Měření na RC oscilátorech

1. Název úlohy: Měření na RC oscilátorech

2. Úkol měření:

1. Změřte a graficky znázorněte závislost napěťového přenosu Wienova článku a přemostěného T článku na kmitočtu. V obou případech měřte v rozsahu kmitočtů od 0,1f0 do 10f0 (f0 je střední kmitočet článku, určete jej před měřením výpočtem).

2. Změřte střední kmitočet obou článků, přičemž využijte skutečnost, že při středním kmitočtu je nulový fázový posuv mezi výstupním a vstupním napětím. Dále změřte fázový posuv při poklesu napětí (Wienův článek) a vzrůstu napětí (T článek) o 3 dB oproti napětí při f0.

3. Ověřte činnost oscilátorů s oběma články, přičemž:

   1. sledujte průběh výstupního napětí na osciloskopu, zjistěte, zda nedochází k jeho zkreslení (omezení), příp. kolísání amplitudy (pokud ano, pokuste se tyto nežádoucí jevy odstranit),

   2. změřte kmitočet výstupního signálu, porovnejte jej se středním kmitočtem článku zjištěném v bodě 2,

   3. navrhněte a vyzkoušejte možnost změny kmitočtu oscilátoru.

3. Měřicí metoda:

Wienův článek (pásmová propust):

Výpočet přenosu AU (předpokládejme, že R1 = R2 a C1 = C2):

Stanovení střední frekvence f0 (přenos je pouze reálný a maximální => imaginární složka = 0):

=>

Úprava výpočtu přenosu AU:

Konečný výsledek vztahu pro výpočet přenosu funkce AU:

Přenos při střední frekvenci tedy bude:

Přenosová charakteristika Wienova článku:

Fázová charakteristika Wienova článku:

Zapojení oscilátoru s Wienovým článkem:

Děličem R3, R4 je zavedena záporná zpětná vazba, která nastavuje správné zesílení operačního zesilovače. Na místě R4 zapojená žárovička stabilizuje amplitudu výstupního napětí U2.

Přemostěný T článek (pásmová zádrž):

Vztah pro výpočet střední frekvence f0:

Napěťový přenos při f0:

Vztah pro výpočet přenosu:

=>

Přenosová charakteristika T článku:

Fázová charakteristika T článku:

Zapojení oscilátoru s přemostěným T článkem:

Měření fázového posunu φ metodou elipsy:

Získání frekvence ze stínítka osciloskopu (režim Y-t):

Lze odečíst periodu T a pak vypočítat frekvenci:

Odečítání veličin z grafu:

Následné určení šířky pásma při poklesu o 3 dB:

B = fH – fD

Pro zjištění fázového posunu při poklesu o 3 dB je do grafu fázové charakteristiky nutno vyznačit fD a fH:

Schéma zapojení:

K bodům 1 a 2:

K bodu 3:

Postup měření:

K bodům 1 a 2:

1. Po zapojení obvodu podle příslušného schématu nastavíme na generátoru G předpokládanou střední frekvenci f0.

2. Pomocí milivoltmetrů mV1 a mV2 odečítáme vstupní a výstupní napětí U1 a U2 ověříme platnost vztahu pro AU při středním kmitočtu a zároveň sledujeme stínítko osciloskopu OSC (režim X-Y) a generátorem G dolaďujeme frekvenci tak, aby se z elipsy stala přímka.

3. Odečteme tedy naměřenou f0.

4. Nyní generátorem G nastavujeme vhodné frekvence od 0,1f0 do 10f0.

5. Ze stínítka osciloskopu odečítáme dílky a a b nutné k výpočtu fázového posunu ϕ.

6. Z milivoltmetru mV2 odečítáme výstupní napětí U2.