T6 Generatory sygnałów

Warunki wzbudzenia i stabilnej pracy. Metody badania i opisu.

Układy na wzmacniaczach operacyjnych (WO) z pętlami RC:

a) generator fali prostokątnej na WO typu μA741 (rys.1); jest to generator relaksacyjny z WO jako komparatorem z histerezą,

b) generator fali sinusoidalnej z czwórnikiem Wiena na WO typu OP07 (rys.2.); wzmacniacz pracuje liniowo, objęty dwoma pętlami sprzężenia zwrotnego: dodatnią selektywną, ustalającą częstotliwość generacji i ujemną nieliniową, ustalającą napięcie wyjściowe. Znamionowe zasilanie w obu U_sup = ± 15 V.

Układ na:	Element	Tab. 1. Wartości elementów dla grupy nr:
				1	2	3	4	5	6
	Rys.1	C [nF]	33	100	33	100	33	100
		R1 [kΩ]	39	3,3	10	20	22	3,3
		R2 [kΩ]	15	5,6	33	6,8	10	12
		R3 [kΩ]	10	4,7	4,7	3,3	10	15
		R4 [kΩ]	27	4,7	8,2	15	12	39
	Rys.2	R2a [kΩ]	10	6,8	12	8,2	5,6	10
		R2b [kΩ]	3,3	3,3	3,3	3,3	3,3	3,3
		Ra [kΩ]	3,9	4,7	4,7	10	47	10
		Rb [kΩ]	12	4,7	15	10	47	27
		Ca [nF]	33	33	33	10	3,3	10
		Cb [nF]	10	33	10	10	3,3	3,3

Przed zajęciami.

A) Oblicz dla układu z rys. 1, na podstawie danych z tab. 1, teoretyczną wartość częstotliwości f oraz współczynnika wypełnienia fali prostokątnej WW = t_i+ /T. Przyjmij, że poziomy U_om+ ≈ − U_om- ≈ 13,5 V są określone napięciami nasycenia wyjścia WO. Jak zmienić układ, aby fala była symetryczna, czyli WW = 0,5? Co by się stało, gdybyś zasilił układ napięciami + 5 V i - 15 V? W jaki sposób dzielnik R₃R₄ wpływa na częstotliwość i kształt sygnału?

B) Oblicz dla układu z rys. 2, na podstawie danych z tab. 1, teoretyczną wartość częstotliwości f oraz rezystancji R₁ , spełniającej warunek wzbudzenia i stabilnej pracy. Nieliniowy dwójnik D₁║R_2b║D₂ nie wymaga składania, jest w laboratorium; przyjmij do obliczeń, że przy stabilnej pracy układu jego zastępcza rezystancja jest około 0,5R_2b .

Program ćwiczenia.

Generator prostokąta z rys. 1. 

1a. Połącz układ bez obciążenia, ze znamionowym U_sup . Uruchom go, sprawdź, czy działa poprawnie, czy parametry przebiegu są zgodne z obliczonymi. Zmierz, zapisz f , t₊ /T, t_zboczy , U_om+ , U_om- , uwagi o kształcie U_o (t) i U_c (t).

1b. Zbadaj wpływ na wymienione parametry obciążenia R_L = 1kΩ a następnie, bez R_L , wpływ zmian napięć zasilania U_sup : symetrycznej na ± 9 V i niesymetrycznej na + 15 / − 9 V i + 9 / − 15 V.

1c. Zasilanie ± 15 V, układ nieobciążony. Zmień kondensator C w generatorze na ≈ 10 razy większy, następnie ≈ 30 razy mniejszy. Jak zmieniają się wyżej wymienione parametry i kształty sygnałów w układzie? Czy zmianie wartości kondensatora odpowiada dokładnie proporcjonalna zmiana okresu? Co wynika z teoretycznej zależności, a co z badań? Jaki parametr WO ma wpływ na zaobserwowane niedoskonałości kształtu i niezgodności z teorią?

Generator sinusoidy z rys. 2. 

2a. Połącz układ bez obciążenia, ze znamionowym U_sup . Uruchom; nastawnym rezystorem R₁ w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego ustaw na wyjściu skuteczną wartość znamionową U_on = 3,5 V. Zanotuj wartości znamionowe f_n , R_1n ; czy są zgodne z obliczonymi? Przyjrzyj się kształtowi sygnału, zapisz uwagi lub sfotografuj przebieg.

2b. Nie zmieniaj R₁ , zbadaj wpływ obciążenia oraz zmian napięć zasilania (jak w pkt.1b) na f i U_o . Zalecam opis skutków za pomocą zmian względnych (procentowych).

2c.  Zbadaj wpływ zmiany R₁ w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego na f , U_o , stabilność pracy, kształt sinusoidy; zalecam taką regulację aby zmiany U_o były od 8,5 V w dół co 0,5 V. W sprawozdaniu m.in. wykreśl U_o = f(R₁) i U_o = f(δ_R1) oraz f = f(R₁) i f = f(δ_R1). Określ na podstawie wykresów optymalny zakres R₁ i δ_R1 - kryterium to małe zmiany U_o i f . Przyjmij za R_1n tą wartość R₁ , która daje na wyjściu generatora znamionowe U_on . Obliczaj:

. Podobne zależności zastosuj do obliczenia względnych zmian w pkt. 2b.

Rys. 1. Schemat układu relaksacyjnego generatora

fali prostokątnej wraz z elementami i przyrządami

do badania.

Rys. 2. Schemat układu generatora fali sinusoidalnej

z czwórnikiem Wiena i pętlą stabilizacji amplitudy wraz

z elementami i przyrządami do badania.

---