POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI I AKUSTYKI	Piątek 8.15 - 11.00
LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH GRUPA NR 3	Sprawozdanie z ćwiczenia nr 9 Generatory RC
DATA WYKONANIA: 1999-11-12		OCENA:

1. Projekt

• założenia

pętla ARW z wykorzystaniem żarówki

• z warunku generacji wynika, że
  

• Ku=2*10⁵ (dla układu μA741) czyli mamy
  

• dla generatora z mostkiem Wiena odstępstwo od warunku równowagi można przedstawić następująco

• ostatecznie warunek na dobór rezystancji w pętli ARW ma postać

• żarówka biała (wykorzystana w pętli ARW) ma rezystancję rzędu 20-40 Ω, zatem wstępnie można założyć R_ż=0 Ω

• przyjmując R₁'=150 Ω otrzymujemy :

• obliczenie punktu pracy żarówki

• konieczna jest zatem zmiana wartości R₂

• ze względu na minimalizację wejściowego napięcia polaryzacji spełniona powinna zostać zależność na rezystancję w pętli selektywnej

• aby częstotliwość generowanego sygnału wynosiła 4 kHz pojemność w pętli selektywnej musi wynosić

• 
  częstotliwość sygnału generowanego wynosi f0=4.02 kHz

• ostatecznie schemat zaprojektowanego generatora jest następujący

2. Pomiary

1. Pomiar parametrów znamionowych

Zmontowany układ wymagał dostrojenia potencjometrem P, aby uzyskać wzbudzenie drgań. Zmiana ta miała wpływ na parametry generatora, które po zmierzeniu okazały się następujące (dla R_L=10 kΩ oraz U_z= ±15 V) :

• f₀= 3,969 kHz

• U_wy= 2,93 V

• h= 0,07 ÷ 0,08 % (niestabilne wskazania miernika)

1. Pomiar wpływu zmian zasilania na parametry generatora

Uz [V]	20	15	14	13	12	11	8
f0 [kHz]	3,97	3,97	3,97	3,95	3,94	3,95	3,92
Uwy [V]	2,8	2,93	3	3,2	3,2	3,2	3,3
h [%]	0,065	0,075	0,08	0,1	0,12	0,16	0,23

1. Zależności te przedstawiają się graficznie w sposób następujący

Rys. 2.2.1. Częstotliwość generowanego sygnału w funkcji napięcia zasilania

Rys. 2.2.2. Amplituda generowanego sygnału w funkcji napięcia zasilania

Rys. 2.2.3. Zniekształcenia harmoniczne w funkcji napięcia zasilania

2. Pomiar wpływu zmian obciążenia na parametry generatora

RL []	1000000	560000	68000	27000	10000	5100	3300	2200	1500	820	470	220	100
f0 [kHz]	3,97	3,97	3,97	3,97	3,97	3,97	3,97	3,96	3,96	3,96	3,95	3,94	3,92
Uwy [V]	2,89	2,89	2,92	2,92	3	3	3	2,8	2,8	2,65	2,37	1,82	1,17
h [%]	0,075	0,075	0,075	0,075	0,07	0,075	0,085	0,1	0,16	0,42	0,8	1,2	1,4

1. 
   Zależności te przedstawiają się graficznie w sposób następujący

Rys. 2.3.1. Częstotliwość generowanego sygnału w funkcji rezystancji obciążenia.

Rys. 2.3.2. Amplituda generowanego sygnału w funkcji rezystancji obciążenia.

Rys. 2.3.3. Zniekształcenia harmoniczne w funkcji rezystancji obciążenia.

3. Pomiar zakresu przestrajania generatora

R []	180	100	120	180	120	180	180	180
C [nF]	22	330	330	220	470	330	470	3300
tau [s]	3,96E-06	3,30E-05	3,96E-05	3,96E-05	5,64E-05	5,94E-05	8,46E-05	5,94E-04
f0 [kHz]	X	4,7	3,97	3,7	2,36	2,64	1,75	X
Uwy [V]	X	2,78	2,93	3,37	2,5	1,4	0,64	X
h [%]	X	0,4	0,075	0,08	0,1	0,38	0,42	X

1. Zależności te przedstawiają się graficznie w sposób następujący

Rys. 2.4.1. Zakres strojenia częstotliwości generatora.

Rys. 2.4.3. Amplituda generowanego sygnału w zależności od jego częstotliwości.

Rys. 2.4.3. Zniekształcenia harmoniczne sygnału w zależności od jego częstotliwości.

4. Pomiar wpływu rozrzutu elementów mostka Wiena na parametry generatora

• zmieniane były wartości elementów RC połączonych równolegle w pętli +

	R []	-2	-1	0	1	2	5
	f0 [kHz]	X	3,99	3,97	3,94	3,9	3,79
	Uwy [V]	X	1,86	3	3,22	3,3	3,51
	h [%]	X	0,1	0,075	0,95	2,3	5,1
	C [nF]	-110	-42	-10	-5,3	0	+40
	f0 [kHz]	4,15	4	4	3,99	3,97	3,93
	Uwy [V]	3,89	3,44	1,9	1,62	3	0,18
	h [%]	13,8	5,9	0,25	0,25	0,075	0,09

1. Zależności te przedstawiają się graficznie w sposób następujący

Rys. 2.5.1. Wpływ zmiany rezystancji w mostku Wiena na częstotliwość generowanego sygnału.

Rys. 2.5.2. Wpływ zmiany rezystancji w mostku Wiena na amplitudę generowanego sygnału.

Rys. 2.5.3. Wpływ zmiany rezystancji w mostku Wiena na zniekształcenia harmoniczne generowanego sygnału.

Rys. 2.5.4. Wpływ zmiany pojemności

w mostku Wiena na częstotliwość generowanego sygnału.

Rys. 2.5.5. Wpływ zmiany pojemności

w mostku Wiena na amplitudę generowanego sygnału.

Rys. 2.5.6. Wpływ zmiany pojemności w mostku Wiena na zniekształcenia harmoniczne generowanego sygnału.

1. 
   Pomiar charakterystyk układu z otwartą pętlą + (symulacja przy pomocy programu PSpice)

• symulację przeprowadzono w układzie przedstawionym poniżej

Rys. 2.6.1. Charakterystyka amplitudowa Ku+.

Rys. 2.6.2. Charakterystyka fazowa Ku+.

1. Wnioski

Parametry rzeczywistego generatora odbiegały od założonych. Wynika to zapewne z faktu użycia do konstrukcji elementów o tolerancji rzędu 20% oraz fizycznego zużycia makiety (dociśnięcie lub przegięcie nóżek elementów pociągało zmiany amplitudy sygnału o 2-3 V). Dodatkowo należało zastosować strojenie potencjometrem w celu uzyskania generacji. Wskutek przeoczenia nie została zmierzona wartość nastawionej rezystancji, zatem nie można ocenić wpływu dokonanej zmiany na cały układ.

Wpływ napięcia zasilania uwidacznia się poprzez oddziaływanie na element aktywny (WO). Jeżeli znamionowe napięcie zasilania dla układu 741 wynosi 15-20 V, to ten zakres zapewnia utrzymanie parametrów generatora. Powyżej 20 V możemy doprowadzić do zniszczenia układu, natomiast poniżej 15 V generator zachowuje się niestabilnie, tzn.:

• spada częstotliwość generacji (ok. 3%/V)

• rośnie amplituda sygnału (mniejsze wzmocnienie czyli słabsze ujemne sprzężenie zwrotne)

• rosną zniekształcenia harmoniczne (produkuje je w tym zakresie napięć zasilających sam wzmacniacz)

Rezystancja obciążenia powinna być większa od ok. 3 kΩ. Dla takich wartości generator zachowuje się bardzo stabilnie i zmiana od 10 kΩ do 1 MΩ nie powoduje większych zmian parametrów znamionowych. Dla obciążeń mniejszych ujawnia się skończona wydajność prądowa wzmacniacza (spada amplituda) oraz zwiększenie zawartości harmonicznych (cecha każdego elementu wzmacniającego, która jest zależna od obciążenia). Spada również częstotliwość generacji, co jest związane ze zmianą równowagi pętli sprzężenia zwrotnego.

Przestrajanie generatora z zachowaniem parametrów może się odbywać w zakresie 3-5%. Powyżej następuje znaczny spadek amplitudy i wzrost harmonicznych. Pasmo częstotliwości, dla których układ się wzbudza to ok. 1,5 kHz - 5 kHz. Pomiary te były jedynie orientacyjne ze względu na ograniczony szereg dostępnych na stanowisku wartości rezystancji i pojemności.

Rozrzut elementów RC w mostku Wiena ma duży wpływ na pracę generatora. Szczególnie silnie oddziałuje niedokładność rezystancji. Jak wykazują pomiary rozrzut rzędu kilku omów (tzn. mniej niż 5%) może zablokować wzbudzenie generatora. Pojemność nie wpływa już tak silnie i zmiany rzędu 30% dopiero blokują rozpoczęcie generacji drgań. Oba elementy wpływają liniowo i w niewielkim zakresie na częstotliwość oraz amplitudę sygnału wyjściowego. Zniekształcenia harmoniczne jednak są bardzo silne już przy niewielkim rozrzucie wartości elementów RC w mostku.

Symulacja programowa wzmocnienia układu z rozwartą pętlą selektywną wykazuje zgodność z przeprowadzonymi pomiarami.

f_O [kHz]

R_L []

R_L []

R_L []

R_L []

---