| 0,0 → 1,99 |
|---|
| \documentclass[12pt,a4paper,oneside]{article} |
| \usepackage[colorlinks=true]{hyperref} |
| \usepackage[utf8]{inputenc} |
| \usepackage[czech]{babel} |
| \usepackage{graphicx} |
| \textwidth 16cm \textheight 24.6cm |
| \topmargin -1.3cm |
| \oddsidemargin 0cm |
| \pagestyle{empty} |
| \begin{document} |
| \title{Kladná zpětná vazba |
| (astabilní multivibrátor)} |
| \author{Jakub Kákona, kaklik@mlab.cz} |
| \date{1.3.2011} |
| \maketitle |
| \thispagestyle{empty} |
| \begin{abstract} |
| \end{abstract} |
| |
| \section{Úvod} |
| \begin{enumerate} |
| \item Uvažujte zapojení dle uvedeného schématu, kde zápornou zpětnou vazbou, tvořenou odpory R1 a R2 je realizováno zesílení 100. Děličem tvořeným odpory R3, R4 je vytvořena kladná zpětná vazba, kdy se část výstupního napětí přičítá k napětí vstupnímu prostřednictvím střídavé vazby přes kondenzátor C1. (Je třeba si uvědomit jak pracuje rozdílový zesilovač.) Navrhněte dělič R3, R4 tak, aby bylo realizováno smyčkové zesílení $>$ 1 a rozkmit napětí na vstupech 2 a 3 nebyl větší než 2 V. Proveďte rozbor činnosti obvodu v režimu astabilního multivibrátoru. Popište jednotlivé stavy obvodu. |
| \item Navrhněte velikost kapacity C1 pro kmitočet opakovací frekvence kmitů obvodu 300 Hz. V protokolu dokumentujte průběhy signálů na kapacitě C1, výstupu obvodu a vstupů 2 a 3 operačního zesilovače i jejich vzájemný vztah v čase. |
| \item Na výstup multivibrátoru připojte derivační obvod s časovou konstantou 0,5 ms a proměřte osciloskopem vzájemný vztah vstupních a výstupních signálů tohoto obvodu. Měření porovnejte s teoreticky odvozenými průběhy. Při návrhu obvodu vezměte v úvahu to, že operační zesilovač lze zatížit na výstupu pouze impedancí vyšší než určitá minimální (viz katalogové údaje, asi $>$ 2k). |
| \item Totéž, co v bodě 3, proveďte pro případ připojení integračního obvodu se stejnou časovou konstantou 0,5 ms. Zapojení realizujte pomocí RC obvodů. Nezapomeňte před měřením ověřit správnou kalibraci použitých sond (kompenzovaný dělič). |
| \item V protokolu zdůvodněte případný nesoulad naměřených výsledků s teoreticky odvozenými průběhy. |
| \end{enumerate} |
| |
| \section{Postup měření} |
| |
| Podle požadavků v zadání jsme na univerzální desce zapojili multivibrátor s operačním zesilovačem. Hodnoty rezistorů vazebního děliče jsme zvolili 1k6 a 18k Ohm. Hodnoty vychází z požadavku, že odporový dělič musí dělit zhruba 13ti, neboť výstupní saturační napětí je přibližně 13V a tento dělič ve zpětné vazbě pak zaručuje, že nebude příliš velký rozkmit napětí na vstupech OZ. |
| |
| \begin{figure} |
| \label{zesilovac_inv} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=80mm]{ul61.png} |
| \end{center} |
| \caption{Zapojení astabilního multivibrátoru s OZ} |
| \end{figure} |
| |
| Protože požadovaná rezonanční frekvence multivibrátoru byla 300Hz a perioda je v tomto zapojení čtyřnásobkem časové konstanty rezonančního RC obvodu. Vychází nejbližší hodnota kondenzátoru 68nF. |
| |
| \begin{figure} |
| \label{zesilovac} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=150mm]{kapacita_invIN.png} |
| \end{center} |
| \caption{Průběh signálů na rezonanční kapacitě a invertujícím vstupu OZ} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{figure} |
| \label{zesilovac} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=150mm]{+in_-n.png} |
| \end{center} |
| \caption{Průběh signálů na neinvertujícím a invertujícím vstupu OZ} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{figure} |
| \label{zesilovac} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=150mm]{vystup_kapacita.png} |
| \end{center} |
| \caption{Průběh signálů na rezonančním kondenzátoru a na výstupu multivibrátoru} |
| \end{figure} |
| |
| K již funkčnímu multivibrátoru jsme následně připojili nejdříve derivační RC článek a po nasnímání požadovaných průběhů i článek integrační. Oba s časovou konstantou 0,5ms. Pro nasnímání signálu bylo ale nejdříve nutné zkalibrovat sondy osciloskopu. |
| |
| \begin{figure} |
| \label{zesilovac_osc} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=130mm]{2derivacni_clanek2k7.png} |
| \end{center} |
| \caption{Průběh výstupního signálu z multivibrátoru a signálu za derivačním článkem s časovou konstantou 0,5ms} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{figure} |
| \label{zesilovac_osc} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=130mm]{integracni_clanek2k7.png} |
| \end{center} |
| \caption{Závislost výstupního napětí na vstupním napětí při střídavém signálu 100Hz, invertující zapojení} |
| \end{figure} |
| |
| \section{Závěr} |
| |
| \begin{enumerate} |
| |
| \item Odhadem byly stanoveny hodnoty odporů v děliči jako $R_4$=1,6kOhm a $R_3$=18kOhm. |
| |
| \item Díky tomu, že časová konstanta RC obvodu určujícího frekvenci oscilátoru je vlastně 1/4 periody oscilátoru, tak vyšla kapacita kondenzátoru C=68nF. |
| \item Po připojení derivačního obvodu jsme pozorovali průběhy signálu předpokládané teorií. Na obrázcích je ale patrné i mírné zkreslení, které se týká hlavně výstupu s multivibrátoru. Souvisí pravděpodobně s nenulovou impedancí výstupu operačního zesilovače. |
| \item Po připojení integračního článku byly naměřeny opět téměř ideální teorií předpovídané průběhy. |
| |
| \end{enumerate} |
| |
| \begin{thebibliography}{99} |
| \end{thebibliography} |
| \end{document} |
