Lab 8 Resonanskretser, serie og parallell. Båndbredde (B W ) og Q-faktor.

Like dokumenter
Lab 2 Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

Vi måler på LC - resonanskretser, serie og parallell. Båndbredde (BW) og Q-faktor

Lab 1 Innføring i simuleringsprogrammet PSpice

Vi måler på LC - resonanskretser, serie og parallell. Båndbredde (BW) og Q-faktor

Lab 7 Operasjonsforsterkere

Lab 6 Klokkegenerator, tellerkretser og digital-analog omformer

Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator Vi ser på likerettere og frekvensfilter

Lab 5 Enkle logiske kretser - DTL og 74LS00

Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

Lab 3: AC og filtere - Del 1

Forelesning nr.14 INF 1410

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C = 1volt

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s og kap. 16, s.

g m = I C / V T g m = 1,5 ma / 25 mv = 60 ms ( r π = β / g m = 2k5 )

Forslag B til løsning på eksamen FYS august 2004

LABORATORIEØVELSE B FYS LINEÆR KRETSELEKTRONIKK 1. LAPLACE TRANSFORMASJON 2. AC-RESPONS OG BODEPLOT 3. WIENBROFILTER

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

FYS1210 Løsningsforslag. Eksamen V2015

FYS Forslag til løsning på eksamen våren 2014

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 5

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s kap. 16, s

LAB 7: Operasjonsforsterkere

Introduksjon til oppgave 1: Transistorkarakteristikken til BC-547

«OPERASJONSFORSTERKERE»

LABORATORIERAPPORT. RL- og RC-kretser. Kristian Garberg Skjerve

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Spoler og RL-kretser

g m = I C / V T g m = 1,5 ma / 25 mv = 60 ms ( r π = β / g m = 3k3 )

UNIVERSITETET I OSLO.

UNIVERSITETET I OSLO.

UNIVERSITETET I OSLO.

UNIVERSITETET I OSLO.

g m = I C / V T = 60 ms r π = β / g m = 3k3

TRANSISTORER Transistor forsterker

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 7

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer

UNIVERSITETET I OSLO

Innhold Oppgaver om AC analyse

Forslag til løsning på Eksamen FYS1210 våren 2008

TRANSISTORER Transistor forsterker

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2018

Løsningsforslag til eksamen FY108 høsten 2003

Oppgave 3: Motstand, Kondensator og Spole

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 V-2007 ( rev.2 )

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 våren 2010

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Spoler og RL-kretser

UNIVERSITETET I OSLO.

Forelesning nr.6 IN 1080 Elektroniske systemer. Strøm, spenning og impedans i RC-kretser Anvendelser av RC-krester

Figur 2 viser spektrumet til signalet fra oppgave 1 med 20% pulsbredde. Merk at mydaqs spektrumsanalysator 2

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C. 1volt

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Dynamiske systemer DATO: OPPG.NR.: DS4 FREKVENS OG SPRANGRESPONSANALYSE

01-Passivt Chebychevfilter (H00-4)

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Spoler og RL-kretser

LABORATORIEOPPGAVE NR 6. Logiske kretser - DTL (Diode-Transistor Logic) Læringsmål: Oppbygning

Prosjektoppgave i Ingeniørfaglig yrkesutøving og arbeidsmetoder - orientering om prosjektet

UNIVERSITETET I OSLO

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C = 1volt

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 4

Forslag til løsning på Eksamen FYS1210 våren 2004

Innføring i simuleringsprogrammet PSpice

Studere en Phase Locked Loop IC - LM565

«OPERASJONSFORSTERKERE»

Ny/Utsatt eksamen i Elektronikk 2. August Løsningsforslag Knut Harald Nygaard

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 4

Oppgaven må gis etter at vi har gjennomgått bodeplot for resonanskretser. Anta at opampen er ideell og kun fungerer som en ren forsterker Rf

Studere en Phase Locked Loop IC - NE565

Lab 4. Dioder og diode kretser

Studere en Phase Locked Loop IC - LM565

UNIVERSITETET I OSLO.

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2015

Laboratorieøving 1 i TFE Kapasitans

Bruk av Pspice for windows ved tegning og simulering av lavpassfilter, høypassfilter og diodelikeretter.

En del utregninger/betraktninger fra lab 8:

Enkle logiske kretser Vi ser på DTL (Diode Transistor Logikk) og 74LSxx (Low Power Schottky logikk)

Forslag til løsning på eksamen i FY Forslag til løsning på eksamen i F -IN 204 og FY108 våren 2003.

Forelesning nr.7 INF 1411 Elektroniske systemer. Tidsrespons til reaktive kretser Integrasjon og derivasjon med RC-krester

LABORATORIEØVELSE C FYS LINEÆR KRETSELEKTRONIKK 1. TILBAKEKOBLING AV 2-ORDENS SYSTEM 2. KONTURANALYSE OG NYQUISTDIAGRAMMER

Design og utforming av et anti-alias-filter

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Dynamiske systemer DATO: OPPG.NR.: DS4E. FREKVENS OG SPRANGRESPONSANALYSE Med ELVIS

Forslag til løsning på eksamen i FYS1210 våren 2005 side 1. Fig.1 viser et nettverk med to 9 volt batterier og 4 motstander, - alle på 1kΩ.

Kapasiteten ( C ) til en kondensator = evnen til å lagre elektrisk ladning. Kapasiteten måles i Farad.

Forslag til løsning på eksame n FY-IN 204 våren 2002

Forelesning nr.7 INF 1411 Elektroniske systemer. Tidsrespons til reaktive kretser Integrasjon og derivasjon med RC-krester

Rapport TFE4100. Lab 5 Likeretter. Eirik Strand Herman Sundklak. Gruppe 107

Forelesning nr.7 IN 1080 Elektroniske systemer. Spoler og induksjon Praktiske anvendelser Nøyaktigere modeller for R, C og L

Prøveeksamen 2. Elektronikk 24. mars Løsningsforslag

KJM2600-Laboratorieoppgave 5

Løsningsforslag til EKSAMEN

UNIVERSITETET I OSLO.

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 3

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 høsten 2005

Kapittel 5. Frekvensrespons. Beregningavfrekvensresponsfrasignaler. Figur 25 viser sammenhørende inngangssignal og utgangssignal for et system.

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2017

HALVLEDER-DIODER Karakteristikker Målinger og simuleringer

Figur 1 viser et nettverk med et batteri på 18 volt, 2 silisiumdioder og 4 motstander.

Rapport laboratorieøving 2 RC-krets. Thomas L Falch, Jørgen Faret Gruppe 225

Eksamen i Elektronikk 24. Mai Løsningsforslag Knut Harald Nygaard

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 våren Oppgave 1

303d Signalmodellering: Gated sinus a) Finn tidsfunksjonen y(t) b) Utfør en Laplace transformasjon og finn Y(s)

Laboratorieoppgave 8: Induksjon

Spenningskilder - batterier

Transkript:

Universitetet i Oslo FYS20 Elektronikk med prosjektoppgave Lab 8 Resonanskretser, serie og parallell. Båndbredde ( ) og Q-faktor. Sindre Rannem Bilden. mai 206 Labdag: Tirsdag Labgruppe: 3

Oppgave : Serieresonans For kretser som inneholder en spole og en kondensator, vil det oppstå resonans for visse frekvenser. Resonansfrekvenser kommer når reaktansen til spolen er like stor som reaktansen til kondensatoren, X C = X L. Siden X C = 2πfC og X L = 2πfL kan man finne et uttrykk for frekvensen f r = 2π. Om spole og kondensator LC kobles i serie får man et båndstopp-filter. Et ferdig kretskort ble brukt, illustrert i Figur. Inngangssignalet ble satt til 0V pp med en startfrekvens på f = 80kHz. Med JP 3 festet ble frekvensen gradvis økt til fasen på signalet ut var likt fasen til signalet inn. Senere ble JP 3 fjernet og resonansfrekvensen ble funnet på nytt. Deretter ble knekkfrekvenser ( 3dB av maksimalt signal) funnet samt båndbredden og Q- verdi beregnet. Ved resonanspunktet ble spenning ut målt opp mot spenning inn, samt sammenliknet med verdiene gitt av signalgeneratoren. Senre ble spenning over kondensatoren målt. R L C V out GND Figur : Illustrasjon av serieresonans. Resonansfrekvensen for kretsen med JP 3 koblet til var f r =.5kHz, uten JP 3 ble frekvensen målt til f r = 5.kHz. Ved f c = 33.6kHz og f c2 = 70.9kHz var spenningen nært syv volt som tilsvarer en 3dB reduksjon. Båndbredden blir da på = 37kHz og med f 0 = f c f c2 = 50.97kHz vil Q-verdien være på Q = f 0 = 4.08. Fra resonansfrekvensen kan spolens induktivitet finnes: L = C(2πf) 2 = 2.7nF (2π5.kHz) 2 46µH Ved f r var spenningen V r,ut = 640mV opp mot signalspenningen på V r,inn = 5.52V. Signalgeneratoren påstår en V pp = 0.0V hvor oscilloskopet måler en V pp = 5.52V. Spenningen over kondensatoren ble målt til V C = 36.6V. Framålingene kan man se at den målte resonansfrekvensen stemmer godt overens med frekvensen som er kalkulert basert på de målte knekkfrekvensene. Impedansen i kretsen vil være lik R = 50Ω ved serieresonans siden X C og X L er motsatt rettet og like store. Forskjellen i V pp fra signalgeneratoren til oscilloskopet skyldes sannsynligvis at vi ikke har en ideell signalkilde eller ledninger uten motstand. Spenningen over kondensatoren vil i følge teorien gis av V C = I S X C, hvor I S er gitt ved: I S = V signal Z = V signal R = 0V 50Ω 0.2A Den teoretiske reaktansen til kondensatoren er gitt ved X C = ωc hvor ω = 2πf 949kHz og vi får X C = 949kHz4900pF 25Ω Totalt får vi da en V C = I S X C = 0.2A 25Ω 43V som ikke er mye over de verdiene som oscilloskopet viser. Om man regner rekursivt vil en signalspenning nærmere 8V gi teoretiske verdi svært lik den målte spenningen over kondensatoren.

Oppgave 2: Paralellresonans Om en spole og kondensator kobles i paralell, vil man få et båndpass-filter. Denne vil slippe gjennom kun et bånd av frekvenser og dempe alle andre. Med basis i oppsettet fra Oppgave ble JP og JP 3 fjernet så kretsen ble som i Figur 2. Senterfrekvensen ble funnet, senere ble knekkfrekvenser funnet hvor båndbredde og Q-verdi ble beregnet. Strappen JP 3 ble satt på og økte kapasiteten til C = 4900pF og de samme parameterene ble målt. R L C V out GND Figur 2: Illustrasjon av paralellresonans. Senterfrekvensen ble målt til f r = 50.0kHz, knekkfrekvensene ble målt til f c = 47.kHz og f c2 = 53.3kHz som danner en båndbredde på = 6.2kHz. Q-verdien blir da f 0 = fc f c2 = 24.22. Med kapasitet på C = 4900pF ble senterfrekvensen målt til f r =.0kHz, knekkfrekvensene ble målt til f c = 08.kHz og f c2 = 4.2kHz som danner en båndbredde på = 6.kHz. Q-verdien blir da f fc f 0 c2 = = 8.2. Senterfrekvensene stemmer godt overens med frekvensene målt tidligere ved forskjellige kapasiteter, dette er logisk med tanke på at det er kapasiteten til kondensatoren og induktiviteten til spolen som definerer dette. Oppgave 3: AM radio En AM radio baserer seg på et amplitudestyrt signal, dette vil si at signalet har en konstant bærefrekvens der informasjonen ligger i amplituden til signalet. Ved å fjerne JP men sette på JP 2 og JP 3 får man et AM radioapparat. Apparatet ble satt i rommet slik at det mottok et relativt klart signal, JP 3 ble så fjernet. Apparatet måtte stå i en avgrenset sone for å få et godt signal. Da JP 3 ble fjernet skiftet radioen kanal. Spolen i radioen fungerer som en antenne og må plasseres i en sone der antennene gir en konstruktiv inteferens på signalet. Frekvensen som blir tatt opp styres av kapasiteten til kondensatoren, derfor vil man skifte kanal når JP 3 fjernes og øker kapasiteten fra 2700pF til 4900pF. Frekvensen som tas inn er resonansfrekvenser og settes derfor av f = 2π. De to frekvensene som LC brukes her er f = 50kHz og f 2 = khz som sett tidligere. 2

Oppgave 4: Inteferens Med oscilloskopet kan man plotte signalet fra én kanal opp mot signalet fa den andre, dette gir nye bruksområder for oscilloskopet. Ocilloskopet ble satt til å plotte signalet fra CH2 opp mot signalet fra CH. Signalgeneratoren ble satt til å sveipe over frekvensområdet 80kHz 200kHz og signalet ble ledet inn på CH. Utsignalet fra AM-radioen ble sendt inn på CH2. Senere ble AM-radioen plassert i et område med inteferens og et plot av signalet ble lagret, etterpå spolen rotert og et nytt plott ble lagret. Figur 4: Plott av radiosignal uten inteferens. Figur 3: Plott av radiosignal med inteferens. Man kan se fra figurene at signalet er svært mye sterkere i inteferenssoner i forhold til utenfor sonene. 3

Oppgave 5: Simulering Med grunnleggende fysiske relasjoner kan man simulere relativt avanserte kretser. Et program ble skrevet i Python i hensikt om å simulere et båndstoppfilter. import matplotlib. pyplot as plt import numpy as np R = 50 # Ohm C = [2.2e -9,4.9e -9] # Ferrad L = 46E -6 # Henry fmin fmax = E4 = E6 f = np. linspace (fmin,fmax,00000) omega = 2* np.pi*f s = j* omega def db( x): # Converts to desibel return 20* np.log (x) def knekk (A, F): # Finds cutoff frequencies Ak = A[dB(abs (A )) <= -3] fk = F[dB(abs (A )) <= -3] return fk [0], fk [ -] def BW( f): # Calculates band width return f[] -f[0] def Q(f): # Calculates Q- factor return np. sqrt (f [0]* f [])/ BW(f) def H( C): # Simulating a band - stop filter Hc = ((s **2)+(.0/( L*C )))/(( s **2+(( R/L)*s ))+(/( L*C ))) fc = knekk (Hc,f) print "BW(C =%.2 e F) = %.3 e Hz" %(C,BW( knekk (Hc,f ))) print "Q(C =%.2 e F) = %.3 f" %(C,Q( knekk (Hc,f ))) plt. plot (f,db(hc), label = C =%.2 e F %C) # Plots the respective filter for fc in fc: # Marks cutoff frequencies plt. scatter (fc, -3) for c in C: # Do all calculations for every capacity H(c) # Show everything in the same diagram plt. xlabel ( Frequency [Hz] ) plt. ylabel ( Amplification [db] ) plt. xlim (fmin, fmax ) plt. xscale ( log ) plt. legend (); plt. show () 4

Programmet skrev ut informasjon vist i tabellen under og en graf vist i Figur 5. C[nF ] (C)[kHz] Q(C) 2.20 32.32 5.47 4.90 32.33 3.448 Fra parameterene som ble skrevet ut kan man tydelig se at båndbredden til filteres ikke påvirkes av endringer i kondensatorens kapasitet. Derimot kan man se større endringer i kvaliteten til filteret (Q-faktor). En økt kapasitet hos kondensatoren flytter frekvensområdet til lavere frekvenser. Om de samme komponentene ble brukt til å lage et båndpassfilter vil knekkpunktene være på samme sted og dempningen like stor. Figur 5: Graf av båndstoppfilterenes virkeområder og knekkfrekvenser gitt kondensatorenes kapasitet. 5