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 2 0 1 1
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.
Oscyloskop
Generator
Wzmacniacz
sinusoidalny
operacyjny
Woltomierz
Zasilacz
II. Spis przyrządów.
NAZWA PRZYRZĄDU
TYP
FIRMA
1. Badanie wzmacniacza odwracającego
1.1. Pomiar charakterystyk częstotliwościowych
Uwe = 40mV Gu o = -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
Uwe = 40mV Gu o = -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)
Dla wzmacniacza skonfigurowanego jako Gu o = -10 V/V przy wymuszeniu prostokątem dla Uwe = 2 VVrms i f = 20 kHz
Tab. 3.3
t n [μs ]
U p-p [V]
Pomiar przeprowadzić dla Uwe = 2VVrms i f =
1.3. Obserwacja wpływu skończonej wartości SR na zniekształcenia przebiegu wyjściowego Uwe = 800mV, f = 20 kHz
Pomiar prędkości narastania (opadania)
sygnału wyjściowego (zniekształconego)
czas nar.
t n [μs ]
wart. nap
U p-p [V]
2
2.1. Obserwacja wpływu zmiany wsp. tłumienia na kształt ch-ki amplitudowej filtru dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego drugiego rzędu.
Uwe = 500mV, funkcja SWEEP (1 Hz ÷ 10 kHz) filtr dolnoprzepustowy
filtr górnoprzepustowego
Zanotować wartości elementów ze schematu na pudełku modelu laboratoryjnego do tabeli na następnej stronie!
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
filtr przetłumiony ( ξ > 1)
filtr niedotłumiony ( ξ < 1)
U 0 [mV]
U n [mV]
fg [kHz]
U
0 [mV]
U n [mV]
fn [kHz]
U
U
n
0
U
n=0,707 Uo
U 0
fg
f n
3
2.4. Pomiar częstotliwości granicznej i wartości współczynnika tłumienia górnoprzepustowego filtru aktywnego drugiego rzędu
Uwe = 500mV, f = 20 kHz
filtr przetłumiony ( ξ > 1)
filtr niedotłumiony ( ξ < 1)
U 0 [mV]
U n [mV]
fg [Hz]
U 0 [mV]
U n [mV]
fn [Hz]
2.5. Pomiar częstotliwości granicznych i obliczenie wartości dobroci dla filtru pasmowoprzepustowego
← 0,707 Umax
Umax
0,707 Umax →
Q 1
U [V]
f [Hz]
f d
f n
f g
← 0,707 Umax
Umax
0,707 Umax →
Q 2
U [V]
f [Hz]
f d
f n
f g
fn
W przypadku braku pomiarów dla tego pkt-u wykorzystać dane
Q =
z odrysowanego oscylogramu w pkt. 2.2.
f − f
g
d
Tabela wartości elementów badanych filtrów (zanotować ze schematu na modelu) Rodzaj filtru
R 1 [kΩ]
R 2 [kΩ]
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)
R
C
C
1
R 2
1
2
Uwy
Uwy
U
U
R
we
C
we
1
R 2
1
C 2
filtr dolnoprzepustowy
filtr górnoprzepustowy
4
3. Badanie układu całkującego i różniczkującego 3.1. Obserwacja charakterystyk czasowych układu całkującego przy wymuszeniu sygnałami o różnych kształtach.
Uwe = 100 mV, f = 20 kHz ( Gu = -100 V/V z włączonym C 2) wymuszenie prostokątem dla f = 20 kHz
wymuszenie sinusem dla f = 20 kHz Δφ = …….[˚]
wymuszenie trójkątem dla f = 20 kHz
3.2. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu sygnałami o różnych kształtach
Uwe = 200 mV , f = 100 Hz ( Gu = -10 V/V z włączonym C 1) wymuszenie prostokątem
wymuszenie sinusem Δφ = …..….[˚]
5
wymuszenie trójkątem
3.3. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu sygnałem prostokątnym o różnych częstotliwościach. (pomiar opcjonalny)
Uwe = 200 mV ( Gu = -10 V/V z włączonym C 1) Uwaga: P 3 i P 4 wyłączyć !
wymuszenie prostokątem dla f = 100 Hz
wymuszenie prostokątem dla f = 14 kHz
wymuszenie prostokątem dla f = 400 kHz
6
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 Guo wzmacniacza uA741 wykorzystanego w ćwiczeniu (otwartopętlowego - nie objętego pętlą USZ) i z czego wynika taka różnica od podawanej wartości (2*105), 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 napiecia 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”.
7