LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH	Dzień tygodnia: poniedziałek Godz. 8.15
Nr grupy : II Nazwisko, imię: Marek Tomaszewski Michał Rotko	Nr ćwiczenia : 6 Temat: Generator RC z mostkiem Wiena.
Data wykonania : 19.12.1997	Ocena:

I. Wstęp teoretyczny.

Do pracy w zakresie niższych częstotliwości zwykle nie stosuje się generatorów LC, ponieważ wartości pojemności i indukcyjności stają się zbyt duże i elementy te nie nadają się do miniaturyzacji. Zadanie to przejmują generatory RC, wykorzystujące struktury selektywne (Wiena-Robinsona) oraz aperiodyczne przesuwniki fazowe RC. Budowane są najczęściej w zakresie do jednego MHz. W porównaniu z generatorami LC, generatory RC mają gorszą stałość częstotliwości, jednakże generują sygnał o bardzo małych zniekształceniach i umożliwiają przestrajanie częstotliwości w stosunku 1 do 10 na jednym podzakresie. Z tego względu stosowane są chętnie jako generatory serwisowe i laboratoryjne.

Proces powstawania drgań w generatorze polega na fakcie, iż wzmacniacz objęty sprzężeniem zwrotnym posiada pewną niestabilność. Jeżeli dla takiego układu sprzężenie zwrotne wynosi_u oraz wzmocnienie wynosi k_u, to możemy uzyskać warunek generacji, który wyrażony jest iloczynem

k_{u u} 1

Wtedy właśnie układ nieliniowy staje się niestabilny.

II. Realizacja ćwiczenia.

Schemat zaprojektowanego przez nas układu przedstawia rys.1.

W układzie z rys.1. można wydzielić globalną gałąź sprzężenia dodatniego ß⁺ ( gałąź selektywna mostka : R,C) oraz globalną gałąź sprzężenia ujemnego ß^- (aperiodyczna : R1, R2). Gdy mostek jest zrównoważony , a k_u0 przyjmuje wartość skończoną, mostek dla zapewnienia generacji musi zostać nieznacznie rozrównoważony, aby mogło powstać napięcie U_WE > 0, gdzie k_u0 oznacza wzmocnienie stopnia wzmacniającego bez pętli globalnych . Wartość niezbędna do zapewnienia generacji przyjmuje wartość . Wzór ten odnosi się do wzmocnienia bez pętli globalnych ; jednakże ze wszystkimi pętlami lokalnymi nawet wtedy, gdy stanowią one część pętli globalnych. Aby była możliwa generacja sygnałów o małej zawartości harmonicznych w generatorach z mostkiem Wiena należy uzyskać dużą dobroć ( Q₀ =k_u0 / 9 ) przez zastosowanie dużego wzmocnienia.

Jeżeli założymy liniową pracę wzmacniacza operacyjnego, realizacja generatora z mostkiem Wiena polega na takim uzależnieniu dzielnika napięć R1, R2 od amplitudy sygnału U₂ , aby przy wzbudzeniu się drgań zapewnić iloczyn k_u> 1, a po osiągnięciu odpowiedniej amplitudy iloczyn k_u=1, warunkujący tylko podtrzymanie drgań (k_u oznacza wzmocnienie stopnia wzmacniającego z załączoną pętlą globalną oraz odłączoną pętlą globalną .

III. Założenia projektowe:

f₀ = 5kHz

U_wy= 5V

U_zas = 15V

=0,1

k_u0 =9/ = 90

Q₀ =k_u0/9 = 10

ω₀ = 2*π*f₀

ω₀ = 31.4*103

ω₀ = 1/R*C

R*C = 31.4*10^-6

R = 680Ω

C = 47nF

Przy projektowaniu pętli ARW naszego generatora posłużyliśmy się sprzężeniem z żarówką żółtą, dla której R_ż odczytane z charakterystyki wynosi 66Ω dla I_ż = 3mA.

Ponadto, przy doborze R1 i R2 korzystaliśmy z zależności

R2 = R1*(2 + ).

Stąd dla R1 = 220Ω, R2 = 470Ω (z szeregu rezystorów dostępnego w laboratorium)

P1 = 150Ω, P2 = 150Ω, a R4 = 330Ω.

Pętlę ARW przedstawia rys.2.

IV. Wnioski.

W trakcie ćwiczenia po zmontowaniu układu według projektu, układ nie generował zakładanego przebiegu. Mimo wielokrotnego sprawdzenia połączeń elementów na płytce laboratoryjnej i ponownego zmontowania układu nie mogliśmy uzyskać generacji.

Projekt teoretyczny naszego generatora RC okazał się prawidłowy , co pokazała symulacja komputerowa w programie Pspice. Układ zadziałał poprawnie dopiero pod koniec zajęć po pomocy prowadzącego, który ponownie zmontował układ z naszych elementów. Chodziło o dostrojenie na rezystorach potencjometrycznych odpowiednich wartości (bardzo czuła regulacja za pomocą helitrinu). Po tej czynności układ zadziałał poprawnie. Ponieważ nie udało nam się zrealizować układu generatora RC w praktyce, przeprowadziliśmy jego symulację za pomocą programu komputerowego PSPICE. Jak widać na dołączonym wydruku generator wzbudził się prawidłowo, a następnie amplituda jego drgań ustaliła się na żądanym poziomie 5V. Otrzymana charakterystyka i częstotliwość drgań potwierdzają prawidłowość naszych teoretycznych obliczeń wartości R1, R2 oraz R i C. Niestety nie udało nam się rozwiązań teoretycznych sprawdzić w praktyce. Po uruchomieniu układu na zajęciach, zabrakło nam czasu na przeprowadzenie pomiarów laboratoryjnych.

---