LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH	SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 10
WYKONUJĄCY: PIOTR KOSTRZEWA ADAM MALCHAREK	TEMAT ĆWICZENIA: Generatory VCO
ROK: IV WYDZ.: ELEKTRONIKA	Środa. 17^05-19^20 OCENA:

1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie z zasadami działania, budową i parametrami generatorów VCO.

UWAGA: Oznaczenia liczbowy na wykresach oznaczają wartości parametrów dla których powstał wykres, natomiast litera `t' oznacza charakterystyka teoretyczną.

2. Pomiary generatora RC VCO

1. Pomiary napięć progowych komparatora okienkowego.

Przeprowadzone pomiary.

R_P =990 Ω

U1 [V]	U2 [V]
2,08 2,08 2,10	3,97 4,01 4,08

Wartości napięć progowych zostały wyznaczone jako średnia arytmetyczna pomiarów

U₁ = 2,09V , U₂ = 4,02V

2. Pomiar charakterystyki źródła prądowego mi

Wykorzystane wzory:

I_S = U_wy/R_P

I_{S teor} = U_S/R_E

Wartości aproksymowane Ia = a*Us +b

Błąd nieliniowości δI_n = Abs(Ia-Is)*100%/Is

RE [k]	a	B
0,51	1.94	0,005
1	0,98	0,017
2	0,5	0,011

RE [k]	Uwy [V]	Us [V]	Is [mA]	Is teor [mA]	Ia [mA]	δIn[%]
0,51	1,17	0,60	1,18	1,18	1,17	0,93
	1,66	0,87	1,68	1,71	1,69	0,76
	2,06	1,07	2,08	2,10	2,08	0,04
	2,87	1,50	2,90	2,94	2,92	0,52
	3,81	1,98	3,85	3,88	3,85	0,10
	4,42	2,30	4,46	4,51	4,47	0,16
	4,88	2,54	4,93	4,98	4,93	0,05
1,00	0,60	0,60	0,61	0,60	0,61	0,89
	1,28	1,31	1,29	1,31	1,30	0,68
	2,50	2,57	2,53	2,57	2,54	1,34
	3,35	3,44	3,38	3,44	3,39	1,52
	4,37	4,49	4,41	4,49	4,42	1,64
	5,00	5,15	5,05	5,15	5,06	1,69
2,00	0,31	0,60	0,31	0,30	0,31	3,54
	0,64	1,28	0,65	0,64	0,65	1,69
	0,80	1,61	0,81	0,81	0,82	0,74
	1,03	2,09	1,04	1,05	1,06	0,57
	1,53	3,11	1,55	1,56	1,57	0,38
	1,86	3,77	1,88	1,89	1,90	0,32
	2,21	4,50	2,23	2,25	2,26	0,49
	2,53	5,15	2,56	2,58	2,59	0,23
	3,03	6,15	3,06	3,08	3,09	0,19
	3,53	7,18	3,57	3,59	3,60	0,31

3. Wykres 1. Zależność I_s = ƒ(U_S)

4. Pomiar charakterystyk przestrajania generatora f = ƒ(U_S).

1. Pomiary przy stałej wartości pojemności C = 15nF.

RE [k]	Us [V]	f [kHz]	f teor [kHz]	fa[kHz]	δfn[%]
0,51	0,61	24,15	20,66	37,43	54,99
	1,19	43,99	40,30	50,77	15,41
	1,63	57,62	55,20	60,89	5,68
	2,58	85,10	87,37	82,74	2,77
	3,43	108,17	116,16	102,29	5,44
	4,35	132,20	147,31	123,45	6,62
	5,57	163,41	188,63	151,51	7,28
	7,34	206,83	248,57	192,22	7,06
	9,21	238,80	311,90	235,23	1,49
	10,59	244,03	358,63	266,97	9,40
1,00	0,61	13,00	10,54	22,55	73,44
	1,45	28,66	25,04	33,22	15,89
	2,41	45,06	41,62	45,41	0,77
	3,42	60,96	59,07	58,23	4,47
	4,07	70,69	70,29	66,49	5,94
	5,22	86,88	90,16	81,09	6,66
	6,30	101,39	108,81	94,81	6,49
	7,30	114,80	126,08	107,51	6,35
	8,21	124,49	141,80	119,07	4,36
	9,68	134,34	167,18	137,74	2,53
	10,61	135,61	183,25	149,55	10,28
2,00	0,61	6,78	5,27	12,43	83,35
	1,72	17,83	14,85	20,31	13,92
	2,92	29,11	25,22	28,83	0,95
	4,33	41,41	37,39	38,84	6,20
	5,45	50,64	47,06	46,80	7,59
	6,70	60,43	57,86	55,67	7,88
	7,72	67,74	66,67	62,91	7,13
	8,65	71,36	74,70	69,52	2,59
	9,75	73,90	84,20	77,33	4,63
	10,62	74,53	91,71	83,50	12,04

Wykorzystane wzory:

f_teor = U_S/(2*(U₂-U₁)*C*R_E)

gdzie U₂ i U₁ są wartościami zmierzonymi w punkcie 2.1

Wartości aproksymowane fa = a*Us +b

Błąd nieliniowości δf_n = Abs(fa-f)*100%/f

RE [k]	a	b
0,51	23	23,4
1	12,7	14,8
2	7,1	8,1

Wykres2. Zależność f = ƒ(U_S) dla C = constans.

2. Pomiary przy stałej wartości rezystancji R_E = 1k

Wykorzystane wzory:

f_teor = U_S/(2*(U₂-U₁)*C*R_E)

gdzie U₂ i U₁ są wartościami zmierzonymi w punkcie 2.1

Wartości aproksymowane fa = a*Us +b

Błąd nieliniowości δf_n = Abs(fa-f)*100%/f

RE [k]	a	b
0,51	16,9	22,5
1	12,7	14,8
2	2,5	1,4

C [nF]	Us [V]	f [kHz]	fteor [kHz]	fa[kHz]	δfn[%]
8,20	0,61	19,09	19,27	32,81	71,86
	1,70	47,62	53,71	51,23	7,58
	3,01	77,22	95,10	73,37	4,99
	4,40	104,72	139,01	96,86	7,51
	5,65	127,25	178,50	117,99	7,28
	6,77	146,34	213,89	136,91	6,44
	8,70	173,25	274,86	169,53	2,15
	10,58	183,60	334,26	201,30	9,64
15,00	0,61	13,00	10,54	22,55	73,44
	1,45	28,66	25,04	33,22	15,89
	2,41	45,06	41,62	45,41	0,77
	3,42	60,96	59,07	58,23	4,47
	4,07	70,69	70,29	66,49	5,94
	5,22	86,88	90,16	81,09	6,66
	6,30	101,39	108,81	94,81	6,49
	7,30	114,80	126,08	107,51	6,35
	8,21	124,49	141,80	119,07	4,36
	9,68	134,34	167,18	137,74	2,53
	10,61	135,61	183,25	149,55	10,28
100,00	0,61	1,86	1,58	2,93	57,26
	1,38	4,16	3,58	4,85	16,59
	3,57	10,54	9,25	10,33	2,04
	5,23	15,27	13,55	14,48	5,21
	6,25	18,16	16,19	17,03	6,25
	7,29	21,15	18,89	19,63	7,21
	8,63	23,84	22,36	22,98	3,63
	9,76	25,39	25,28	25,80	1,61
	10,61	25,74	27,49	27,93	8,49

Wykres3. Zależność f = ƒ(U_S) dla R_E = constans.

Pomiar przy braku kondensatora w gnieździe makiety

Us[V]	f[kHz]
0,61	657
1,43	880
3,84	985
4,86	996
5,77	1000
7,04	1005
8,24	1008
9,42	1015
10,71	1025

Wykres4. Zależność f = ƒ(U_S) dla C=0

2.5. Pomiar wpływu napięcia zasilania na częstotliwość f = ƒ(U_CC)

f 1		f 2		f 3
Ucc [V]	f [kHz]	Ucc [V]	f [kHz]	Ucc [V]	f [kHz]
4,4	29,6	4,5	34,0	4,5	42,0
5,4	40,3	5,6	62,9	5,6	59,3
6,6	41,7	7,3	68,9	6,9	61,4
7,8	41,8	8,3	70,7	8,4	61,2
8,8	41,7	9,3	71,9	9,7	60,9
10,0	41,5	10,4	72,9	11,4	60,6
11,0	41,2	11,6	73,7	13,0	60,3
12,0	41,1	12,9	74,3	14,0	60,1
13,1	40,9	14,1	74,9	15,0	60,0
14,8	40,6	14,8	75,4	-	-

Wykres 5. Zależność częstotliwości od napięcia zasilania

3. Pomiary generatora LC VCO

Wartości aproksymowane fa = a*Us + b

Uwya = c*Us + d

Błąd nieliniowości δf_n = Abs(fa-f)*100%/f

δU_n = Abs(Uwy-Uwya)*100%/Uwy

a	0,03
b	3,8
c	0,0027
d	0,2

Ucc [V]	Uwy [V]	f [MHz]	fa[MHz]	fn[%]	Uwya[V]	δUn[%]
33,30	0,27	4,58	4,80	4,78	0,29	7,37
30,40	0,27	4,55	4,71	3,56	0,28	4,47
26,00	0,26	4,49	4,58	2,00	0,27	3,92
20,30	0,25	4,40	4,41	0,20	0,25	1,92
14,00	0,24	4,28	4,22	1,40	0,24	0,92
9,70	0,23	4,15	4,09	1,42	0,23	1,66
3,60	0,20	3,88	3,91	0,72	0,21	4,86
0,80	0,17	3,60	3,82	6,22	0,20	18,92

Wykres 6. Zależność napięcia wyjściowego od napięcia Us

Wykres 7. Zależność częstotliwości od napięcia Us

4. Badanie generatora funkcyjnego XR2206

Wartości aproksymowane fa = a*Us + b

Błąd nieliniowości δf_n = Abs(fa-f)*100%/f

a=7,2 b=60,6

Us [mV]	f [Hz]	fa[kHz]	δfn[%]
0,00	93,10	60,60	34,91
14,60	114,20	165,72	45,11
17,80	138,60	188,76	36,19
27,00	206,80	255,00	23,31
40,60	307,80	352,92	14,66
59,90	450,80	491,88	9,11
224,60	1673,10	1677,72	0,28
385,20	2858,00	2834,04	0,84

Wykres 8. Zależność częstotliwości od napięcia Us

5. Wnioski

W punkcie 2.2 zmierzona została charakterystyka źródła prądowego I_s=ƒ(U_S). Z wykreślonych na podstawie pomiarów charakterystyk widać że zależność prądu Is zależy w zmierzonym zakresie od napięcia Us w sposób liniowy. Potwierdza to wykonana aproksymacja wyników pomiarów. Pokazuje ona, że maksymalny błąd nieliniowości nie przekracza 1% (z wyjątkiem kilku punktów, których wynik błędu nieliniowości przekracza 1% ; można uznać że spowodowane to jest błędami pomiarowymi).

W kolejnym punkcie mierzona była charakterystyka przestrajania generatora f=ƒ(U_S). W pierwszej kolejności mierzone były charakterystyki z parametrem rezystancyjnym, a następnie z parametrem pojemnościowym. Ze zmianą rezystancji zmianie nie ulega zmianie liniowość charakterystyki, a jedynie częstotliwość generowanych drgań. Przy pomiarach z rosnącą wartością pojemności widać że częstotliwość generowanych drgań maleje natomiast wzrasta ich liniowy zakres narostu. Wynika stąd wniosek, że jeśli chcemy uzyskać układ generujący sygnały o charakteryzujący się szerokim zakresem liniowego przestrajania należy zastosować duże wartości rezystancji R, a pojemność C pozwoli na ustalenie odpowiedniej częstotliwości środkowej ( oczywiście w pewnych granicach ). Jeśli natomiast interesuje nas układ generujący większe częstotliwości a nie zależy nam na szerokości przestrajania wówczas użyte elementy powinny mieć małe wartości. Przy braku kondensatora w gnieździe

Częstotliwość generowanych drgań rośnie do ok. 1 MHz (teoretycznie powinna dążyć do nieskończoności)

Analizując wyniki przeprowadzonych pomiarów generatora LC zauważamy, że częstotliwość generacji jak i wartość napięcia wyjściowego tegoż generatora jest nieliniową funkcją napięcia sterującego. Główną przyczyną tego zjawiska jest nieliniowa zależność pojemności od napięcia zastosowanej diody pojemnościowej. Układ LC VCO w porównaniu z układem RC VCO charakteryzuje się wyższymi wartościami generowanych częstotliwości.

Kształt generowanego sygnału jest przedstawiony na załączniku 1. W czasie prowadzenia pomiarów napięcia wyjściowego nie dawało się zauważyć zmian kształtu generowanego sygnału.

Z przeprowadzonych pomiarów napięcia wyjściowego generatora funkcyjnego nie można określić w jednoznaczny sposób zakresu przestrajania z powodu zbyt malej liczby przeprowadzonych pomiarów. Na załączniku 1 pokazane są kształty generowanych sygnałów dla dwóch skrajnych wartości częstotliwości. Dla największej częstotliwości na kształt wpływa stała czasowa układu. Układ ma za dużą stałą czasową, większą lub porównywalną z półokresem sygnału, przez co napięcie wyjściowe nie zdąży się ustalić. Dla najmniejszej częstotliwości sygnał ma kształt prostokątny. Nie ma zniekształceń kształtu, ponieważ stała czasowa układu jest znacznie mniejsza od okresu generowanego sygnału

1

4

---