Technik elektronik 311[07]

1
Technik elektronik 311[07]
Zadanie praktyczne
Mała firma elektroniczna wyprodukowała tani i prosty w budowie prototypowy generator funkcyjny do
zastosowania w warsztatach amatorskich. Podstawowym układem tego urządzenia jest scalony
generator funkcyjny, wytwarzający trzy rodzaje napięć: sinusoidalne, prostokątne i trójkątne.
Opracuj projekt realizacji prac związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania tylko na wyjściu
napięcia sinusoidalnego. Schemat generatora i dane techniczne podano w Załącznikach 1 i 2.
Wykreśl charakterystykę Uwy = f(fwy) przy Uz = const i zależność częstotliwości od napięcia zasilania
oraz wyznacz zakres przestrajania generatora dla sygnału o dopuszczalnych zniekształceniach
nieliniowych. Oblicz parametry generatora i porównaj je z danymi technicznymi (Załącznik 2). Przedstaw
wnioski dotyczące poprawności działania generatora napięcia sinusoidalnego.
Projekt realizacji prac powinien zawierać:
1. Tytuł pracy egzaminacyjnej wynikający z treści zadania.
2. Założenia do opracowania projektu wynikające z treści zadania, danych technicznych układu,
wyposażenia stanowiska pomiarowego i wykonanych pomiarów.
3. Wykaz działań związanych z uruchomieniem i badaniem generatora napięcia sinusoidalnego oraz
wykaz mierzonych i obliczanych parametrów.
4. Schematy układów pomiarowych do wyznaczenia
- charakterystyki Uwy = f(fwy) przy Uz = const
- zależności częstotliwości wyjściowej od napięcia zasilającego (dla fwy = 10 kHz)
- zakresu przestrajania dla sygnału wyjściowego o dopuszczalnych zniekształceniach
nieliniowych i dopuszczalnej amplitudzie
Oraz opis sposobu wykonania pomiarów do wykreślenia charakterystyk i zakresu przestrajania .
5. Wskazania eksploatacyjne dotyczące generatora, wynikające z założonych parametrów
technicznych i użytkowych.
Dokumentacja z wykonania prac powinna zawierać:
1. Charakterystyki przedstawiające zależność napięcia Uwy od częstotliwości (wykreślone w
podziałce logarytmicznej) i częstotliwości wyjściowej fwy w zależności od napięcia zasilania
(wykreślone w podziałce liniowej).
2. Obliczenia parametrów generatora : zakres przestrajania af (z uwzględnieniem dopuszczalnych
zniekształceń h i dopuszczalnej amplitudy napięcia wyjściowego Uwy) i współczynnik zmian
częstotliwości w zależności od napięcia zasilającego Nf z podaniem przykładowych obliczeń oraz
porównanie otrzymanych parametrów z danymi technicznymi i wnioski dotyczące poprawności
działania generatora.
Do wykonania zadania wykorzystaj:
- Opis układu – Załącznik 1
- Dane techniczne układu i wyposażenie stanowiska pomiarowego – Załącznik 2
- Zestaw podstawowych wzorów – Załącznik 3
- Wyniki pomiarów uzyskane podczas badania układu generatora napięcia sinusoidalnego – Załącznik 4
2
Załącznik 1. Opis układu
Generator funkcyjny, którego schemat ideowy przedstawiono na rysunku 1, jest scalonym układem
NTE864 wytwarzającym trzy rodzaje napięć: sinusoidalne, prostokątne i trójkątne, które są dostępne na
trzech wyjściach w podstawowym schemacie aplikacyjnym.
Wartość częstotliwości napięcia wyjściowego zależy od wartości parametrów przyłączonych elementów
CF, RA, RB oraz ustawienia potencjometru P1.
Potencjometry montażowe PR1, PR2 i PR3 służą do regulacji napięcia prostokątnego i nie zmieniamy ich
położenia podczas pomiarów napięcia sinusoidalnego.
Na wyprowadzeniu 2 układu scalonego jest uzyskiwane napięcie sinusoidalne o częstotliwości w zakresie
od 20 Hz do 20 kHz i amplitudzie napięcia wyjściowego Uwy równej około 0,2 Uz.
Rysunek 1. Schemat ideowy generatora napięcia sinusoidalnego.
Tabela 1. Dane elementów generatora
RA = 4,7 kΩ
RB = 4,7 kΩ
R1 = 20 kΩ
RL = 10 kΩ
PR1 = 1 kΩ ; montażowy
PR2 = 5 MΩ ; montażowy
PR3 = 100 kΩ ; montażowy
P1 = 10 kΩ
CF = 4,7 nF
C1 = 100 nF
D1 – 1N4001
NTE864
3
Załącznik 2. Dane techniczne generatora z układem NTE864 i wyposażenie stanowiska pomiarowego
Tabela 1. Parametry elektryczne i użytkowe generatora dla rezystancji obciążenia Ro = 100 kΩ i Uz =
+20V i temperatury pracy Tj = 25 oC
Nazwa parametru
Napięcie zasilania
Współczynnik zniekształceń
nieliniowych
Zakres przestrajania
Temperatura pracy
Amplituda sygnału
wyjściowego
Częstotliwość wyjściowa
Rezystancja wyjściowa
Współczynnik zmian
częstotliwości w funkcji
zasilania
Prąd wyjściowy maksymalny
max
Prąd zasilania max dla Uz =
20V
Oznacze
nie
Uz
h
Warunki
pomiaru
af
Tj
Uwy
fwy
Rwy
Nf
Wartość
min
+18
Jednostka
typowa
+20
1,0
max
+22
1,5
1000
0
0,2Uz
79
0,22Uz
20
o
C
V
0,07
Hz
kΩ
%/V
Iwy max
18
mA
Iż max
20
mA
Dla Uz =
18÷22V
ΔUz = 0,5V
Wyposażenie stanowiska pomiarowego:
- Zasilacz laboratoryjny 30V/1A DC
– 1 szt.
- Oscyloskop z przewodami pomiarowymi
- 1 szt.
- Rezystor obciążenia Ro = 100 kΩ
- Multimetr U/I; Ac/DC - 1 szt.
- Zestaw przewodów połączeniowych
- Miernik zniekształceń nieliniowych - 1 szt.
- Miernik częstotliwości
- 1 szt.
20000
V
%
1
0,05
4
Załącznik 3. Zestaw podstawowych wzorów.
1. Zakres przestrajania af:
af =
2. Współczynnik zmian częstotliwości w zależności od napięcia zasilającego Nf:
Nf =
· 100%
gdzie:
Δ fwy = fwy1 – fwy2
ΔUz = Uz1 – Uz2; jest to różnica napięć, która wywołała zmianę częstotliwości
Załącznik 4. Wyniki pomiarów, uzyskane podczas badania układu generatora napięcia sinusoidalnego
Pomiar napięcia wyjściowego w zależności od zmian częstotliwości
Tabela 3. Wyniki pomiarów Uwy = f(fwy) przy Uz = 20V
fwy [kHz]
0,02 0,05 0,10 0,20 0,50 1,00
Uwy [V]
4,6
4,5
4,4
4,4
4,3
4,2
2,00
4,3
5,00
4,0
10,0
4,1
12,0
4,2
15,0
3,9
20,0
3,8
Pomiar częstotliwości w zależności od zmian napięcia zasilającego
Tabela 4. Wyniki pomiarów dla fwy = 10 kHz ze zmianą ΔUz = 0,5V od 18,0V do 22,0V
Uz [V]
fwy[Hz]
Nf [%/V]
18,0
10011
18,5
10007
19,0
10004
19,5
10002
20,0
10000
20,5
9997
21,0
9993
21,5
9990
22,0
9986
Pomiar zakresu przestrajania generatora
Tabela 5. Wyniki pomiarów dla Uz = 20V
fwy
[kHz]
h [%]
0,02
0,05
0,1
0,2
0,5
1,0
2,0
5,0
8,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
1,5
1,4
1,3
1,5
1,4
1,2
1,2
1,1
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,3
1,5
1,5
1,9
1,8
1,9
1,8
5
Tabela i układy współrzędnych dla ucznia. Zalecam wydrukowanie poniższej tabeli i siatek z
podanymi opisami liczbowymi osi. Po wypełnieniu tabeli i wykreśleniu charakterystyk, dołączyć
te materiały do projektu i oznaczyć jako stronę. Przypominam o konieczności podania nazwy
mierzonej wielkości dla danej osi i jednostki.
Pomiar częstotliwości w zależności od zmian napięcia zasilającego
Tabela 4. Wyniki pomiarów dla fwy = 10 kHz ze zmianą ΔUz = 0,5V od 18,0V do 22,0V
Uz [V]
fwy[Hz]
Nf [%/V]
18,0
10011
18,5
10007
19,0
10004
Charakterystyka Uwy = f(fwy) dla Uz = 20V
19,5
10002
20,0
10000
20,5
9997
21,0
9993
21,5
9990
22,0
9986
6
7
Charakterystyka fwy = f(Uz) dla ustawionej częstotliwości 10 kHz