Politechnika Warszawska - MEiL - Instytut Techniki Cieplnej
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Prowadzący ćwiczenie		Rok akademicki	Semestr		Data			Dzień tygodnia		Godzina
Lp.	Imię i nazwisko			Obecność		Ocena			Potwierdzenie		Uwagi
														1	2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Sprawozdanie z ćwiczenia

GENERATORY PRZEBIEGÓW SINUSOIDALNYCH

1. CEL ĆWICZENIA

Przeprowadzenie ćwiczenia ma na celu przybliżenie zjawisk zachodzących w układach generacji przebiegów sinusoidalnych. Badane są właściwości wzmacniacza i układu RC w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego oraz parametry generowanego przebiegu.

2. WARUNKI GENERACJI

Generatorem nazywamy układ wytwarzający niegasnące przebiegi elektryczne, nie wymagający przy tym zewnętrznego źródła pobudzającego. Przetwarza energię pobraną z zasilacza w energię drgań, których parametry zależą jedynie od budowy i właściwości generatora.

Drgania sinusoidalne można uzyskać za pomocą takiego wzmacniacza, który dla pewnej ściśle określonej częstotliwości sygnału miałby wzmocnienie równe nieskończoności.

Wzmocnienie wzmacniacza z dodatnim sprzężeniem zwrotnym wyraża się wzorem:

K_uf = K_u / (1 - K_u *_f)

Funkcja ta dąży do nieskończoności, gdy (1 - K_u *_f) = 0, czyli K_u *_f = 1. Zapisując wzmocnienie wzmacniacza i toru sprzężenia zwrotnego jako liczby zespolone w postaci wykładniczej otrzymujemy zależność

K_u *_f = K_ue^j* * *_fe^j*= 1

Z której wynikają dwa warunki generacji:

1. Warunek amplitudy:

*K_u*_f* = 1

W tej sytuacji na wzmacniaczu mogą być pokryte straty związane z tłumieniem w pętli sprzężenia zwrotnego. W praktyce iloczyn ten jest zwykle większy, co pozwala na pokrycie energii potrzebnej do regulacji amplitudy.

2. Warunek fazy:

* + * = 2*n

Suma przesunięć fazowych toru wzmacniacza i pętli sprzężenia zwrotnego musi być równa wielokrotności 2*.

SPEŁNIENIE WARUNKÓW W GENERATORZE UŻYTYM W ĆWICZENIU

Użyty w ćwiczeniu wzmacniacz operacyjny daje wzmocnienie wyrażone wzorem K_u = *R₂* R₁, co po podstawieniu R₁= 5,1k* i R₂= 220k* daje

K_u = 43,14

Dla znajdującego się w układzie sprzężenia zwrotnego przesuwnika fazowego CR współczynnik

*_f = 1/29

Wstawiając te wartości do warunku amplitudy otrzymamy K_u*_f= 1,49 *1, co zapewni spełnienie tego warunku i stałość drgań. Aby mógł zostać spełniony warunek fazy, przesunięcie fazowe toru pętli sprzężenia zwrotnego powinno wynosić *, które to przesunięcie zachodzi dla przesuwnika CR przy częstotliwości

Podstawiając do powyższego wzoru wartości: C= 10nF i R= 12k* otrzymujemy, że generacja drgań powinna dla danego układu wystąpić przy częstotliwości

f₀= 541,7 Hz

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

W ćwiczeniu wykorzystaliśmy następujący układ generatora RC:

Za pomocą oscyloskopu zmierzyliśmy parametry wygenerowanych przebiegów.

Pomiar	Amplituda wyjściowa	Rezystancja wyjściowa	Wartość międzyszczytowa (Δy)	Cy	Długość fali wygenerowanej (λ)	Cx
		[V]	[kΩ]	[cm]	[V/cm]	[cm]	[ms/cm]
1)	0	0	2	0,5	3,5	0,5
2)	10	10	4	5	3,5	0,5
3)	6	10	4	10	3,5	0,5
4)	4	10	5	5	3,6	0,5

Dla powyższych przebiegów odczytaliśmy z częstotliwościomierza następujące wyniki:

Pomiar	Częstotliwość	Błąd pomiaru
		[Hz]	[%]
1)	556	2,5
2)	523	3,4
3)	526	2,8
4)	524	3,2

4. WYNIKI

Na podstawie pomiarów wykonanych oscyloskopem obliczyliśmy częstotliwości i amplitudy wygenerowanych przebiegów.

Przykładowo obliczenia dla pierwszego pomiaru mają postać:

U_m1= 2[cm] * 0,5[V/cm] * 2 = 0,5[V]

f_o1 = 1* 3,5[cm] * 0,5[msek/cm] = 1* 0,00175[s] = 571[Hz]

Wartości amplitudy i częstotliwości przebiegów obliczonych na podstawie wskazań oscyloskopu przedstawia tabelka:

Pomiar	Amplituda	Częstotliwość	Błąd pomiaru częstotliwości
		[V]	[Hz]	[%]
1)	0,5	571	5,4
2)	10	571	5,4
3)	20	571	5,4
4)	12,5	555	2,4

Błąd pomiarowy powstaje z powodu niedokładności przy synchronizacji podstawy czasu z przebiegiem wprowadzanym (do 3%) oraz przy odczycie wskazań - grubość i na ekranie oscyloskopu osiąga do 0,2 cm a podziałka ekranu - 1 cm.

5. PODSTAWOWE PARAMETRY GENERATORÓW MAŁYCH MOCY I ICH ZASTOSOWANIE.

Podstawowym parametrem generatorów jest częstotliwość f₀ generowanego przebiegu, przy której spełnione są oba warunki powstawania drgań. Generowana częstotliwość może ulegać nieznacznemu odchyleniu od wartości nominalnej f₀ na skutek zmian temperatury czy punktu pracy.

Parametry dodatkowe:

1. stabilność częstotliwości generowanego przebiegu, będąca stosunkiem średniej wartości odchyłki częstotliwości do wartości nominalnej f₀. Wyraża się ją liczbą niemianowaną.

2. stabilność amplitudy, czyli stosunek średniej wartości odchyłki amplitudy do jej wartości nominalnej U.

3. współczynnik zawartości harmonicznych jest miarą zniekształcenia sygnału wyjściowego. Widmo częstotliwościowe odkształconego sygnału zawiera oprócz pierwszej harmonicznej również wyższe harmoniczne. Zawartością k-tej harmonicznej nazywa się stosunek wartości k-tej harmonicznej do wartości pierwszej harmonicznej wyrażony w procentach:

h_k = (U_mk * U_m1) * 100%

gdzie U_m1 - amplituda napięcia pierwszej harmonicznej, U_mk - amplituda napięcia k-tej harmonicznej. Na tej podstawie wyznacza się Współczynnik zawartości harmonicznych jako pierwiastek z sumy kwadratów zawartości wszystkich harmonicznych.

4. zakres przestrajania - zakres częstotliwości sygnału, jaki może wytwarzać generator. W celu zmiany generowanej częstotliwości zmienia się pojemności kondensatorów w pętli sprzężenia zwrotnego. Dla generatorów z przesuwnikiem CR f_max* f_min może wynosić nawet 10:1.

Zastosowania: - jako źródła napięcia przemiennego w zakresie częstotliwości 1Hz * 100kHz.

- jako zegar w bardziej złożonych układach elektronicznych

---