16.11.2007

Układy elektroniczne

Ćwiczenie nr 3:

Warunki generacji drgań.

Maciej Nowak

Bartłomiej Małecki

Adrian Turek

TD3GrL02

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wzmacniaczem pasmowym, jego charakterystykami a przede wszystkim przekształcenie go w prosty sposób w układ generatora i badanie dalej powstałego układu tj. obserwacja widma częstotliwościowego generowanych drgań.

2. Wykaz aparatury niezbędnej do wykonania ćwiczenia:

- wkładka DN071A- Schemat ideowy wzmacniacza:

- analizator sygnałowy HP 35660

- oscyloskop, multimetr z omomierzem

- rozdzielacz sygnału SN 4222

Schemat badanego układu

3. Obserwacja charakterystyk amplitudowej i fazowej wzmacniacza pasmowego:

Po ustawieniu wszystkich nastaw analizatora HP 35660 zgodnie z instrukcją na jego ekranie otrzymaliśmy oczekiwane charakterystyki. Na podstawie uzyskanych przebiegów określiliśmy odpowiednie wielkości wzmacniacza umieszczone w Tabela 1 dla części oznaczonej Wzmacniacz.

Schemat przyłączonego układu do pomiaru charakterystyk częstotliwościowych wzmacniacza DN 071A

Charakterystyki amplitudowa i fazowe wzmacniacza na podstawie danych z analizatora HP 35660 oraz symulacji układu programem Pspice.

• Charakterystyki przy rezystancji RM=201,2kΩ

• Charakterystyki przy rezystancji Rm=1,065kΩ

.

• Charakterystyki przy rezystancji R35=10,61kΩ

4. Obserwacja widma generowanych drgań.

W tej części ćwiczenia badamy widmo generowanych. Generator otrzymujemy w prosty sposób poprzez połączenie wyjścia wzmacniacza z jego wejściem. Wyniki pomiarów odpowiednich wielkości przedstawiamy w Tabeli 1

Schemat przyłączonego układu do pomiaru parametrów generatora.

• Sygnał generowany dla rezystancji RM=201,2kΩ oraz jego widmo:

• Sygnał generowany dla rezystancji Rm=1,065kΩ oraz jego widmo:

• 
  Sygnał generowany dla rezystancji R35=10,61kΩ oraz jego widmo:

Tabela 1

	WZMACNIACZ									GENERATOR
		fd3dB [Hz]	fg3dB [kHz]	Δf [kHz]	kuo [dB]	fo [Hz]	f(φ=0) [kHz]	Δφ/Δf dla φ=0	Dobroć		Szkic sygnał	fgen [kHz]	THD [%]	kuoβ
																				Q1	Q2
RM	300	2,95	2,65	15,5	896	0,950	-0,014	0,17	0,11	Rys. 1	0,172	63	5,62
Rm	1,92k	27	25,08	0,48	7,296k	7,168	-0,005	0,15	0,31	Rys. 2	7,24	2,02	1,05
R35	830	5,25	4,42	15,8	2,3k	2,1	-0,036	0,26	0,65	Rys. 3	1,28	21,6	6,165

W celu obliczenia Δφ/Δf wyliczamy współczynnik kierunkowy prostej przechodzącej przez 2 punkty.

Dla R_M: Dla R35: Dla Rm:

X1=2,048k X2=1,024 X1=2,05k X2=1,024k X1=7,17k X2=4,6k

Y1= -31,25 Y2= -2,412 Y1=1,98 Y2=38,95 Y1=28,4m Y2=14,5

Obliczenia dotyczące dobroci obwodu rezonansowego:

- Dobroć w zależności od f₀ i szerokości pasma (Q1)

- zależność pomiędzy Q a nachyleniem charakterystyki fazowej w punkcie jej przejscia przez 0

W celu obliczenia wartości ku_oβ skorzystaliśmy z następującego wzoru:

5. Symulacja obwodu programem PSPICE:

Symulacja układu z załączonym rezystorem RM=201,2kΩ:

Symulacja układu z załączonym rezystorem Rm=1,065kΩ:

Symulacja układu z załączonym rezystorem R35=10,61kΩ:

Wnioski:

Przypadkiem, który najlepiej ilustruje warunki generacji drgań jest układ z rezystorem Rm z tego względu, że na zaciskach tego układu pojawia się ładny sygnał sinusoidalny co oznacza, że spełnia on warunki generacji drgań (amplitudy i fazy). Ponadto widmo tego sygnału nie zwiera wielu składowych harmonicznych THD=2,02%.

Stosunek zwrotny ku_oβ ma istotny wpływ na kształt generowanego sygnału (wartość THD). Dla małych wartości ku_oβ≌1 wartość THD jest również niewielka, co w efekcie prowadzi do tego, że sygnał nie jest zakłócony wyższymi składowymi harmonicznymi. Gdy ku_oβ jest duże rośnie również wartość THD i generowany sygnał jest zniekształcony.

Co do związku pomiędzy kształtem generowanego sygnału (wartością THD) a szerokością pasma wzmacniacza należy stwierdzić, że wraz ze wzrostem THD maleje szerokość pasma.

---