uniwersytet śląski instytut fizyki zakład metod komputerowych fizyki i

UNIWERSYTET ŚLĄSKI
INSTYTUT FIZYKI
ZAKŁAD METOD KOMPUTEROWYCH FIZYKI I ELEKTRONIKI
PRACOWNIA ELEKTRONICZNA
ĆWICZENIE NR 7-A
BADANIE ANALOGU INDUKCYJNOŚCI
I. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest poznanie sposobu realizacji indukcyjności przy pomocy
wzmacniaczy operacyjnych i sieci RC oraz poznanie podstawowych właściwości analogu
indukcyjności.
II. WYMAGANE WIADOMOŚCI
1. Umiejętność posługiwania się metodą napięć węzłowych w analizie układów
elektronicznych.
2. Znajomość podstawowych problemów mikroelektroniki.
III. PRZEBIEG ĆWICZENIA
1. POMIAR WARTOŚCI INDUKCYJNOŚCI SYMULOWANEJ PRZEZ ANALOG
Indukcyjność realizowaną przez badany układ wyliczymy z warunku rezonansu tej
indukcyjności z pojemnością l000 pF dołączoną między punkt B i masę. W tym celu należy
połączyć punkty B i G, a do punktu A podać sygnał z generatora sinusoidalnego
o napięciu 2V. Przyrządy pomiarowe (woltomierz napięcia zmiennego) łączyć do punktu D
i masy. Pomiędzy punktami G i D załączony jest wtórnik operacyjny, którego celem jest
umożliwienie dołączenia przyrządów pomiarowych. Częstotliwość generatora zmieniać
w przedziale od l00Hz do 3000Hz i rejestrować napięcie na obwodzie rezonansowym.
Wstępne pomiary wykonać zmieniając częstotliwość w skali logarytmicznej. Zasadniczy
pomiar wykonać po analizie uzyskanych wyników. Pomiary wykonać dwukrotnie, tzn. dla
pojemności lnF i 10nF w układzie analogu.
2. WZBUDZENIE DRGAŃ PERIODYCZNYCH NIETŁUMIONYCH
Analog indukcyjności wytwarza oprócz indukcyjności również straty. Są one
niewielkie, (równoległa do indukcyjności rezystancja strat jest duża), tym niemniej aby
wzbudzić drgania w obwodzie złożonym ze sztucznej indukcyjności i pojemności należy te
straty skompensować. Użyjemy do tego celu konwertera ujemno impedancyjnego, który
między punktem E i masą wytwarza ujemną impedancję Rneg = - R7*R5/R6. Aby łatwo
wzbudzały się niezniekształcone drgania sinusoidalne, rezystancja R., w układzie konwertera
ujemno impedancyjnego jest zastąpiona nieliniową rezystancją żarówki. Wykonując ten
punkt ćwiczenia należy połączyć punkty B i G oraz E i G, a do punktu D dołączyć
oscyloskop i miernik częstotliwości. Dla dwóch wartości pojemności C w układzie
analogu: 1nF i 10nF zmierzyć częstotliwość drgań o kształcie najbardziej zbliżonym do
sinusoidy (regulując współczynnik konwersji konwertera ujemnoimpedancyjnego). Pomiar
wykonać za pomocą częstościomierza i oscyloskopu.
*** 3. WYWOŁANIE PRZEBIEGÓW PERIODYCZNYCH TŁUMIONYCH
I NIEPERIODYCZNYCH
Przy pomocy analogów indukcyjności podobnych do badanego można uzyskać bardzo
duże wartości indukcyjności. Bez trudu można osiągnąć indukcyjność rzędu 1010H.
Rozładowanie kondensatora naładowanego do napięcia stałego przez dużą indukcyjność daje
przebieg periodyczny o zanikającej w czasie amplitudzie lub przebieg nieperiodyczny
w przypadku silnego tłumienia. Połączyć punkty G i C, przycisnąć przycisk do ładowania
pojemności napięciem stałym i zwolnić go obserwując wychylenie wskazówki miernika
umieszczonego w lewej części płyty. Miernik ten poprzez odpowiedni wzmacniacz mocy
rejestruje napięcie na obwodzie utworzonym z pojemności 50 F i badanej indukcyjności.
W tym punkcie ćwiczenia na analogu nastawić pojemność C=1.5 F. Korzystając z zegarka
lub miernika okresu zmierzyć okres drgań obwodu. Następnie między punkt G i masę włączyć
opornicę dekadową i nastawić na niej taką wartość rezystancji aby zaobserwować przebieg
aperiodyczny.
IV. OPRACOWANIE WYNIKÓW
1.
Wyjaśnić
potrzebę
poszukiwania
analogów
indukcyjności
w
technologiach
mikroelektronicznych i podać sposoby realizacji sztucznych indukcyjności.
2.
Korzystając z metody napięć węzłowych wyprowadzić wzór na indukcyjność
wytwarzaną przez badany układ oraz rezystancję ujemną wytwarzaną przez konwerter
ujemno impedancyjny. Sprawdzić wymiar fizyczny obu wielkości.
3.
Z pomiarów wykonanych wg. III.1 wyliczyć indukcyjność i dobroć. Indukcyjność
sprawdzi z wyprowadzonym wzorem.
4.
Z pomiarów wykonanych wg III.2. wyliczyć wartość indukcyjności i sprawdzić wynik
z wzorem.
V. LITERATURA
1. A. Filpkowski, ”Ukady elektroniczne analogowe i cyfrowe” EIT 2005r.
2. J. Kalisz, ”Podstawy elektroniki cyfrowej” WKŁ 2002r.
3. P. Horowitz, W Hill, ”Sztuka elektroniki” WKŁ 2002r.
4. M. Pióro, ”Podstawy elektroniki” WSiP 2005r.
5. A. Chwaleba, ”Pracownia elektroniczna” WSiP 2002r.
6. T. Zagajewski, ”Układy elektroniki przemysłowej” WNT, W-wa 1975r.
7. A. Guziński, ”Liniowe elektroniczne układy analogowe” WNT W-wa 1992/93
8. Lech Tomawski „Ujemne rezystancje, pojemności i indukcyjności w zastosowaniach
do pomiaru pojemności i indukcyjności o bardzo dużym współczynniku strat”
Uniwersytet Śląski, Katowice 1995r.
*** Dotyczy sekcji: trzy godziny pracowni.
Analog indukcyjności
680k
3
6
2
741
3
33k
741
6
2
R
R
1nF, 10nF , 1500nF