INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI I AKUSTYKI Politechniki Wrocławskiej
LABOLATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH	Nr ćwiczenia: 6	Wykonał: Jarosław Załoga Stanisław Wójtowicz	Data: 31.10.97 8^15-11^00 Pt.	Ocena:
TEMAT: Generator RC z mostkiem Wiena.

SPRAWOZDANIE

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zaprojektowanie generatora RC z mostkiem Wena, oraz realizacja układowa.

3. Przebieg ćwiczenia:

Zaprojektowany generator zawierał wzmacniacz operacyjny, oraz ARW (Automatyczna Regulacja Amplitudy) wykonane w oparciu o tranzystor JFET. W trakcie wykonywania pomiarów wyznaczyliśmy parametry znamionowe generatora: f_o, U_WY, h (współczynnik zniekształceń), a następnie badaliśmy wpływ zmian napięcia zasilania U_Z, oraz obciążenia R_L na parametry sygnału generowanego, a także dokonaliśmy pomiaru zakresu przestrajania.

3. Wykaz przyrządów:

- oscyloskop ( kalibrowany wzmacniacz Y o paśmie 10MHz i czułości 100m. / cm , kalibrowana podstawa czasu )

- zasilacz stabilizowany ( napięcie 0 - 32V , prąd 100mA )

- miernik zniekształceń nieliniowych.

-częstościomierz.

3 Schemat generatora oraz obliczenia projektowe:

Schemat generatora RC z mostkiem Wiena na wzmacniaczu operacyjnym i regulacji amplitudy tranzystorem JFET.

Założenia:

- f_o = 3kHz

- U_WY = 5V

- U_Z = ± 14V

f_o = 1/2 p RC

R = 500W

C = 1/2 p 500 * 3000Hz = 0.106mF

ARW

U_WY = 5V

|U_GS| < 2 * 5V - napięcie w punkcie pracy tranzystora JFET

|U_GS| < 7,1V

Punkt pracy tranzystora JFET:

|U_GSo| = 2V

I_D = 2,9mA

U_DS = 1V

r_DS = 340W - w punkcie pracy

r_DS = ( 0.025 - 0,5 ) R₁

r_DS = 0.33 R₁

R₁ = R₃ + r_DS

R₁ = 1kW

R₃ = 680W

Stosunek wartości rezystancji w gałęzi ujemnego sprzężenia zwrotnego powinien zapewnić pożądaną wartość wzmocnienia, dla tego typu generatora: k_u Ł 1/|b_fo|, gdzie 1/|b_fo| = 3

zatem:

R₂/ R₁|_min = 2

R₂ = R₁ ( 2 + e ) gdzie: e- współczynnik wyrażający odstępstwo od warunku równowagi. ( dla generatora ze wzmacniaczem operacyjnym

e do pominięcia ).

R₂ = 1kW * 2 = 2kW - wartość minimalna

Stała czasowa filtru:

C₁ R₆ > 1/100 f_o

C₁ R₆ > 3,3 ms

R₆ = 330kW

C₁ = 1mF

R₆ = [( 0.45 U_WY - U_D ) * R₆/U_GSo ] - R₆ = 81675W

Wartości elementów dobrane z szeregu E - 24 :

- C = 100nF

- R = 560W

- R₃ = 680W

- R₄ = 2kW

- P₂ = 1kW

- R₅ = 81kW

- R₆ = 81kW

- C₁ = 1mF

4. Tabele pomiarowe:

Pomiar parametrów znamionowych generatora dla parametrów U_Z = ± 14V, R_o = 2.2kW

f_o = 3,082kHz

U_WY = 5V

h = 0,8%

Pomiar wpływu zmian
napięcia zasilania dla Ro = 2.2kW na parametry f, Uwy, h generatora				rezystancji obciążenia na parametry f, Uwy i h generatora dla Uz = 14V
Uz [V]	f [kHz]	Uwy [V]	h [%]	Ro [om]	f [kHz]	Uwy [V]	h [%]
8	3,06	4,9	0,78	220	3,09	3	1,5
10	3,05	4,9	0,76	560	3,11	5	0,72
12	3,06	5	0,75	330	3,09	4,6	0,42
14	3,06	5	0,8	1500	3,09	5	0,8
16	3,07	5,5	1,2	2200	3,09	5	0,8
18	3,09	6,5	1,55	12000	3,1	5	0,78

Wpływ zmiany elementów RC mostka na paramertry f, Uwy i h generatora dla Uz = 14V, Ro = 2.2kW
R [om]	C [F]	f [kHz]	Uwy [V]	h [%]
10000	4,7E-08	3,06	5	0,8
10000	1,47E-07	1,12	12	6
10000	1E-07	1,7	10	6,8
470	4,7E-08	6,5	5,8	1

5. Wykresy:

.

.

6. Uwagi i wnioski:

Na podstawie pomierzonych parametrów znamionowych generatora można zauważyć, że po niewielkiej korekcji wartości rezystancji P2 w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego wartość parametrów przyjętych w trakcie projektowania odpowiadają wartościom znamionowym. Rozbieżność częstotliwości f₀ była mniejsza od 3%, a wartość współczynnika zniekształceń nieliniowych wynosiła około 0,8% i była dość znaczna, lecz przyczyną tak dużej wartości było przyjęcie zbyt małej wartości rezystora R3, włączonego szeregowo z tranzystorem JFET, w stosunku do rezystancji r_DS kanału w punkcie pracy.

Przy pomiarach U_wy , h, f_o w funkcji napięcia zasilania można zaobserwować, że wraz ze zmniejszaniem napięcia zasilania sygnał na wyjściu generatora pozostaje prawie niezmienny, natomiast wraz ze wzrostem napięcia zasilania układu widzimy, że zarówno współczynnik zniekształceń nieliniowych jak i napięcie wyjściowe wzrasta i to dość znacznie. Zjawisko to związane jest z występowaniem w układzie sprzężenia zwrotnego ujemnego nieliniowej rezystancji tranzystora polowego, która ze wzrostem amplitudy sygnału wyjściowego powodowała zmniejszenie liniowości wzmocnienia wzmacniacza.

Wraz ze zwiększaniem rezystancji obciążenia R₀ napięcie na wyjściu, częstotliwość jak i wartość współczynnika zniekształceń nieliniowych nie zmienia się, natomiast przy zmniejszaniu wartości R₀ poniżej 400W obserwujemy gwałtowny spadek napięcia na wyjściu oraz wzrost współczynnika zniekształceń harmonicznych.

Z pomiaru zakresu przestrajania wynika, że wraz ze zmniejszeniem wartości rezystancji, lub pojemności w gałęzi z mostkiem Wiena częstotliwość f_o rośnie proporcjonalnie, co wynika ze wzoru

w_o =
,

transmitancja mostka maleje, co jest przyczyną wzrostu napięcia wyjściowego U_wy. Jeżeli wzrasta napięcie to wzrastają również zniekształcenia nieliniowe za sprawą pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego i nieliniowego elementu w niej występującego.

1

RC

---