GENERÁTOR PILOVITÉHO PRŮBĚHU
303 - 4R
1. Na nepájivém kontaktním poli sestavte obvod dle schématu na obr. 1. Hodnoty součástek a napájení zadá vyučující: R1 = 2,7 kΩ, R3 = R3 = 10 kΩ, C = 100 nF, UCC = ± 12 V 2. Změřte a nakreslete časové průběhy napětí u1(t) a u2(t). 3. Nakreslete převodní charakteristiku komparátoru 4. Z charakteristiky odvoďte velikost kladné i záporné saturace napětí na výstupu komparátoru. Vypočtěte velikost komparačního napětí a porovnejte ji se skutečnou hodnotou. 5. Dle zadání vyučujícího navrhněte, (sestavte a proměřte) obvod na obr. 1 pro zadaný kmitočet a rozkmit pilovitého napětí. f = 1 kHz, Uk = 5 V
16
19. 1. 2001
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
26. 1. 2001
M4
3
2000 - 2001
SCHÉMA Obr. 1
Schéma zapojení generátoru pilovitého průběhu (včetně zdroje napětí a osciloskopu) + UCC
R1
+ UCC
+ -
C
R3
R2
OZ1
+ Osc
OZ2 Osc
u2(t)
- UCC
- UCC
Obr. 2
u1(t)
Úprava integrátoru pro změnu střídy u1(t) a u2(t) C
D1 RA { } RB
+
OZ2 Osc
D2
u1(t)
POUŽITÉ PŘÍSTROJE OZN. ±UCC Osc OZ1, OZ2
PŘÍSTROJ ss. zdroj Dig.osciloskop Lab. přípravek
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
TYP BK 126 DG SCOPE UA 7410N
EVID. Č. E52-15 -----
M4
POZNÁMKA --cca 1,8 % (20 Mhz) ---
list č. 1
POSTUP MĚŘENÍ 1. Osazení kontaktního pole součástkami, připojení zdroje napětí a osciloskopu (výstup integrátoru - u1 na svorku X a výstup komparátoru - u2 na svorku Y). 2. Oba průběhy u1(t) a u2(t) jsme změřili digitálním osciloskopem. Dále jsme změřili frekvenci generovaného signálu (833 Hz) a zkontrolovali ji výpočtem dle zadaného vztahu R 1 = 4 ⋅ R3 ⋅ C ⋅ 1 f R2 3. Hodnoty potřebné pro nakreslení převodní charakteristiky jsme získaly při měření u1(t) a u2(t) a rovněž jsme tuto charakteristiku získaly přímo z digitálního osciloskopu připojením signálu u2(t) na osu X osciloskopu a signálu u1(t) na osu Y osciloskopu. Převodní charakteristika – viz GRAFY. 4. Odvození velikosti kladné i záporné saturace – výsledky viz TABULKY. 5. Výpočet velikosti komparačního napětí a srovnání se skutečnou hodnotou. R U K + = U SAT + ⋅ 1 R2 6. Návrh obvodu dle zadaných hodnot frekvence a rozkmit pilovitého napětí. Vycházíme z poznatků z předchozích krocích. R 1 = 4 ⋅ R3 ⋅ C ⋅ 1 f R2
TABULKY TAB. 1
Zadaných hodnot součástek a veličin. Veličina UCC [V] R1 [kΩ Ω] R2 [kΩ Ω] R3 [kΩ Ω] C [nF]
Zadáno ±12 2,7 10,0 10,0 100
Změřeno 2,702 10,080 10,100 100,32
Pozn: při výpočtech byly použity změřené hodnoty
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
M4
list č. 2
TAB. 2
Změřené výsledné hodnoty. Veličina USAT+ [V] USAT- [V] USAT [V] UK+ [V] UK- [V] UK [V] UvypK+ [V] UvypK- [V] UvypK [V] f [Hz] fvyp [Hz]
Hodnota 11,0 -9,7 20,7 2,80 -2,85 5,65 2,95 -2,60 5,55 833 920
Popis Kladné saturační napětí Záporné saturační napětí Rozkmit saturačního napětí Kladné komparační napětí Záporné komparační napětí Rozkmit komparačního napětí Vyp. kladné komparační napětí Vyp. záporné komparační napětí Vyp rozkmit komparačního napětí Změřená frekvence generátoru Vypočtená frekvence generátoru
PŘÍKLAD VÝPOČTU a) Frekvence generovaného signálu R 1 2702 = 4 ⋅ R3 ⋅ C ⋅ 1 = 4 ⋅ 10100 ⋅ 100,32 ⋅ 10 −9 ⋅ = 920,5 Hz 10080 f R2 b) Velikost komparačního napětí (kladná amplituda) U K + = U SAT + ⋅
R1 2702 = 11 ⋅ = 2,95 V R2 10080
c) Návrh součástek pro nový obvod (f = 1 kHz, UK = 5 V) USAT = 20,7 V
R2 = 10080 Ω
R1 =
U K ⋅ R2 5 ⋅ 10080 = = 2435 Ω 20,7 U SAT
R3 =
R2 10080 = = 10317 Ω R1 ⋅ 4 ⋅ f ⋅ C 2435 ⋅ 4 ⋅ 1000 ⋅ 100,32 ⋅ 10 −9
Pozn.: vzorce jsme odvodili od vzorců a) a b)
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
M4
list č. 3
GRAFY Funkce komparátoru U [V]
t [s] + 10
USAT+ [V]
t [s]
0
USAT- [V] - 10
Osciloskop (DUAL) : Napěťové průběhy signálů u1(t) a u2(t) + 11,00 V
+ 2,80 V 0V - 2,85 V
- 9,70 V
Osciloskopu (X→Y) : Přenosová charakteristika komparátoru UK+ [V]
USAT+ [V] USAT- [V]
UK- [V]
Pozn: svislé strany charakteristiky jsou ještě mírně zkosené
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
M4
list č. 4
ZÁVĚR Chyby měření Všechna měření (mimo určení hodnoty kondenzátoru C) probíhala na digitálním osciloskopu, který má dle manuálu chybu měření cca ± 1,8 %. Bohužel jsme zjistili značný rozdíl mezi naměřenou a vypočtenou frekvencí generátoru, cca 10 % chyba (vnitřní chyba osciloskopu + nepřesné nastavení odečtových kurzorů + změřené hodnoty součástek, zejména C + parazitní kapacity). Zhodnocení 1. Velikost saturačního napětí USAT- (USAT+) je asi 3,5 násobná oproti komparačnímu napětí Uk+ (Uk-) komparátoru – v našem měření, ale vždy bude saturační napětí vyšší než komparační. 2. Saturační napětí USAT a tedy i komparační napětí UK jsou vždy nižší než napájecí napětí UCC . 3. Existuje určitá nesymetričnost kladné a záporné amplitudy komparačního i saturačního napětí, i když celkový rozkmit je ve shodném poměru, způsobeno nevyladěnými operačními zesilovači.
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
M4
list č. 5
