LABORATORIUM ELEKTRONIKI

INSTRUKCJA LABORATORYJNA

Temat: Badanie generatorów drgań

sinusoidalnych LC oraz RC

Wykonał: Tomasz Kisiała, Jakub Koziołek, Wojciech Grzybek

Bielsko – Biała 2015

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i zasady działania podstawowych generatorów napięcia sinusoidalnego:

• LC:

- Hartleya,

- Colpittsa,

- Meissnera,

• RC:

- z przesuwnikiem fazy (GZPF),

- z mostkiem Wiena (GZMW),

- z filtrem Wiena (GZFW).

Przebieg ćwiczenia:

1. Obliczyć częstotliwość badanych generatorów.

Tabela 2.

Generatory LC	Hartleya	Colpittsa	Meissnera
Częstotliwość
	88310 Hz	102734 Hz	6913 Hz

1. Stosując oscyloskop wyznaczyć częstotliwość drgań badanych generatorów.

Uwaga:

Przed przystąpieniem do pomiarów należy skalibrować oscyloskop. W tym celu na wejście kanału oscyloskopu podłączamy sygnał kalibratora, znajdujący się na płycie czołowej. Jest to sygnał w kształcie fali prostokątnej o wypełnieniu 1:2, częstotliwości 1kHz i amplitudzie najczęściej 0,5V. Kalibracja polega na ustawieniu pokrętłem odchylania pionowego wartości 0,5V/dz i wyregulowaniu takiej amplitudy na ekranie oscyloskopu.

Oscyloskop przed pomiarem został skalibrowany, według instrukcji.

• Wyznaczenie częstotliwości metodą oscyloskopową.

Zmontowano układ pomiarowy jak na rys.1.

Rys. 1. Układ pomiarowy do wyznaczenia częstotliwości metodą oscyloskopową.

Napięcie wyjściowe generatora o mierzonej częstotliwości f_x doprowadza się do wejścia oscyloskopu. Tak ustawiono przebieg, aby na ekranie było widać jego pełny i nieruchomy obraz. A następnie zmierzono długość odcinka x_T, który odpowiada jednemu okresowi obserwowanego przebiegu i obliczono częstotliwość badanego generatora:

gdzie:

x_T – odstęp między odpowiednimi przejściami przez zero,

D_tx – współczynnik podstawy czasu.

Rys. 2. Wyznaczenie częstotliwości metodą oscyloskopową.

Hartleya	Colpittsa	Meissnera
Dtx=5	Dtx=5	Dtx=5
us=0,000005	us=0,000005	us=0,000005
xt=2,6	xt=2,1	xt=3,4
fx=76923 Hz	fx=95238 Hz	fx=5882 Hz

1. Pomiar napięciowego współczynnika.

Napięciowy współczynnik amplitudy określa wpływ napięcia zasilania na amplitudę drgań generatora i równy jest stosunkowi względnej zmiany amplitudy sygnału wyjściowego do wywołującą ją zmianę napięcia zasilania.

Względną zmianę amplitudy oblicza się ze wzoru:

$\sigma_{\text{U\ }} = \ \frac{U}{U_{N}}$

gdzie: ∆U – zakres zmian napięcia wyjściowego,

U_N – wyjściowe napięcie znamionowe.

Napięciowy współczynnik amplitudy oblicza się ze wzoru:

$N_{\text{ZU\ }} = \ \frac{\sigma_{U}}{U_{Z}}$

gdzie: ∆U_Z – zmiana napięcia zasilania.

Hartleya:

σ_u=∆U/Un=(1,28-0,7)/0,7=0,82

N_2U=σ_U/∆U_Z=0,82/5,3=0,15

Colpittsa:

σ_u=∆U/Un=(0,52-0,18)/0,18=1,88

N_2U=σ_U/∆U_Z=1,88/8,4=0,22

Meissnera:

σ_u=∆U/Un=(8,40-1,15)/1,15=6,30

N_2U=σ_U/∆U_Z=6,30/8,80=0,71

Tok postępowania:

• Zmontować układ jak na rys.5.

• Podłącz do generatora napięcie zasilające.

• Zmniejszać napięcie zasilania co 1V i odczytywać amplitudę oraz częstotliwość drgań generatora do momentu zaniku drgań.

• Wyniki pomiarów zapisać do tabeli.

• Oblicz napięciowy współczynnik amplitudy.

Rys. 5. Schemat układu pomiarowego do badania stałości amplitudy i częstotliwości sygnału wyjściowego.

1. Wykaz aparatury:

1. Zasilacz stabilizowany – 1 szt.

2. Woltomierz prądu stałego – 1 szt.

3. Generator funkcyjny – 1 szt.

4. Oscyloskop elektroniczny – 1 szt.

5. Opornik dekadowy – 1 szt.

1. Schematy badanych generatorów

Rys. 7. Schemat ideowy generatora z przesuwnikiem fazy.

Rys. 8. Schemat ideowy generatora z mostkiem Wiena.

Rys. 9. Schemat ideowy generatora z filtrem Wiena.

Rys. 10. Schemat ideowy generatora Hartleya.

Rys. 11. Schemat ideowy generatora Colpittsa.

Rys. 12. Schemat ideowy generatora Meissnera.

Hartleya:

Uz V	A Działki	f Hz	Uwy V
5,9	3,5	76923	0,70
6,0	3,6	76923	0,72
6,1	3,7	76923	0,74
6,2	3,7	76923	0,74
6,3	3,7	76923	0,74
6,4	3,7	76923	0,74
6,6	3,8	76923	0,76
6,8	4,0	76923	0,80
7,0	4,0	76923	0,80
7,2	4,1	76923	0,82
7,4	4,2	76923	0,84
7,6	4,3	76923	0,86
7,8	4,4	76923	0,88
8,0	4,6	76923	0,92
8,2	4,7	76923	0,94
8,4	4,7	76923	0,94
8,6	4,8	76923	0,96
8,8	4,9	76923	0,98
9,0	5,0	76923	1,00
9,2	5,2	76923	1,04
9,4	5,3	76923	1,06
9,6	5,4	76923	1,08
9,8	5,5	76923	1,10
10,0	5,6	76923	1,12
10,2	5,7	76923	1,14
10,4	5,8	76923	1,16
10,6	5,9	76923	1,18
10,8	6,0	76923	1,20
11,0	6,2	76923	1,24
11,2	6,4	76923	1,28

0,2V/DZ

Colpittsa::

Uz V	A Działki	f Hz	Uwy V
2,7	3,6	95238	0,18
3,0	3,8	95238	0,19
3,3	4,1	95238	0,20
3,6	4,4	95238	0,21
3,9	4,6	95238	0,22
4,2	4,8	95238	0,23
4,5	5,2	95238	0,25
4,8	5,5	95238	0,26
5,1	5,7	95238	0,27
5,4	6,0	95238	0,28
5,7	6,2	95238	0,29
6,0	6,4	95238	0,30
6,3	6,7	95238	0,31
6,6	6,9	95238	0,32
6,9	7,2	95238	0,33
7,2	7,4	95238	0,34
7,5	7,6	95238	0,35
7,8	7,9	95238	0,36
8,1	4,0	95238	0,40
8,4	4,2	95238	0,42
8,7	4,3	95238	0,43
9,0	4,4	95238	0,44
9,3	4,5	95238	0,45
9,6	4,6	95238	0,46
9,9	4,7	95238	0,47
10,2	4,8	95238	0,48
10,5	4,9	95238	0,49
10,8	5,0	95238	0,50
11,1	5,2	95238	0,52

Uz=5,9V÷9,0V <<<50mV/DZ

Uz=9,2V÷11,1V <<<0,1V/DZ

Meissnera::

Uz V	A Działki	f Hz	Uwy V
2,2	2,3	5882	1,15
2,6	3,3	5882	1,65
3,0	4,3	5882	2,15
3,4	5,3	5882	2,65
3,8	6,2	5882	3,10
4,2	6,8	5882	3,40
4,6	7,6	5882	3,80
5,0	4,0	5882	4,00
5,4	4,4	5882	4,40
5,8	4,6	5882	4,60
6,2	5,0	5882	5,00
6,6	5,4	5882	5,40
7,0	5,6	5882	5,60
7,4	5,9	5882	5,90
7,8	6,1	5882	6,10
8,2	6,4	5882	6,40
8,6	6,7	5882	6,70
9,0	7,0	5882	7,00
9,4	7,3	5882	7,30
9,8	7,6	5882	7,60
10,2	7,8	5882	7,80
10,6	4,0	5882	8,00
11,0	4,2	5882	8,40

Uz=2,2V÷4,6V <<<0,5V/DZ

Uz=5,0V÷10,2V <<<1V/DZ

Uz=10,6V÷11,0V <<<2V/DZ

Wykresy:

Wnioski:

-Częstotliwość ze wzorów i obliczone na podstawie wskazań oscyloskopu różnią się od siebie, ponieważ elementy w układzie posiadają tolerancje 20% (szereg E6), przez co element teoretycznie opornik 1000Ohm posiada tak naprawdę wahanie rezystancji o ±200Ohm, układy stworzone są z kilku elementów przez co błąd jest dość spory.

-Częstotliwość jest stała gdy amplituda rośnie wraz z napięciem Uz.