Zespół szkół nr 9 im. Romualda Traugutta

w Koszalinie

Instrukcja do ćwiczenia

Temat: Badanie generatorów LC

Koszalin rok szkolny 2002/2003

• Układy pomiarowe i dane elementów.

1. Generator Colpittsa.




Rys. 1. Układ pomiarowy generatora Colpittsa.

Na rys. 1 przedstawiony jest schemat ideowy układu pomiarowego generatora Colpittsa. Przełącznik P₁ służy do ustawienia wartości indukcyjności L obwodu rezonansowego. Przełącznikiem P₂ zmienia się wartość kondensatora C₁, który wchodzi w skład dzielonej pojemności C₁ i C₂ obwodu rezonansowego. Zmiana pojemności C₁ zmienia jego reaktancję i jednocześnie stosunek napięć U_S /U_WY czyli wartość tłumienia obwodu sprzężenia zwrotnego β_.

Dane elementów:

L_ab = 3,5 mH

L_ac = 12 mH

L_ad = 47 mH

L_ac = 180 mH

C₁ = 1μF; 1,5 μF; 2 μF

C₂ = 100 μF

2. Generator Hartley'a




Rys. 2. Układ pomiarowy generatora Hartley'a.

Na rys. 2 przedstawiony jest schemat ideowy układu pomiarowego generatora Hartley'a. Przełącznik P₁ służy do zmiany pojemności C wchodzącej w skład obwodu rezonansowego LC i jednocześnie zmiany częstotliwości. Cewka L, której indukcyjność jest sumą indukcyjności cewek L₁ i L₂ podzielona jest na pięć części. Wyboru odczepu cewki dokonuje się za pomocą przełącznika P₂. Wartość współczynnika sprzężenia zwrotnego wyznacza stosunek kwadratów ilości zwojów odpowiednich części cewki L_.




gdzie:

β - współczynnik sprzężenia zwrotnego

U_s - napięcie sprzężenia

U_wy - napięcie wyjściowe

Z_Us - ilość zwojów tej części cewki, na której odkłada się napięcie U_s

Z_Uwy - ilość zwojów tej części cewki, na której odkłada się napięcie U_wy

Dane elementów:

­C = 4,7 nF, 10nF, 47nF, 100nF

L₁ + L₂ = 133mH

3. Generator Meissnera.




Rys. 3. Układ pomiarowy generatora Meissnera.

Układ rezonansowy L₁C włączony jest w obwód kolektora tranzystora. Częstotliwość generatora zmienia się przez zmianę pojemności C za pomocą przełącznika P₁. Sprzężenie zwrotne realizowane jest za pomocą transformatora, w którego uzwojeniu wtórnym indukuje się napięcie sprzężenia U_s. Wartość tego napięcia zmienia się przez zmianę liczby zwojów uzwojenia L₂ za pomocą przełącznika P_2, co powoduje zmianę napięcia generowanego przez generator. Współczynnik sprzężenia zwrotnego β wyznaczony jest prze przekładnię transformatora.




gdzie:

β - współczynnik sprzężenia zwrotnego

Z_­l1 - ilość zwojów cewki L₁

Z_l2 - ilość zwojów cewki L₂

Dane elementów:

C = 10nF, 47nF, 100nF

L₁ = 104mH

• Pomiary generatorów.

Uwaga!!! Podczas wykonywania ćwiczenia obserwować przebiegi sygnału wyjściowego na ekranie oscyloskopu, aby kontrolować działanie generatora.

1. Pomiar częstotliwości sygnału wyjściowego w zależności od wartości elementów LC.

Napięcie ustawić zasilania na 15 V.

1. Generator Colpittsa.

Do wyjścia generatora włączyć miernik częstotliwości. Przełącznikiem P₂ wybrać wartość pojemności C₁ = 1μF. Zmierzyć częstotliwość sygnału wyjściowego dla wszystkich wartości indukcyjności L. Wyniki zanotować w tabeli i porównać je z częstotliwościami obliczonymi ze wzoru.




C₁ = 1 μF C₂ = 100nF

L	[mH]	3,5	12	47	180
f	[kHz]
fobl.	[kHz]


Sporządzić wykres częstotliwości w funkcji indukcyjności L.

2. Generator Hartleya'a.

Do wyjścia generatora włączyć miernik częstotliwości. Przełącznikiem P₂ wybrać podział indukcyjności w pozycji C. Zmierzyć częstotliwość sygnału wyjściowego dla wszystkich wartości pojemności C. Wyniki zanotować w tabeli i porównać je z częstotliwościami obliczonymi ze wzoru.




L₁ + L₂ = 133mH

C	[nF]	10	47	100
f	[kHz]
fobl.	[kHz]


Sporządzić wykres częstotliwości w funkcji pojemności C.

3. Generator Meissnera.

Do wyjścia generatora włączyć miernik częstotliwości. Przełącznikiem P₂ wybrać pozycję B. Zmierzyć częstotliwość sygnału wyjściowego dla wszystkich wartości pojemności C. Wyniki zanotować w tabeli i porównać je z częstotliwościami obliczonymi ze wzoru.




L₁ = 104 mH

C	[nF]	3,5	12	47	180
f	[kHz]
fobl.	[kHz]


Sporządzić wykres częstotliwości w funkcji indukcyjności L.

2. Pomiar częstotliwości i napięcia wyjściowego w zależności od napięcie zasilającego U_zas: f = f(U_zas), U_wy = f(U_zas) .

W tym punkcie należy mierzyć częstotliwość i napięcie wyjściowe generatorów przy zmianie napięcia zasilającego od 9 do 15 V.

Przełączniki elementów zmieniających częstotliwość ustawić w pozycjach:

Generator Colpittsa - P₁ - pozycja D P­₂ - pozycja 1 μF

Generator Hartley'a - P­₁ - pozycja 10 nF P­₂ - pozycja C

Generator Meissnera - P₁ - pozycja 47 nF P­₂ - pozycja C

Wyniki zanotować w tabeli i sporządzić wykresy. Charakterystyki f = f (U_zas) oraz U_wy = f (U_zas) odnoszące się do jednego generatora umieść w tym samym układzie współrzędnych.

Generator Colpittsa

Uzas	[V]	9	10	11	12	13	14	15
f	[kHz]
Uwy	[V]

Generator Hartley'a

Uzas	[V]	9	10	11	12	13	14	15
f	[kHz]
Uwy	[V]


Generator Meissnera

Uzas	[V]	9	10	11	12	13	14	15
f	[kHz]
Uwy	[V]

3. Sprawdzanie warunku amplitudy i regulacji napięcia sygnału wyjściowego.

W tym punkcie należy sprawdzić czy jest spełniony warunek amplitudy dla różnych wartości częstotliwości sygnału wyjściowego.

Warunek amplitudy:

K_Uβ = 1

Wzmocnienie wzmacniacza

K_U =


Współczynnik sprzężenia zwrotnego:

• Generator Colpittsa
  β =
  

• Generator Hatyley'a
  β =
  

• Generator Meissnera
  β =
  

Dla różnych wartości napięcia wyjściowego zmierzyć wartości napięcia U_s i napięcia U_wy. Obliczyć wzmocnienie wzmacniacza wg. powyższego wzoru. Obliczyć współczynnik sprzężenia zwrotnego β i sprawdzić czy iloczyn β K_u jest równy 1.

Wyniki pomiarów i obliczenia przestawić w tabelce.

Generator Colpittsa.

Pozycja przełącznika P2		1	2	3	4
Częstotliwość	[kHz]
Uwy	[V]
Us	[mV]
Ku
β
	Ku β

Generator Hartley'a.

Pozycja przełącznika P2		1	2	3	4
Częstotliwość	[kHz]
Uwy	[V]
Us	[mV]
Ku
β
	Ku β

Generator Meissnera.

Pozycja przełącznika P2		1	2	3	4
Częstotliwość	[kHz]
Uwy	[V]
Us	[mV]
Ku
β
	Ku β

W sprawozdaniu porównać parametry poszczególnych generatorów, przeanalizować spełnienie warunków amplitudy i fazy oraz zależności między wartościami elementów LC a częstotliwościami generowanych sygnałow.

10

Badanie generatorów LC.

9

Instrukcja do ćwiczenia.

f [kHz]

L [mH]

f [kHz]

C [nF]

f [kHz]

L [mH]

f [kHz]

U_wy[V]

U_zas [V]

---