ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ 67 00 ΞΑΝΘΗ Καθηγητής Ι. Λυγούρας Κιμμέρια, Ξάνθη, Γραφείο.0 Τηλ.: (540) 79578 Fax: (540) 79570 Ηλεκ. Ταχυδ.: ilygour@ee.duth.gr DEMOCRITUS UNIVERSITY OF THRACE SCHOOL OF ENGINEERING DEPARTMENT OF ELECTRICAL AND COMPUTER ENGINEERING DIVISION OF ELECTRONICS AND INFORMATION SYSTEMS TECHNOLOGY ELECTRONICS LABORATORY 67 00 XANTHI, GREECE Professor J. Lygouras Kimmeria Campus, Xanthi, Office:.0 TEL.: 0.540.79578 FAX: 0.540 79570 Email: ilygour@ee.duth.gr ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι.Ν. ΛΥΓΟΥΡΑ Καθηγητή ΔΠΘ ΞΑΝΘΗ 06

ΜΕΡΟΣ Α: ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΩΝ ΤΕΛΕΣΤΙΚΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ (Τ.Ε.). ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο Τελεστικός Ενισχυτής (Τ.Ε.) (Operational Amplifier) είναι ένα ενεργό ηλεκτρονικό κύκλωμα (ή στοιχείο κυκλώματος) που διακρίνεται για τα εξής χαρακτηριστικά του: Απ ευθείας ζεύξη των εισόδων του σε εξωτερικά σήματα (DC ξεύξη), Πολύ υψηλό κέρδος απ ευθείας κλάδου (forward gain) Α (= λόγος τάσης εξόδου/τάση εισόδου), Μεγάλο γινόμενο κέρδουςεύρους ζώνης συχνοτήτων (High GainBandwidth product), Πολύ μεγάλη αντίσταση εισόδου. Πολύ μικρή αντίσταση εξόδου. Η τάση εξόδου, ως γνωστόν από τη θεωρία, δίνεται από τη σχέση V o = Α(V V ), όπου V και V οι δύο τάσεις εισόδου, εξ ου και η ονομασία διαφορικός ενισχυτής. Το σχηματικό διάγραμμα του Τ.Ε. και το ισοδύναμό του κύκλωμα δείχνονται στο επόμενο Σχ.. Vcc V () V V A VEE V0 = A(V V) V () V0 = A(V V) (α) (β) Σχήμα. Σχηματικός συμβολισμός του Τ.Ε (α) και ισοδύναμο κύκλωμα (β).. ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΕΣ ΤΩΝ ΤΕΛΕΣΤΙΚΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ.. Αναστρέφουσα συνδεσμολογία Η βασική θεωρία για τη λειτουργία του Τ.Ε. αναλύεται τόσο στο σύγγραμμα του μαθήματος, όσο και σε παρεμφερή συγγράμματα από τα πολλά που είναι διαθέσιμα. Θα περιγραφούν εν συντομία παρακάτω οι βασικές συνδεσμολογίες του Τ.Ε. για μια γρήγορη αναφορά. Ο Τ.Ε. έτσι όπως περιγράφηκε παραπάνω στο Σχ., είναι πρακτικά άχρηστος λόγω του τεράστιου κέρδους απ ευθείας κλάδου Α που έχει, εξ αιτίας του οποίου δεν μπορούμε να τον χρησιμοποιήσουμε σε πρακτικές εφαρμογές. Αν θέλουμε να τον κάνουμε εύχρηστο στην πράξη, θα πρέπει να του προσθέσουμε κάποιου είδους ανάδραση, μέσω της οποίας να μπορούμε να ελέγξουμε και να φέρουμε σε οποιαδήποτε επιθυμητή τιμή, το κέρδος του: Α = V o / V i. Η πρώτη πιθανή συνδεσμολογία του Τ.Ε. με ανάδραση, είναι η αποκαλούμενη αναστρέφουσα συνδεσμολογία του Τ.Ε που δείχνεται στο επόμενο Σχ..

vi [V] R=50kΩ Rf=500kΩ 0. 0. t vi AC Vcc v0 [V].0 A0 v0 t VEE.0 Rx=R//Rf Σχήμα. Αναστρέφουσα συνδεσμολογία τελεστικού ενισχυτή με AC σήμα εισόδου. Το κέρδος στην περίπτωση αυτή δίνεται από τη σχέση: v R o f A f = = R = α v o = α v i = v i Rf R v i () Επομένως με κατάλληλη επιλογή των δύο αντιστάσεων R f και R μπορούμε πολύ εύκολα να καθορίσουμε το κέρδος (ενίσχυση) του κυκλώματός μας σε οποιαδήποτε επιθυμητή τιμή (>, = ή και <). Η παρουσία του προσήμου () στην προηγούμενη σχέση σημαίνει ότι το κύκλωμα εισάγει μια αντιστροφή φάσης 80 0 στο σήμα εξόδου σε σχέση με το σήμα εισόδου... ΜηΑναστρέφουσα συνδεσμολογία Μία δεύτερη πιθανή συνδεσμολογία είναι αυτή που δείχνεται στο επόμενο Σχ. και αποτελεί την μηαναστρέφουσα συνδεσμολογία του Τ.Ε. vi [V] 0. 0. t AC vi v 0 s A0 Vcc v0 v0 [V].0 t VEE Zf.0 Z Σχήμα. Μηαναστρέφουσα συνδεσμολογία τελεστικού ενισχυτή. Σε αυτή, το κέρδος της διάταξης δίνεται από τη σχέση: A f = A VCL = v 0 v = (Ζ f / Ζ ) = ( (R f /R ) v o = ( (R f /R ) v i () i

Επομένως, και εδώ μπορούμε να καθορίσουμε το κέρδος της διάταξης σε οποιαδήποτε επιθυμητή τιμή (>) και χωρίς να υπάρχει αντιστροφή της φάσης όπως συμβαίνει στην προηγούμενη διάταξη του Σχ.. Στο παραπάνω Σχήμα, η κυματομορφή εξόδου καθορίστηκε για τιμές των R f =9kΩ και R =kω... Απομονωτής (Buffer) Μία ειδική περίπτωση της μηαναστρέφουσας συνδεσμολογίας (Σχ. 4) είναι όταν R (ή Ζ ) και R f (ή Ζ f ) = 0 οπότε ο Τ.Ε. μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν ένα άριστο κύκλωμα απομόνωσης (buffer), μεταξύ του σήματος της πηγής και του φορτίου, προκειμένου να αποφύγουμε ανεπιθύμητα φαινόμενα υπερφόρτωσης μιας βαθμίδας από την επόμενή της. vi [V].0.0 t AC vi v 0 s A0 Vcc v0 =vi v0 [V].0 t VEE.0 Σχήμα 4. Ακολουθητής τάσης με μηδενική αντίσταση ανάδρασης. Στον ακολουθητή τάσης, από την προηγούμενη σχέση για το κέρδος του μηαναστρέφοντα Τ.Ε. με τις παραπάνω τιμές, προκύπτει ότι η τάση εξόδου ισούται ακριβώς με την τάση εισόδου, δηλ. v o = v i ().4. Αθροιστής αναλογικών τάσεων Υπάρχουν πολλές άλλες πιθανές συνδεσμολογίες του Τ.Ε., όπως είναι ο αθροιστής αναλογικών τάσεων που δείχνεται στο επόμενο Σχ. 5, με σχέση εισόδου εξόδου την εξής: R R R v v... v R R R f f f i i in n v o = (4)

vi R i vi R i Rf vi R i i i Vcc vin Rn in i VEE v0 Rx=R//R//R//...//Rf Σχήμα 5. Κύκλωμα αθροιστή αναλογικών τάσεων. Στο σύγγραμμα του μαθήματος περιγράφονται τέλος ένα πλήθος άλλων συνδεσμολογιών του Τ.Ε. μέσω των οποίων μπορούμε να εκτελέσουμε με τη χρήση του όλες τις πιθανές μαθηματικές πράξεις μεταξύ αναλογικών τάσεων (π.χ. διαίρεση, πολλαπλασιασμό, αριθμητική ολοκλήρωση, διαφόριση, λογαρίθμηση, αντιλογαρίθμηση κ.λ.π).. ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ Τ.Ε. ΣΤΑ ΕΝΕΡΓΑ ΦΙΛΤΡΑ.. Χαμηλοπερατά φίλτρα Τα ενεργά φίλτρα, με τα οποία ασχολούμαστε σ' αυτό το σύγγραμμα, εμπεριέχουν εκτός από παθητικά στοιχεία και ενεργά, όπως transistors ή/και τελεστικούς ενισχυτές και επομένως χρειάζονται τάση τροφοδοσίας για να λειτουργήσουν (από όπου και ο χαρακτηρισμός ενεργά ). Τα ενεργά (όπως και τα παθητικά) φίλτρα χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: χαμηλοπερατά, υψηπερατά, διέλευσηςζώνης και αποκοπήςζώνης. Τα φίλτρα αποκοπής ζώνης με πολύ στενή περιοχή συχνοτήτων αποκοπής ονομάζονται και απόρριψης στενής ζώνης ή φίλτρα τύπου Notch. Σύμφωνα με την χαρακτηριστική απόκριση του κάθε φίλτρου, μπορούμε να πούμε ότι ένα χαμηλοπερατό φίλτρο επιτρέπει σε όλες τις συχνότητες κάτω από κάποιο όριο να περάσουν στην έξοδο, ενώ αποκόπτει όλες τις άλλες. Το υψιπερατό δε, κάνει ακριβώς το αντίθετο. Το φίλτρο διέλευσης ζώνης επιτρέπει σε μια περιοχή ή ζώνη συχνοτήτων να περάσει στην έξοδο ενώ αποκόπτει τις συχνότητες εκτός ζώνης. Το αποκοπής ζώνης κάνει φυσικά το αντίθετο. Η περιοχή των συχνοτήτων που το φίλτρο επιτρέπει να περάσουν ορίζουν τη ζώνη διέλευσης συχνοτήτων, ενώ οι υπόλοιπες τη ζώνη αποκοπής συχνοτήτων. Ένα από τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα ενεργά χαμηλοπερατά φίλτρα πρώτης τάξης (τάξη ενός φίλτρου είναι ο αριθμός των δικτύων RC που περιέχει) δείχνεται στο Σχ. 6(α), ενώ η απόκριση συχνότητας του φίλτρου δείχνεται στο Σχ. 6(β). Το φιλτράρισμα του σήματος επιτυγχάνεται από το δίκτυο RC, ενώ ο τελεστικός ενισχυτής χρησιμοποιείται εδώ σαν ενισχυτής μοναδιαίου κέρδους (buffer). Η αντίσταση R f είναι ίση με την R και χρησιμοποιείται για DC αντιστάθμιση των ρευμάτων εισόδου. Η διαφορική τάση μεταξύ των ακροδεκτών () και () είναι ουσιαστικά 0V. Επομένως, η τάση στον πυκνωτή C ισούται με την τάση εξόδου V o, επειδή το κύκλωμα είναι ένας ακολουθητής τάσης (buffer). Η συνάρτηση μεταφοράς του κυκλώματος από όπου προκύπτει και η σχέση τάσης εισόδουεξόδου είναι η εξής: 4

A CL = V Eo i = jωrc (5) Rf=R Vcc R 0V A0 = jωrc V E 0 i AC E i C VEE A CL Κέρδος τάσης V0 = E i 0.707 0. (α) Κλίση = 0db/δεκάδα A 0 0 CL V0 = E Κέρδος τάσης [db] i 0.0 40 0.ωc ωc 0ωc 00ωc Συχνότητα [rad/sec] (β) Σχήμα 6. Χαμηλοπερατό, ενεργό φίλτρο πρώτης τάξης (α) και η απόκριση συχνότητάς του (β). Στον δεξιό άξονα το κέρδος δίνεται σε [db] και σχετίζεται με το απόλυτο κέρδος του αριστερού άξονα με τη σχέση: [db] = 0 log [Α] = 0 log [V o / V i ]... Υψιπερατά φίλτρα Ένα υψιπερατό φίλτρο είναι ένα κύκλωμα που εξασθενεί όλα τα σήματα κάτω από μία ορισμένη συχνότητα αποκοπής ω c και περνάει όλα τα σήματα συχνότητας πάνω από αυτήν. Αν συγκρίνουμε το ενεργό υψιπερατό φίλτρο πρώτης τάξης που δείχνεται στο Σχ. 7(α) με το χαμηλοπερατό φίλτρο του Σχ. 6(α) θα παρατηρήσουμε ότι έχει εναλλαγεί η θέση των R και C. Η απόκριση συχνότητας του φίλτρου δείχνεται στο Σχ. 7(β). Η τάση εξόδου V o θα είναι εδώ ίση με την τάση πάνω στην αντίσταση R και θα εκφράζεται με τη σχέση : V o = j(/ ωrc) E i (6) 5

Rf=R Vcc E i AC C R 0V A0 VEE = j ωrc V E 0 i A CL Κέρδος τάσης V0 = E i 0.707 0. Κλίση = 0db/δεκάδα (α) A CL 0 0 V0 = E Κέρδος τάσης [db] i 0.0 40 0.0ωc 0.ωc ωc 0ωc 00ωc Συχνότητα [rad/sec] (β) Σχήμα 7. Υψιπερατό, ενεργό φίλτρο πρώτης τάξης (α) και η απόκριση συχνότητάς του (β). ΜΕΡΟΣ Β: ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Το βασικό κύκλωμα πάνω στο οποίο θα εργαστούμε στα πλαίσια της παρούσας εργαστηριακής άσκησης δείχνεται στο επόμενο Σχ. 8. Αποτελείται από δύο τμήματα: Το πρώτο (πάνω αριστερά) στο οποίο δημιουργούνται οι συμμετρικές τάσεις τροφοδοσίας του ολοκληρωμένου κυκλώματος του τελεστικού ενισχυτή (τα V και V) με τη χρήση των δύο ολοκληρωμένων σταθεροποιητών τάσης MC78 και MC79. Τις τάσεις εισόδου στους σταθεροποιητές τις παίρνουμε από δύο εξωτερικά τροφοδοτικά τα οποία ρυθμίζουμε στα 5 έως 0V το θετικό και στα 5 έως 0V το αρνητικό. H κανονική λειτουργία των δύο σταθεροποιητών και η ύπαρξη των τάσεων τροφοδοσίας V και V, δηλώνεται από το άναμμα των δύο LED (κόκκινου και πράσινου, αντίστοιχα) που υπάρχουν πάνω στην πλακέτα. Το κυρίως κύκλωμα (κάτω δεξιά) αποτελείται από ένα κύκλωμα απομόνωσης του σήματος εισόδου και ένα κύκλωμα επιλεγόμενης ενίσχυσης. Στην είσοδο του κυκλώματος μπορούμε να δώσουμε είτε DC τάση, που παίρνουμε από την μεταβλητή αντίσταση R, αν έχουμε τοποθετημένο το Jumper, είτε AC τάση που παίρνουμε από γεννήτρια κυματομορφών, που συνδέουμε εξωτερικά μεταξύ γείωσης και πυκνωτή εισόδου στην είσοδο Gen IN, αν έχουμε αφαιρέσει το Jumper. Ο πρώτος () Τ.Ε. είναι προφανώς συνδεδεμένος σαν απομονωτής. Η ενίσχυση της τάσης εισόδου V A του δεύτερου () Τ.Ε. στα 6

δεξιά, καθορίζεται από την αντίσταση ανάδρασης R f ανάλογα με την τιμή που δίνουμε σε αυτή επιλέγοντας τη θέση του Jumper, αν θα είναι στη θέση,, ή 4. Οι δύο τελεστικοί ενισχυτές που μας χρειάζονται για την υλοποίηση του κυκλώματος περιλαμβάνονται στο ολοκληρωμένο κύκλωμα TL08 το οποίο κατασκευάζεται με την τεχνολογία CMOS (αντίσταση εισόδου Τ.Ε. R in >ΜΩ) και διατίθεται στην αγορά από διάφορους κατασκευαστές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η εξωτερική διάταξη των τριών ακροδεκτών των σταθεροποιητών τάσης MC78 και ΜC79 δείχνεται στο Σχ. 9(α), ενώ η εσωτερική δομή του ολοκληρωμένου κυκλώματος TL08 που περιλαμβάνει δύο Τ.Ε. στην ίδια συσκευασία, δείχνεται στο Σχ. 9(β). Vin=5...0V Είσοδος Τάσεων Τροφοδοσίας GND Vin=5...0V D 0.μF 0.μF D Κόκκινο LED MC 78 MC 79 Vcc=V Vcc=V 0μF GND 0μF VEE=V Πράσινο LED C=0.μF R=8.kΩ R5 00 R6 k R7 4.7k R8 0k 5 4 Rf=??kΩ Jumper Eπιλογή της τιμής της Rf Gen In C=0.μF Jumper Eπιλογή της Εισόδου στον Τ.Ε. M Vin () 8 4 VEE=V VA Rin=kΩ Vcc=V R=4.7kΩ R=kΩ Σχήμα 8. Το βασικό κύκλωμα πάνω στο οποίο θα εργαστούμε στα πλαίσια της παρούσας εργαστηριακής άσκησης. 6 5 () R4=kΩ 7 V0 Out MC78 (α) MC79 7

(β) Σχήμα 9. Εξωτερική διάταξη των τριών ακροδεκτών των σταθεροποιητών τάσης MC78 και ΜC79 (α) και εσωτερική δομή του ολοκληρωμένου κυκλώματος TL 08 το οποίο περιλαμβάνει δύο Τ.Ε. στην ίδια συσκευασία (β). Το επόμενο Σχ. 0 δείχνει την διάταξη της πλακέτας πάνω στην οποία έχει συναρμολογηθεί το προηγούμενο κύκλωμα με την περιγραφή της θέσης των υλικών του κυκλωματικού διαγράμματος του Σχ. 8. Επισημαίνεται στο σημείο αυτό, ότι όλες οι πλακέτες που χρησιμοποιούνται στα πλαίσια της παρούσας Εργαστηριακής Άσκησης ΔΕΝ είναι ίδιες μεταξύ τους, τόσο ως προς τη διάταξη των υλικών, όσο και ως προς τις ακριβείς τιμές των αντιστάσεων και των πυκνωτών που περιέχουν και συνεπώς είναι σημαντικό η κάθε ομάδα να εκτελεί τα επόμενα βήματα ΜΟΝΗ της και ανεξάρτητα από τα αποτελέσματα των άλλων ομάδων. 8

Ακίδες μέτρησης σταθεροποιημένων τάσεων εξόδου Ολοκληρωμένος Σταθεροποιητής ΘετικήςΤάσης Κόκκινο LED Ολοκληρωμένος Τ.Ε. TL08 Jumper Επιλογή τιμής Rf Είσοδος Τάσεων Τροφοδοσίας Gnd D D 4 8 5 R4 R5 R6 R7 R C 4 5 Ακίδες εξόδου V0 GND Δίοδοι Εισόδου R Ολοκληρωμένος Σταθεροποιητής ΑρνητικήςΤάσης Βοηθητικός ακροδέκτης γείωσης GND Ακίδες και μπάρα γείωσης Πράσινο LED Επιλογή DC Τάσης Eισόδου στον Τ.Ε. Jumper Επιλογή Eισόδου στον Τ.Ε. Είσοδος Σήματος Γεννήτριας "Gen In" Σχήμα 0. Διάταξη της πλακέτας πάνω στην οποία έχει συναρμολογηθεί το προηγούμενο κύκλωμα με την περιγραφή της θέσης των υλικών του κυκλωματικού διαγράμματος του Σχ. 8. ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΗ: ΠΡΙΝ ΠΡΟΧΩΡΗΣΕΤΕ ΣΤΑ ΕΠΟΜΕΝΑ ΒΗΜΑΤΑ ΝΑ ΛΑΒΕΤΕ ΣΟΒΑΡΑ ΥΠ ΟΨΙΝ ΣΑΣ ΤΑ ΠΑΡΑΚΑΤΩ: Δεν προσπαθούμε να μετακινήσουμε τα υλικά (να λυγίσουμε για παράδειγμα τους σταθεροποιητές τάσης ή τους πυκνωτές ή τις αντιστάσεις) πάνω στην πλακέτα που μας δόθηκε για να διαβάσουμε τις τιμές των στοιχείων, με κίνδυνο να προκαλέσουμε ζημίες ή δυσλειτουργία στο κύκλωμα. Όλες τις τιμές των στοιχείων που μας ενδιαφέρουν μπορούμε να τις διαβάσουμε από τα στοιχεία στη θέση που είναι, ζητώντας αν χρειάζεται μεγεθυντικό φακό από το προσωπικό του Εργαστηρίου. Δεν πειράζουμε καθ οιονδήποτε τρόπο τα υλικά της πλακέτας παρά μόνο μετακινούμε στις επιθυμητές θέσεις τους βραχυκυκλωτήρες (Jumpers) της κατασκευής. Προσέχουμε όταν κάνουμε μετρήσεις να μη βραχυκυκλώνουμε δύο γειτονικά pins των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (σταθεροποιητών τάσης και ολοκληρωμένου Τ.Ε.) ακουμπώντας την ακίδα του βολτομέτρου ή του παλμογράφου σε δύο ταυτόχρονα pins επειδή όπως θα διαπιστώσετε αυτά βρίσκονται πολύ κοντά το καθένα στο γειτονικό του. Τέλος προσέχουμε ώστε στο κάτω μέρος της πλακέτας μας να μην υπάρχουν μεταλλικά αντικείμενα, π.χ. εργαλεία που θα μπορούσαν να βραχυκυκλώσουν κάποιο τμήμα του ηλεκτρονικού κυκλώματός μας. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΓΙΑ DC ΣΗΜΑ ΕΙΣΟΔΟΥ. 9

ΒΗΜΑ : Εξετάστε προσεκτικά την πλακέτα της Εργαστηριακής Άσκησης που σας δόθηκε και αναγνωρίστε πάνω στο πραγματικό κύκλωμα τη θέση όλων των στοιχείων του κυκλωματικού διαγράμματος του Σχ. 8 (και με τη βοήθεια των Σχημάτων 9 και 0). ΒΗΜΑ : Τροφοδοτούμε με τάσεις εισόδου 5 έως 0V στο κόκκινο καλώδιο τροφοδοσίας /ακροδέκτη, με γείωση στο μπλέ καλώδιο/ακροδέκτη και με 5 έως 0V στο μαύρο καλώδιο /ακροδέκτη χρησιμοποιώντας είτε δύο μαύρα μονά τροφοδοτικά (της B&K Precision), είτε ένα γκρι διπλό τροφοδοτικό (της MASTECH). Για διευκόλυνσή σας δέστε το Σχήμα, πως θα διασυνδέσετε τα δύο τροφοδοτικά της B&K Precision και πως το ένα τροφοδοτικό της MASTECH για να πάρετε θετική και αρνητική τροφοδοσία. Τοποθετήστε το Jumper ώστε η DC τάση από το ποτενσιόμετρο R να εφαρμόζεται στην είσοδο () του Τ.Ε., όπως δείχνεται στο Σχ. 8. Τοποθετήστε το Jumper στη θέση ώστε η αντίσταση R 5 =kω να είναι η R f. Ρυθμίστε την αντίσταση R (ποτενσιόμετρο) σε μία τυχαία τιμή (περίπου στο κέντρο της διαδρομής του). Μετρήστε τις τάσεις στα διάφορα σημεία του κυκλώματός, παρατηρώντας και το Σχήμα 0 και συμπληρώστε τον ΠΙΝΑΚΑ. ΒΗΜΑ : Διατηρείστε το Jumper στη θέση του ώστε να εφαρμόζεται στην είσοδο () του Τ.Ε. DC τάση από το ποτενσιόμετρο R και μεταβάλετέ το με ένα κατσαβιδάκι ώστε η V in = V A = 0.5V. Μετακινήστε το Jumper διαδοχικά στις θέσεις,, και 4. και μετρώντας τις ζητούμενες τάσεις με ένα πολύμετρο DC, συμπληρώστε τον επόμενο ΠΙΝΑΚΑ. Στη συνέχεια επαναρυθμίστε το ποτενσιόμετρο R ώστε η V in = V A =.0V και επαναλάβετε τη ίδια διαδικασία, ολοκληρώνωντας τη συμπλήρωση του ΠΙΝΑΚΑ. B & K Precision B & K Precision V V 5... 0V 5... 0V Μαύρο Vin (α) GND Μπλε Κόκκινο Vin Σχήμα. 0

MASTECH V Voltage V Voltage Ρύθμιση Τάσεων 5... 0V 5... 0V Μαύρο Vin Μπλε GND Vin Κόκκινο (β) Σχήμα. Διασύνδεση των δύο μονών τροφοδοτικών της B&K Precision (α) ή ενός διπλού τροφοδοτικού της MASTECH (β) για τη λήψη θετικής και αρνητικής τροφοδοσίας. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΓΙΑ AC ΣΗΜΑ ΕΙΣΟΔΟΥ. ΒΗΜΑ 4 : Αφαιρέστε το Jumper από τη θέση του, ώστε να ΜΗΝ εφαρμόζεται στην είσοδο () του Τ.Ε. DC τάση από το ποτενσιόμετρο R και εφαρμόστε στην είσοδο Gen In ημιτονοειδές σήμα από γεννήτρια κυματομορφών πλάτους V pp και συχνότητας khz σύμφωνα με το επόμενο Σχ.. Μετακινήστε το Jumper διαδοχικά στις θέσεις,, και 4. και μετρώντας τις ζητούμενες τάσεις V A (pp) και V out (pp) με ένα παλμογράφο στη ρύθμιση ΑC (παρατηρώντας στο ένα κανάλι το σήμα εισόδου από τη γεννήτρια και στο δεύτερο κανάλι το σήμα εξόδου), συμπληρώστε τον επόμενο ΠΙΝΑΚΑ. Καταγράψτε επίσης τη διαφορά φάσης μεταξύ σήματος εισόδου και σήματος εξόδου για τις τέσσερις περιπτώσεις. Στη συνέχεια επαναλάβετε τη διαδικασία με σήμα από τη γεννήτρια 4V pp και συχνότητας khz. ΒΗΜΑ 5 : Χωρίς να αλλάξετε τίποτα από την προηγούμενη διάταξη, τοποθετήστε το Jumper στη θέση του ξανά και το Jumper στη θέση. Παρατηρώντας ταυτόχρονα το σήμα εισόδου από τη γεννήτρια και το σήμα εξόδου V 0 με τον παλμογράφο στη ρύθμιση DC, μεταβάλετε με το κατσαβιδάκι την τιμή του ποτενσιομέτρου R ώστε να εφαρμόσετε στην είσοδο () του Τ.Ε. διάφορες DC τάσεις, ενώ ταυτόχρονα δίνετε και AC σήμα από τη γεννήτρια. Καταγράψτε τι παρατηρείτε στο σήμα εξόδου. ΒΗΜΑ 6 : Διατηρώντας την διάταξη του Βήματος 4 (το Jumper εκτός και τη γεννήτρια σήματος συνδεδεμένη στην είσοδο Gen In ) ρυθμίστε τη γεννήτρια στα V pp και συχνότητα khz. Τοποθετήστε το Jumper στη θέση που δείχνεται στο Σχ. (βραχυκυκλώνοντας το 5 με το ), ώστε το παράλληλο δίκτυο R C να συνδεθεί ως ανάδραση R f. Χωρίς να μεταβάλετε το πλάτος του σήματος της γεννήτριας, μεταβάλετε τη συχνότητα του σήματος σύμφωνα με τον ΠΙΝΑΚΑ 4 και καταγράψτε με τον παλμογράφο στη ρύθμιση AC (παρατηρώντας στο ένα κανάλι το σήμα εισόδου από τη γεννήτρια και στο δεύτερο κανάλι το σήμα εξόδου) τη μεταβολή του πλάτους του σήματος εξόδου, στις συχνότητες που περιγράφονται στον πίνακα. Παρατηρήστε και καταγράψτε επίσης, τη διαφορά φάσης μεταξύ σήματος εισόδου και σήματος εξόδου.

Vin=5...0V Είσοδος Τάσεων Τροφοδοσίας GND Vin=5...0V D 0.μF 0.μF D Κόκκινο LED MC 78 MC 79 Vcc=V Vcc=V 0μF GND 0μF VEE=V Πράσινο LED C=0.μF R=8.kΩ R5 00 R6 k R7 4.7k R8 0k 5 4 Rf=??kΩ Jumper Eπιλογή της τιμής της Rf vi AC C=0.μF Gen In M Jumper Vin 8 () 4 VA Rin=kΩ VEE=V Vcc=V 6 5 () R4=kΩ 7 V0 Out Γεννήτρια Κυματομο ρφών R=4.7kΩ R=kΩ Σχήμα. Τροποποιημένο κύκλωμα για την εκτέλεση μετρήσεων με ac διέγερση εισόδου από γεννήτρια κυματομορφών. C=0.μF R=8.kΩ 00 k 4.7k 0k 5 4 Rf=??kΩ Jumper Eπιλογή της τιμής της Rf 6 5 () 7 V0 Out R4=kΩ Σχήμα. Τροποποιημένο κύκλωμα για την εκτέλεση μετρήσεων με ac διέγερση εισόδου από γεννήτρια κυματομορφών και παράλληλο δίκτυο RC στην ανάδραση. Το πραγματικό υλοποιημένο κύκλωμα της Εργαστηριακής Άσκησης μαζί με τον απαραίτητο Εργαστηριακό εξοπλισμό δείχνονται στα επόμενο Σχ. 4.

Σχήμα 4. Το πραγματικό υλοποιημένο κύκλωμα της Εργαστηριακής Άσκησης μαζί με τον απαραίτητο Εργαστηριακό εξοπλισμό.

ΜΕΡΟΣ Γ : ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΒΗΜΑ : Με αναφορά στο Σχ. 8, και με βάση τη θεωρητική λειτουργία του Τ.Ε., δικαιολογείστε ένα προς ένα, όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων που βρήκατε στον ΠΙΝΑΚΑ. Εξηγείστε το ρόλο των διόδων D και D, καθώς και των πυκνωτών που υπάρχουν πριν και μετά τους δύο σταθεροποιητές τάσης 78 και 79. Αν μας ζητούσαν να τροφοδοτήσουμε το κύκλωμά μας από την τάση του δικτύου (0V AC, 50 Hz) τι θα έπρεπε να προσθέσουμε στο κύκλωμα εισόδου των σταθεροποιητών τάσης. Επανασχεδιάστε το νέο κύκλωμα. ΒΗΜΑ : Με αναφορά στο Σχ. 8, και με βάση τη θεωρητική λειτουργία του Τ.Ε., δικαιολογείστε ένα προς ένα, όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων που βρήκατε στους ΠΙΝΑΚΕΣ και. Πόση θα έπρεπε σύμφωνα με τη θεωρία να είναι η μετατόπιση φάσης μεταξύ σήματος εισόδου και εξόδου, πόση βρήκατε εσείς? ΒΗΜΑ : Με αναφορά στο Σχ. 8, και με βάση τη θεωρητική λειτουργία του Τ.Ε., δικαιολογείστε τη συμπεριφορά του κυκλώματος στο πείραμα που κάνατε στο ΒΗΜΑ 5 του Μέρους Β. ΒΗΜΑ : Με αναφορά στο Σχ., κάντε ένα διάγραμμα συχνότηταςπλάτους (XY) με βάση τα αποτελέσματα που πήρατε στον ΠΙΝΑΚΑ 4 και εξηγείστε τα αποτελέσματα των μετρήσεων που βρήκατε. Σαν τι συμπεριφέρεται το κύκλωμα αυτό. Βρείτε την απόσβεσή του σε db/ δεκάδα. Συμφωνεί με τη θεωρητική τιμή? Πόση θα έπρεπε σύμφωνα με τη θεωρία να είναι η μετατόπιση φάσης μεταξύ σήματος εισόδου και εξόδου, πόση βρήκατε εσείς και που οφείλεται αυτή η διαφορά? ΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ ΣΥΜΠΛΗΡΩΝΟΝΤΑΙ ΣΤΟ ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΦΥΛΛΟ ΚΑΙ ΑΥΤΟ ΠΑΡΑΔΙΝΕΤΑΙ ΑΜΕΣΩΣ ΜΕΤΑ ΤΟ ΠΕΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ. ΤΟ ΜΕΡΟΣ Γ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΘΕΙ ΚΑΙ ΑΡΓΟΤΕΡΑ, ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΛΗΞΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ, ΕΦ ΟΣΟΝ ΕΠΙΘΥΜΟΥΜΕ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ. (Λεπτομέρειες περιγράφονται στη σχετική ανακοίνωση που αφορά τη διαδικασία διεξαγωγής των Εργαστηριακών Ασκήσεων και τη σημασία τους για την επιτυχή παρακολούθηση του Μαθήματος: Αναλογικά Ηλεκτρονικά Κυκλώματα). ΞΑΝΘΗ Οκτ. 06 Ι. Λυγούρας Καθηγητής 4

A. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΦΟΙΤΗΤΗ ΟΝΟΜΑ:.. ΕΠΩΝΥΜΟ:. Ονομα Πατρός:. Α.Φ.Μ... ΕΞΑΜΗΝΟ:.. Ημερομηνία: / /. B. ΠΙΝΑΚΕΣ ΠΡΟΣ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΠΙΝΑΚΑΣ. Ακίδα (pin) Τάση στις ακίδες του θετικού σταθεροποιητή τάσης MC78 Τάση στις ακίδες του αρνητικού σταθεροποιητή τάσης MC79 Τάσεις τροφο 4 δοσίας εισόδου V in () 5 GND 0V 6 V in () 7 8 Τάση στις ακίδες του Τ.Ε. ΤL08 Τάση στην έξοδο του Τ.Ε. V 0 ΠΙΝΑΚΑΣ. V in =0.5V dc V in =.0V dc Θέση Jumper R f V A V out V A V out 4 ΠΙΝΑΚΑΣ. V in =0.5sin(ωt)V αc V in =.0 sin(ωt)v αc Θέση Jumper R f V A V out V A V out 4 Μετατόπιση Φάσης ΠΙΝΑΚΑΣ 4. Συχνότητα Πλάτος V out(pp) Διαφορά Φάσης 5

Γεννήτριας (V in = V pp) Σημ. Εισόδου Εξόδου khz khz 5 khz 8 khz 0 khz 0 khz ΥΠΟΓΡΑΦΗ 6

Γ. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ A. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΦΟΙΤΗΤΗ ΟΝΟΜΑ:.. ΕΠΩΝΥΜΟ:. Ονομα Πατρός:. Α.Φ.Μ... ΕΞΑΜΗΝΟ:.. Ημερομηνία: / /. ΠΙΝΑΚΑΣ : ΠΙΝΑΚΑΣ : 7

ΠΙΝΑΚΑΣ : ΠΙΝΑΚΑΣ 4: 8

ΥΠΟΓΡΑΦΗ 9