To tylko jedna z 10 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Badanie warunków wzbudzenia drgań w generatorach z zewnętrzną pętlą sprzężenia zwrotnego Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest przebadanie fazowego i amplitudowego warunku wzbudzenia drgań na przykładzie generatora z mostkiem Wiena.
1. Generatory to układy wytwarzające przebiegi elektryczne o określonym kształcie. Są przetwornicami energii elektrycznej. Czerpią energię ze źródła napięcia(prądu) zmiennego. Przetwarzanie odbywa się z pewnymi stratami, czyli moc prądu zmiennego jest mniejsza od mocy pobieranej ze źródła prądu stałego.
Generator stanowi układ lamp elektronowych lub tranzystorów z odpowiednim układem dodatniego sprzężenia zwrotnego, wytwarzającym energię przez przemianę energii różnego rodzaju.
Sprzężenie zwrotne polega na przekazywaniu części sygnału wejściowego, zwanej sygnałem zwrotnym, z wyjścia na wejście układu, gdzie sumuje się on z sygnałem wejściowym.
Jeżeli w wyniku sprzężenia zwrotnego wzmocnienie układu ulega zmniejszeniu, tzw. sygnał zwrotny zmniejsza efektywny sygnał wejściowy, to sprzężenie zwrotne nazywamy sprzężeniem u jemnym , w przeciwnym wypadku nazywamy sprzężeniem dodatnim . Każdy układ ze sprzężeniem zwrotnym zawiera zamkniętą drogę sygnału z wejścia na wyjście zwaną pętlą sprzężenia zwrotnego .
Sprzężenie zwrotne dodatnie znalazło zastosowanie w generatorach, tzn. drgania układu generacyjnego mogą być wzbudzone m.in. właśnie przez wykorzystanie tego sprzężenia. Generator ze sprzężeniem zwrotnym składa się ze wzmacniacza o wzmocnieniu napięciowym k u oraz czwórnika sprzężenia zwrotnego o współczynniku przenoszenia(transmitancji) β. Wyrażenie 1-k u β, gdzie k u - wzmocnienie ukł. w kierunku od wejścia do wyjścia, jest liczbą zespoloną. Jej moduł może być:
, to sprzężenie zwrotne jest ujemne.
, to sprzężenie zwrotne jest dodatnie.
W przypadku generatorów z dodatnim sprzężeniem zwrotnym punktem wyjścia do obliczeń jest spełnienie warunku wzbudzenia: będący warunkiem zespolonym, to warunkami dostatecznymi wzbudzania układu są:
- warunek amplitudy : , gdzie Re - część rzeczywista
Jest to warunek który pozwala na obliczenie, jak duży powinien być współcz. wzmocnienia członu wzmacniającego, aby pokonać straty całej pętli sprzężenia zwrotnego (tzn. Układ może wytwarzać drgania, gdy wzmacniacz kompensuje działania tłumiące czwórnika sprzężenia zwrotnego.
- warunek fazy : , gdzie Im - część urojona.
Jest to warunek, który wskazuje, że drgania mogą wystąpić, gdy suma przesunięć fazowych wnoszonych przez wzmacniacz i czwórnik sprzężenia zwrotnego wynosi zero lub wielokrotność 360°(2π).
(…)
… fazowych wnoszonych przez wzmacniacz i czwórnik sprzężenia zwrotnego wynosi zero lub wielokrotność 360°(2π).
Schemat zastępczy układu wzmacniacza z blokiem sprzężenia zwrotnego.
2. W zakresie częstotliwości akustycznych najczęściej stosuje się generatory z mostkiem Wiena, ze względu na dobrą stałość częstotliwości i małe zniekształcenia liniowe.
Mostek Wiena składa się z dwóch gałęzi, jedna z nich zawiera…
… dla częstotliwości rezonansowej określonej wzorem
Dla tej częstotliwości współczynnik sprzężenia zwrotnego wynosi:
Najczęściej stosuje się obwody symetryczne, gdzie R1=R2=R oraz C1=C2=C, wówczas:
oraz Charakterystyka amplitudowo - fazowa Charakterystyka amplitudowa 3. Wzmacniacz operacyjny to jeden z najważniejszych elementów analogowych maszyn liczących. Jest to prosty wzmacniacz o dużym wzmocnieniu, w którym wykorzystuje się sprzężenie zwrotne do regulacji kształtu przebiegu wyjściowego. Wzmacniacze operacyjne są najbardziej rozpowszechnionymi analogowymi układami elektronicznymi. Stosowane są w rozmaitych układach, urządzeniach czy systemach elektronicznych, zapewniając masową produkcję, niską cenę i doskonałe parametry użytkowe.
Jeżeli do badania wzmacniacza operacyjnego użyje się sygnału sinusoidalnego…
… są częstotliwościami granicznymi:
dolną, która ma postać fn=ωn/2π oraz
górną, która ma postać fw=ωw/2π.
Napięcie wejściowe przesunięte jest w fazie o kąt ϕ w stosunku do napięcia sygnału, dlatego wzmocnienie można wyrazić wzorem:
przy czym kąt ϕ jest również funkcją częstotliwości.
ϕ=f2(ω)
Zależność kąta od częstotliwości to charakterystyka fazowa wzmacniacza.
Charakterystyka fazowa
Obie charakterystyki…
… wartość Uy. Na podstawie równania wcześniej podanego można napisać, że:
U0=U2sin(Q1-Q2) ,Um=U2 Łącząc obie równości otrzymujemy
sin(Q1-Q2)=U0/Um OPRACOWANIE WYNIKÓW
W generatorach dragań sinusoidalnych działających z mostkiem Wiena dla pewnej, wyróżnionej częstotliwości występuje minimum modułu transmitancji i ostre przejście charakterystyki fazowej przez zero. Szybka zmiana fazy w pobliżu f0 umożliwia…
… generację w układzie ze wzmacniaczem o zerowym (lub 2πn) przesunięciu fazy. Dodatnie sprzężenie zwrotne występuje właśnie w pobliżu tej częstotliwości.
W układach z mostkiem Wiena dla stabilizacji amplitudy często stosuje się w gałęzi rezystancyjnej zamiast rezystorów elementy o nieliniowej zależności rezystancji od amplitudy napięcia. Do elementów takich należą żarówki bądź termistory. W naszym układzie…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)