CEL ĆWICZENIA
Ćwiczenie ma na celu przybliżenie zjawisk zachodzących w układach generacji przebiegów sinusoidalnych. Badane są właściwości wzmacniacza i układu RC w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego oraz parametry generowanego przebiegu.
WARUNKI GENERACJI
Generatorem nazywamy układ wytwarzający niegasnące przebiegi elektryczne, nie wymagający przy tym zewnętrznego źródła pobudzającego. Przetwarza energię pobraną z zasilacza w energię drgań, których parametry zależą jedynie od budowy i właściwości generatora.
Drgania sinusoidalne można uzyskać za pomocą takiego wzmacniacza, który dla pewnej ściśle określonej częstotliwości sygnału miałby wzmocnienie równe nieskończoności.
Wzmocnienie wzmacniacza z dodatnim sprzężeniem zwrotnym wyraża się wzorem:
Kuf = Ku / (1 – Ku bf)
Funkcja ta dąży do nieskończoności, gdy (1 – Ku bf) = 0, czyli Ku bf = 1. Zapisując wzmocnienie wzmacniacza i toru sprzężenia zwrotnego jako liczby zespolone w postaci wykładniczej otrzymujemy zależność
Ku bf = Kuejw . bfejc= 1
Z której wynikają dwa warunki generacji:
a) Warunek amplitudy:
|Kubf| = 1
W tej sytuacji na wzmacniaczu mogą być pokryte straty związane z tłumieniem w pętli sprzężenia zwrotnego. W praktyce iloczyn ten jest zwykle większy, co pozwala na pokrycie energii potrzebnej do regulacji amplitudy.
b) Warunek fazy:
w + c = 2pn
Suma przesunięć fazowych toru wzmacniacza i pętli sprzężenia zwrotnego musi być równa wielokrotności 2p.
SPEŁNIENIE WARUNKÓW W GENERATORZE UŻYTYM W ĆWICZENIU
Użyty w ćwiczeniu wzmacniacz operacyjny daje wzmocnienie w przedziale
od-23.5 do -43.1
a dla znajdującego się w układzie sprzężenia zwrotnego przesuwnika fazowego CR współczynnik wzmocnienia wynosi
bf = 1/29
czyli z powyższego wynika że warunek amplitudy jest spełniony gdyż wzmocnienie w układzie sprzężenia zwrotnego zawiera się w przedziale wzmocnienia wzmacniacza.
Warunek fazy jest spełniony, gdyż przesunięcie fazowe toru pętli sprzężenia zwrotnego wynosi p tak samo jak przesunięcie fazowe wzmacniacza, razem suma daje nam 2p.
PRZEBIEG ĆWICZENIA
W ćwiczeniu wykorzystaliśmy następujący układ generatora RC:
Z pomiarów otrzymaliśmy następujące wartości:
Okres: T = 2 ms
Częstotliwość: f=1/T => f=1/2 ms => f=500 Hz
Amplituda: A=12.5 V
PO OBLICZENIACH OTRZYMALIŚMY NASTĘPUJĄCE WARTOŚCI
Dane do obliczeń:
R=12 k
C=10nF
=> =>
Porównując obydwa wyniki otrzymujemy, że błąd pomiaru wynosi około 7 %.
WNIOSKI I ZASTOSOWANIE GENERATORÓW RC MAŁEJ MOCY
Podstawowym parametrem generatorów jest częstotliwość f0 generowanego przebiegu, przy której spełnione są oba warunki powstawania drgań. Generowana częstotliwość może ulegać nieznacznemu odchyleniu od wartości nominalnej f0 na skutek zmian temperatury czy punktu pracy.
Zastosowania:
- jako źródła napięcia przemiennego w zakresie częstotliwości 1Hz - 100kHz.
- jako zegar w bardziej złożonych układach elektronicznych
Regulacja częstotliwości:
Jak wynika ze wzoru na częstotliwość generatora CR można regulować za pomocą rezystancji na układzie sprzężenia zwrotnego, wraz ze wzrostem rezystancji częstotliwość maleje liniowo i na odwrót, gdy rezystancja maleje częstotliwość wzrasta.
cyberzaku