Zakłócenia równoległe w systemach pomiarowych i metody ich

Zakłócenia równoległe w systemach pomiarowych i metody ich

Ćwiczenie 4
Zakłócenia równoległe w systemach pomiarowych
i metody ich minimalizacji
Program ćwiczenia
1. Uruchomienie układu współpracującego z rezystancyjnym czujnikiem temperatury
KTY81210 będącego źródłem sygnału pomiarowego.
2. Badanie wpływu zakłóceń równoległych w układzie ze wzmacniaczem
niesymetrycznym.
3. Badanie wpływu zakłóceń równoległych w układzie ze wzmacniaczem symetrycznym.
4. Badanie wpływu zakłóceń równoległych w układzie ze wzmacniaczem
niesymetrycznym i układem separacji galwanicznej.
5. Badanie właściwości separatora.
Zakres wymaganych wiadomości
Wzmacniacz operacyjny: jego podstawowe właściwości i układy aplikacyjne.
Wzmacniacz symetryczny i niesymetryczny. Zakłócenia szeregowe i równoległe. Ich źródła
i metody eliminacji. Pojęcie separacji galwanicznej. Rodzaje separatorów galwanicznych.
Literatura
[1] Notatki z wykładu
[2] Dołączone do instrukcji dane katalogowe wybranych urządzeń i elementów.
[3] Łakomy M., Zabrodzki J.: Liniowe układy scalone w technice cyfrowej. PWN, W-wa
1987
1
Instrukcja wykonania ćwiczenia
Ad. 1. Uruchomienie układu współpracującego z rezystancyjnym
czujnikiem temperatury KTY81210 będącego źródłem
sygnału pomiarowego
Uwaga: Układ powinien być zasilony napięciem ±12V
Schemat układu współpracującego z rezystancyjnym czujnikiem temperatury
KTY81210 przedstawiono na rysunku 1.
+12V
4
RA
8
7
RB - czujnik
LM555
3
uwy
6
1
2
C
Rys. 1. Struktura układu współpracującego z czujnikiem temperatury
Przyjęto następujące wartości elementów:
C = 200nF
RA = 500Ω
RB = 2 kΩ - przybliżona wartość rezystancji czujnika w temperaturze pokojowej
Zmiany rezystancji czujnika pod wpływem temperatury powodują zmiany
częstotliwości sygnału wyjściowego układu z rys. 1. Zmiana częstotliwości sygnału
wyjściowego od zmian rezystancji czujnika dana jest zależnością:
f =
2
(R
1.44
)
A + 2 RB C
(1)
Przyjmując podane wcześniej wartości elementów układu określić przybliżoną wartość
częstotliwości sygnału na jego wyjściu dla czujnika znajdującego się w temperaturze
pokojowej. Nałożyć zworę Z1, a sygnał z gniazda oznaczonego jako "WEJ_SEP" podać na
oscyloskop. Obejrzeć sygnał wyjściowy układu czujnika, zmierzyć jego częstotliwość,
porównać z częstotliwością wyliczoną z zależności (1) oraz zaobserwować zmiany tej
częstotliwości, zmieniając temperaturę czujnika.
Ad. 2. Badanie wpływu zakłóceń równoległych w układzie ze
wzmacniaczem niesymetrycznym
Zdjąć zworę Z1 i odłączyć przewód z gniazda "WEJ_SEP". Podać sygnał z układu
czujnikowego poprzez zwory Z3 i Z4 na wejście wzmacniacza niesymetrycznego (patrz
rys. 2). Proszę zwrócić uwagę, że układ współpracujący z czujnikiem pracuje względem
innego punktu odniesienia niż pozostała część układu (zasilany jest przez przetwornicę
DC/DC).
R
Ukł.
czujnika
Z3
Rp
Z4
Rp
R
R
Rw
WYJ_NIESY
METR
Zakłócenia
~
Rys. 2. Wpływ zakłóceń równoległych w układzie ze wzmacniaczem niesymetrycznym
Rezystory R p odpowiadają rezystancji przewodów łączących układ czujnika ze
wzmacniaczem, a Rw rezystancję wewnętrzną źródła zakłócającego.
Na oscyloskopie obejrzeć sygnał na wyjściu wzmacniacza niesymetrycznego (gniazdo
"WYJ_NIESYMETR") przy braku zakłóceń równoległych. Następnie dodać sygnał
zakłócający poprzez przyłączenie generatora zewnętrznego do wejścia "ZAKLOCENIA".
Na generatorze ustawić sygnał sinusoidalny o częstotliwości około 50 Hz. Regulować
amplitudę i częstotliwość zakłócenia obserwując uzyskiwane przebiegi na wyjściu
wzmacniacza niesymetrycznego. Sformułować wnioski. Jak można próbować eliminować
zakłócenia w takim układzie?
3
Ad. 3. Badanie wpływu zakłóceń równoległych w układzie ze
wzmacniaczem symetrycznym
Zdjąć zwory Z3 i Z4, odłączyć sygnał zakłócający. Sygnał z układu współpracującego
z czujnikiem podać na wejście wzmacniacza symetrycznego poprzez zwory Z5 i Z6
(strukturę układu przedstawia rys. 3).
R
Ukł.
czujnika
Z5
Rp
R
Z6
Rp
R
WYJ_SYMETR
R1
Rw
Zakłócenia
~
Rys. 3. Wpływ zakłóceń równoległych w układzie ze wzmacniaczem symetrycznym
Obserwować sygnał na wyjściu wzmacniacza symetrycznego (gniazdo
"WYJ_SYMETR"). Dołączyć sygnał zakłócający i obserwować go na oscyloskopie. Sygnał
zakłócający powinien mieć częstotliwość około 50 Hz i amplitudę 1V. Zaobserwować
sygnał na wyjściu wzmacniacza. Obejrzeć widmo sygnału łącznie z zakłóceniami (w tym
celu uruchomić projekt: Widmo). Dobrać wartość rezystora R1 tak, aby zminimalizować
wpływ zakłóceń na sygnał wyjściowy (na podstawie przebiegu czasowego i widma tego
sygnału). Przy jakiej wartości rezystora R1 zakłócenia są minimalizowane? Obserwować
widmo sygnału wyjściowego w trakcie dobierania wartości rezystora. Po
wysymetryzowaniu układu zwiększać wartość częstotliwości sygnału zakłócającego do
około 500 kHz i obserwować sygnał wyjściowy wzmacniacza. Zaobserwować ponowne
pojawienie się zakłóceń w sygnale wyjściowym.
Przy wysymetryzowanym układzie wzmacniacza i częstotliwości sygnału
zakłócającego około 50 Hz, zwiększać wartość jego amplitudy i obserwować sygnał
wyjściowy wzmacniacza. Sformułować wnioski.
4
Ad. 4. Badanie wpływu zakłóceń równoległych w układzie ze
wzmacniaczem niesymetrycznym i układem separacji
galwanicznej
Zdjąć zwory Z5 i Z6, odłączyć sygnał zakłócający. Sygnał z układu współpracującego
z czujnikiem podać na wejście wzmacniacza niesymetrycznego przez układ separacji
galwanicznej zakładając zwory Z1 i Z2 (strukturę układu przedstawia rys. 4). Jako układ
separacji galwanicznej zastosowano separator pojemnościowy ISO122JP, którego strona
pierwotna zasilana jest poprzez przetwornicę DC/DC.
R
Z1
Separator
Ukł.
czujnika
Z2
Rp
R
Rp
R
Rw
WYJ_NIESY
METR
Zakłócenia
~
Rys. 4. Wpływ zakłóceń równoległych w układzie ze wzmacniaczem niesymetrycznym i separatorem
Obserwować sygnał na wyjściu wzmacniacza niesymetrycznego. Dodać sygnał
zakłócający o częstotliwości około 50 Hz i amplitudzie 1V. Następnie zwiększać amplitudę
sygnału zakłócającego (obserwując ten sygnał na oscyloskopie). Sprawdzić wpływ zmian
częstotliwości zakłócenia na sygnał wyjściowy wzmacniacza. Obejrzeć widmo sygnału
wyjściowego. Zaobserwować tętnienia w sygnale wyjściowym wynikające z pracy
modulatora i demodulatora w separatorze (brak filtracji sygnału wyjściowego).
Zaobserwować, że sygnały zakłócające o względnie dużych amplitudach są skutecznie
eliminowane z sygnału wyjściowego.
Ad. 5. Badanie właściwości separatora
Usunąć zwory Z1 i Z2, odłączyć sygnał zakłócający. Napięcie z zasilacza (12 V)
poprzez dzielnik napięcia podać na gniazdo "WEJ_SEP". Sygnał wejściowy i wyjściowy
separatora podać na oscyloskop (lub mierzyć dwoma multimetrami).
Wyznaczyć charakterystykę statyczną separatora przy sygnale stałonapięciowym
podawanym na jego wejście. Wartość napięcia wejściowego zmieniać w zakresie od 0 do
12 V. Pomiary wykonać przy dodatnim i ujemnym napięciu wejściowym. Określić zakres
pracy separatora i liniowość uzyskanej charakterystyki.
5
Wyznaczyć charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową w paśmie 50Hz do
100kHz. Korzystając z oscyloskopu, mierzyć częstotliwość sygnału wejściowego i wartości
międzyszczytowe sygnałów wejściowego i wyjściowego. Amplitudę sygnału wejściowego
ustawić na około 1V.
Obejrzeć odpowiedź czasową separatora na pobudzenie skokiem jednostkowym.
Ocenić jego parametry dynamiczne.
Wykaz aparatury
1. Płytka ze strukturą układu,
2. Generator sygnałów,
3. Zasilacz uniwersalny: ±15 V ,
4. Oscyloskop cyfrowy,
5. Karta NI USB-6009,
6. Komputer z odpowiednim oprogramowaniem,
6