W O J S K O W A A K A D E M I A T E C H N I C Z N A

W

Y D Z I A Ł

E

L E K T R O N I K I

z i m a

L

A B O R A T O R I U M

U

K Ł A D Ó W

A

N A L O G O W Y C H

G r u p a :

. . . . . . . . . . . .

Data wykonania ćwiczenia:

Ćwiczenie prowadził:

........................................

........................................

Imię:.............................

Data oddania sprawozdania: Podpis:

Nazwisko:.................................................

........................................

P

R O T O K Ó Ł

P

O M I A R O W Y

T e m a t : U k ł a d y o d o p e r a c y j n e

I. Schemat blokowy układu pomiarowego.

Generator

sinusoidalny

Wzmacniacz

operacyjny

Oscyloskop

Woltomierz

Zasilacz

II. Spis przyrządów.

N

AZWA P R ZYR ZĄDU

T

YP

F

IR MA

2

III. Tabele pomiarowe

1. Badanie wzmacniacza odwracającego

1.1. Pomiar charakterystyk częstotliwościowych
Z

generatora funkcyjnego na wejście układu podać sygnał sinusoidalny o częstotliwości f =100 Hz

oraz wartości E

g

= 40 mV

RMS

, wyjście modelu WO do kanału 1 oscyloskopu, wejście do kanału 2.

U

we

= 40mV G

uo

= -10 V/V

f

[kHz]

0,1

1

10

30

100

150

200

300

500

800

Uwy

[mV]

ϕ

[

°

]

- 1 8 0

°

- 1 8 0

°

- 2 2 5

°

Uwy

/

Uwy

0

Uwy/Uwy

0

– napięcie unormowane (stosunek nap. U

wy

do napięcie odczytanego dla f = 0,1 kHz)

U

we

= 40mV G

uo

= -100 V/V

f

[kHz]

0,1

1

3

20

50

80

200

400

600

800

Uwy

[V]

ϕ

[

°

]

- 1 8 0

°

- 2 2 5

°

Uwy

/

Uwy

0

1.2. Pomiar maksymalnej szybkości zmian napięcia wyjściowego – SR

(pomiar opcjonalny)

Uk

ład skonfigurowany jako wzmacniacz o G

uo

= -10 V/V przy wymuszeniu prostok

ątem dla Uwe = 1.4 V

Vrms

i

f = 1 kHz. Do pomiaru napi

ęcia odpiąć przewód z 2. kanału oscyloskopu (sygnał wejściowy).

Tab. 3.3

t

n

[μs ]

U

p-p

[V]

1.3. Obserwacja wpływu skończonej wartości SR na zniekształcenia przebiegu wyjściowego

(pomiar opcjonalny)

sinus,

Uwe = 800mV, f = 20 kHz

czas nar.

t

n

[

μs

]

wart. nap

U

p-p

[V]

Pomiar prędkości narastania (opadania)
sygnału wyjściowego (zniekształconego)

Uwy

0

Uwy

0

3

2. Badanie filtrów aktywnych
2.1. Obserwacja wpływu zmiany wsp. tłumienia na kształt ch-ki amplitudowej filtru

dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego drugiego rzędu.

Ustawić: Generator: [Recal] 1 -> [Enter], Osyloskop: [Setup] -> [Recal]. Długi przewód z kan. 2 oscyloskopu podpiąć do gniazda
Ext. Triger, drugi jego koniec z wej. modelu przepiąć do gniazda generatora Sync.

ww. ustawienia odpowiadają

:

Uwe = 500mV, funkcja SWEEP (1 Hz ÷ 10 kHz)

filtr dolnoprzepustowy

filtr górnoprzepustowego

2.2. Obserwacja kształtu ch-ki amplitudowej filtru pasmowoprzepustowego typu podwójne T
dla dwóch wartości dobroci metodą oscyloskopową

Uwe = 5mV, funkcja SWEEP (1 Hz ÷ 10 kHz)

filtr pasmowoprzepustowy

2.3. Pomiar częstotliwości granicznej i wartości współczynnika tłumienia
dolnoprzepustowego filtru aktywnego drugiego rzędu:

Uwe = 500mV, f = 100 Hz

(Jeśli nie dokonano pomiaru, częstotliwości graniczne oszacować na podstawie

wykresów z pkt. 2.1a)

U

0

[mV]

U

n

[mV]

f

g

[kHz]

U

0

[mV]

U

n

[mV]

f

n

[kHz]

filtr przetłumiony (

ξ > 1)

filtr niedotłumiony (

ξ < 1)

f

n

U

0

U

n

f

g

U

0

U

n

=0,707 U

o

Zanotować wartości elementów ze schematu na ścianie laboratorium do tabeli na następnej stronie!

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [

kHz

]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [

kHz

]

4

2.4. Pomiar częstotliwości granicznej i wartości współczynnika tłumienia
górnoprzepustowego filtru aktywnego drugiego rzędu:

Uwe = 500mV, f = 20 kHz

(Jeśli nie dokonano pomiaru, częstotliwości graniczne oszacować na podstawie

wykresów z pkt. 2.1b,

amplitudę odczytać w działkach).

2.5. Pomiar częstotliwości granicznych i obliczenie wartości dobroci dla filtru
pasmowoprzepustowego

←

0,707 U

max

U

max

0,707 U

max

→

Q

1

U

[V]

f

[Hz]

f

d

f

n

f

g

←

0,707 U

max

U

max

0,707 U

max

→

Q

2

U

[V]

f

[Hz]

f

d

f

n

f

g

d

g

n

f

f

f

Q

−

=

Tabela wartości elementów badanych filtrów (zanotować ze schematu na ścianie lab.)

Rodzaj filtru

R

1

[k

Ω

]

R

2

[k

Ω

]

C

1

[nF]

C

2

[nF]

dolnoprzep. dla

ξ > 1 (przetłumiony)

dolnoprzep. dla

ξ < 1 (niedotłumiony)

górnoprzep. dla

ξ > 1 (przetłumiony)

górnoprzep. dla

ξ < 1 (niedotłumiony)

U

we

U

wy

R

1

R

2

C

2

C

1

U

we

U

wy

C

1

C

2

R

1

R

2

filtr dolnoprzepustowy

filtr górnoprzepustowy

U

0

[mV]

U

n

[mV]

f

n

[Hz]

U

0

[mV]

U

n

[mV]

f

g

[Hz]

filtr przetłumiony (

ξ > 1)

filtr niedotłumiony (

ξ < 1)

W przypadku braku pomiarów dla tego pkt-u wykorzystać dane
z odrysowanego oscylogramu w pkt. 2.2.

5

3. Badanie układu całkującego i różniczkującego

3.1. Obserwacja charakterystyk czasowych układu całkującego przy wymuszeniu sygnałami
o różnych kształtach.

Ustawić: Generator: Wyłączyć Swp ([Shift] -> [Noise]), Osyloskop: [Display] -> [Vectors ON] oraz przewód z gniazda Ext. Triger
oscyloskopu podpiąć do kan 1 (Wyj. modelu do kan. nr 2), drugi jego koniec z gniazda generatora Sync. przepiąć do wej. modelu.

SKONFIGUROWAĆ

:

Uwe = 100 mV, f = 20 kHz (wzmacniacz G

u

= -100 V/V z włączonym C

2

)+

[AutoScale] w oscyloskopie

wymuszenie prostokątem

wymuszenie sinusem Δφ =

…….

[˚]

wymuszenie trójkątem

3.2. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu
sygnałami o różnych kształtach

SKONFIGUROWAĆ

:

Uwe = 200 mV , f = 100 Hz (wzmacniacz G

u

= -10 V/V z włączonym C

1

) +

[AutoScale] w oscyloskopie

wymuszenie prostokątem

wymuszenie sinusem Δφ = …..….[˚]

6

wymuszenie trójkątem

3.3. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu
sygnałem prostokątnym o różnych częstotliwościach.

(pomiar opcjonalny)

Uwe = 200 mV (G

u

= -10 V/V z włączonym C

1

)

Uwaga: P3 i P4 wyłączyć !

wymuszenie prostokątem dla f = 100 Hz

wymuszenie prostokątem dla f = 14 kHz

wymuszenie prostokątem dla f = 400 kHz

7

WYTYCZNE DO OPRACOWANIA SPRAWOZDANIA

Sprawozdanie powinno zawierać:

-

Protokół pomiarowy, podpisany przez prowadzącego ćwiczenia,

-

Wypełnione ręcznie tabele sprawozdania (str. 2-3), zgodnie z wykonanymi pomiarami i obliczeniami,

-

Ręcznie, samodzielnie napisane wnioski i spostrzeżenia uzasadniające otrzymane wyniki z kolejnych

eksperymentów - krótka analiza badanych układów, spostrzeżenia nt.:

-

wzmacniacza napięciowego z wykorzystaniem WO o różnych wzmocnieniach - czy zachodzi

wymiana wzmocnienia na pasmo, jaka jest rzeczywista wartość wzmocnienia napięciowego G

uo

wzmacniacza uA741 (otwartopętlowego - nie objętego pętlą USZ) wykorzystanego w ćwiczeniu
(wykorzystając uzyskane wyniki częstotliwości granicznej f

g

dla odpowiedniej wartości wzmocnienia

oraz faktu, że dla układu otwartopętlowego f

g

= 10Hz – zasada wymiany wzmocnienia na pasmo) i

z czego wynika taka różnica od podawanej wartości (2*10

5

), dlaczego różnica faz wzmacniacza

napięciowego przekracza wartość -270

°

, choć układ scalony posiada jeden biegun dominujący, porównać

rzeczywiste parametry robocze WO z katalogowymi, co jest powodem ograniczeń wartości SR;

-

amplifiltrów – FDP, FGP i pasmowoprzepustowego - wpływ współczynnika tłumienia na kształt

charakterystyk, opis zjawiska uzyskania krzywej rezonansowej bez wykorzystania elementów
indukcyjnych z wykorzystaniem filtru pasmowo-zaporowego; porównać ze sobą i ustosunkować się do
otrzymanych wartości częstotliwości granicznych filtrów, wartości współczynnika tłumienia oraz dobroci
w wyniku pomiarów oraz obliczeń (w przypadku braku pomiarów w pkt 2.3 i 2.4, wartości
częstotliwości granicznych i wsp. tłumienia odczytać z wykresów pkt 2.1 przyjmując za wartości napięcia
na osi Y wartości działek oscyloskopu);

-

układów kształtujących (układu całkującego i różniczkującego) - uzasadnienie fizyczne otrzymanych

odpowiedzi czasowych dla poszczególnych wymuszeń) ze szczególnym opisem zjawiska, dlaczego w
wyniku całkowania prostokąta otrzymujemy trójkąt, a dlaczego w wyniku różniczkowania prostokąta
otrzymujemy szpilki.

-

Wykresy ch-k amplitudowo-częstotliwościowych oraz fazowo-częstotliwościowych (jeden pod

drugim na całym arkuszu, na górnym wzmocnienie unormowane dla obu wzmacniaczy a na dolnym fazę
dla obu wzmocnień) wzmacniacza napięciowego na WO dla dwóch różnych wartości wzmocnień (na
jednym wykresie – górnym) (unormowanych z logarytmiczną skalą częstotliwości – ale NIE log z f). Na
wykresach

zaznaczyć

wartości

częstotliwości

granicznych

odczytanych

z

charakterystyk

częstotliwościowych (na poziomie 0,707) oraz charakterystyk fazowych (dla przesunięcia 45

°

) –

odczytane wartości porównać ze sobą i skomentować we wnioskach. Ocenić, czy sprawdza się zasady
„wymiany wzmocnienia na pasmo”.