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

Celem ćwiczenia jest przybliżenie zjawisk zachodzących w układach generacji przebiegów sinusoidalnych. Badamy właściwości wzmacniacza i układu RC w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego oraz parametry generowanego przebiegu.

2. WARUNKI GENERACJI

Generatory są to układy elektroniczne, które przetwarzają energię źródła przebiegu stałego na energię przebiegu zmiennego wyjściowego (impulsowego lub okresowego). W zależności od kształtu przebiegów wyjściowych spotykane są generatory przebiegów sinusoidalnych i niesinusoidalnych. Bez względu na kształt przebiegu wyjściowego, generator nie wymaga zewnętrznego źródła pobudzającego przetwarzającego energię pobieraną z zasilacza w energię drgań. 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)

Równanie to 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 zależności tej wynikają dwa warunki generacji Barkhausena:

1. warunek amplitudy: *K_u*_f* = 1 - określa zależność między współczynnikiem wzmocnienia wzmacniacza bez sprzężenia i współczynnikiem sprzężenia zwrotnego

2. warunek fazy: * + * = 2*n - określa całkowite przesunięcie fazowe ϕ toru wzmacniacza i pętli sprzężenia zwrotnego ψ zapewniający dodatnie sprzężenie zwrotne

SPEŁNIENIE WARUNKÓW W GENERACJI:

Wzmacniacz, który używamy w ćwiczeniu, 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 ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Przy pomocy 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)	4	10	5	5	3,6	0,5
3)	6	10	4	10	3,5	0,5

Dla powyższych przebiegów odczytaliśmy z częstotliwościomierza następujące wyniki:

Pomiar	Częstotliwość
		[Hz]
1)	556
2)	524
3)	526

4. WYNIKI

Na podstawie powyższych pomiarów wykonanych oscyloskopem obliczyliśmy częstotliwości i amplitudy wygenerowanych przebiegów za pomocą poniższych wzorów:

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]

Pozostałe wartości amplitudy i częstotliwości przebiegów przedstawia tabelka:

Pomiar	Amplituda	Częstotliwość
		[V]	[Hz]
1)	0,5	571
2)	10	555
3)	20	571

Wnioski:

• Drgania generowane przez układ ze wzmacniaczem napięciowym nie są idealnie sinusoidalne, a wzbudzenie następuje przy określonym zestrojeniu.

• Warunkiem generacji niegasnących drgań wzmacniacza RC jest aby wzmocnienie było większe od tłumienia.

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

- jako zegar w bardziej złożonych układach elektronicznych

---