Synchronní detektor, nazývaný též fázově řízený usměrňovač, je určen k měření elektrolytické střední hodnoty periodického signálu podle vztahu.

Transkript

1 ZADÁNÍ: ) Seznamte se se zapojením a principem činnosti synchronního detektoru 2) Změřte statickou převodní charakteristiku synchronního detektoru v rozsahu vstupního ss napětí ±V a určete její linearitu. Měření proveďte při propojených svorkách S a K přípravku 3) Změřte dynamickou převodní charakteristiku synchronního detektoru vstupním sinusovým signálem v rozsahu 0-V ef při kmitočtu khz. Svorky S a K přípravku budou propojeny 4) Změřte kmitočtovou charakteristiku dolní propusti synchronního detektoru a určete mezní kmitočet, při kterém klesne její přenos o 3dB vzhledem k ss přenosu. Vstup S je uzemněn na svorce G 5) Změřte závislost výstupního napětí synchronního detektoru na fázi mezi vstupním a řídícím napětím detektoru v rozsahu Generátory G a G 2 jsou fázově synchronizovány při kmitočtu khz ÚVOD: Synchronní detektor, nazývaný též fázově řízený usměrňovač, je určen k měření elektrolytické střední hodnoty periodického signálu podle vztahu t2 UOUT = u() t dt t2 t t kde t, t 2 jsou časové okamžiky, určující periodu signálu. Jsou-li tyto okamžiky shodné s okamžiky průchodu periodického signálu nulovou úrovní s kladnou derivací, pak výstupní napětí synchronního detektoru udává aritmetickou střední hodnotu dvoucestně usměrněného signálu. Pro sinusový průběh s amplitudou U m je tato hodnota 2 U OUT = U m π Synchronní detektor je tvořen zesilovačem Z s přepínatelným zesílením ±, které je řízeno přepínačem S a dolní propustí 2.řádu Butterworthova typu, za níž získáváme ss složku. Spínač lze řídit buď přímo signálem TTL, nebo z výstupu komparátoru K s nulovou přepínací úrovní. Rozsah vstupního napětí detektoru je ±V.

2 SCHÉMA: ) Blokové schéma synchronního detektoru 2) Měření statické převodní charakteristiky 3) Měření dynamické převodní charakteristiky 4) Měření kmitočtové charakteristiky 2

3 5) Měření fázové charakteristiky POPIS MĚŘENÍ: ) Využijte vnitřního zapojení SD a vysvětlete činnost jednotlivých částí i celého SD. 2) Zapojte obvod podle schématu a postupně měňte vstupní ss napětí a vyhodnocujte výstupní ss napětí. Měření proveďte v rozsahu vstupního ss napětí - až +V. Statickou převodní charakteristiku zkreslete a vyhodnoťte linearitu. 3) Obvod zapojte podle schéma, nastavte kmitočet generátoru na khz a vstupní sinusové napětí měňte v rozsahu 0-V ef. Měřte výstupní napětí SD ss voltmetrem. Dynamickou převodní charakteristiku zakreslete. 4) Obvod zapojte podle schéma a při konstantním vstupním napětí sinusového průběhu postupně zvyšujte kmitočet a měřte střídavé napětí na výstupu. Určete kmitočet, při kterém přenos klesne o 3dB vzhledem k ss přenosu. 5) Použijte generátor G s fázovým závěsem a generátor G 2 s výstupem TTL. Obvod zapojte a generátory zasynchronizujte při kmitočtu khz. Měňte fázový posuv mezi vstupním a řídícím napětím SD v rozsahu 0-80 a měřte výstupní ss napětí SD. Fázovou charakteristiku vyhodnoťte. Pro měření fázového posuvu a zobrazení požadovaných průběhů použijte digitální osciloskop. Získané průběhy vyhodnoťte. NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ VÝSLEDKY: ) Synchronní detektor je tvořen zesilovačem Z s přepínatelným zesílením ±, které je řízeno přepínačem S a dolní propustí 2.řádu Butterworthova typu, za níž získáváme ss složku. Spínač lze řídit buď přímo signálem TTL, nebo z výstupu komparátoru K s nulovou přepínací úrovní. Rozsah vstupního napětí detektoru je ±V. Synchronní detektor je určen k měření elektrolytické střední hodnoty periodického signálu podle vztahu t2 UOUT = u() t dt t2 t t kde t, t 2 jsou časové okamžiky, určující periodu signálu. Jsou-li tyto okamžiky shodné s okamžiky průchodu periodického signálu nulovou úrovní s kladnou derivací, pak výstupní napětí synchronního detektoru udává aritmetickou střední hodnotu dvoucestně usměrněného signálu. 3

4 2) Pro změření statické převodní charakteristiky jsme použili zdroj napětí a dva multimetry. Naměřené hodnoty pro kladné hodnoty vstupního napětí jsou v tabulce č., pro záporné v tabulce č.2. Byla měřena stejnosměrná napětí. Tabulka č. U IN [mv] U OUT [V] 0 0,75 0,33 0,506 0,657 0,79 0,959,09,28,47,6 Tabulka č.2 U IN [mv] U OUT [V] 0,58,47,28, 0,959 0,808 0,658 0,484 0,33 0,75 3) Pro změření dynamické převodní charakteristiky jsme použili analogový generátor sinusového napětí. Vstupní napětí (střídavé) a frekvenci jsme měřili pomocí digitálního osciloskopu. Stejnosměrné výstupní napětí jsme zjišťovali pomocí multimetru. Naměřené hodnoty jsou v tabulce č.3. Všechny naměřené hodnoty byly změřeny při konstantní frekvenci: f=khz. Tabulka č.3 U IN [V~] 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 U OUT [mv] ) Pro zjištění hodnot jsme použili digitální osciloskop. Pomocí něj jsme změřili frekvenci vstupního napětí a napětí špička_špička(dále jen šš) na výstupu. Vstupní sinusové napětí šš jsme udržovali konstantní: U IN =,062Všš. Naměřené hodnoty jsou v tabulce č.4. Pokles o 3dB vzhledem k stejnosměrnému přenosu nastal při frekvenci: F IN =2,3Hz. Tabulka č.4 F IN [Hz] ,3 3 U OUT [mvšš],68,65,625,562,484,39,29,22,8,03 5) Pro změření fázové charakteristiky jsme použili digitální generátor s TTL výstupem. Ten byl zasynchronizován(pomocí fázového závěsu) s druhým generátorem sinusového napětí při frekvenci: F IN =khz. Vstupní napětí šš jsme udržovali konstantní: U IN =2Všš. Naměřené hodnoty jsou v tabulce č.5 a v tabulce č.6. Tabulka č.5 ϕ[ ] U OUT [V] 0,98 0,94 0,84 0,78 0,48 0,28 0 Tabulka č.6 ϕ[ ] U OUT [V] -0,3-0,5-0,76-0,93-0,97 - Poznámka: Fáze ϕ je zpoždění TTL signálu vůči sinusovému napětí. 4

5 ZÁVĚR: Po změření dynamické převodní charakteristiky (viz úloha 3) jsme zjistili závadu propojovacího kabelu mezi generátorem a synchronním detektorem. Z výsledného grafu (popř. tabulky č. 3) dynamické převodní charakteristiky je vidět prudký narůst výstupního stejnosměrného napětí při nízkých hodnotách vstupního střídavého (sinusového) napětí (0,V). Z tohoto důvodu je výsledný graf nevyhovující, a tak doporučuji znovu přeměřit dynamickou převodní charakteristiku (my jsme z časových důvodů měření neopakovali). Závadu jsme odstranili a pokračovali jsme v měření ostatních úloh. 5

6 STATICKÁ PŘEVODNÍ CHARAKTERISTIKA SD,8,6,4,2 U OUT =f(u IN ) U OUT [V] 0,8 0,6 0,4 0, U IN [mv]

7 DYNAMICKÁ PŘEVODNÍ CHARAKTERISTIKA SD U OUT =f(u IN ) U OUT [mv] , 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 U IN [V~]

8 FREKVENČNÍ CHARAKTERISTIKA SD,8,6,4,2 U OUT [mv~] 0,8 U OUT =f(f IN ) 0,6 0,4 0, F IN [Hz]

9 FÁZOVÁ CHARAKTERISTIKA SD 0,8 0,6 U OUT =f(ϕ) 0,4 U OUT [mv~] 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0, ϕ[ ]