Lucrarea 1

Lucrarea 1PRIVATE

Prezentarea i modelarea aparaturii de laborator.

Scopul lucrrii: Prezentarea aparaturii folosite n cadrul laboratorului, explicarea principiilor de funcionare, a modurilor de lucru, modelarea fizic a aparaturii, prezentarea erorilor ce pot s apar n timpul msurtorilor.

Prezentarea lucrrii

Aparatura folosit n cadrul laboratorului de Semnale, circuite i sisteme const n principal din:

1. Generatorul de joasa frecven;

2. Sursa de alimentare;

3. Osciloscopul catodic;

4. Milivoltmetrul selectiv.

1. Generatorul de joas frecven este o surs de tensiune variabil care poate furniza semnal sinusoidal periodic i semnal dreptunghiular periodic cu frecvena i amplitudinea reglabile. Gama de frecven pe care o poate acoperi generatorul este 1Hz...1MHz, iar amplitudinea semnalului poate fi modificat ntre 0 i 2,5V. Frecvena semnalului generat poate fi modificat brut n gamele 1...10Hz, 10...100Hz, 100Hz...1KHz, 1...10KHz, 10...100KHz, 100KHz...1MHz cu ajutorul comutatorului din partea stnga jos a panoului frontal al aparatului. Acordul fin al frecvenei semnalului generat se face cu ajutorul rozetei gradate situate n partea central a panoului frontal. De exemplu, pentru a genera un semnal cu frecven de 1,4KHz, comutatorul de acord brut trebuie trecut pe poziia x103, iar cursorul de deasupra rozetei trebuie s fie n dreptul indicaiei 1,4. Amplitudinea semnalului generat se poate regla fin cu ajutorul poteniometrului din partea dreapta sus, iar n cazul semnalului sinusoidal se poate face i un reglaj brut cu ajutorul comutatorului din partea dreapta jos, comutator cu care se face i selecia tipului de semnal generat.

Generatorul de joasa frecven difer de o sursa ideal de tensiune prin faptul c impedana sa de ieire este diferit de zero. n domeniul tensiunilor sinusoidale generatorul prezint o impedan de ieire format dintr-o grupare serie rezisten-condensator, valoarea rezistenei fiind de aprox. 600 , iar cea a condensatorului de aprox. 1000 F.

2. Sursa de alimentare furnizeaz tensiune continu n gamele 0...12V i 12...24V i este folosit pentru alimentarea circuitelor active (circuite care conin tranzistoare, amplificatoare operaionale i/sau alte circuite integrate). Sursa poate fi folosit i ca sursa dubl simetric, din care cauza a fost prevzut cu un divizor rezistiv aa cum se arat n figur.

Condensatoarele au fost puse pentru a stabiliza potenialele furnizate de surs la variaii rapide ale curentului absorbit. n cazul n care sursa este folosita ca surs dubl indicaia de pe panoul frontal corespunde la V+ - V-. Curentul maxim debitat de sursa este de 1A.

3. Osciloscopul catodic (OC) este un aparat care permite vizualizarea semnalelor n funcie de timp. Schema bloc a OC se prezint n figura urmtoare.

Elementul principal al osciloscopului este tubul catodic, care conine n interior 2 perechi de plci perpendiculare (verticale i orizontale) care realizeaz deflexia electrostatic a fasciculului de electroni emis de catod.

Semnalul ce urmeaz a fi vizualizat se aplic plcilor de deflexie pe vertical. n principiu, acesta s-ar putea aplica direct pe plci, dar n acest caz deviaia spotului (direct proporional cu amplitudinea semnalului aplicat) ar fi mic. Din acest motiv semnalul de pe plcile de deflexie vertical este preluat de la ieirea unui amplificator, notat cu Ay pe figura. Regimul de lucru al acestuia trebuie astfel ales nct pentru deviaia maxim a spotului pe ecran funcionarea s nu ias din regimul liniar i deci imaginea s nu fie distorsionata. n plus, banda sa de frecven trebuie s fie suficient de mare pentru ca forma i amplitudinea semnalelor s fie reproduse corect. Aceasta cerin este foarte important la vizualizarea semnalelor rapid variabile (de exemplu a impulsurilor).

ntre borna de intrare Y n OC i amplificatorul Ay este intercalat un atenuator calibrat care permite modificarea fin i n trepte a dimensiunii imaginii pe ecran, n vederea unei msurtori ct mai precise. Poziiile comutatorului sunt gradate n V/div, valorile acestora indicnd sensibilitatea de msur pe vertical. n plus, chiar dup borna de intrare Y este plasat un comutator cu trei poziii: 0; c.c.; c.a. Pe poziia 0 intrarea este pus la mas, permind aezarea spotului pe centrul ecranului sau pe o alta poziie convenabil, n scopul unei msurtori ulterioare. Pe poziia c.c. semnalul de intrare se aplic nemijlocit atenuatorului calibrat. Pe poziia c.a. ntre borna de intrare i atenuator se intercaleaz un condensator de cuplaj Cc cu scopul de a elimina componenta continu a semnalului de vizualizat. Aceasta facilitate este necesar n cazul unor semnale formate dintr-o component variabil de amplitudine mic suprapus peste o component continu mare. Eliminarea acesteia din urm permite utilizarea unei sensibiliti mari pe vertical i deci o msurtoare mai precis.

Semnalul care se aplic plcilor de deflexie pe orizontal are forma n dini de fierstru i poarta denumirea de baza de timp. Explicaia utilizrii acesteia este evident: semnalul de vizualizat este Uy(t). Pe de alta parte, semnificaia fizic a imaginii de pe ecranul OC descris de fasciculul de electroni sub aciunea celor 2 cmpuri electrice este cea de traiectorie Uy(Ux). Din punct de vedere matematic, tensiunile aplicate pe cele 2 perechi de plci reprezint ecuaiile parametrice care descriu imaginea de pe ecran. Pentru ca aceasta din urm s reprezinte ntr-adevr Uy(t), este necesar ca Ux .Nu este posibil ca tensiunea aplicat plcilor de deflexie pe orizontal s fie continuu cresctoare din 2 motive:

- tensiunea maxim la ieirea generatorului bazei de timp nu poate fi orict de mare, ci este limitat de tensiunea de alimentare.

- la tensiuni de deflexie prea mari spotul ar iei din ecran.

n intervalul (0, t1) spotul parcurge ecranul cu vitez constant de la stnga la dreapta, iar n intervalul (t1, t2) el se ntoarce rapid n poziia iniial. Datorit vitezei mari de ntoarcere urma nu este vizibil pe ecran.

Perioada de repetiie a impulsurilor bazei de timp poate fi modificata fin i n trepte cu ajutorul unui comutator de pe panoul frontal, ale crui poziii sunt gradate n uniti de timp/div. Pe poziia extrem din dreapta pe plcile de deflexie pe orizontal nu se mai aplic semnal de la baza de timp, ci din exterior, prin intermediul unui amplificator Ax. Aceasta facilitate este util pentru obinerea caracteristicilor de transfer X-Y, denumite figuri Lissajoux.

Pentru ca imaginea de pe ecranul osciloscopului s fie stabila trebuie ca frecvena semnalului de vizualizat s fie egala (sau un multiplu ntreg) cu frecvena bazei de timp. Stabilitatea raportului dintre cele dou frecvene este asigurat de circuitele de sincronizare, care injecteaz semnal de vizualizat ntr-un punct al schemei generatorului bazei de timp. Acest tip de sincronizare este denumit intern ns exist i posibilitatea sincronizrii cu un semnal extern, metod care se ulilizeaz pentru vizualizarea unor semnale complicate (de exemplu pentru semnale TV).

Etajul de sincronizare poate funciona n mod automat sau declanat. Diferena dintre ele const n aceea c, n cazul funcionrii n mod declanat, apariia semnalului pentru deflexia pe orizontala este activat chiar de prezena semnalului de vizualizat i dureaz numai att timp ct dureaz acesta din urm. n funcionare pe mod automat se genereaz semnal de tip dinte de fierstru permanent. Sincronizarea declanat se folosete la vizualizarea semnalelor neperiodice de tip impuls.

Pe acelai ax cu comutatorul de sincronizare se gsete un buton pe care este inscripionat notaia NIVEL. Prin intermediul acestuia se fixeaz un nivel continuu cu care se compar mrimea semnalului de vizualizat. Numai cnd acesta din urma are amplitudine mai mare dect nivelul continuu fixat este permis funcionarea etajului de sincronizare. Aceasta este o facilitate care mpiedic declanarea nedorit a bazei de timp de ctre impulsuri parazite sau de ctre zgomote.

Pentru o msurtoare corecta OC trebuie mai nti calibrat pe ambele axe. Acest lucru se realizeaz cu ajutorul unor semnale de test, de amplitudine, respectiv frecven cunoscute, care sunt generate intern i sunt disponibile pe panoul frontal al aparatului.

Pentru diminuarea influentei impedanei de intrare n OC se folosesc sonde divizoare (n raportul 1:10; 1:50: 1:100) care mresc n acelai raport valoarea impedanei care apare n paralel pe impedana de sarcin pe care se face msurtoarea.

4. Milivoltmetrul selectiv este un aparat care permite msurarea valorii efective a semnalelor sinusoidale. Valoarea efectiva a unui semnal se definete astfel:

n cazul semnalelor sinusoidale (i numai n acest caz) valoarea efectiv se calculeaz cu relaia:

Principiul de funcionare a tipului de milivoltmetru selectiv cu care vom lucra este foarte asemntor celui pe care se bazeaz funcionarea radioreceptoarelor. Schema bloc se prezint n figura urmtoare:

Semnalul de intrare se aplic pe borna Y i apoi pe intrarea unui atenuator calibrat. Pe panoul frontal se gsete un comutator care permite alegerea sensibilitii corespunztoare de msur, cu poziiile gradate n mv, respectiv n dB. Semnalul de intrare cu frecven fs se aplic n continuare pe una din intrrile unui circuit de multiplicare.

Pe cealalt intrare a multiplicatorului se aplic un semnal sinusoidal cu frecven fh de la ieirea unui oscilator local. La ieirea multiplicatorului se obin semnale ale cror frecvene sunt egale cu suma, respectiv diferena frecvenelor semnalelor aplicate pe cele 2 intrri. Cu ajutorul unui filtru trece-band cu frecvena central fi= 940 Hz, denumit frecven intermediar, se selecteaz numai componenta a crei frecven este egal cu diferena frecvenelor semnalelor aplicate pe intrri. Frecvena semnalului generat de oscilatorul local poate fi variat n trepte i fin, cu ajutorul unui comutator i al unui buton plasate pe panoul frontal.

Semnalul de la ieirea filtrului este amplificat i trecut apoi printr-un detector de vrf (un circuit care furnizeaz la ieire o tensiune direct proporional cu amplitudinea semnalului aplicat la intrare). n continuare semnalul de ieire se aplic unui instrument de msur cu ac indicator.

Aparatul funcioneaz n felul urmtor: pe borna de intrare se aplic semnalul de msurat. Se modific frecvena oscilatorului local brut i apoi fin pn cnd acul indicator are o anumit deviaie (operaia este foarte asemntoare cu realizarea acordului unui radioreceptor pe un post dorit). Se face acordul fin pn cnd se obine maximul deviaiei, apoi se citete indicaia innd cont de poziia butonului K1 care fixeaz sensibilitatea scrii de msur. Valoarea frecvenei semnalului de intrare se citete pe discul gradat, pe scala corespunztoare poziiei comutatorului K2. Pe panoul frontal se mai gsete un comutator K3, ale crui poziii se refer la calibrare i alegerea benzii filtrului trece band.

nceperea operaiunilor de msurare trebuie precedat n mod obligatoriu de etapa de calibrare, care se realizeaz n felul urmtor: se poziioneaz comutatorul K1 pe poziia Calibrare, comutatorul K3 pe poziia Cal. I i comutatorul K2 pe scara I (50-300 Hz).Acul capat o anumita deviaie a crei valoare o reinem. Trecem apoi comutatorul K3 pe poziia Cal.II i poziionm cu ajutorul butonului de acord fin indicatorul de frecven n dreptul valorii de 50 Hz. n acest moment acul capat, n general, o alt deviaie. Cu ajutorul butonului Calibrare de pe panoul frontal se aduce aceast nou indicaie n dreptul indicaiei iniiale, corespunztoare poziiei Cal. I.

Dup ce operaia de calibrare a fost efectuat se trece comutatorul K1 pe poziia cu sensibilitatea cea mai sczut, comutatorul K3 pe una din poziiile corespunztoare filtrului trece band (pentru msurarea semnalelor cu frecven