Wzmacniacz całkujacy - sprawozdanie PDF

Preview

Summary

sprawozdanie...

Description

LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH Data: 2017r

Dzień

Grupa

Godzina

TEMAT ĆWICZENIA: Projekt wzmacniacza całkującego DANE PROJEKTOWE:

UWEm=1 [V], UWYm= 2 [V], T=5 [ms] Nazwisko i Imię

Lp.

Oceny

1. 2. 3.

1.Zadanie projektowe: Zaprojektować integrator stratny, który będzie realizował funkcje całkowania sygnału prostokątnego o wartości amplitudy: 𝑈𝑤𝑒 = 1 [𝑉] i okresie : 𝑇 = 5 [𝑚𝑠],

𝑓=

1 = 200[𝐻𝑧] 5𝑚𝑠

na sygnał trójkątny o wartości amplitudy: 𝑈𝑤𝑦 = 2[𝑉]

2.Obliczenia projektowe: a) wartość kondensatora Zakładamy R = 9,1 kΩ, dla założonego R dobieramy wartość C, 𝑈𝑤𝑒 𝑇 0,0025 𝐶= = ≈ 69,5 [𝑛𝐹] 2𝑈𝑤𝑦 𝑅 2 72000 Dobrany kondensator: C = 68.5nF oraz rezystory z szeregu E24: R = 9,1 kΩ

b) wartość rezystora 𝑇 0,005 = = 11450 Ω 2πC 436,68 ∗ 10−9 przyjmujemy 𝑅1 silnie większy: 𝑅1 = 100 kΩ (E24 10) 𝑅1 ≫

c) wartość rezystora

𝑅𝑑 =

(𝑅𝑔 + 𝑅)𝑅1 = 9329Ω 𝑅𝑔 + 𝑅 + 𝑅1

przyjmujemy 𝑅𝑑 = 9,1kΩ(E24) 3.Schemat układu montażowego

Rys. 1. Schemat wzmacniacza całkującego

Rys2. Widok płytki z rozmieszczeniem elementów

4. Schemat pomiarowy

Rys3. Schemat blokowy układu pomiarowego Do symulacji układów użyto dwóch programów Multisim 14 oraz LtSpice

Rys4. Schemat integratora wykorzystany przy symulacjach.

Rys4.1 Układ do symulacji

• • • • •

5.Spis przyrządów pomiarowych. Generator funkcyjny Rigol DG1022 Oscyloskop cyfrowy Tektronix TBS 1052B-EDU Multimetr cyfrowy Sanwa PC5000a Generator napięcia stałego, model:DF1743003C kondensator 68,5nF, wartość zmierzona: 68,53 nF

• •

rezystor R1 = 100k Ω, wartość zmierzona : 99,36 k Ω rezystor R= 9,1k Ω wartość zmierzona: 8,998 k Ω

•

rezystor Rd= 9,1 k Ω , wartość zmierzona:9,076 k Ω

6. Pomiary przy pobudzeniu falą prostokątną Układ zasilono napięciem 12 V oraz z generatora podano sygnał piłokształtny o amplitudzie 2V. Następnie odczytano jego wartość międzyszczytową.

Rys5. Pobudzenie układem sygnałem prostokątnym o amplitudzie 2V. Tabela1. Pomiary napięc przy pobudzeniu sygnałem piłokształtnym Częstotliwość

UAmpl

Uwyj

Wzmocnienie K

Okres T

Uwyobliczone

[Hz]

[V]

[V]

[dB]

[ms]

[V]

6000 5000 4000 3000 2500 2000 1800 1600 1400 1200 1000 900 700 500 250 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20

0,184 0,2 0,168 0,248 0,288 0,335 0,48 0,44 0,62 0,68 0,76 0,84 1,02 3,38 2,72 3,44 3,76 4,24 4,88 5,68 6,8 8,56 11,2 14,6 17,8

0,092 0,1 0,084 0,124 0,144 0,1675 0,24 0,22 0,31 0,34 0,38 0,42 0,51 0,8 1,36 1,72 1,88 2,12 2,44 2,84 3,4 4,28 5,6 7,3 8,9

-20,83 -20,1 -21,62 -18,24 -16,94 -15,62 -12,5 -13,26 -10,28 -9,47 -8,51 -7,64 -5,95 -2,04 2,57 4,61 5,38 6,42 7,64 8,96 10,53 12,53 14,86 17,16 18,88

0,17 0,2 0,25 0,33 0,4 0,5 0,56 0,63 0,71 0,83 1 1,11 1,43 2 4 5 5,56 6,25 7,14 8,33 10 12,5 16,67 25 50

0,07 0,08 0,1 0,13 0,16 0,2 0,22 0,25 0,29 0,33 0,4 0,45 0,57 0,8 1,6 2,01 2,23 2,51 2,86 3,34 4,01 5,01 6,68 10,03 20,05

Zależność Uwy=f(1/T) 20 18

Napięcie wyjściowe Uwyj[V]

Charakterystyka zmierzona 16

Charakterystyka teoretyczna

14 12 10 8

6 4 2 0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Okres T[ms]

Rys6. Charakterystyka Uwyj=f(1/T) Na podstawie symulacji i obliczeń wykreślono charakterystykę amplitudową i fazową na podstawie obliczeń

Rys7. Charakterystyka amplitudowa i fazowa układu całkującego

50

7. Pomiary przy pobudzeniu sinusoidalnym

Rys8. Pobudzenie układem sygnałem sinusoidalnym.

Tabela2. Pomiary napięc przy pobudzeniu sygnałem sinusoidalnym. Częstotliwość

Uwej

Uwyj

Wzmocnienie K

Φ

[Hz]

[mV]

[V]

[dB]

[°]

10 20 50 100 200 500 1000 2k 10k 20k 50k 100k 200k 500k 1M

361 350 361 362 364 364 373 383 393 470 466 1,43V 1,48V 1,45V 1,39V

6,52 5,9 3,13 1,69 807m 320m 194m 67,9m 38,9m 36,9m 27,44m 27,7m 17,98m 17,19m 24m

25,32 24,45 18,93 13,6 7,16 -0,99 -5,22 -14,33 -19,33 -21,89 -24,48 -34,07 -37,83 -38,21 -35,15

163,1 147,6 120,9 109,44 83,52 91,8 84,02 102,2 90 82,8 83,3 83,5 102,2 50,8 64

Rys9. Charakterystyka amplitudowa i fazowa układu całkującego

8.Wnioski

Uzyskane doświadczalnie wyniki są bardzo zbliżone do wyników zasymulowanych w programie LtSpice oraz NI Multisim 14. Wszelkie niedokładności względem siebie mogły wyniknąć z następujących powodów: •

Elementy użyte podczas laboratorium różniły się nieznacznie od założeń projektowych.

Wartości projektowe:

Wartości użyte do ćwiczenia:

Rd=100kΩ,

Rd=99,36kΩ,

R1=9,1kΩ,

R1=8,998kΩ,

R=9,1kΩ.

R=9,076kΩ.

C=68,5nF

C=68,53nF

•

Dla częstotliwości powyżej 200kHz zauważono że układ staje się niestabilny ponieważ, że dla

częstotliwości wyższych, sygnał wyjściowy zaczynał się zniekształcać. Z każdym kolejnym zwiększeniem częstotliwości kształt ten znacząco odbiegał od założonego w projekcie sygnału prostokątnego. Porównując do siebie charakterystyki amplitudowe, uzyskane doświadczalnie oraz projektowe, widać, że są do siebie zbliżone, co świadczy o poprawności i dokładności wykonanego ćwiczenia. Dla częstotliwości f=200Hz w symulacji uzyskaliśmy wzmocnienie 6dB natomiast podczas badania układu na laboratorium wartość ta wyniosła około 4,7dB dla częstotliwości 175Hz, wartości te zatem różnia się od siebie o 26Hz ,może to świadczyć o tym, że mógł zostać popełniony błąd w obliczeniach projektowych . Na wartość tą mógł wpłynąć również fakt , że wartości projektowe różniły się od tych projektowych. Dla pobudzenia sinusoidalnego charakterystyki fazowe i amplitudowe nieznacznie odbiegają od tych z symulacji, jednak dla częstotliwości wyższych niż 500kHz coraz trudniej badać przesunięcie fazowe ze względu na coraz większe zniekształcenie sygnału co wpływa na błędy pomiar przesunięcia fazowego. Na podstawie wyników możemy stwierdzić, że typy układ całkujący posiada wady takie jak:

•

Skłonność do oscylacji dla większych częstotliwości

•

Gwałtowny spadek wzmocnienia dla częstoliwości od 1Mhz

Porównując charakterystykę teoretyczną i zmierzoną Uwy=f(1/T) , zauważamy że przebieg zmierzony traci linowość po okresie równym 25ms co odpowiada częstotliwości 40Hz , zatem rzeczywista charakterystyka

nie będzie liniowa dla bardzo małych częstotliwości (1Hz-50Hz)...