Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Božetěchova 3, Olomouc Laboratoře elektrotechnických měření
Číslo úlohy
Název úlohy
GENERÁTOR NEHARMONICKÝCH PRŮBĚHU
303-4R
Zadání
1. Dle zadání vypočítejte obvodové prvky generátoru pro: f´=600 Hz, U2MAX=6V, R3=10kΩ, R1=~5kΩ 2. Sestavte obvod komparátoru na nepájivém poli a změřte závislost výstupního napětí na vstupním napětí. Charakteristiku komparátoru nakreslete na mm papír a určete +USAT; -USAT; +Ukomp; -Ukomp. 3. Sestavte celý generátor a pomocí osciloskopu změřte a nakreslete na mm papír výstupní průběhy napětí u1(t) a u2(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
2
BARTEK Tomáš
Datum měření
Datum odevzdání
Třída
Skupina
S4
1
Počet listů příprava
9.2.
16.2.
Protokol o měření obsahuje:
Školní rok
2010/11
Klasifikace měření protokol
obhajoba
8 Teoretický úvod
Tabulky naměřených a vypočtených hodnot
Schéma
Vzor výpočtu
Tabulka použitých přístrojů
Grafy
Postup měření
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
Au RIN [Ω] ROUT [Ω]
Obrázek č.1: Operační zesilovač
105 - 107 1M 30
∞ ∞ 0
Další vlastnosti, s kterými u OZ musíme počítat jsou šířka pásma, rychlost přeběhu (viz obrázek č.2), napěťová nesymetrie, fázový posun atd.
Rezistor R2 Rଶ =
ఽ .ୖభ ౡౣ౦
[Ω; V, Ω, V]
(1)
[F; V, Hz, Ω, V]
(2)
[s; Hz]
(3)
Kondenzátor C C = ସୖ
౩౪ య
. ౡౣ౦
Časová konstatnta τ ଵ
τ = ଶ
Výpočet R derivačního článku R=
த େ
Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš
[Ω; s, F]
Třída: S4
(4)
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 Přístroj v zapojení Symetrický Z Zdroj OSC Osciloskop Regulovatelný Z2 zdroj
Typ
Evidenční číslo
Poznámka
BK125
0078
-
GOS-620
-
-
BK127
0137
-
V1
DMM
MY - 64
0659
V2
DMM
MY - 65
0660
Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš
Třída: S4
Displej 3½ Rozsah 20V: chyba ±0,5%±1dgt Displej 4½ Rozsah 20V: chyba ±0,1%±3dgt
Číslo protokolu: 303-4R
List: 4/8
Postup měření: 1. Navržení obvodových součástí generátoru - Hodnotu odporu R2 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 Ukomp a Usat - 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 USAT a UKOMP 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 13,632 13,5 15,05 USAT+ [V] -14,013 -14 -14, USAT- [V] 6,021 6 5,97 UKOMP+ [V] -6,459 -6,5 -5,97 UKOMP- [V] Tabulka č. 3: Použité součástky v generátoru R1 R2 R3 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 R4 1,75MΩ C 270pF
Vzor výpočtu: Podle vzorce č. 1 vypočteme hodnotu R2 Rଶ =
ఽ .ୖభ ౡౣ౦
=
ଵହ∙ହଵଷହ
= 12,837݇Ω
Dle vztahu č. 2 vypočteme kondenzátor C C = ସୖ
౩౪
ଵହ
య . ౡౣ౦
= ସ∙∙ଽ,ଽଷ∙ = 104݊ܨ
Výpočet časové konstatnty τ porovedené pomocí vztahu č. 3 ଵ
ଵ
τ = ଶ = ଶ. = 83,3ߤݏ Výpočet R derivačního článku dle vztahu č. 4 த
R=େ=
଼ଷ,ଷ௨ ଶ
= 308,6݇Ω
Výpočet chyb měření pomocí dmm ୬ .ୢ୲
δ%ୗ = ±0,1 ± ା
ఽ
୬ .ୢ୲
δ%ୖ = ±0,5 ± ା
Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš
100 = ±0,1 ± 100 = ±0,5 ±
ఽ
Třída: S4
ଷ ..ଵ ଵସ,ଷଶ ଵ .,ଵ ,ଶଵ
100 = ±0,12%
100 = ±0,68%
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: R1=5,135kΩ; R2=12,886kΩ, R3=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: USAT+=13,632V; USAT-=-14,013V; UKOMP+=6,021V a UKOMP-=-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 R2 a R1 nepřímo určuje velikost UKOMP. Při zvýšení R2 zvětšujeme UKOMP a při zvyšování R1 naopak UKOMP zmenšujeme. V návaznosti na náš případ se při zvýšení UKOMP 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
