uniwersytet śląski instytut fizyki zakład metod komputerowych fizyki i
Transkrypt
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