background image

                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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

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                         

[kHz]

 

0,1 

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                   

[kHz]

 

0,1 

 

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

 

background image

 

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

 

 

[mV]

 

U

 n

 [mV]

 

f

g    

[kHz]

 

 

 

 

U

 

 

[mV]

 

U

 n

 [mV]

 

f

n    

[kHz]

 

 

 

 

filtr przetłumiony (

ξ > 1) 

filtr niedotłumiony (

ξ < 1) 

 

f

U

U

n 

 

f

g 

U

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

background image

 

4

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

Uwe = 500mV, = 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 

U  

[V]

 

 

 

 

  

[Hz]

 

 

 

 

 

 

d  

 

n

   

g

 

 

 

 

 0,707 U

max

 

U

max

 

0,707 U

max

 

 

Q 

U  

[V]

 

 

 

 

  

[Hz]

 

 

 

 

 

 

  

n

   

g

 

 

 

d

g

n

f

f

f

Q

=

 

 

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

Rodzaj filtru 

R

1

 

[k

]

 

R

2

 

[k

]

 

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

R

C

C

             

 

U

we 

U

wy 

C

C

R

R

 

                     filtr dolnoprzepustowy         

 

 

       filtr górnoprzepustowy 

 

U

 

 

[mV]

 

U

 n

 [mV]

 

f

n    

[Hz]

 

 

 

 

U

 

 

[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. 

background image

 

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 = …..….[˚]

   

background image

 

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 

 

background image

 

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

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 

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”.