Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Božetěchova 3, Olomouc Laboratoře elektrotechnických měření Název úlohy GENERÁTOR NEHARMONICKÝCH PRŮBĚHU Číslo úlohy 303-4R Zadání 1. Dle zadání vypočítejte obvodové prvky generátoru pro: f =600 Hz, U 2MAX =6V, R 3 =10kΩ, R 1 =~5kΩ 2. Sestavte obvod komparátoru na nepájivém poli a změřte závislost výstupního napětí na vstupním napětí. Charakteristiku komparátoru nakreslete na mm papír a určete +U SAT ; -U SAT ; +U komp ; -U komp. 3. Sestavte celý generátor a pomocí osciloskopu změřte a nakreslete na mm papír výstupní průběhy napětí u 1 (t) a u 2 (t). 4. Popište funkci a vliv jednotlivých součástek zapojeného obvodu na parametry vytvářeného napětí generátoru. 5. Nakreslete na mm papír přenosovou charakteristiku komparátoru z časových průběhů. (Osciloskop režim X-Y) 6. Navrhněte a na výstup komparátoru připojte derivační článek a vyzkoušejte funkci externí synchronizace při měření časových průběhů generátoru na analogovém osciloskopu. Poř. č. Příjmení a jméno Třída Skupina Školní rok 2 BARTEK Tomáš S4 1 2010/11 Datum měření Datum odevzdání Počet listů Klasifikace příprava měření protokol obhajoba 9.2. 16.2. 8 Protokol o měření obsahuje: Teoretický úvod Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Schéma Tabulka použitých přístrojů Postup měření Vzor výpočtu Grafy Závěr
Teoretický úvod: Operační zesilovač (zkratka OZ) je univerzální stejnosměrný zesilovací analogový elektronický obvod, jenž je základním prvkem analogových elektronických systémů. Operační zesilovač je často v praxi a pro výpočty nahrazován ideálním operačním zesilovačem. Rozeznáváme dva typy: invertující a neinvertující. Tabulka č.1: Vlastnosti zesilovače Ideální Skutečný A u 10 5-10 7 R IN [Ω] 1M R OUT [Ω] 0 30 Obrázek č.1: Operační zesilovač Další vlastnosti, s kterými u OZ musíme počítat jsou šířka pásma, rychlost přeběhu (viz obrázek č.2), napěťová nesymetrie, fázový posun atd. Rezistor R 2 R =. [Ω; V, Ω, V] (1) Kondenzátor C C= Časová konstatnta τ. [F; V, Hz, Ω, V] (2) τ= [s; Hz] (3) Výpočet R derivačního článku R= [Ω; s, F] (4) Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 303-4R List: 2/8
Schéma: Schéma č. 1: Měřeni přenosové charakteristiky komparátoru Schéma č. 2: Měření výstupních průběhu generátoru Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 303-4R List: 3/8
Schéma č. 2: Měření s pomocí externí synchonizace Tabulka použitých přístrojů: Tabulka č. 1: Použité přístroje Označení Evidenční Přístroj Typ v zapojení číslo Poznámka Z Symetrický Zdroj BK125 0078 - OSC Osciloskop GOS-620 - - Z2 Regulovatelný zdroj BK127 0137 - V1 DMM MY - 64 0659 Displej 3½ Rozsah 20V: chyba ±0,5%±1dgt V2 DMM MY - 65 0660 Displej 4½ Rozsah 20V: chyba ±0,1%±3dgt Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 303-4R List: 4/8
Postup měření: 1. Navržení obvodových součástí generátoru - Hodnotu odporu R 2 vypočteme podle vztahu č. 1 - Hodnotu kondenzátoru C vypočteme dle vzorce č. 2 - Vše zapíšeme do tabulky 2. Měření komparátoru - Obvod zapojíme dle schématu č. 1 - Pomocí vstupních a výstupních generátorů odečítáme hodnoty napětí U komp a U sat - Postupným měněním napětí na vstupu komparátoru změříme celou charakteristiku - Vše zapíšeme do tabulky 3. Měření celého generátoru - Obvod zapojíme dle schématu č. 2 - Na osciloskopu si zobrazíme oba průběhy napětí - Vše si zapíšeme tak, abychom byli schopni zakreslit napěťové průběhy na výstupu komparátoru a integrátoru - Zobrazené průběhy překreslíme na mm papír 4. Popis funkce jednotlivých součástí - Z katalogových údajů, případně datasheetů zjistíme příslušné vlastnosti a dopady použitých součástí - Vše popíšeme v závěru 5. Měření charakteristiky z časových průběhů - Obvod zapojíme dle schématu č. 2 - Režim zobrazování na osciloskopu přepneme do funkce XY - Přímo na obrazovce se nám zobrazí hledaná charakteristika - Zapíšeme do tabulky - Zakreslíme graf na mm papír - Všechny naměřené hodnoty U SAT a U KOMP porovnáme v jedné tabulce 6. Navržení derivačního článku a použití - Zvolíme si hodnotu C na 270pF a dopočteme, dle vztahu č. 4, hodnotu odporu R - Obvod zapojíme dle schématu č. 3 - Zkontrolujeme zda-li při přepnutí synchronizace osciloskopu na externí se nám obrázek zastaví - Zobrazíme si napětí za derivačním článkem a pozorujeme špičky způsobující signalizaci Tabulky naměřených a vypočtených hodnot: Tabulka č. 2: Měření parametrů generátoru f= 600Hz Reg. Zdrojem Časové průběhy Vypočítané U SAT+ [V] 13,632 13,5 15,05 U SAT- [V] -14,013-14 -14, U KOMP+ [V] 6,021 6 5,97 U KOMP- [V] -6,459-6,5-5,97 Tabulka č. 3: Použité součástky v generátoru R 1 R 2 R 3 C 5,135kΩ 12,886kΩ 9,936kΩ 100nF Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 303-4R List: 5/8
Tabulka č. 4: Derivační článek R 4 1,75MΩ C 270pF Vzor výpočtu: Podle vzorce č. 1 vypočteme hodnotu R 2 R =. = =12,837 Ω Dle vztahu č. 2 vypočteme kondenzátor C C= = =104., Výpočet časové konstatnty τ porovedené pomocí vztahu č. 3 τ= =. =83,3 Výpočet R derivačního článku dle vztahu č. 4 R= =, =308,6 Ω Výpočet chyb měření pomocí dmm δ % =±0,1± δ % =±0,5±. 100=±0,1±.., 100=±0,12%. 100=±0,5±.,, 100=±0,68% Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 303-4R List: 6/8
Grafy: Graf č. 1: Přenosová charakteristika komparátoru pomocí reg. zdroje Graf č. 2: Přenosová charakteristika komparátoru pomocí časových průběhů Graf č. 3: Výstupní časové průběhy generátoru neharmonických průběhů Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 303-4R List: 7/8
Závěr: a) Chyby měřících přístrojů V1 Procentní chyba měření byla maximálně ±0,12% V2 Procentní chyba měření byla maximálně ±0,68% b) Zhodnocení - Navrhnuli jsme a vypočítali všechny obvodové prvky generátoru neharmonických průběhů a to: R 1 =5,135kΩ; R 2 =12,886kΩ, R 3 =9,96kΩ a C=100nF. Generátor pracuje na f=600hz při napájecím napětí ±15V a komparačním napětí ±6V. - Komparátor jsme sestavili a změřili skutečné hodnoty: U SAT+ =13,632V; U SAT- =-14,013V; U KOMP+ =6,021V a U KOMP- =-6,459V. - Sestavili jsme celý obvod generátoru a zobrazili na osciloskopu oba napěťové průběhy na výstupu generátoru. Průběhy jsme zakreslili na mm papír. - Komparátor: poměr odporů R 2 a R 1 nepřímo určuje velikost U KOMP. Při zvýšení R 2 zvětšujeme U KOMP a při zvyšování R 1 naopak U KOMP zmenšujeme. V návaznosti na náš případ se při zvýšení U KOMP zmenší výstupní frekvence integrátoru a naopak. Integrátor: hodnoty součástek RC=τ a tudíž určujeme výslednou frekvenci. Při zachování jedné ze součástek a zvyšování druhé zmenšujeme frekvenci - Na osciloskopu jsme zobrazili v režimu XY přenosovou charakteristiku komparátoru a zakreslil na mm papír. - Navrhnuli jsme derivační článek ze součástek R=308,6kΩ a C= 270pF a výstup článku připojili na externí synchronizaci osciloskopu. Kontrola byla provedena díky zastavení zobrazovaných průběhů po připojení výstupu derivačního článku, po odpojení se obraz rozběhal po stínítku. Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 303-4R List: 8/8