1. Navrhněte RC oscilátor s Wienovým článkem, operačním zesilovačem a žárovkovou stabilizací amplitudy, podle doporučeného zapojení, je-li dáno:

Transkript

1 C OSCILÁTO Navrhněte C oscilátor s Wienovým článkem, operačním zesilovačem a žárovkovou stabilizací amplitudy, podle doporučeného zapojení, je-li dáno: - rozsah frekvencí: f 60 Hz, f 600Hz - operační zesilovač: MAA 74 CN, napájecí napětí ± 5 V - doporučená hodnota: C C 2 C 00 nf, žárovka 4AF 2. Sestavte navržený oscilátor, nastavte jeho optimální režim a změřte: - skutečný frekvenční rozsah změřený se zapojenými součástkami - velikost výstupního napětí (efektivní hodnotu) a jeho stabilitu při přelaďování frekvence v celém zadaném frekvenčním rozsahu 6 MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ M

2 SCHÉMA C C B M KC238B + Z 0 T OZ NIMA KS2 2 C B M KC308B T 2 ANL IN + PC C 2 Ž ZP OSCILÁTO Obr.: Schéma C Oscilátoru (Oscliátor + připojený zdroj a měřící zařízení) POŽITÉ PŘÍSTOJE OZN. PŘÍSTOJ TYP EVID. Č. POZNÁMKA NIMA Lab. přístroj KS / 39 ± % PC Osobní počítač 386 DX / 403 program NIMA Z Zdroj ss. napětí BK ±5V, δ V ±,5 % DMM Dig. multimetr - M 4650 C δ Ω 0,5 % + 3 dig DMM Dig. multimetr - C M 4650 C δ C 2 % + 20 dig Odporová dekáda České výroby OTE 493 mω - kω 2 Odporová dekáda České výroby OTE 499 mω - kω ZP Odporová dekáda České výroby OTE 494 mω - kω C osc Lab. přípravek OZ,, C, T --- nepájivé pole + souč. MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ M4 list č.

3 POSTP MĚŘENÍ. Návrh oscilátoru: a) Změříme odporu zvolené žárovky. Z návrhu odporového děliče zpětné vazby vypočteme přibližnou hodnotu zpětnovazebního rezistoru ZP (u Wienova členu platí A 3) hodnota ZP je rovna dvojnásobku odporu žárovky. A 3 ZP + Ž Ž b) Změření hodnot kondenzátorů C, C 2, výpočet geometrického průměru z jejich hodnot. c) Výpočet a pro krajní hodnoty frekvenčního rozsahu. 2 π f C 2 π f C 2. Výroba přípravku osazení nepájivého pole součástkami dle schématu oscilátoru (kontrola obou tranzistorů parametr h 2E ). 3. Připojení zdroje, odporových dekád, které nám realizují odpory Wienova členu ( 2 ), a měřícího přístroje NIMA. Důkladná kontrol celého zapojení. 4. Protože se hodnota odporu žárovky v celém zapojení změní oproti hodnotě změřené DMM, musíme zpětnovazebním rezistorem doladit ustálit sinusový signál na výstupu oscilátoru. Velikost ZP se může lišit výrazně lišit oproti původnímu vypočtenému ZP. 5. Změříme frekvenční rozsah. Postupně shodně nastavujeme a 2 v rozmezí až. Frekvenci odečítáme po daných dílcích (např 60 Hz). rčíme imální a imální frekvenci (při imálním a imálním nastavením rezistorů v rozmezí vypočtených hodnot). 6. Vypočteme střední hodnotu napětí 0S a vyhodnotíme napěťovou stabilitu při přelaďování δ % [%]. Zhodnocení celého měření, odhad chyb δ % 0S 00 [%] 0S 0 největší napětí oscilátoru při přeladění v celém frek. rozsahu 0 největší napětí oscilátoru při přeladění v celém frek. rozsahu MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ M4 list č. 2

4 TABLKY TAB. Zadané, vypočtené, změřené hodnoty součástek a veličin. součástka veličina zadáno změřeno, vypočteno f [Hz] 60,0 60,8 f [Hz] A [-] 3 - C [nf] 00 98,4 C 2 [nf] 00 98,88 C [nf] 00 99,0 Ž [Ω] - 54,50 ZP [Ω] - 09 ZP [Ω] [Ω] , [kω] - 26,79 TAB. 2 Velikosti výstupního napětí v závislosti na frekvenci. Č.M f [Hz] 60, [V] 4,32 4,26 4,26 4,25 4,22 4,25 4,25 4,26 4,22 4,2 TAB. 3 Výsledná střední hodnota napětí a napěťová stabilita. Veličina Hodnota 0S [V] 4,265 δ % [%] 0 k [%] 0,4 / (0,8-,2) / (-2) * * při imální frekvenci, střední frekvenci, imální frekvenci MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ M4 list č. 3

5 PŘÍKLAD VÝPOČT a) Návrh děliče. Výpočet zpětnovazebního rezistoru ZP ze změřené hodnoty Ž. ZP 2 54,5 09 Ω 2 Ž b) rčení hodnot kondenzátorů pro práci s Wienovým členem. Výpočet geometrického průměru z kondenzátorů C a C 2. 9 C C C (98,4 99,88) 0 99, 0 nf 2 c) Výpočet krajních hodnot rezistorů pro práci s Wienoým členem Výpočet je dán krajními hodnotami frekvenčního rozsahu. 2679, Ω ,0 0 9 π f C π 26, Ω 2 f C , k 9 π π GAFY Zobrazení výstupního signálu na osciloskopu (NIMA)... viz list č.5 Zobrazení spektrální analýzy výstupního signálu (NIMA)... viz list č.5 Graf závislosti napětí na výstupní frekvenci... viz list č.5 MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ M4 list č. 4

6 Zobrazení výstupního signálu na osciloskopu (NIMA) Zobrazení spektrální analýzy výstupního signálu (NIMA) Graf závislosti napětí na výstupní frekvenci [V] 4,34 4,32 4,30 4,28 4,26 4,24 4,22 4, f [Hz] MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ M4 list č. 5

7 ZÁVĚ Chyby měření Měření můžeme považovat za téměř přesné (< 0,5 %). Odporové dekády jsme považovali skoro za etalony, nicméně se obě dekády použité jako rezistory ve Wienově členu nepatrně lišily a tak zde při přelaďovaní mohla vznikat chybička zejména u imálních frekvencí. Měření kapacity kondenzátorů bylo taktéž relativně nepřesné (± 3%), ale v našem zapojení tato nepřesnost není až tak důležitá a tak ji můžeme téměř zanedbat. rčitou chybu zkreslení charakteristik způsobil přístroj NIMA (± %). Zhodnocení. ozdíl zadané a změřené hodnoty frekvenčního rozsahu činil asi %, vezmeme-li v úvahu chyby, kterých jsme dopustili je to přijatelný výsledek. 2. Parametr napěťová stabilizace jsme vypočítali z celkem 0 hodnot frekvencí a výsledek 0,0258 % nám říká, že je relativně výborná (při imální frekvenci zde byla větší odchylka možná nepřesnost měření). 3. Měřením jsme zjistili, že velikost harmonického zkreslení z velké části souvisí s velikostí frekvence. Činitel harmonického zkreslení k byl při imální frekvenci konstantní hodnoty 0,4 %. Naopak při imální frekvenci rychle kolísal mezi 2 %. Budeme-li posuzovat tuto hodnotu zhruba na středních frekvencích dojdeme k závěru, že činí asi %, což můžeme taktéž považovat jako téměř výborný výsledek (uvážíme-li chyby měřícího přístroje NIMA). MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ M4 list č. 6