LABORATORIUM |
Dzień |
UKŁADÓW |
tygodnia wtorek Godz. 15:15 |
ELEKTRONICZNYCH |
|
Nr grupy 10 |
Nr ćwiczenia 5 |
Nazwisko, imię Ryszard Białczyk Jacek Klichamer |
Temat: Generatory impulsowe i przerzutniki |
Data wykonania 25.XI.1997 |
Ocena |
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się ćwiczących z zasadami działania , właściwościami, parametrami i charakterystykami różnych rozwiązań układowych generatorów napięć piłokształtnych oraz technikami ich pomiaru.
CZĘŚĆ POMIAROWA
Generator wyzwalany
2.1.a.) Badanie zależności amplitudy generowanego przebiegu , współczynników nieliniowości i współczynnika wykorzystania napięcia zasilania w zależności od satłej czasu RC przy stałej częstotliwości powtarzania impulsów f = 800Hz.
Elementy |
τ =RC [ms] |
Umwej [V] |
Umwyj [V] |
β |
δ |
γ |
x |
k [V/ms] |
R3,C2 |
0,1 |
2 |
8 |
0,25 |
0,036 |
0,059 |
0,667 |
12,31 |
R3,C1+C2 |
0,2 |
2 |
7,9 |
0,16 |
0,028 |
0,05 |
0,658 |
13,17 |
R5,C2 |
0,47 |
2 |
7,8 |
2 |
0,227 |
0,35 |
0,65 |
13 |
R5,C1+C2 |
0,94 |
2 |
5,2 |
1,25 |
0,214 |
0,43 |
0,433 |
8,67 |
R4,C2 |
1 |
2 |
5 |
1 |
0,3 |
0,68 |
0,417 |
8,33 |
2.1.b.) Badanie zależności czasu trwania części roboczej przebiegu oraz jego średniej prędkości narastania od stałej czasu RC.
Elementy |
τ =RC [ms] |
τr |
k [V/ms] |
R3,C2 |
0,1 |
0,65 |
12,31 |
R3,C1+C2 |
0,2 |
0,6 |
13,17 |
R5,C2 |
0,47 |
0,6 |
13 |
R5,C1+C2 |
0,94 |
0,6 |
8,67 |
R4,C2 |
1 |
0,6 |
8,33 |
2.1.c.) Badanie zależności współczynników nieliniowości i współczynnika wykorzystania napięcia zasilania od stałej czasu RC
Elementy |
τ =RC [ms] |
β |
δ |
γ |
x |
R3,C2 |
0,1 |
0,25 |
0,036 |
0,059 |
0,667 |
R3,C1+C2 |
0,2 |
0,16 |
0,028 |
0,05 |
0,658 |
R5,C2 |
0,47 |
2 |
0,227 |
0,35 |
0,65 |
R5,C1+C2 |
0,94 |
1,25 |
0,214 |
0,43 |
0,433 |
R4,C2 |
1 |
1 |
0,3 |
0,68 |
0,417 |
Generator samowzbudny
2.2.a.) Badanie zależności amplitudy generowanego przebiegu, współczynników nieliniowości i współczynnika wykorzystania napięcia zasilania od stałej czasu RC
Elementy |
τ =RC [ms] |
Umwyj [V] |
β |
δ |
γ |
|x| |
k [V/ms] |
R1,C2 |
0,1 |
6 |
0,667 |
0,05 |
0,034 |
0,5 |
16,67 |
R1,C2+C1 |
0,2 |
5,8 |
0,1 |
0,1 |
0,103 |
0,48 |
1,5 |
R2,C2 |
0,75 |
5,6 |
1,4 |
0,29 |
0,607 |
0,47 |
6,2 |
R2,C2+C1 |
1,5 |
5,6 |
2,6 |
0,29 |
0.893 |
0,47 |
1,24 |
R3,C2 |
1,5 |
5,6 |
1,6 |
0,29 |
0,857 |
0,47 |
3,11 |
R3,C2+C1 |
3 |
5,6 |
1,7 |
0,29 |
0,750 |
0,47 |
1,56 |
2.2.b.) Badanie zależności czasu trwania części roboczej przebiegu oraz jego średniej prędkości narastania od stałej czasu RC.
Elementy |
τ =RC [ms] |
τr |
k [V/ms] |
R1,C2 |
0,1 |
0,36 |
16,67 |
R1,C2+C1 |
0,2 |
3,7 |
1,5 |
R2,C2 |
0,75 |
0,9 |
6,2 |
R2,C2+C1 |
1,5 |
4,5 |
1,24 |
R3,C2 |
1,5 |
1,8 |
3,11 |
R3,C2+C1 |
3 |
3,6 |
1,56 |
2.2.c.) Badanie zależności współczynników nieliniowości i współczynnika wykorzystania napięcia zasilania od stałej czasu RC
Elementy |
τ =RC [ms] |
β |
δ |
γ |
|x| |
R1,C2 |
0,1 |
0,667 |
0,05 |
0,034 |
0,5 |
R1,C2+C1 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
0,103 |
0,48 |
R2,C2 |
0,75 |
1,4 |
0,29 |
0,607 |
0,47 |
R2,C2+C1 |
1,5 |
2,6 |
0,29 |
0.893 |
0,47 |
R3,C2 |
1,5 |
1,6 |
0,29 |
0,857 |
0,47 |
R3,C2+C1 |
3 |
1,7 |
0,29 |
0,750 |
0,47 |
Generator z integratorem Millera
2.3.a.) Badanie zależności amplitudy generowanego przebiegu, współczynników nieliniowości i współczynnika wykorzystania napięcia zasilania od stałej czasu RC .
Zwora |
Umwyj [V] |
β |
γ |
x |
k [V/ms] |
żadna |
14 |
0,25 |
0 |
0,583 |
28,00 |
C1 |
14 |
0,2 |
0 |
0,583 |
14,74 |
R3 |
15 |
0,5 |
0,067 |
0,625 |
53,57 |
R4 |
19,5 |
- |
0,128 |
0,812 |
487,5 |
R5 |
18 |
0,67 |
0,056 |
0,750 |
27,27 |
R6 |
17 |
0,03 |
0 |
0,708 |
28,33 |
C1+R6 |
15 |
0,1 |
0 |
0,625 |
13,39 |
Określenie współczynnika δ nie ma sensu ponieważ generowany przebieg piłokształtny ma w okresie czasu roboczego idealną linię prostą. Gdy współczynnik γ osiąga wartość zero oznacza to że część robocza impulsu jest linią prostą. W przypadku 4. współczynnik β jest nieokreślony ponieważ tg nachylenia 90 stopni jest nieokreślony.
3.1.Pomiar scalonego przerzutnika monostabilnego 74121.
Schemat układu pomiarowego:
a) Pomiar napięć stałych :
Uzaś = 16,94 [V] ;
Uwe1 = 5,05 [V] , Uwy1 = 0,0774 [V] ;
Uwe2 = 0,95 [V] , Uwy2 = 3,87 [V] ;
b) Pomiar czasu trwania impulsu .
C [μF] |
R[kΩ] |
τt [ms] |
τt [ms] (teoret.) |
0,068 |
2 |
0,05 |
0,094 |
0,068 |
3 |
0,15 |
0,14 |
0,068 |
5,1 |
0,2 |
0,24 |
0,068 |
7,5 |
0,3 |
0,35 |
0,1 |
2 |
0,15 |
0,139 |
0,1 |
3 |
0,2 |
0,208 |
0,1 |
5,1 |
0,35 |
0,353 |
0,1 |
7,5 |
0,5 |
0,519 |
Charakterystyka τt = f1(R)
Na podstawie charakterystyki τt.=f1(R) tworzymy charakterystykę τt=f2(c)
C [μF] |
R1[kΩ] |
R2[kΩ] |
R3[kΩ] |
R4[kΩ] |
0,068 |
0,5 |
1,5 |
2 |
3 |
0,1 |
1,5 |
2 |
3,5 |
4,9 |
Charakterystyka τt.=f2(C):
IV WNIOSKI
Celem ćwiczenia było zapoznanie się różnymi konstrukcjami realizującymi generację sygnałów impulsowych. Pierwszym z badanych przez nas układów był generator wyzwalany, którego schemat zamieszczony jest w sprawozdaniu. Uzyskane przez nas parametry sygnału są przedstawione w punkcie 2.1. Jak widać z uzyskanych wyników parametry sygnału generowanego zależą dość mocno od wartości stałej czasowej RC. Wraz ze wzrostem stałej czasowej amplituda sygnału generowanego maleje, co jest równoznaczne z tym że współczynnik wykorzystania napięcia zasilania x=Um/E także maleje. Wraz ze spadkiem współczynnika wykorzystania napięcia zasilania maleje także średnia prędkość narastania roboczej części impulsu maleje, a więc wartość maksymalnej amplitudy sygnału wyjściowego zostanie osiągnięta po dłuższym czasie. Współczynniki nieliniowości zostały określone z oscylogramów nr1. Jak widać dołączony dodatkowy kondensator C1 powoduje zmniejszenie nieliniowości układu, a więc zmniejszenie współczynników β i δ. Natomiast współczynnik błędu odchylenia γ po dodaniu dodatkowego kondensatora wzrasta. W kolejnej tabeli 2.1.b.) widać że czas trwania części roboczej generowanego sygnału nie zmienia się dla wszystkich pomiarów.
Kolejnym układem był generator samowzbudny, wykonywaliśmy te same pomiary co przy generatorze wyzwalanym. Jak widać przy zmianie stałe czasowej RC amplituda napięcia wyjściowego jest prawie cały czas stała, co jest równoznaczne że współczynnik wykorzystania napięcia zasilania jest też stały dla różnych τ. Jak widać średnia prędkość narastania części roboczej zmniejsza się po dodaniu dodatkowego kondensatora C1i to dość znacznie, np. w pierwszym przypadku (R1,C2) wynosiła k=16,67[V/ms] natomiast po dodaniu kondensatora C1 k=1,5[V/ms], oznacza to wolniejszy wzrost amplitudy napięcia wyjściowego do wartości maksymalnej. Współczynnik nieliniowości β przy zwiększeniu stałej czasowej także rośnie, współczynnik δ utrzymuje się dla danego τ na jednakowym poziomie, natomiast współczynnik γ przy wzroście stałej czasowej rośnie. Czas części roboczej rośnie wraz ze wzrostem stałej czasowej τ. Uzyskiwane impulsy piłokształtne są przedstawione na oscylogramie nr2
Następnym badanym przez nas układem był generator z integratorem Millera. Generator ten generował impulsy piłokształtne o najmniejszych współczynnikach zniekształceń, oraz przy dość dobrym współczynniku wykorzystania napięcia i przy dużej średniej prędkości narastania części roboczej impulsu. Takie rozwiązanie pozwala uzyskiwać czasy trwania części roboczej o dość dużej rozpiętości od 0,04ms aż do 1,5ms. Uzyskiwane impulsy piłokształtne są dość dobrej jakości co jest uwidocznione na oscylogramie nr3 .
Na podstawie pomiarów przebiegów generowanych przez przerzutnik monostabilny widzimy , że ze wzrostem wartości stałej czasowej RC wzrasta czas trwania impulsu generowanego zwiększając tym samym wartość współczynnika wypełnienia sygnału .Z oscylogramów przedstawionych na rys.4 wynika również ,że sygnał generowany ze wzrostem stałej czasowej RC zmniejsza amplitudę dodatniej części sygnału zwiększając jednocześnie wartość amplitudy ujemnej części sygnału.
Porównując otrzymane charakterystyki τt =f1(R) oraz τt = f2(C) z charakterystykami teoretycznymi można przyjąć ,że są podobne .Drobne różnice wynikają z niedokładności procesu pomiarowego oraz niewielkiej liczby dokonanych pomiarów ( szczególnie przy drugiej charakterystyce).
W przypadku pomiaru czasu trwania impulsu wyniki pomierzone zgadzają się wynikami otrzymanymi droga obliczeń teoretycznych, co świadczy o poprawności wykonania ćwiczenia.
Obliczenia teoretyczne
wykonaliśmy wg wzoru :
τt = R*C*ln2