cw10

/
==c~c="==
'"'-~-=~"C
i³?!"
~iczeni~_Jg
7T
---,
Badanieuk³adówmno¿¹cych.
lC.
"
.
. e CWlczenla.
'
1
Celem æwiczeniajest poznaniebudowy, w³aœciwoœci
i zasadydzia³aniauk³adów
mno¿¹cychstosowanychdo mno¿eniakilku sygna³ówanalogowych.Dodatkowopo wykonanie tego æwiczeniajest mo¿liwoœæ
sprawdzeniai obliczenia b³êdówwystêpuj¹cych
w badanychuk³adach.
2. Wprowadzenie.
W æwiczeniu zostan¹ wykorzystane dwa uk³ady, które s¹ przedstawicielami
dwóch ró¿nych metod mno¿enia. Uk³ady mno¿¹ce maj¹ szerokiemo¿liwoœcizastosowañ. Mog¹ byæstosowane zarówno do operacji matematycznych(mno¿enie,dzielenie,
pierwiastkowanie,podnoszenie do kwadra~ potêgowaniei ca³kowanie),jak i do podwajania czêstotliwoœci~
demodulacji i modulacji sygna³ów~pomiarów fazy i wartoœciskutecznej napiêcia itd. W wiêkszoœciprzypadków osi¹gniêcie du¿ejuniwersalnoœci
typowych uk³adówmno¿¹cych wi¹¿e siê z ich rozbudow¹ przez dodawaniewiêkszej liczby
dodatkowychelementów zewnêtrznych.
3. Badanie uk³adu I.
3.1. Wprowadzenie.
Uk³adten zbudowany jest w oparciuo uk³ad scalony KR525,któregoodpowiednikiemjest uk³adMC1595L. Uk³adMC1595L zosta³dok³adnieprzedstawionew rozdziale poprzednimw punkcie 3.4 i tam mo¿naznaleŸæ
pe³nyjego opis.Budowa,schematpo³¹czeñ, w³aœciwoœci
i parametry tegouk³adus¹ bardzo zbli¿onedo uk³aduKR525 i dlatego mo¿nate uk³ady zamieniæ.
X
Uwe1
Uv.y
Uwe2
Rys. l. Schematsymboliczny uk³adumno¿¹cego.
Uk³ad ten~ którego symboliczny schemat przedstawia rys.4.1 realizuje funkcjê
wyjœciow¹przedstawion¹ wzorem:
~ =U"l . U-2 ~ r r =U-1U-2 bo k -- l O
k
10
uW)'
~
Zakres napiêæwejœciowychmo¿esiê wahaæw zakresieod - 10 V do + 10 V, a
poniewa¿napiêcie wyjœciowejest w uk³adzie dzielone przez 1O,gdy¿ tak jest ustalony
dzielnik napiêcia wyjœciowego, to zakres tego napiêærównie¿ zawiera siê w zakresie od -
lOV do +lOV.
Uk³ad ten podczas mno¿eniadwÓchsygna³ówanalogowychwprowadzaniemaczne b³êdy,które przedstawione s¹ na rys.4.2 i rys.4.3. Nie s¹ onedu¿ei mo¿naje wyliczyæ
na podstawieotrzymanych podczasæwiczeniawyników.
,-
J .~
4
Uwe1
B³¹d= ~U..,(MAX)
1
~-L
~
-
:--;
. Pe³nyzakreswyjœcic:7³r'y.
LiniowoϾ
=
I
~Uwy(MAX)
Uwy(PE£NY ZAKRES)
Rys. 2. B³¹d liniowoœciuk³adumno¿¹cego.
r
Pe³ny
z8:reswyjœda³ty :
I
~
t.. Uwy(MAX)
Kwadratowanie =
uwy(PE£NY
ZAKRES)
Rys. 3. B³¹d kwadratowaniauk³adumno¿¹cego.
5-
-1
d
~i
Wykres i obliczenie b³êdu liniowoœci.
Wykreœlenia
wykresu nale¿ydokonaæ
na podstawieotrzymanychwyników w tabeli, a
obliczeniab³êduliniowoœcinale¿ydokonaæ
wed³ugwzoru podanegoobok wykresu.
3.4. Pomiar charakterystyki kwadratowania.
W sk³ad uk³adupomiarowego wchodz¹:
.
.
.
uk³ad badany
zasilacz
woltomierz
Uk³ad badany
Zasilacz
Woltomierz
[=~=~
W uk³adzietym dokonujemy pomiaru charakterystykikwadratowaniauk³adumno¿¹cego. Wspó³czynnikskalowania uk³aduk = 10. Za pomoc¹ Zasilaczapodajemyna uk³ad
badany napiêciew zakresieod -10 V do +10 V. Na obydwa wejœciajest podawaneto
samo napiêcie, wiêc uk³ad dokonuje mno¿eniadwóch takich samych sygna³ów,czyli
podnoszeniado kwadratu (otrzymujemycharakterystykêkwadratowania).Dla porównania zosta³aumieszczonakolumnanapiêciawyjœciowegow³aœciwego
(teoretycznego).
Tabela wyników.
B³¹d kwadratowania.
Uwe -
U-
Uwy
V
V
Uwyw³a
V
napiêciewejœciowe
podawane
nawejœcia
uk³adubadanego
Uwy- napiêciewyjœcioweodczytanez woltomierzapomiarowego
Uwy w³a-
napiêciewyjœciowe
w³aœciwe,
jakie powinnobyænawyjœciu,
jako wynik mno-
¿enia UwelUwe2=:)
Uwe2
Wykres i obliczenie b³êdu kwadratowania.
Wykreœleniawykresu nale¿y dokonaæna podstawie otrzymanych wyników w tabeli, a
obliczeniab³êdukwadratowanianale¿ydokonaæ
wed³ugwzoru podanegoobok wykresu.
1
n
-
-
3.2. Program æwiczenia.
,
,
,
f
Programæwiczeniaobejmujezapoznaniesiê z budow¹ i parametramiuk³adumno-
¿¹cegozbudowanego
w oparciuo uk³adKR525, któregoodpowiednikiem
jest uk³ad
MC1595Lopisanyw rozdzialepoprzednim,
w punkcie3.4. Obejmujeon równie¿badanie w³.aœciwoœci
tego uk³aduorazpoznaniezasadobliczaniab³êduliniowoœci
i kwadra-
r
towanla.
Uk³ad jest wykonany jako osobna wk³adka przystosowana do laboratoryjnego stanowiska
I
!
:
i
pomiarowego.
4.3.3.Pomiarcharakterystyki
liniowoœci.
~
~
W sk³ad uk³adupomiarowego wchodz¹:
uk³adbadany
dwa zasilacze
woltomierz
.
.
.
Zasilacz 1
Uk³adbadany
+
O+lJwe2
~
I
Y
'
Woltomierz
Zasilacz 2
[=J
Uwy
"',,'"
1;,
,
W uk³adzietym dokonujemypomiarucharakterystykiliniowoœciuk³adumno¿¹cego.
Wspó³czynnikskalowaniauk³aduk = 10. Zasilacz 1 ustawiamyna dowoln¹ wartoœæ
(dla
³atwoœciobliczeñ np. IV), a Zasilaczem2 podajemyna uk³adbadanynapiêcieod - 10V
do + 10 V. Wynik mno¿eniaodczytujemyz woltomierza i wpisujemydo tabeli. Dodatkowo w tabeli dla wizualnego zobrazowaniapoprawnoœci
mno¿eniazosta³awyodrêbniona kolumnadla napiêciawyjœciowegow³aœciwego
(teoretycznego).
Tabela wyników.
B³¹d liniowoœci.
U~l
V
Uwe2
Uwy
Uwy w³a
V
V
V
Uwel, Uwe2 - napiêciawejœciowe,
przy czymjedno z nich ma wartoϾ
sta³¹
Uwy - napiêciewyjœcioweodczytanez woltomierzapomiarowego
UW)'w³a- napiêciewyjœciowew³aœciwe,
jakie powinno byæna wyjœciu,jako wynik
mno-
¿enia UwelUwe2.
1-
!77i
~
.
4. Badanie uk³adu II.
,
4.1. Wprowadzenie.
Uk³ad ten zbudowanyjest w oparciu o uk³ad MCY74016 i uk³ady wzmacniacza
operacyjnego~741. Jest to uk³ad dzia³aj¹cy na zasadziemodulacji impulsowej, która
jest opisanaw rozdziale poprzednim,w punkcie2.5, gdzie zawartyjest schematblokowy
(rys.2.8) i schematideowy (rys.2.9) uk³adumno¿¹cegoz modulacj¹ impulsow¹. Schemat
blokowy uk³aduzastosowanegodo badaniaw æwiczeniulaboratoryjnymjest bardzo do
niego podobnyGestjego inn¹ wersj¹). Przedstawiago rys.4.4, a schematideowy przedstawiarys.4.5.
a
+Uwe1
Uwe1
,
R
Uwy
--r--C
-i
-Uwe1
Uwe2
.
I
-- ...
L__.
I
iI kUwe2=t<notdf
Modulator
r-~-
.
I
+ Uwe
I
-Uwe
,
I.. tal
b
U~2
I Integrator
i1
i
~~-~-~~
I!
.. .~; -_o
Q~
.
12
~
dt
!
:-,
!
~tdfk
Przerzutnik
~ Szmita
~
+E
-~
I
I
-E
Rys. 4. Kluczo~ mno¿niksygna³ówzapewniadu¿¹ dok³adnoœæ
mno¿eniadwóchsygna³ów niskiej czêstotliwoœci(aj; szerokopasmo~ modulator mo¿e byæ ~konany na
wzmacniaczuoperacyjnym- integratorzei przerzutnikuSchmitta(bJ.
•ród³o zasilania::³: E i integrator tworz¹ generatorimpulsów; wspó³czynnikwype³nienia
zale¿yod amplitudy sygna³uUwe2.
Jestto uk³ad mno¿¹cy w czterechæwiartkach,który mno¿yzarówno dodatnie,jak
i ujemne wartoœcisygna³ówwejœciowych,daj¹c w wyniku na wyjœciupoprawny matematycmie mak napiêciawyjœciowego.
Na wejœciauk³adumo¿napodawaæ
sygna³yokresowozmienne,np. sygna³ysinusoidalne.Na wyjœciuwówczasotrzymujemysygna³,któregowartoœæ
zale¿yod wartoœci
parametrów(czêstotliwoœæ,
wartoϾ
sk³adowychzmiennychi sk³adowychsta³ych)obu
sygna³ówwejœciowych.
a
~"
".'
)i~~
--
r
-B2-U~1
~ I
Q
--,~1
~;--.,
, ''.
'1<*
I-,
i'
I
1-
,~\,
~
iE~1i;-~741
+
rI
!
1<*
i
,
rI'K1
_-y~\ I
f :--
D'1
-1,5k
~
~:
-
=~~
~8
A1
1/4-74018
'
i
i
.
I
C1I'47On
---,
i
I
;
R5
.-I---f
I
I ~
~i
;
~
D-4
~
'
R682k
f-~~>__j~
I
Uwy =-U..1 UM2 fE
1.5k
+15V
1<2
R22
O.5k
7,5 V
R2Q1
.1
TL
R21
11k UM2
I
-
I
I
1CX*:
...
I
;
I
I
I
~
I
~:
~
1<Jc
!
Rys. 5. Schemat ideowy mno¿nika sygna³ów.
Al - wzmacniaczodwracaj¹cy ze wspó³czynnikiem
wzmocnieniarównymjednoœci
Al - integrator na wzmacniaczuoperacyjnym
Na trzechtranzystorachzbudowanyjest przerzutnikSchmitta.
Na czterechkluczachelektronicznychzbudowanyjest prze³¹cznik napiêcia:³: E i :³:Uwel.
4.4.2. Program æwiczenia.
Programæwiczeniaobejmujezapoznaniesiê z budow¹ i parametramiuk³adumno¿¹cego zbudowanegow oparciu o uk³ad MCY74016 oraz wzmacniaczeoperacyjne
~741. Jest to uk³ad z modulacj¹ impulsow¹. Przez pomiar parametrówwyjœciowych
mo¿nasprawdziæ
jakoϾ
odwzorowaniasygna³ówwejœciowych,które ulegaj¹ przemianie
w uk³adzie pomiarowym. Na wejœciebadanegouk³adu podajemy sygna³ okresowo
zmienny- sinusoidalny.
Uk³adjest wykonanejako osobnawk³adkaprzystosowanado laboratoryjnegostanowiska
pomiarowego.
4.3. Pomiary.
W sk³ad uk³adupomiarowego wchodz¹:
uk³adbadany
generator
woltomierz
oscyloskop
.
.
.
.
.
miernikzniekszta³ceñ
nieliniowych
;~
r ...::... ~
~
~
I
Uwe1'
Uwe2
Woltomierz
Oscyloskop
[~
~
[==~
M8TVk
[=:J
Uwy
W uk³adzietym dokonujemypomiarunapiêciawyjœciowegouk³adumno¿¹cegoz modulacj¹ impulsow¹. Za pomoc¹ Generatora podajemy na uk³ad badany napiêcie sinusoidalne. Na obydwa wejœciajest podawane to samo napiêcie, wiêc uk³ad dokonuje mno¿enia
dwóch takich samych sygna³ów, czyli podnoszenia do kwadratu. Na ekranie oscyloskopu
mo¿na wizualnie zaobserwowaæjak zmienia siê przebieg napiêcia wyjœciowego przy
zmianie czêstotliwoœci przebiegu wejœciowego.Dodatkowo w uk³adzie za pomoc¹ miernika zniekszta³ceñ mo¿na zmierzyæ rozk³ad zniekszta³ceñ przebiegu wyjœciowego przy
zwiêkszaniu i zmniejszaniu czêstotliwoœciprzebiegu wejœciowego.
Tabela wyników.
Uklad impulsowy.
OweV
Owe-V
f
Hz
OwyV
OwyV
Uwe--sk³adowa sta³a napiêcia wejœciowego
-sk³adowazmiennanapiêciawejœciowego
f - czêstotliwoœæ
wejœciowegosygna³u sinusoidalnego
Uwy- - sk³adowa sta³a napiêcia wyjœciowego
Uwe-
Uwy- - sk³adowa zmienna napiêcia wyjœciowego
Wykres.
Wykreœleniawykresu nale¿y dokonaæna podstawie otrzymanychwyników w tabeli, z
uwzglêdnieniempodzia³u sygna³uwyjœciowegona sk³adow¹sta³¹ i zmienn¹.
S. Wnioski.
We wnioskach nale¿y opisaæprzebieg æwiczenia,sposobywykonywania pomiarów i
zwi¹zane z tym b³êdy wnoszoneprzez uk³ad pomiarowy, b³êdy wynikaj¹ce z metody
pomiarowej. Nale¿y tak¿e dokonaæporównaniatych dwóch metod na podstawie otrzymanychwyników pomiarów oraz scharakteryzowaæ
te uk³adypod wzglêdemzastosowañ
w torachpomiarowych uwzglêdniaj¹c ich charakterystyczne
parametry.
I ";;
!
l
' ;
r
LITERATURA.
1. Kulka Z., Nadachowski M - /malogowe uk³ady scalone- wyd.4, Wydawnictwa
Komunikacji i £¹cznoœci,Warszawa- 1985.
2. Kulka Z., Nadachowski M - Wzmacniaczeoperacyjnei ich zastosowaniecz.2 realizacjepraktyczne- WydawnictwaNaukowo-Technicme, Warszawa- 1982.
3. Kulka Z., Nadachowski M - Liniowe uk³ady scalone i ich zastosowanieWydawnictwaKomunikacji i £¹cmoœci,Warszawa- 1974.
4. Kotlewski H, Soñta S - Uk³adu scaloneliniowe i ich zastosowanie- wyd.1, WydawnictwoNaukowo-Technicme,Warszawa1977.
5. Praca zbiorowa pod redakcj¹ Gra¿yny Gortar - Laboratoñummiernictwaelektrycmego- Oficyna wydawniczaPolitechniki Warszawskiej- Warszawa1993.
6. Pracazbiorowa pod redakcj¹ RyszardaGotszalka- Laboratoñumtechniki pomiarów wielkoœcielektrycznych- PolitechnikaWroc³awska- Wroc³aw 1985.
i
i
i
,.
-