1
CEL ĆWICZENIA
1
1
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie własności układów generacyjnych oraz praktyczne zastosowanie wyników nieliniowej
teorii generatorów drgań harmonicznych
2
Przebieg ćwiczenia
2.1
Badanie generatora z regulacją punktu pracy tranzystora
Rysunek 1: generator z regulacja punktu pracy tranzystora R
1
i wzmicnienia w pętli sprzężenia zwrotnego R
9
2.1.1
Badanie wpływu punktu pracy tranzystora na amplitudę drgań generatora.
Po podłączeniu układu jak na rys. 1 ustawiliśmy napięcie zasilania U
z
=10V i dokonaliśmy pomiaru maksymal-
nej i minimalnej wartości napięcia na rezystorze R
5
. Następnie regulując potecionometrem R
1
ustawiamy wartość
napięcia równej średniej arytmetycznej uprzednio pomierzonych napięć i zmieniając położenie potencjometru R1
zmierzyliśmy oscyloskopem napięcie wyjściowe generatora w zależności od napięcia U
R5
(odkładające się na rezy-
storze R
5
.)
Tabela 1:
U
R5
U
W Y
1
6.5
4,5
5
2.1.2
Obserwacja wpływu punktu pracy tranzystora na amplitudę drgań generatora.
Poprzez regulacje wzmocnienia w pętli generatora uzyskaliśmy wzbudzenie, przy zachowaniu niewielkich odkształceń
oscylogramów napięcia. Zmieniając położenie potencjometru R
1
obserwowaliśmy na oscyloskopie napięcie wyjściowe
generatora uzależnione od napięcia U
R5
.
2
PRZEBIEG ĆWICZENIA
2
Tabela 2:
U
R5
[V]
U
W Y
[V]
4
3,8
4,2
7,1
4,8
11,2
5,4
12,6
6,0
11,3
6,4
10,1
7
8,3
Rysunek 2: Zależność pomiędzy napięciami U
R5
i U
W Y
2.1.3
Badanie wpływu wzmocnienia w pętli sprzężenia zwrotnego na pracę generatora.
Ustawiliśmy układ tak, ażeby generator pracował z maksymalną amplitudą bez dużych zniekształceń. Przy zmianach
wartości dodatniego sprzężenia zwrotnego pomierzyliśmy napięcie U
R5
i napięcie wyjściowe generatora U
W Y
, oraz
częstotliwość f
Tabela 3:
U
R5
U
W Y
f[kHz]
1,5
10
109.515
3,5
18
108.694
5,9
17,5
108.521
2.1.4
Badanie wpływu wzmocnienia w pętli sprzężenia zwrotnego na stałość częstotliwości genera-
tora.
Ustawiliśmy generator w stanie granicznego wzbudzenia i dokonaliśmy pomiaru częstotliwości dla 2 napięć U
z
=8,9
i 10 V.
2
PRZEBIEG ĆWICZENIA
3
Tabela 4:
f
8
[kHz]
f
9
[kHz]
f
10
[kHz]
∆f
f
[%]
108,194
108,382
108,525
0,13
106,298
107,102
107,404
0,17
2.2
Badanie generatora z ujemną rezystancją.
Rysunek 3: Generator z diodą tunelową.
2.2.1
Badanie stałości częstotliwości generatorów
Dokonaliśmy pomiaru częstotliwość generatora przy napięciu zasilania 10V i 9V dla obciążenia rezystorem R
obc
=
1kΩ jak i bez obciążenia. Tabela zawiera wartości średnie częstotliwości.
Tabela 5:
f
9
[M Hz]
f
10
[MHz]
∆f
f
[%]
2,418
2,501
3,43
z obciążeniem
2,439
2,518
3,23
bez obciążenia
2
PRZEBIEG ĆWICZENIA
4
2.3
Generator z dzieloną pojemnością (Colpitts’a)
Rysunek 4: Generator z dzieloną pojemnością
2.3.1
Badanie generatora z silnym sprzężeniem.
Połączyliśmy układ jak na rys. 2. i następnie zwarliśmy zaciski 1-2. Dla napięć wejściowych 9V i 10V pomierzyliśmy
częstotliwości generatora. Tabela zawiera wartości średnie częstotliwości.
Tabela 6:
f
10
[M Hz]
f
9
[MHz]
∆f
f
[%]
1,14677
1,14013
0,58
2.3.2
Badanie generatora ze słabym sprzężeniem
Powtórzyliśmy powyższy krok dla zwartych zacisków 1-3. Tabele zawiera wartości średnie częstotliwości.
Tabela 7:
f
10
[M Hz]
f
9
[MHz]
∆f
f
[%]
1,11618
1,11374
0.21
2.3.3
Badanie generatora z rezonatorem kwarcowym.
2
PRZEBIEG ĆWICZENIA
5
Tabela 8: dla zwartych zacisków 1-2
f
10
[M Hz]
f
9
[MHz]
∆f
f
[%]
1,15541
1,15541
0
1,15542
1,15541
0
Tabela 9: dla zwartych zacisków 1-3
f
10
[M Hz]
f
9
[MHz]
∆f
f
[%]
1,14449
1,14602
-0,13
2.4
Badanie generatora ze sprzężeniem transformatorowym (Meissnera).
Rysunek 5: Generator ze sprzężeniem transformatorowym
2.4.1
Badanie wpływu pojemności obwodu rezonansowego na stałość częstotliwości generatora.
Połączyliśmy układ jak na rys. 3. Dla napięcia zasilania 9V i 10V zmierzyliśmy częstotliwości generatora.
3
WNIOSKI
6
Tabela 10:
f
10
[kHz]
f
9
[kHz]
∆f
f
[%]
3,139
3,153
-0,44
3
Wnioski
W przeprowadzony ćwiczeniu wykorzystaliśmy następujące generatory: –z transformatorem realizującym sprzęże-
nie zwrotne. Jest to generator sygnału sinusoidalnego. Na oscylogramach można zaobserwować, wpływ na wartości
generowanego przebiegu, zmiana wartości napięcia zasilania, jak i wartości wzmocnienia w pętli sprzężenia zwrotne-
go. –z ujemną rezystancją. Dla diody tunelowej pracującą w punkcie pracy zapewniającym jej ujemną rezystancję
dynamiczną; Zachodzi równanie różniczkowe obwodu, którego rozwiązanie liniowe pozwala sformułować wniosek, że
gdy straty mocy w obwodzie rezonansowym są kompensowane przez ujemna rezystancja - to mamy do czynienia z
drganiami niegasnącymi. –Colpittsa który to składa się z jednostopniowego wzmacniacza pracującego w konfiguracji
wspólnego emitera z pętlą sprzężenia zwrotnego (obwód rezonansowy), –Meissnera w którym to sprzężenie zwrotne
zostało realizowane poprzez transformator (przesunięcie fazy - 180). Uzwojenie wtórne tworzy obwód rezonansowy.
Parametry tego obwodu (L i C) definiują częstotliwość drgań.
Analizując otrzymane wyniki pod kątem wpływu zmiany częstotliwości pod wpływem zmiany napięcia, zaobserwo-
waliśmy że najmniejsza zmiana zachodzi dla generatora Colpittsa w którym został wykorzystany rezonator kwar-
cowy. Jest to zgodne z oczekiwaniami - rezonator kwarcowy wykorzystywany jest jako stabilizator częstotliwości.
Wykres zależności pomiędzy napięciami U
R5
i U
W Y
, jest zbliżony do teoretycznego przebiegu tej, że charakte-
rystyki. Prawdopodobnie otrzymalibyśmy większe podobieństwo gdybyśmy dysponowali większa ilością pomiarów
(wygładzenie charakterystyki)
Rysunek 6: przykładowy oscylogram - napięcie bez zakłóceń