U k ł ady odoperacyjne I.

W O J S K O W A
A K A D E M I A
T E C H N I C Z N A
WYDZIAŁ ELEKTRONIKI
zima 2010
LABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH
Grupa:
............
Imię:.............................
Data wykonania ćwiczenia:
Ćwiczenie prowadził:
........................................
........................................
Data oddania sprawozdania: Podpis:
Nazwisko:.................................................
P
Temat:
........................................
R O T O K Ó Ł
P
O M I A R O W Y
Układy odoperacyjne
I. Schemat blokowy układu pomiarowego.
Oscyloskop
Generator
sinusoidalny
Wzmacniacz
operacyjny
Woltomierz
Zasilacz
II. Spis przyrządów.
N AZWA
PRZYRZĄDU
T YP
F IRMA
III. Tabele pomiarowe
1. Badanie wzmacniacza odwracającego
1.1. Pomiar charakterystyk częstotliwościowych
Uwe = 40mV
f [kHz]
Guo = -10 V/V
1
Uwy [mV]
ϕ [ °]
-180°
-225°
Uwy/Uwy0
Uwe = 40mV
f [kHz]
Guo = -100 V/V
0,1
Uwy [V]
ϕ [ °]
-180°
-225°
Uwy/Uwy0
1.2. Pomiar maksymalnej szybkości zmian napięcia wyjściowego - SR
Dla wzmacniacza skonfigurowanego jako Guo = -10 V/V przy wymuszeniu prostokątem dla Uwe = 2 VVrms i f = 20 kHz
Tab. 3.3
t n [μs ]
U p-p [V]
Pomiar przeprowadzić dla Uwe = 2VVrms i f =
1.3. Obserwacja wpływu skończonej wartości SR na zniekształcenia przebiegu wyjściowego
Uwe = 800mV, f = 20 kHz
Pomiar prędkości narastania (opadania)
sygnału wyjściowego (zniekształconego)
czas nar.
tn
[μs ]
wart. nap
U p-p [V]
2
2. Badanie filtrów aktywnych
2.1. Obserwacja wpływu zmiany wsp. tłumienia na kształt ch-ki amplitudowej filtru
dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego drugiego rzędu.
Uwe = 500mV, funkcja SWEEP (1 Hz ÷ 10 kHz)
filtr dolnoprzepustowy
filtr górnoprzepustowego
Zanotować wartości elementów ze schematu na pudełku modelu laboratoryjnego do tabeli na następnej stronie!
2.2. Obserwacja kształtu ch-ki amplitudowej filtru pasmowoprzepustowego typu podwójne T
dla dwóch wartości dobroci metodą oscyloskopową
Uwe = 5mV, funkcja SWEEP (1 Hz ÷ 10 kHz)
filtr pasmowoprzepustowy
2.3. Pomiar częstotliwości granicznej i wartości współczynnika tłumienia
dolnoprzepustowego filtru aktywnego drugiego rzędu
Uwe = 500mV, f = 100 Hz
filtr niedotłumiony (ξ < 1)
filtr przetłumiony (ξ > 1)
U n [mV]
U 0 [mV]
U 0 [mV]
fg [kHz]
U n [mV]
fn [kHz]
Un
U0
Un=0,707 Uo
U0
fg
fn
3
2.4. Pomiar częstotliwości granicznej i wartości współczynnika tłumienia
górnoprzepustowego filtru aktywnego drugiego rzędu
Uwe = 500mV, f = 20 kHz
filtr przetłumiony (ξ > 1)
filtr niedotłumiony (ξ < 1)
U n [mV]
U 0 [mV]
fg [Hz]
U n [mV]
U 0 [mV]
fn [Hz]
2.5. Pomiar częstotliwości granicznych i obliczenie wartości dobroci dla filtru
pasmowoprzepustowego
← 0,707 Umax
Umax
0,707 Umax →
fd
fn
fg
← 0,707 Umax
Umax
0,707 Umax →
fd
fn
fg
Q1
U [V]
f [Hz]
Q2
U [V]
f [Hz]
fn
f g − fd
Q=
W przypadku braku pomiarów dla tego pkt-u wykorzystać dane
z odrysowanego oscylogramu w pkt. 2.2.
Tabela wartości elementów badanych filtrów (zanotować ze schematu na modelu)
Rodzaj filtru
R1 [kΩ]
R2 [kΩ]
C1 [nF]
C2 [nF]
dolnoprzep. dla ξ > 1 (przetłumiony)
dolnoprzep. dla ξ < 1 (niedotłumiony)
górnoprzep. dla ξ > 1 (przetłumiony)
górnoprzep. dla ξ < 1 (niedotłumiony)
Uwe
C1
R2
R1
Uwy
C1
Uwe
C2
filtr dolnoprzepustowy
R1
C2
R2
filtr górnoprzepustowy
4
Uwy
3. Badanie układu całkującego i różniczkującego
3.1. Obserwacja charakterystyk czasowych układu całkującego przy wymuszeniu sygnałami
o różnych kształtach.
Uwe = 100 mV, f = 20 kHz (Gu = -100 V/V z włączonym C2)
wymuszenie prostokątem dla f = 20 kHz
wymuszenie sinusem dla f = 20 kHz Δφ = …….[˚]
wymuszenie trójkątem dla f = 20 kHz
3.2. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu
sygnałami o różnych kształtach
Uwe = 200 mV , f = 100 Hz (Gu = -10 V/V z włączonym C1)
wymuszenie prostokątem
wymuszenie sinusem
5
Δφ = …..….[˚]
wymuszenie trójkątem
3.3. Obserwacja charakterystyk czasowych układu różniczkującego przy wymuszeniu
sygnałem prostokątnym o różnych częstotliwościach.
Uwaga: P3 i P4 wyłączyć !
Uwe = 200 mV (Gu = -10 V/V z włączonym C1)
wymuszenie prostokątem dla f = 100 Hz
wymuszenie prostokątem dla f = 14 kHz
wymuszenie prostokątem dla f = 400 kHz
6
WYTYCZNE DO OPRACOWANIA SPRAWOZDANIA
Sprawozdanie powinno zawierać:
-
Protokół pomiarowy, podpisany przez prowadzącego ćwiczenia,
-
Wypełnione ręcznie tabele sprawozdania (str. 2-3), zgodnie z wykonanymi pomiarami i obliczeniami,
-
Ręcznie, samodzielnie napisane wnioski i spostrzeżenia uzasadniające otrzymane wyniki z kolejnych
eksperymentów - krótka analiza badanych układów, spostrzeżenia nt.:
- wzmacniacza napięciowego z wykorzystaniem WO o różnych wzmocnieniach - czy zachodzi
wymiana wzmocnienia na pasmo, jaka jest rzeczywista wartość wzmocnienia napięciowego Guo
wzmacniacza uA741 wykorzystanego w ćwiczeniu (otwartopętlowego - nie objętego pętlą USZ) i
z czego wynika taka różnica od podawanej wartości (2*105), dlaczego różnica faz wzmacniacza
napięciowego przekracza wartość -270°, choć układ scalony posiada jeden biegun dominujący,
porównać rzeczywiste parametry robocze WO z katalogowymi, co jest powodem ograniczeń wartości
SR;
amplifiltrów – FDP, FGP i pasmowoprzepustowego - wpływ współczynnika tłumienia na kształt
charakterystyk, opis zjawiska uzyskania krzywej rezonansowej bez wykorzystania elementów
indukcyjnych z wykorzystaniem filtru pasmowo-zaporowego; porównać ze sobą i ustosunkować się do
otrzymanych wartości częstotliwości granicznych filtrów, wartości współczynnika tłumienia oraz
dobroci w wyniku pomiarów oraz obliczeń (w przypadku braku pomiarów w pkt 2.3 i 2.4, wartości
częstotliwości granicznych i wsp. tłumienia odczytać z wykresów pkt 2.1 przyjmując za wartości
napiecia na osi Y wartości działek oscyloskopu);
- układów kształtujących (układu całkującego i różniczkującego) - uzasadnienie fizyczne
otrzymanych odpowiedzi czasowych dla poszczególnych wymuszeń) ze szczególnym opisem zjawiska,
dlaczego w wyniku całkowania prostokąta otrzymujemy trójkąt, a dlaczego w wyniku różniczkowania
prostokąta otrzymujemy szpilki.
- Wykresy ch-k amplitudowo-częstotliwościowych oraz fazowo-częstotliwościowych (jeden pod
drugim na całym arkuszu, na górnym wzmocnienie unormowane dla obu wzmacniaczy a na dolnym
fazę dla obu wzmocnień) wzmacniacza napięciowego na WO dla dwóch różnych wartości wzmocnień
(na jednym wykresie – górnym) (unormowanych z logarytmiczną skalą częstotliwości – ale NIE log z
f). Na wykresach zaznaczyć wartości częstotliwości granicznych odczytanych z charakterystyk
częstotliwościowych (na poziomie 0,707) oraz charakterystyk fazowych (dla przesunięcia 45°) –
odczytane wartości porównać ze sobą i skomentować we wnioskach. Ocenić, czy sprawdza się zasady
„wymiany wzmocnienia na pasmo”.
7