LABORATORIUM ELEKTRONIKI

INSTRUKCJA LABORATORYJNA

Temat: Badanie generatorów drgań

sinusoidalnych LC oraz RC

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

Generatory RC	Przesuwnik fazy	Mostek Wiena	Filtr Wiena
Częstotliwość

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.

• Wyznaczenie czÄ™stotliwoÅ›ci metodÄ… oscyloskopowÄ….

Zmontować 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 ustawić przebieg, aby na ekranie było widać jego pełny i nieruchomy obraz. A następnie zmierzyć długość odcinka x_T, który odpowiada jednemu okresowi obserwowanego przebiegu i obliczyć częstotliwość badanego generatora:

gdzie:

x_T – odstęp między odpowiednimi przejściami przez zero,

D_tx – współczynnik podstawy czasu.

Rys. 2. Wyznaczenie częstotliwości metodą oscyloskopową.

• Wyznaczenie czÄ™stotliwoÅ›ci metodÄ… krzywych Lissajous.

Zmontować układ jak na rys.3.

Rys. 3. Układ pomiarowy do wyznaczenia częstotliwości metodą krzywych Lissajous.

Napięcie wyjściowe generatora o częstotliwości mierzonej f_x doprowadza się do kanału A oscyloskopu, a napięcie U_w o częstotliwości wzorcowej f_w z generatora wzorcowego doprowadza się do wejścia X (wyłączona wewnętrzna podstawa czasu). Na ekranie oscyloskopu obserwujemy wtedy krzywe Lissajous. W celu określenia stosunku częstotliwości f_x i f_w należy przez figurę przeprowadzić dwie proste prostopadłe – pionową i poziomą, przecinające figurę w maksymalnej możliwej liczbie punktów. Stosunek liczby przecięć N_X prostej pionowej z figurą do liczby przecięć N_Y prostej poziomej z figurą jest równy stosunkowi częstotliwości napięć doprowadzonych do wejść oscyloskopu.

Rys. 4. Wyznaczenie częstotliwości metodą krzywych Lissajous.

Tabela 3.

Generator	Hartleya	Colpittsa	Meissnera	GZPF	GZMW	GZFW
fo (metodÄ… oscyloskopowÄ…)
fo (metodÄ… krzywych Lissajous)

Tabela 4. KRZYWE LISSAJOUS

	0^o	45^o	90^o	135^o	180^o

1. Pomiar napięciowego współczynnika częstotliwości i napięciowego współczynnika amplitudy.

Napięciowy współczynnik częstotliwości określa wpływ napięcia zasilania na częstotliwości sygnału wyjściowego i równy jest stosunkowi względnej zmiany częstotliwości do wywołującą ją zmianę napięcia zasilania

Względną zmianę częstotliwości oblicza się ze wzoru:

$\sigma_{\text{f\ }} = \ \frac{f}{f_{N}}$
gdzie: f- zakres zmian częstotliwości,

f_N – częstotliwość znamionowa.

Napięciowy współczynnik częstotliwości oblicza się ze wzoru:

$N_{\text{Zf\ }} = \ \frac{\sigma_{f}}{U_{Z}}$

gdzie: ∆U_Z – zmiana napięcia zasilania.

Podobnie- 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:

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

gdzie: ∆U – zakres zmian napięcia wyjściowego,

U_N – wyjściowe napięcie znamionowe.

Napięciowy współczynnik amplitudy oblicza się ze wzoru:

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

gdzie: ∆U_Z – zmiana napięcia zasilania.

Tok postępowania:

• Zmontować ukÅ‚ad jak na rys.5.

• PodÅ‚Ä…cz do generatora napiÄ™cie zasilajÄ…ce.

• Zmniejszać napiÄ™cie zasilania co 1V i odczytywać amplitudÄ™ oraz czÄ™stotliwość drgaÅ„ generatora do momentu zaniku drgaÅ„.

• Wyniki pomiarów zapisać do tabeli.

• Oblicz napiÄ™ciowy współczynnik czÄ™stotliwoÅ›ci i napiÄ™ciowy współczynnik amplitudy.

UZ V
UWY V
f kHz

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

1. Określić wpływ rezystancji obciążenia na stałość amplitudy i częstotliwości sygnału wyjściowego badanych generatorów.

W tym celu zmontować układ jak na rys.6.

Rys. 6. Schemat układu pomiarowego do badania wpływu obciążenia na sygnał wyjściowy.

Odczyty napięcia U_wy i częstotliwości f_o przeprowadzić dla następujących wartości rezystancji obciążenia R_o: 100Ω, 500Ω, 1 kΩ, 2 kΩ, 5 kΩ, 6 kΩ, 8 kΩ, 9 kΩ, 10 kΩ, 20 kΩ, 30kΩ.

NAZWA BADANEGO GENERATORA
Ro
kΩ
100 Ω
500 Ω
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
30

Określić odstrojenie spowodowane zmianą obciążenia R_o:

Δ = f_max – f_min = …

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. Sprawozdanie powinno zawierać:

• Rysunki ukÅ‚adów pomiarowych oraz schematy badanych generatorów.

• Wyniki pomiarów.

• Obliczenia i wykresy.

Należy wykreślić następujące charakterystyki:

• U_wy= f(U_z), przy f_o = const,

• f_o = f(U_z), przy U_wy = const,

• U_wy= f(R_o),

• f_o = f(R_o),

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.