Pomiary generatora LC

1. Zmierzyć charakterystykę częstotliwościową generatora. W tym celu ustawić następujące warunki pracy układu: Ec=9V, Epol=0V. Zmieniając wartość napięcia polaryzującego varikapy obserwować zmianę częstotliwości. Charakterystykę przedstawić w formie wykresu przy malejących napięciach polaryzacji varikapów na osi X. Pomiary przeprowadzić dla dwóch różnych wartości rezystancji obciążenia (zadane przez prowadzącego).

2. Zmierzyć charakterystykę Vc1=f(fgen). Uwaga! Charakterystykę tę można zmierzyć przy wykonywaniu pierwszego punktu.

3. Dla zadanej przez prowadzącego wartości napięcia polaryzacji varikapów zmierzyć charakterystykę f=f(τ). Zaobserwować wpływa zmiany obciążenia na jej kształt.

Rysunek 1. Schemat ideowy układu pomiarowego.

Napięcie Ec=8,98 V, Epol=0,06 V. Na początku ustawione zostało minimalne napięcie warikapu, wynoszące -10,57 V, odczytane wartości napięcia Vc1 oraz częstotliwości generatora. Następnie zmieniane były wartości napięcia warikapu, z krokiem około 1V i odczytywane wartości napięcia Vc1 i częstotliwości. Wyniki pomiarów zostały zapisane w tabeli 1. Następnie zostało zmienione obciążenie - dodano R₀₁, R₀₂, R₀₃ i R₀₄ Dla tego układu również zostały odczytane wartości napięcia Vc1 i częstotliwości w zależności od napięcia warikapu. Wyniki pomiarów zostały zapisane w tabeli 2.

Następnie została zmierzona zależność częstotliwości od stałej czasowej (tabela 3).

Tabela 1. Generator LC

Epw [V]	12,00	11,00	10,00	9,00	8,00	7,01	6,00	4,98	4,08	3,00	2,00	1,00	0	-1,00	-2,01	-2,97	-4,00	-5,00	-6,00	-7,00	-8,06	-9,03	-9,92	-10,57
Vc1 [V]	7,77	7,77	7,77	7,68	7,67	7,68	7,70	7,70	7,70	7,70	7,69	7,68	7,65	7,74	7,71	7,70	7,71	7,70	7,70	7,70	7,71	7,74	7,74	7,74
f [MHz]	1,834	1,820	1,806	1,796	1,776	1,759	1,742	1,724	1,704	1,685	1,664	1,643	1,618	1,590	1,557	1,522	1,484	1,441	1,393	1,340	1,275	1,208	1,119	1,073

Tabela 2. Generator LC z obciążeniem R₀₁, R₀₂, R₀₃ i R₀₄.

Epw [V]	12,00	11,00	10,00	9,00	8,00	7,00	6,00	5,00	4,00	3,00	2,00	1,00	0	-1,00	-2,00	-3,00	-4,00	-5,00	-6,00	-7,00	-8,02	-9,00	-10,02	-10,58
Vc1 [V]	0,05	0,05	0,05	0,06	0,06	0,06	0,07	0,07	0,08	0,08	0,07	0,05	0,01	0,09	0,12	0,02	0,07	0,07	0,06	0,05	0,04	0,04	0,04	0,04
f [MHz]	1,841	1,828	1,813	1,798	1,781	1,765	1,747	1,729	1,710	1,689	1,668	1,646	1,622	1,592	1,559	1,525	1,487	1,445	1,400	1,349	1,290	1,219	1,123	1,058

Tabela 3. Pomiar częstotliwośći generatora w zależności od stałej czasowej.

	0	1	2	3	4	5
f [MHz]	1.631	1.621	1.607	1.602	1.592	1.579

Rysunek 2. Charakterystyka fgen=f(Epw) generatora LC przy dwóch różnych obciążeniach.

Obciążenie generatora właściwie nie ma wpływu na kształt badanej charakterystyki. W przypadku obu obciążeń zależność fgen=f(Epw) ma ten sam kształt. Stabilność generatora LC w obu przypadkach obciążenia jest taka sama i sięga pojedynczych kHz. Generator LC generuje sygnał w całym zakresie napięcia przestrajania warikapu, wraz ze wzrostem tego napięcia, częstotliwość generowana również rośnie.

Rysunek 3. Charakterystyka Vc1=f(fgen) generatora LC przy dwóch różnych obciążeniach.

W przypadku obu obciążeń przebieg charakterystyki Vc1=f(fgen) jest taki sam. Napięcie Vc1 praktycznie nie zależy od generowanej częstotliwości przez generator LC. Od obciążenia zależy poziom na jakim te napięcie się ustabilizuje. Im większe obciążenie, tym wartość tego napięcia jest mniejsza.

Rysunek 4. Charakterystyka fgen=f(tau) generatora LC.

Zwiększenie stałej czasowej powoduje spadek częstotliwości generowanego sygnału przez generator LC. Spadek ten jest prawie liniowy.

Pomiary generatorów kwarcowych

1. Dla każdego z typów generatorów kwarcowych zmierzyć następujące charakterystyki: fgen=f(Epw), Vc1=f(Epw), Ico=f(Epw). Mierzyć je przy następujących warunkach pracy układów: Ec=9V, Epol=0V.

Dla trzech badanych generatorów kwarcowych zostały zdjęte zależności częstotliwości generatora, prądu Ico oraz Vc1 w zależności od napięcia polaryzacji warikapu. Na początku został sprawdzony zakres między jakimi napięciami polaryzacji warikapu dany generator pracuje. Następnie dobierając odpowiedni krok, zostały sprawdzone wartości Ico, Vc1 oraz fgen w zależności od Epw. Pomiary przeprowadzono dla trzech różnych układów generatorów kwarcowych.

Tabela 4. Wyniki pomiarów rezonatora kwarcowego w obwodzie sprzężenia.

	1,33	1,13	0,93	0,73	0,53	0,2	-0,1	-0,41	-0,7	-0,99	-1,3	-1,6	-1,7
	1,4	1,59	1,8	2,01	2,2	2,42	2,44	2,23	1,87	1,57	1,14	0,83	0,71
	0,43	0,43	0,44	0,45	0,46	0,48	0,48	0,48	0,46	0,44	0,43	0,42	0,42
	1,6000027	1,6000024	1,6000017	1,6000007	1,5999994	1,5999968	1,5999937	1,5999905	1,5999877	1,5999856	1,5999838	1,5999827	1,5999827
	2,700	2,400	1,700	0,700	-0,600	-3,200	-6,300	-9,500	-12,300	-14,400	-16,200	-17,300	-17,300

Tabela 5. Wyniki pomiarów generatora kwarcowego z kwarcem między bazę i emiterem tranzystora.

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	4,07	4,01	3	2,18	1,64	1,29	1,04	0,87	0,74	0,63	0,55	0,49
	0,56	0,63	0,61	0,56	0,53	0,51	0,49	0,48	0,47	0,46	0,46	0,45
	1,600061	1,600092	1,600112	1,600123	1,600129	1,600134	1,600137	1,600139	1,60014	1,600141	1,600141	1,600141
	61	92,3	111,9	122,5	129,2	133,7	136,8	138,8	140	140,9	141	140,9

Tabela 6. Wyniki pomiarów generatora kwarcowego z kwarcem między bazę i kolektorem tranzystora - pierwszy zakres pracy.

	-8,26	-7,60	-7,00	-6,40	-5,80	-5,20	-4,60	-4,00	-3,40	-2,80	-2,20
	0,03	0,10	0,19	0,32	0,50	0,72	0,99	1,29	1,62	1,90	2,01
	0,43	0,42	0,44	0,45	0,46	0,46	0,46	0,47	0,46	0,45	0,44
	1,6000036	1,6000043	1,6000055	1,6000069	1,6000087	1,6000112	1,6000143	1,6000185	1,6000243	1,6000333	1,6000507
	3,6	4,3	5,5	6,9	8,7	11,2	14,3	18,5	24,3	33,3	50,7

Tabela 7. Wyniki pomiarów generatora kwarcowego z kwarcem między bazę i kolektorem tranzystora -drugi zakres pracy.

	2,27	3,00	3,70	4,40	5,10	5,80	6,50	7,20	7,90	8,60
	0,16	0,30	0,43	0,55	0,68	0,80	0,91	0,98	0,93	0,27
	0,42	0,42	0,42	0,42	0,42	0,42	0,42	0,42	0,42	0,42
	1,8415607	1,8415618	1,8415626	1,8415638	1,8415654	1,8415674	1,8415694	1,8415728	1,8415774	1,8415843
	60,7	61,8	62,6	63,8	65,4	67,4	69,4	72,8	77,4	84,3

Rysunek 5. Charakterystyka fgen=f(Epw) trzech różnych generatorów kwarcowych.

Rysunek 6. Charakterystyka fgen=f(Epw) generatora kwarcowego z kwarcem między bazą i kolektorem tranzystora w drugim zakresie pracy.

W przypadku generatora kwarcowego miejsce włączenia kwarcu do układu ma znaczenie. Wpływa ono na punkt pracy, generowaną częstotliwość oraz kształt charakterystyki fgen=f(Epw). Włączenie kwarcu w obwodzie sprzężenia oraz między bazą i kolektorem powoduje, że generator pracuje w okolicy częstotliwości rezonansu szeregowego, jest ona nieznacznie większa. Kwarc umieszczony między bazą i emiterem tranzystora pracuje jako indukcyjność. Największą możliwość przestrajania generowanej częstotliwości daje generator z kwarcem włączonym między bazą i emiterem tranzystora (rzędu kilkudziesięciu Hz), najmniejszą gdy kwarc jest włączony w obwodzie sprzężenia (rzędu kilkunastu Hz), ale wykazuje się też najbardziej liniową zależnością fgen=f(Epw). W przypadku kwarcu umieszczonego między bazą i emiterem tranzystora charakterystyka ta ma kształt funkcji logarytmicznej, a gdy kwarc jest włączony między bazą i kolektorem - funkcji ekspotencjalnej.

W przypadku drugiego zakresu pracy generatora kwarcowego z kwarcem między bazą i kolektorem tranzystora stabilność generowanej częstotliwości jest podobna jak w przypadku pozostałych trzech układów generatorów kwarcowych. Generowana przez niego częstotliwość jest wyższa i rośnie (o około 23 Hz) wraz ze wzrostem napięcia polaryzacji warikapu.

Rysunek 7. Charakterystyka Vc1=f(Epw) trzech różnych generatorów kwarcowych.

Miejsce włączenia kwarcu w generatorze kwarcowym ma wpływ na charakterystykę Vc1=f(Epw). Można zauważyć, że wraz ze wzrostem napięcia Epw, napięcie Vc1 również rośnie do momentu gdy Epw zbliży się do zera. Następnie, Vc1 spada wraz ze wzrostem Epw. Kwarc włączony w obwodzie sprzężenia zwrotnego powoduje, że generator generuje sygnał pracując gdy Epw ma wartość zbliżoną do zera. Badana charakterystyka ma kształt odwróconej paraboli.

Rysunek 8. Charakterystyka Ico=f(Epw) trzech różnych układów generatorów kwarcowych.

Miejsce włączenia kwarcu wpływa na kształt charakterystyki Ico=f(Ewp).Gdy kwarc jest włączony w obwodzie sprzężenia, charakterystyka Ico=f(Epw) ma kształt zbliżony do odwróconej i ściętej na czubku paraboli. Wahanie tego prądu mieści się w zakresie 50mA. W przypadku kwarcu włączonego między bazą i emiterem tranzystora, prąd najpierw narasta, osiągając maksimum około 630 mA a następnie maleje do wartości 450 mA.

Wnioski

Generatory LC wykazują się małą stabilnością częstotliwości generowanego sygnału, która jest rzędu pojedynczych kHz. Ich zaletą jest fakt, że mają duży zakres przestrajania częstotliwości, w badanym przypadku było to 0,8 GHZ oraz fakt, że zmiana obciążenia nie wpływa na częstotliwość generowanego sygnału. Generatory kwarcowe wykazują się dużo większą stabilnością sygnału, rzędu dziesiątych części Hz, ale zakres przestrajania częstotliwości takiego generatora jest znacznie mniejszy - kilkanaście- kilkadziesiąt Hz w zależności od miejsca umieszczenia kwarcu. W przypadku generatorów kwarcowych, napięcie polaryzacji warikapu ma znaczny wpływ na napięcie na kondensatorze Vc1, czym różnią się od generatorów LC, w przypadku których, Epw nie miało wpływu na napięcie Vc1.

Generatory kwarcowe mogą pracować w różnych konfiguracjach. W zależności od umieszczenia kwarcu, zmienia się zależność częstotliwości generowanej w funkcji napięcia polaryzacji warikapu, jednak utrzymują stałą stabilność. W przypadku gdy kwarc pracuje między bazą i kolektorem tranzystora, badany generator ma dwa pasma generacji o znacznie różniących się częstotliwościach.

160000

Częstotliwościomierz

Generator

Z wyświetlaczem LCD wyświetlającym napięcia i prądy elementów generatora

184150

---