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

III. Tabele pomiarowe

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. Badanie filtrów aktywnych

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