10/10/2012
Predmet: ANALOGNA ELEKTRONIKA
Predmetni nastavnik: Dr Nándor Burány
Asistent: Mr Szabolcs Divéki
3. semestar
Broj èasova: 2+2
2. OSNOVNA KOLA U ELEKTRONICI
• Upoznavanje sa osnovnim kolima.
• Podela:
¯Pasivna kola (sadrže samo pasivne
komponente).
¯Aktivna kola (sadrže bar jednu aktivnu
komponentu):
logièka kola,
pojaèavaèka kola,
nelinearna kola.
2
1
10/10/2012
POGLAVLJE 2.1.
PASIVNA KOLA
• Bez aktivnih komponenti nema prave elektronike, ali se neki prosti
zadaci ipak mogu obaviti:
— deljenje (slabljenje) signala,
— razdvajanje i sprezanje signala,
— zadaci filtracije...
• Uobièajeni pristupi pri projektovanju elektronskih sklopova:
— sve što se može rešiti pasivnim kolima, tako i rešavamo,
— ako se zadatak može rešiti èisto sa otpornicima, neãemo koristiti
druge komponente,
— ako su pored otpornika potrebne i neke reaktivne komponente,
prvenstveno ãemo koristiti kondenzatore,
— kalemove koristimo samo ako se zadatak ne može rešiti
kombinacijom otpornika i kondenzatora,
— i kod aktivnih kola pasivne komponente ãemo koristiti u skladu sa
3
ovde navedenim prioritetima.
2.1.1. RC NISKOPROPUSNIK - OSNOVI
• Sadrži jedan otpornik i jedan kondenzator. U
nekim aplikacijama potrebno je uzeti i
otpornost optereãenja na izlazu.
• Pogodan je za proste filtracije.
• Obièno se karakteriše vremenskom
konstantom: ô=RC.
4
2
10/10/2012
2.1.1.1. RC NISKOPROPUSNIK –
OPIS U FREKVENCIJSKOM DOMENU
• U frekvencijskom domenu elektronska kola se opisuju pomoãu
prenosnih funkcija.
• Prenosna funkcija odreðuje odnos ulaznog i izlaznog signala
(pojaèanje, pomeranje faze) za sluèaj sinusne pobude.
• Kod linearnih kola (i RC niskopropusnik spada tu) nema nelinearnog
izoblièenja: ako je na ulazu sinusni signal, i na izlazu ãe biti sinusni
signal.
• Prenosna funkcija niskopropusnika je:
Vo
1
 j   1

.
1  jRC 1  j
Vi
• Ponašanje: na niskim frekvencijama signal prolazi bez slabljenja, oko
graniène frekvencije dolazi do postepenog slabljenja prenosa, na višim
frekvencijama izlazna amplituda pada srazmerno sa reciproènom
vrednošãu frekvencije. Fazni pomeraj na niskim frekvencijama je
približno nulti, oko graniène frekvencije poèinje postepeno da opada –
kasnije asimptotski teži ka vrednosti od -ð/2.
• Granièna frekvencija (kružna uèestanost) je:  H  1 .
5

2.1.1.2. RC NISKOPROPUSNIK –
BODE-OVI DIJAGRAMI
• Posebno se crta modul i faza prenosne funkcije u
funkciji uèestanosti:
Vo
dB   20 log Vo
Vi
Vi
V 
Im o 
V
V 
arg o   arctg  i 
V 
 Vi 
Re o 
 Vi 
6
3
10/10/2012
2.1.1.3. RC NISKOPROPUSNIK –
OPISIVANJE U VREMENSKOM DOMENU
• Pri skoku ulaznog signala dobija se
t
sledeãi odziv:

Vo  Vm (1  e
RC
)
• Pri periodiènom ponavljanju
èetvrtastog signala na ulazu,
ponašanje niskopropusnika zavisi
od odnosa vremenske konstante
kola i periode signala:
— velika vremenska konstanta: jak
filtarski efekat, na izlaz stiže
skoro samo srednja vrednost
ulaznog signala.
—mala vremenska konstanta:
jedva ima izoblièenja (samo na
ivicama).
7
7
2.1.2. RC VISOKOPROPUSNIK - OSNOVI
• Sadrži jedan otpornik i jedan kondenzator.
• Pogodan je za proste filtracije.
• Obièno se karakteriše vremenskom
konstantom (nije potrebno posebno poznavati
vrednosti R i C): ô=RC.
8
4
10/10/2012
2.1.2.1. RC VISOKOPROPUSNIK –
OPISIVANJE U FREKVENCIJSKOM DOMENU
• I u ovom sluèaju se koristi prenosna funkcija.
• I ovo kolo je linearno.
• Prenosna funkcija RC visokopropusnika:
Vo
jRC

.
Vi 1  jRC
• Ponašanje: na visokim frekvencijama dobija se
jedinièni prenos, oko graniène frekvencije prenos se
postepeno smanjuje, ispod graniène frekvencije
signal se smanjuje srazmerno frekvenciji, faza kreãe
sa vrednosti +ð/2 zatim oko graniène frekvencije
postepeno pada i asimptotski teži nuli.
1


.
H
• Granièna frekvencija (kružna uèestanost) je:

9
2.1.2.2. RC VISOKOPROPUSNIK –
BODE-OVI DIJAGRAMI
• Posebno se nacrta modul i faza prenosne funkcije
u funkciji uèestanosti:
Vo
dB   20 log Vo
Vi
Vi
V 
Im o 
V
V 
arg o   arctg  i 
V 
 Vi 
Re o 
 Vi 
10
5
10/10/2012
2.1.2.3. RC VISOKOPROPUSNIK –
OPISIVANJE U VREMENSKOM DOMENU
• Za sluèaj jediniènog skoka na ulazu
t
dobija se izlazni signal:

Vo  Vm e
RC
• Pri periodiènom ponavljanju
èetvrtastog signala na ulazu,
ponašanje niskopropusnika zavisi od
odnosa vremenske konstante kola i
periode signala:
— velika vremenska konstanta: skida
se jednosmerna komponenta
signala, ali se oblik signala jedva
menja.
— mala vremenska konstanta: i u
ovom sluèaju nestaje jednosmerna
komponenta, a na ivicama ulaznog
signala na izlazu se generišu
iglièasti impulsi.
11
11
2.1.3.1 RAZDELNICI NAPONA OSNOVI
• Cilj: smanjenje ulaznog signala bez promene
oblika.
• Raspoložive komponente:
– otpornici,
– kondenzatori,
– kalemovi
– transformatori.
12
6
10/10/2012
2.1.3.1. RAZDELNICI NAPONA –
OTPORNIÈKA REŠENJA
• Prosta otpornièka
rešenja:
– fiksni odnos razdele,
– promenljivi odnos.
• Kompenzovani
razdelnici: ako je
R1C1=R2C2 , neãe doãi do
izoblièenja zbog
kapacitivnog optereãenja
na izlazu (signali svih
frekvencija se prenose
podjednako).
13
2.1.3.2. RAZDELNICI NAPONA –
KAPACITIVNA I INDUKTIVNA REŠENJA
• Induktivni razdelnik: redovno se primenjuje
kada veã ima kalema u datom kolu.
• Razdela se dobije pravljenjem posebnog
izvoda (odvoda) sa kalema.
• Istovremeno se javlja i prilagoðenje
impedanse.
• Kapacitivna razdela: uglavnom se
primenjuje u tehnici visokog napona.
• Lakše je napraviti visokonaponski
kondenzator male kapacitivnosti nego
otpornik velike otpornosti.
• Gubici kondenzatora su zanemarljivi.
• Transformatorom se može i smanjiti i
poveãati signal.
14
7
10/10/2012
2.1.4. RC PROPUSNIK OPSEGA
• Koriste se dva otpornika i dva
kondenzatora.
• Prenosna funkcija je:
Vo
jC1 R2
( j ) 
Vi
1  j (C1 R1  C1 R2  C 2 R2 )   2 C1C 2 R1 R2
• Prenos je maksimalan na srednjim
1
.
frekvencijama, na manjim i veãim  0 
C
C
R
R
1
2
1
2
frekvencijama se smanjuje.
• Prelaz iz propusnog opsega u nepropusni
nije strm.
15
2.1.5. LC FILTRI - OSNOVI
• Bilo koji zadatak filtracije se može ostvariti
kombinacijom potrebnog broja kalema i
kondenzatora.
• Podrazumeva se da se ne može pojaèati snaga
pošto je reè o èisto pasivnim kolima.
• Teorija LC filtara je složena, potrebni su složeni
proraèuni za odreðivanje vrednosti komponenti.
• Ranije je projektovanje podržavano gotovim
formulama i tabelama.
• Danas su na raspolaganju odgovarajuãi softveri
(ima i besplatnih).
16
8
10/10/2012
2.1.5.1. LC FILTRI –
LESTVIÈASTE MREŽE
• Mogli bi se koristiti mnogi
razlièiti rasporedi LC
elemenata za ostvarivanje
filtara.
• Najpopularnije su
lestvièaste mreže.
• Najèešãe se koriste sledeãi
filtri: propusnik niskih
uèestanosti (a), propusnik
visokih uèestanosti (b),
propusnik opsega
uèestanosti (c).
• Broj elemenata u
lestvièastoj strukturi se
odreðuje prema
potrebama.
17
2.1.6. WIEN-OV
MOST
• Na izvesnoj
frekvenciji
(f0=(2ðRC)-1 ) dolazi
do uravnoteženja:
daje nulti izlazni
signal.
• Primena: oscilatori,
merni instrumenti.
18
9
10/10/2012
2.1.7. REDNO RLC REZONANTNO KOLO
• Impedanse kalema i
kondenzatora se
kompenzuju delimièno ili
potpuno u zavisnosti od
frekvencije ulaznog
signala.
• Rezonantna frekvencija je:
0 
1
LC
• Na rezonantnoj frekvenciji
ulazna impedansa je èisto
ohmska: Zi=R.
• Strmina krive odnosno
širina propusnog opsega
zavisi od vrednosti Q
 L
1
faktora:
Q 0 
R
 0 RC
19
2.1.7. PARALELNO RLC REZONANTNO
KOLO
• Kod ovog kola meðusobno se
kompenzuju admitanse kalema i
kondenzatora
• Rezonantna frekvencija je:
0 
1
LC
• Na ovoj frekvenciji ulazna
admitansa je èisto ohmska: Zi=R.
• Strmina krive odnosno širina
propusnog opsega zavisi od
vrednosti Q faktora:
Q
0L
1

R
 0 RC
20
10
10/10/2012
Kraj poglavlja 2.1.
(PASiVNA KOLA)
11
Download

2. OSNOVNA KOLA U ELEKTRONICI