KOLEGIUM KARKONOSKIE

w Jeleniej Górze

Laboratorium Układów Elektronicznych

Ćwiczenie nr 8

Układy generacyjne

Opracował dr inż. Józef Stanclik

Jelenia Góra, 2007

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych Układy generacyjne

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się ze schematami, zasadami działania i sposobami pomiaru właściwości podstawowych układów generatorów RC oraz generatorów LC i VCO. Ćwiczenie obejmuje również badanie generatorów przebiegów impulsowych i funkcyjnych ze wzmacniaczami operacyjnymi.

Po wykonaniu ćwiczenia student będzie znał mierzone w ćwiczeniu typowe charakterystyki i wyznaczane na ich podstawie parametry różnych układów generacyjnych. Ćwiczenie umożliwi także zapoznanie się z właściwościami i parametrami różnych układów generacyjnych, co prowadzi do pogłębienia wiedzy, dotyczącej tej klasy układów.

1. Wstęp

Do ćwiczenia obowiązuje przygotowanie teoretyczne w zakresie generatorów RC na podstawie rozdz. "Generatory RC" (str. 110-138 skryptu [3]) oraz w zakresie generatorów LC na podstawie rozdz. "Generatory LC i kwarcowe" (str. 139-159 skryptu [3]). Pomocne może być również zapoznanie się z rozdz. "Generatory drgań sinusoidalnych" (str. 43-76

w podręczniku [2] i/lub str. 155-204 w podręczniku [1]).

2. Realizacja badanego układu wzmacniacza

2.1. Projekt układu

Na tydzień przed terminem wykonania ćwiczenia student otrzymuje od prowadzącego ćwiczenia laboratoryjne temat zadania projektowego, w którym jest określony rodzaj badanego generatora i jego parametry (np. częstotliwość drgań, napięcie wyjściowe, itp.). Na tej podstawie student dobiera wartości elementów generatora, napięcia zasilające, szacuje zakresy zmienności wielkości mierzonych, itp. W razie trudności student korzysta z konsultacji.

3. Pomiary generatora

W ćwiczeniu bada się niezależnie wzmacniacz i selektywny układ sprzęgający.

Następnie zamyka się pętlę sprzężenia zwrotnego i wykonuje pomiary końcowe zaprojektowanego układu generacyjnego.

3.1. Pomiary układu sprzęgającego i wzmacniacza

1. W układzie pomiarowym, pokazanym na rys. 3.1 zmierzyć charakterystyki częstotliwościowe: amplitudową β = f ( f ) i fazową argβ = f ( f ) selektywnego układu sprzęgającego. Częstotliwość zmieniać od dziesięciokrotnie mniejszej od 2

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych częstotliwości

pseudorezonansowej

do

dziesięciokrotnie

większej

od

tej

częstotliwości. Przesunięcie fazowe między napięciami: wyjściowym i wejściowym mierzyć za pomocą oscyloskopu. Charakterystyki przedstawić na wykresach (oś odciętych - skala logarytmiczna). Wyznaczyć częstotliwość pseudorezonansu selektywnego układu sprzęgającego.

2. Zmierzyć charakterystykę przejściową wzmacniacza z zamkniętą pętlą nieliniowego sprzężenia

zwrotnego

U

= f ( U

wy

we )

przy

częstotliwości

pseudorezonansu

selektywnego układu sprzęgającego. Charakterystykę przedstawić na wykresie.

Wyznaczyć wzmocnienie małosygnałowe układu i zakres napięć wejściowych odpowiadający liniowej pracy układu. Obliczyć wzmocnienie wielkosygnałowe Uwy

w funkcji napięcia wejściowego K ' =

= f ( U

u

we ) .

Uwe

we

we

we 1

we 2

miliwolto-

woltomierz

mierz AC

AC

oscyloskop

wy

we

wy

generator

badany

obciążenie

człon

sinus.

generatora

+Vcc

-Vee

_

_

we

+

+

miernik

zasilacz stabilizowany

zniekszt.

Rys. 3.1. Schemat układu pomiarowego członów: selektywnego

i wzmacniającego generatora

3. Zdjąć charakterystyki częstotliwościowe: amplitudową

K = f ( f

u

) i fazową

ar (

g K ) = f ( f

u

) wzmacniacza z zamkniętą pętlą nieliniowego sprzężenia zwrotnego

przy napięciu wejściowym dobranym na podstawie p. 2 tak, aby wzmacniacz pracował

liniowo (przesunięcie fazowe między napięciami: wyjściowym i wejściowym mierzyć za pomocą oscyloskopu). Charakterystyki przedstawić na wykresach (oś odciętych -

skala logarytmiczna). Wyznaczyć pasmo przenoszenia wzmacniacza.

3

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych 3.2. Pomiary końcowe generatora

1. Na podstawie wyników pomiarów z p. 3.1 określić przewidywaną częstotliwość i amplitudę przebiegu wyjściowego generatora.

2. Zamknąć pętlę selektywnego sprzężenia zwrotnego i w układzie pomiarowym, pokazanym na rys. 3.2 zmierzyć częstotliwość, amplitudę i współczynnik zawartości harmonicznych generowanego przebiegu przy nominalnym zasilaniu i obciążeniu generatora.

3. Zbadać wpływ zmian napięcia zasilającego generator na wartość częstotliwości, amplitudy i współczynnika zawartości harmonicznych generowanego przebiegu przy nominalnej rezystancji obciążenia generatora. Napięcia zasilające zmieniać symetrycznie od maksymalnych wartości, dopuszczalnych dla wzmacniacza operacyjnego (+/-18 V), aż do zgaśnięcia drgań. Uzyskane wyniki przedstawić na wykresach.

4. Zbadać wpływ zmian rezystancji obciążenia generatora na częstotliwość, amplitudę i współczynnik zawartości harmonicznych generowanego przebiegu przy nominalnym napięciu zasilającym. Rezystancję zmieniać ze skokiem logarytmicznym (np.

dwukrotnym) od wartości maksymalnej (około dziesięciokrotnie większej od nominalnej) do minimalnej, przy której drgania zgasną. Uzyskane wyniki przedstawić na wykresach (oś odciętych w skali logarytmicznej).

we

we

we 1

woltomierz

woltomierz

DC

AC

oscyloskop

-Vee

wy

_

badany

obciążenie

generator

+

zasilacz

+Vcc

stabiliz. _

we

we

+

częstoś-

miernik

ciomierz

zniekszt.

Rys. 3.2. Schemat układu do pomiarów końcowych generatorów

4

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych 4. Zagadnienia

1. Podstawowe parametry i charakterystyki generatorów RC i LC, definicje, sposoby pomiaru, układy pomiarowe.

2. Rozwiązania układowe generatorów RC, schematy, zasady działania, podstawowe zależności projektowe, właściwości, przeznaczenie.

3. Stałość częstotliwości generatorów RC, dobroć fazowa, układowe sposoby powiększania dobroci fazowej w generatorach RC.

4. Amplituda drgań generowanych w generatorach RC, sposoby regulacji i stabilizacji amplitudy, jej zależność od obciążenia, zasilania, stałość przy przestrajaniu generatora, rozwiązania układowe pętli nieliniowego sprzężenia zwrotnego.

5. Rozwiązania układowe generatorów LC, schematy, zasady działania, właściwości, przeznaczenie, zakres zastosowań.

6. Stałość częstotliwości generatorów LC, rozwiązania układowe o podwyższonej stałości częstotliwości.

7. Wzbudzanie się drgań w generatorach LC, amplituda generowanego przebiegu, jej zależność od obciążenia, zasilania, stałość przy przestrajaniu generatora.

Literatura

1. Baranowski J., Czajkowski G.: Układy elektroniczne, cz. II, układy analogowe nieliniowe i impulsowe. Wyd.3, WNT, Warszawa, 1998

2. Kuta S. (red.): Elementy i układy elektroniczne, cz. II, Wyd. AGH, Kraków, 2000

3. Prałat A. (red.): Laboratorium układów elektronicznych, cz. I.. Ofic. Wyd. PWr, Wrocław, 1998

5