnika sprzężenia zwrotnego. Warunek fazy wskazuje, że drgania mogą wystąpić tylko wtedy, gdy suma przesunięć fazowych wnoszonych przez wzmacniacz i czwórnik sprzężenia zwrotnego wynosi zero lub wielokrotność 360°. Częstotliwość generowanego sygnału zależy głównie od elementów sprzężenia zwrotnego, natomiast amplituda sygnału od wzmocnienia wzmacniacza.

Generator RC jest połączeniem wzmacniacza z czwórnikiem selektywnym sprzężenia zwrotnego, który składa się z elementów rezystancyjno-pojemnościowych. Stosuje się następujące czwórniki RC: mostkowe (na ogół w postaci mostka Wiena), typu 2T i zbocznikowane, łańcuchowe - RC i CR. Charakterystyki amplitudowe β = f(f) czwórników mostkowych i typu T dla określonej częstotliwości f₀ mają ekstrema, natomiast charakterystyki czwórników łańcuchowych są monotonicznie wzrastające lub malejące. Dlatego pierwsze z tych układów mają typowe własności selektywne, a drugie własności przesuwników fazowych.

CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest przebadanie fazowego i amplitudowego warunku wzbudzenia drgań na przykładzie generatora z mostkiem Wiena.

OPIS UKŁADU

Rys 1. Schemat ideowy

Wykaz przyrządów i elementów

• Generator napięcia zmiennego

• Wzmacniacz operacyjny w układzie proporcjonalnym nieodwracającym fazy oraz półmostek Wiena wpięty w dodatnie sprzężenie zwrotne (dalej zwany Generatorem)

• Oscyloskop

• Przewody

Temperatura otoczenia przy której przeprowadzano badania = ok. 25^OC

2. Przebieg ćwiczenia

Badanie Generatora:

a) Po podłączeniu elementów tak jak na rys. 2, przy elemencie na którym zachodzi ujemne sprzężenie zwrotne jest rezystor, obserwowano na oscyloskopie drgania zmieniając wartość potencjometru R₄ generatora. Na podstawie obserwacji wyciągnięto wnioski.

b) Po podłączeniu elementów tak jak na rys. 2, przy elemencie na którym zachodzi ujemne sprzężenie zwrotne jest żarówka, obserwowano na oscyloskopie drgania zmieniając wartość potencjometru R₄ generatora. Na podstawie obserwacji wyciągnięto wnioski.

Rys. 2

Badanie warunku amplitudy:

Rozłączono pętle sprzężenia zwrotnego. Na wejście wzmacniacza operacyjnego podano sygnał sinusoidalny z generatora laboratoryjnego o amplitudzie 1V. Przestrajając częstotliwość tego generatora w zakresie od 1kHz do 200kHz mierzono woltomierzem napięcia zmiennego napięcie na wyjściu członu sprzężenia zwrotnego.

Generator sygnału sinusoidalnego U = 1V

U_wy odczytywano dla różnej częstotliwości wejściowej w zakresie 1 kHz - 200 kHz

Wyniki podano w tabeli 1

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
fwe	1	1,7	9	20	28	40	80	100	125	150	175	200	kHz
Uwy	0,25	0,27	0,9	1,05	0,9	0,85	0,6	0,5	0,4	0,35	0,3	0,25	V

Tab. 1

Wartość graniczna = 1,05 V przy 20kHz

Na podstawie wykonanych pomiarów jesteśmy wstanie wykreślić charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową rys. 4. Wartość graniczna tego układu to 1,05 V przy częstotliwości 20kHz.

Badanie warunku fazy:

Podobnie jak w punkcie poprzednim na wejście wzmacniacza podano sygnał z generatora sinusoidalnego o amplitudzie 1V. Przestrajając częstotliwość sygnału w przedziale od 1kHz do 200kHz mierzono przesunięcie fazowe pomiędzy wyjściem członu sprzężenia zwrotnego i wejściem wzmacniacza operacyjnego.

Gdzie:

Rys. 3 Sposób pomiaru krzywej Lissajousa.

Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 2:

f [kHz]	A	B	B/A	[]
1	6	6	1,00	90,05
2	6	5,6	0,93	69,00
3	6	5	0,83	56,47
5	6	4	0,67	41,83
7	6	3	0,50	30,02
10	6	1,8	0,30	17,47
12	6	1,1	0,18	10,57
14	6	0,2	0,03	1,91
15	6	0,1	0,02	0,96
16	6	0	0,00	0,00
16,5	6	-0,1	-0,02	-0,96
17	6	-0,3	-0,05	-2,87
18	6	-0,5	-0,08	-4,78
20	6	-1	-0,17	-9,60
25	6	-1,9	-0,32	-18,47
35	6	-3,3	-0,55	-33,38
45	6	-3,9	-0,65	-40,56
65	6	-5,3	-0,88	-62,08
80	6	-5,4	-0,90	-64,19
90	6	-5,6	-0,93	-69,00
110	6	-6	-1,00	-90,05
170	6	-6	-1,00	-90,05
200	6	-6	-1,00	-90,05

Tab. 2

Na podstawie wyników z tabeli 2 opracowano charakterystykę fazowo-częstotliwościową Rys. 5.

Rys. 3

Rys. 4

Rys. 5

Ze złożenia charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej oraz charakterystyki fazowo - częstotliwościowej została utworzona charakterystyka amplitudowo-fazowa, którą przedstawia rys. 3.

Ten wykres umożliwia ocenę stabilności wzmacniacza (generatora) ze sprzężeniem zwrotnym. To kryterium nosi nazwę kryterium Nyquista.

3. Wnioski

• Jeżeli elementem na którym zachodzi ujemne sprzężenie zwrotne jest rezystor, to wraz ze wzrostem rezystancji na potencjometrze R₄ sygnał przybiera postać sinusoidy. Po przekroczeniu pewnej wartości zniekształca się . Przy zbyt niskiej rezystancji p sygnał drganie nie jest wzbudzane przez generator.

Sygnał zostaje zniekształcony ponieważ wzmocnienie sygnału wejściowego wykracza poza możliwości wzmacniacza.

Element R₄ jest jednym z zależnych wzmocnienia Ku wzmacniacza:

Ku = R₂/R₄ +1

• Jeśli elementem na którym zachodzi ujemne sprzężenie zwrotne jest żarówka, wzmocnienie nie ma prawa wykroczyć poza możliwości wzmacniacza ponieważ żarówka jest elementem nieliniowym. Wraz ze wzrostem prądu na tym elemencie rośnie rezystancja co stabilizuje wzmocnienie.

Żarówka służy do stabilizacji amplitudy oraz umożliwia powstawanie drgań w znacznie szerszym zakresie.

• Częstotliwość rezonansowa f₀ badanego układu wynosi 16kHz. Czyli przy takiej częstotliwości wzmacniacz posiada maksymalne wzmocnienie a przesunięcie fazowe wynosi 0°.

• w badanym generatorze zachowany zostaje warunek fazy i warunek amplitudy

Zachodzi zgodność fazy sygnałów na wejściu i wyjściu wzmacniacza. Przy częstotliwości 16 kHz przesuniecie fazowe wynosi 0°.

Zachodzi kompensacja przez wzmacniacz o wzmocnieniu Ku tłumiącego działania ujemnego sprzężenia zwrotnego za pomocą mostka Wiena.

Przy częstotliwości 16kHz wartości sygnału jest
1.

β

Ku

Oscyloskop

B

A

Generator sygnału sinusoidalnego

---