370 likes | 597 Views
Elektronika cyfrowa. Warunek zaliczenia wykładu: wykonanie sześciu ćwiczeń w Pracowni Elektronicznej. Część notatek z wykładu znajduje się na : http://zefir.if.u j .edu.pl/ planeta / wyklad_elektronika/. Pracownia Elektroniczna. Informacje o programie ćwiczeń:
E N D
Elektronika cyfrowa • Warunek zaliczenia wykładu: • wykonanie sześciu ćwiczeń w Pracowni Elektronicznej Część notatek z wykładu znajduje się na: http://zefir.if.uj.edu.pl/planeta/wyklad_elektronika/
Pracownia Elektroniczna Informacje o programie ćwiczeń: http://zefir.if.uj.edu.pl/spe/
Elektronika – zajmuje się zastosowaniem zjawisk elektromagnetycznych do przesyłania i przetwarzania sygnałów elektrycznych (informacji) Układ elektroniczny – układ spełniający z góry założone zadanie w stosunku do sygnałów elektrycznych
Klasyfikacja układów elektronicznych Układy przebiegów sinusoidalnych: filtry, wzmacniacze, generatory, modulatory Układy impulsowe: układy elektroniki cyfrowej, wzmacniacze impulsowe, przetworniki analogowo-cyfrowe, dyskryminatory Układy zasilające: układy służące do zasilania i sterowania pracą innych układów
komputer przetwornik analogowo-cyfrowy czujnik układ analogowy Układ pomiarowy
Prawo Coulomba W 1785 roku w oparciu o doświadczenia z ładunkami Charles Augustin Coulomb doszedł do następującego sformułowania: Waga Skręceń F - przyciągająca dla ładunków przeciwnych (+/-) a odpychająca dla jednakowych (+/+), (-/-) i działa wzdłuż linii łączącej ładunki.
Jednostką ładunku w układzie SI jest KULOMB (C). Ciało posiada ładunek jednego kulomba jeśli na równy sobie działa z odległości jednego metra siłą 9. 109 Newtona. Jeśli umieścimy dwa ciała o masach 1 kilograma i ładunku 1 kulomba w odległości 1m od siebie, to stosunek siły kulombowskiej do siły grawitacji ma się jak 1019: 1. 1C 1C 1m 1 kg 1 kg
Prąd elektryczny I(A) – natężenie prądu U(V) – napięcie • Nośniki prądu: • elektrony (-) • jony (+,-) • dziury (+)
Prąd elektryczny Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. W przypadku źródła napięcia elektrycznego napięcie jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolność źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. U – napięcie = praca/ładunek
Opornik (rezystor) (z łac. resistere, stawiać opór) Najprostszy element rezystancyjny obwodu elektrycznego. Jest elementem liniowym: spadek napięcia jest wprost proporcjonalny do prądu płynącego przez opornik. Przy przepływie prądu zamienia energię elektryczną w ciepło. W obwodzie służy do ograniczenia prądu w nim płynącego. R – opór elektryczny
I U Prąd elektryczny R U=RI – prawo Ohma
węzeł I prawo Kirchhoffa I2 I1 I4 I3
U1 U2 U3 U5 U4 oczko sieci II prawo Kirchhoffa
R1 R2 R3 Łączenie oporników szeregowe R1 równoległe R2
I R1 U R2 U2 Dzielnik napięcia Przykład: U= 12 V R1= 4 k, R2= 8 k I = 1 mA, U2= 8 V
Tablica twórnych jednostek miar m - 10-3 - 10-6 n - 10-9 p - 10-12 f - 10-15 G - 109 M - 106 k - 103 1 nA = 10-9 A
Prąd przemienny (ang. alternating current, AC) I(A) Prąd elektryczny okresowo zmienny, w którym wartości chwilowe podlegają zmianom w powtarzalny, okresowy sposób. Wartości chwilowe natężenia prądu przemiennego przyjmują naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne (stąd nazwa przemienny). Najczęściej pożądanym jest, aby wartość średnia całookresowa wynosiła zero. Stosunkowo największe znaczenie praktyczne mają prąd i napięcie o przebiegu sinusoidalnym. Dlatego też, w żargonie technicznym często nazwa prąd przemienny oznacza po prostu prąd sinusoidalny. . t (s)
Sygnał – przebieg (zmiana w czasie) dowolnej wielkości fizycznej, będącej nośnikiem informacji Sygnał analogowy – zmieniający się w sposób ciągły w czasie Sygnał sinusoidalny: U0 - amplituda T – okres zmienności f=1/T - częstotliwość U(V) t (s) częstotliwość kołowa T
Sygnał piłokształtny - przypomina zęby piły. Jest to sygnał o przebiegu liniowym, czyli takim, w którym napięcie rośnie lub opada ze stałą prędkością do określonej wartości i powtarzany jest okresowo. Sygnał prostokątny - podobnie jak sygnał sinusoidalny można go opisać dwoma parametrami, czyli amplitudą i częstotliwością. Często zamiast częstotliwości używa się pojęcia okres T, który jest równy T=1/f. Szum - jest nieodłącznym towarzyszem sygnałów użytecznych i jest czymś niepożądanym w układach elektronicznych. Najczęstszym rodzajem szumów jest szum pochodzenia termicznego wytwarzany przez rezystory.
U(V) 5V 1 0 t (s) Sygnał cyfrowy
Oscyloskop • Budowa lampy oscyloskopowej: • Elektrody odchylające • Działo elektronowe • Wiązka elektronów • Cewka skupiająca • Pokryta luminoforem wewnętrzna strona lampy.
Liczby zespolone Często zamiast i wystepuje symbol j Im a wzór Eulera Re
U I t Prąd zmienny
U I t Prąd zmienny
Prąd zmienny Im I U I U Re
+Q C U -Q Kondensator Pojemność kondensatora
+Q C U -Q Kondensator Pojemność kondensatora
I U L Cewka indukcyjna L – indukcyjność cewki
I U L Cewka indukcyjna L – indukcyjność cewki H - henr
R R C L Dwójniki - układ posiadający dwa zaciski elektryczne Typowy przykład dwójnika: czujnik mierzący określoną wielkość fizyczną
Parametry wejściowe – wymuszenie Parametry wyjściowe – odpowiedź układu na określone wymuszenie parametr wyjściowy parametr wejściowy Pi – wielkość fizyczna od których może zależeć odpowiedź układu np.: temperatura, oświetlenie, ciśnienie.
Ogólnie U =U(t0) może zależeć od zmiany parametrów w czasie dla - t t0 t0 t Dwójniki liniowe i stacjonarne U =U(t) odpowiedź na wymuszenie I =I(t) • liniowy gdy: a*U(t) odpowiedź na wymuszenie a*I(t) U(t) = a1*U1(t) + a2*U2(t) odpowiedź na wymuszenie I(t) = a1*I1(t) + a2*I2(t)
stacjonarny: Jeśli U(t) odpowiedzią na wymuszenie I(t) to dla chwili t+t0 U(t+t0) jest odpowiedzią na wymuszenie I(t+t0) Realnie istniejące elementy elektroniczne tylko w przybliżeniu liniowe i stacjonarne
Rozważmy wymuszenie postaci: Dla elementów liniowych mamy odpowiedź: Dla małych t0 rozwijamy U(t+t0) w szereg Taylora w otoczeniu punktu t:
Możemy teraz zdefiniować funkcje odpowiedzi Dla wymuszeń sinusoidalnych przyjmujemy p w postaci częstość kołowa f - częstość T - okres wymuszenia Możemy też zapisać