Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Wydział Telekomunikacji i Elektrotechniki
ZAKŁAD PODSTAW ELEKTRONIKI		1. Cisowski Andrzej 2. Zając Piotr
Laboratorium Elementów i Układów Elektronicznych
Temat : Wzmacniacz selektywny		Numer grupy : VI Semestr III
Data wykonania ćwiczenia : 8.01.2007r	Data oddania ćwiczenia :	Ocena :

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z zasadą działania wzmacniacza selektywnego.

2. Schemat:

Schemat badanego układu.

3.Tabela pomiarowa charakterystyki częstotliwości wzmacniacza dla:

R=51kΩ

f [kHz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]
20	520	34,32
1000	500	33,98
6000	490	33,80
10000	460	33,26
11000	460	33,26
12000	440	32,87
20000	400	32,04
22000	380	31,60
24000	360	31,13
26000	340	30,63
28000	320	30,10
30000	300	29,54
32000	290	29,25
34000	270	28,63
38000	250	27,96
42000	230	27,23
46000	220	26,85
50000	200	26,02

R=100kΩ

f [kHz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]
20	980	39,82
2000	960	39,65
5000	900	39,08
6000	860	38,69
8000	640	36,12
12000	620	35,85
16000	520	34,32
20000	450	33,06
26000	410	32,26
28000	380	31,60
30000	360	31,13
32000	340	30,63
34000	320	30,10
36000	300	29,54
40000	270	28,63
44000	240	27,60
48000	220	26,85
50000	200	26,02

Dla R=51 kΩ

Pasmo przenoszenia:

Wzmocnienie:

Pole wzmocnienia:

k_uo - wzmocnienie wzmacniacza dla częstotliwości zerowej w [V/V]

f_g - częstotliwość dla której wartość wzmocnienia wzmacniacza zmniejsza się o 3 dB

Dla R=100 kΩ

Pasmo przenoszenia:

Wzmocnienie:

Pole wzmocnienia:

4.Pomiar charakterystyki częstotliwościowej:

a)filtru I

f [Hz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]	f [Hz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]
20	1000	0,00	750	14	-37,08
80	920	-0,72	760	15	-36,48
140	820	-1,72	780	16	-35,92
160	780	-2,16	800	17	-35,39
180	740	-2,62	820	29	-30,75
200	700	-3,10	840	41	-27,74
240	620	-4,15	880	64	-23,88
280	540	-5,35	920	88	-21,11
320	460	-6,74	1000	110	-19,17
360	400	-7,96	1200	260	-11,70
400	300	-10,46	2000	410	-7,74
460	260	-11,70	2600	560	-5,04
500	220	-13,15	3000	630	-4,01
540	180	-14,89	3400	700	-3,10
580	140	-17,08	3800	740	-2,62
640	100	-20,00	4200	780	-2,16
660	80	-21,94	4600	810	-1,83
680	60	-24,44	5000	840	-1,51
700	51	-25,85	5600	870	-1,21
710	42	-27,54	7000	910	-0,82
720	40	-27,96	9000	960	-0,35
730	31	-30,17	10000	980	-0,18
740	28	-31,06	20000	1000	0,00

b) filtru II

f [Hz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]	f [Hz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]
20	1000	0,00	3800	43	-27,33
400	910	-0,82	3900	56	-25,04
600	810	-1,83	4000	68	-23,35
1000	610	-4,29	4200	100	-20,00
1400	440	-7,13	4600	140	-17,08
1800	380	-8,40	5200	210	-13,56
2000	280	-11,06	6000	290	-10,75
2200	260	-11,70	7000	380	-8,40
2400	220	-13,15	8000	440	-7,13
2600	170	-15,39	9000	510	-5,85
2800	120	-18,42	10000	560	-5,04
3000	100	-20,00	12000	700	-3,10
3100	59	-24,58	20000	810	-1,83
3200	57	-24,88	30000	900	-0,92
3300	42	-27,54	40000	940	-0,54
3400	27	-31,37	50000	960	-0,35
3500	19	-34,42	60000	980	-0,18
3600	21	-33,56	110000	1000	0,00
3700	28	-31,06

5.Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza:

1. z filtrem I

f [Hz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]	f [Hz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]
20	180	25,11	900	780	37,84
300	270	28,63	920	560	34,96
400	330	30,37	960	500	33,98
500	380	31,60	1000	440	32,87
600	600	35,56	1100	210	26,44
620	900	39,08	1600	140	22,92
660	1000	40,00	2000	100	20,00
700	1400	42,92	2200	70	16,90
720	1800	45,11	4000	40	12,04
740	3100	49,83	5000	30	9,54
760	6000	55,56	7000	21	6,44
780	5600	54,96	9000	13	2,28
800	3100	49,83	20000	6	-4,44
820	1700	44,61	30000	5	-6,02
840	1400	42,92	50000	3	-10,46
860	1200	41,58	70000	2	-13,98
880	800	38,06	110000	1,4	-17,08

b) z filtrem II

f [Hz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]	f [Hz]	Uwyj [mV]	Ku [dB]
20	90	19,08	4600	200	26,02
1000	120	21,58	4800	180	25,11
2000	180	25,11	5000	140	22,92
2200	230	27,23	5400	120	21,58
2600	320	30,10	6000	95	19,55
2800	400	32,04	7000	70	16,90
3000	1200	41,58	8000	56	14,96
3100	1400	42,92	9000	46	13,26
3400	1450	43,23	10000	40	12,04
3500	1500	43,52	20000	19	5,58
3600	1250	41,94	30000	10	0,00
3700	950	39,55	40000	8,2	-1,72
3800	740	37,38	50000	6	-4,44
3900	560	34,96	60000	5,4	-5,35
4000	480	33,62	70000	4,6	-6,74
4200	310	29,83	80000	4,1	-7,74
4400	240	27,60	100000	3,1	-10,17

Dla filtra I:

f_oIo - częstotliwość rezonansowa obliczona

f_oIw - częstotliwość rezonansowa odczytana z wykresu lub tabeli

Dla filtra II:

Dla wzmacniacza i filtra I:

Dla wzmacniacza i filtra II:

1. Obliczyć dobroć Q, selektywność S i współczynnik prostokątności dla filtrów i wzmacniacza z filtrami.

Dla filtra I:

Dla filtra II:

Dla wzmacniacza z filtrem I:

Dla wzmacniacza z filtrem II:

2. Wyjaśnić wpływ zastosowanego sprzężenia zwrotnego na charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza.

Zastosowanie sprzężenia zwrotnego w postaci filtru częstotliwościowego ma wpływ na charakterystykę wyjściową wzmacniacza selektywnego. Do największych zalet ujemnego sprzężenia zwrotnego zaliczamy np zmniejszenie wrażliwości układu na zmiany parametrów elementów, zmianę warunków zasilania oraz zmniejszenie zakłóceń i szumów a także możliwość kształtowania charakterystyk częstotliwościowych. Najprostszą realizacja sprzężenia zwrotnego jest połączenie wyjścia wzmacniacza z wejściem poprzez rezystor. Ujemne sprzężenie zwrotne realizowane za pomocą rezystora umożliwia dobór wzmocnienia oraz górnej częstotliwości przepustowej. Wzrost rezystancji w pętli sprzężenia powoduje wzrost wzmocnienia oraz obniżenie górnej częstotliwości przenoszenia. Poprzez zastosowanie w pętli elementu o charakterze nieliniowym np. diodę lub tranzystor otrzymujemy nieliniowy charakter wyjścia wzmacniacza lecz odwróconym charakterze niż w pętli. W ćwiczeniu jako element sprzęgający został zastosowany filtr pasmowo-zaporowy (BRF - bandrejected filter) typu TT. Filtr ten przepuszcza wszystkie częstotliwości z wyjątkiem częstotliwości będącej częstotliwością rezonansową filtru - tzw. częstotliwość własna. Umieszczenie powyższego filtru w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego skutkuje uzyskaniem na wyjściu wzmacniacza charakterystyki filtru pasmowo-przepustowego (BPF - bandpass filter). Filtr BPF tłumi wszystkie częstotliwości z wyjątkiem częstotliwości rezonansowej czyli uzyskaliśmy selektywność dla wybranej częstotliwości, nasz wzmacniacz selektywny będzie najbardziej wzmacniać właśnie tą częstotliwość. Dla badanych przeze mnie układów częstotliwości te wynosiły 746Hz oraz 3870Hz.

7 Wnioski :

Badany wzmacniacz operacyjny był w konfiguracji wzmacniacza odwracającego fazę. Rezystor R znajduje się w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego . Ujemne sprzężenie zwrotne umożliwia poprawę właściwości układu , gdyż zmniejsza wrażliwość wzmocnienia na zmiany parametrów , elementów , warunków zasilania i czynników zewnętrznych . Umożliwia ponadto zmniejszenia zniekształceń nieliniowych , daje możliwość kształtowania charakterystyk częstotliwościowych ( jak w ćwiczeniu ) i zmiany impedancji wejściowej i wyjściowej . Wadą tego ujemnego sprzężenia zwrotnego jest zmniejszanie wzmocnienia

Wzmocnienie tego typu wzmacniacza wynosi :

Zadaniem wzmacniacza selektywnego jest wzmocnienie sygnałów o określonym paśmie i tłumieniu ( możliwie skutecznie ) sygnałów leżących poza pasmem . Wzmacniacz tego typu powinien mieć właściwości selektywne .

Głównymi parametrami wzmacniaczy selektywnych są :

• częstotliwość środkowa f_o , częstotliwość górna i dolna f_g , f_d i wynikające z tego pasmo B_3dB = f_g - f_d

Pasmo wzmacniacz B_3dB jest zdefiniowane zakresem częstotliwości , dla których wzmocnienia zmniejsza się więcej niż o 3dB w stosunki do wzmocnienia przy częstotliwości środkowej f_o .

• współczynnik prostokątności p , który określa stromość zboczy charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza

• dobroć układu
  

Dobroć układu określa zdolność do wyselekcjonowania pewnego pasma częstotliwości wokół danej częstotliwości średniej .

Im dobroć jest większa tym wzmacniacz jest lepszy

W przypadku idealnego wzmacniacza selektywnego można oczekiwać współczynnika prostokątności p = 1 , dobroci jak największej i selektywności jak najmniejszej .

W praktyce we wzmacniaczach rezonansowych , w których jest wymagane poszerzenie pasma wzmacniaczy w. cz. celowo pogarsza się dobroć obwodu przez dołączenie do niego rezystancji .

Typowym zastosowaniem wzmacniacza selektywnego jest wzmocnienie przebiegów w. cz. modulowanych bądź fazowo , bądź amplitudowo .

Wzmacniacze selektywne znajdują zastosowanie w urządzeniach telekomunikacyjnych , odbiornikach i nadajnikach radiowych i telewizyjnych zarówno powszechnego użytku jak i profesjonalnych urządzeniach radarowych , w technice pomiarowej , automatyce .

Standardowe wartości f_o to : 465 kHz , 10,7 MHz ( p. cz. ) , 38 MHz ( TV )

Wymagania stawiane wzmacniaczom selektywnym :

• odpowiednia charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza

• duże wzmocnienie w paśmie

• odpowiednia impedancja wejściowa i wyjściowa

• małe szumy

• możliwość regulacji wzmocnienia

---