10/10/2012
Predmet: ANALOGNA ELEKTRONIKA
Predmetni nastavnik: Dr Nándor Burány
Asistent: Mr Szabolcs Divéki
3. semestar
Broj èasova: 2+2
POGLAVLJE 2.4.
NELINEARNA KOLA
• Cilj je primena nelinearnog dela prenosne
karakteristike.
• Obradiãe se sledeãe teme:
o kola za zaštitu i ogranièenje,
o modulatori i demodulatori,
o usmeraèi (ispravljaèi),
o umnožavaèi napona,
o nelinearni pojaèavaèi.
2
1
10/10/2012
2.4.1.a KOLA ZA ZAŠTITU I OGRANIÈENJE –
OGRANIÈENJE PREKOSTRUJA
Moguãa rešenja:
1. Postavljanje otpornika izmeðu izvora i potrošaèa:
• obièan otpornik: stalni znaèajni gubici, grubo
ogranièenje,
• NTC otpornici: veliki gubici pri pokretanju struje,
posle zagrevanja gubici se smanjuju,
• PTC otpornici: do nazivne struje gubici su mali.
2. Primena regulacionih kola: složena rešenja, ali se
može podesiti precizno ogranièenje struje, gubici
su uglavnom beznaèajni.
3
2.4.1.b KOLA ZA ZAŠTITU I OGRANIÈENJE –
OGRANIÈENJE PRENAPONA
• Mogu se koristiti sledeãe komponente: varistori,
diode, Zener-ove diode, TVS diode, cevni odvodnici
prenapona.
• Metoda: komponenta koja treba da vrši ogranièenje
se vezuje paralelno potrošaèu. Deo napona opadne
na rednoj impedansi (Z), kada komponenta koja
treba da vrši ogranièenje napona provede struju.
4
2
10/10/2012
2.4.1.c KOLA ZA ZAŠTITU I OGRANIÈENJE –
DIODNA KOLA ZA ZAŠTITU OD PRENAPONA
• Ogranièenje ulaznog napona
za opseg od 0 do VCC.
• Ogranièenje izlaznog napona
za opseg od 0 do VCC u
sluèaju induktivnog
optereãenja.
• Ogranièenje ulaznog napona
operacionog pojaèavaèa za
opseg od –VD do +VD.
5
2.4.1.d KOLA ZA ZAŠTITU I OGRANIÈENJE –
DIODNA KOLA ZA OGRANIÈENJE - PRINCIPI
• Izlazni signal ne može da preðe
preko vrednosti VREF+VD, pošto
poteèe struja i višak napona
pada na otporniku.
• Umesto diode i izvora napona
može da se koristi Zenerova
dioda, ali pri tome ãe se odseãi i
deo napona ispod –VD. Ako
nema potrebe za tim, treba
povezati obiènu diodu na red sa
Zenerovom diodom.
6
3
10/10/2012
2.4.1.E KOLA ZA ZAŠTITU I OGRANIÈENJE –
DIODNA KOLA ZA OGRANIÈENJE – RAZNA
OBLIKOVANJA NAPONA
• Odsecanje dela
napona ispod VREF.
• Odsecanje napona i
sa gornje i sa donje
strane.
7
2.4.2. MODULATORI I DEMODULATORI
• Modulacija: pomeranje spektra signala u RF opseg.
• Demodulacija: vraãanje spektra signala u osnovni
opseg.
• Modulaciju i demodulaciju vršimo kolima za
množenje (mešanje).
• Poznata su tri principa:
o množaèi sa nelinearnom prenosnom
karakteristikom,
o prekidaèki množaèi,
o množaèi na bazi promene parametara.
8
4
10/10/2012
2.4.2.a MODULATORI IDEMODULATORI–
MNOŽAÈI SA NELINEARNOM PRENOSNOM
KARAKTERISTIKOM – PRINCIPI
• U sluèaju kvadratne karakteristike, ako na ulaz dovedemo zbir
modulišuãeg signala (vm(t)) i noseãeg signala (vo(t)) dobiãemo
sledeãi izlazni signal:
y (t )  vm2 (t )  2vm (t )vo (t )  vo2 (t ).
• Prvi i treãi ãlan su nepotrebni ali se filtracijom lako mogu
odstraniti.
• Spektar srednjeg èlana se poklapa sa spektrom modulišuãeg
signala, ali je transliran u noklinu frekvencije noseãeg signala.
• Prenosne karakteristike JFET-a i MOSFET-a su približno
kvadratne.
• Prenosna karakteristika bipolarnog tranzistora je
eksponencijalna ali se može koristiti kvadratna aproksimacija.
9
2.4.2.b MODULATORI IDEMODULATORI–
MNOŽAÈI SA NELINEARNOM PRENOSNOM
KARAKTERISTIKOM – REALIZACIJA
• Principsko rešenje:
• Stvarna izvedba sa JFETom:
o ulazni signali se
sabiraju preko
otpornika,
o filtraciju izlaznog
signala vrši rezonantno
kolo L0C0.
10
5
10/10/2012
2.4.2.c MODULATORI I DEMODULATORI –
PREKIDAÈKI MNOŽAÈI
• Signal prekidamo na visokoj frekvenciji – kao da
množimo sa pravougaonim signalom – osnovni
harmonik pravougaonog signala je sinusoida.
• Simetrièno kolo: pravougaoni signal se ne prenosi ni
prema ulazu ni prema izlazu, ali otvara/zatvara diode.
• Signal vm dolazi na izlaz isprekidano.
11
2.4.2.d MODULATORI IDEMODULATORI– MNOŽAÈI NA
BAZI PROMENE PARAMETARA – PRINCIPI
• Jedan od signala (na pr. noseãi signal) menja struju
strujnog izvora.
• Drugi signal (na pr. modulišuãi signal) menja
otpornost optereãenja.
12
6
10/10/2012
2.4.2.e MODULATORI
IDEMODULATORI – MNOŽAÈI
NA BAZI PROMENE
PARAMETARA – BALANSNI
MODULATOR
• Signal vo menja struju strujnog
izvora realizovanog tranzistorom
Q3.
• Pojaèanje diferencijalnog
stepena realizovanog
tranzistorima Q1 i Q2 je linearna
funkcija struje strujnog izvora.
• Signal vRF ãe se manje ili više
pojaèavati u zavisnosti od signala
vo .
• Na izlazu dobijemo proizvod dva
signala (vMF).
13
2.4.3. USMERAÈI – PRINCIPI
• Usmeraèi (ispravljaèi) pretvaraju
naizmeniène signale u jednosmerne.
• Postoje polutalasna i punotalasna rešenja.
• Usmeravanje se uglavnom vrši sa diodama.
• Primenom tiristora može se realizovati
usmeraè sa regulacijom izlaznog napona.
14
7
10/10/2012
2.4.3.a USMERAÈI –
POLUTALASNI USMERAÈ –
OHM-SKO OPTEREÃENJE
• Struja teèe samo u toku pozitivne poluperiode.
• U tom intervalu izlazni napon se približno poklapa sa
ulaznim naponom (manji nje za jedan napon
otvorene diode).
• U negativnoj poluperiodi izlazni napon je na nuli.
15
2.4.3.b USMERAÈI –
POLUTALASNI USMERAÈ –
RL OPTEREÃENJE
• Na poèetku pozitivne poluperiode porast struje je
sporiji.
• Struja teèe još neko vreme i nakon prolaska
ulaznog napona kroz nulu.
16
8
10/10/2012
2.4.3.c USMERAÈI –
POLUTALASNI USMERAÈ –
RC OPTEREÃENJE
• Izlazni napon se filtrira (pegla) pomoãu
kondenzatora.
• Poveãanjem kapacitivnosti kondenzatora talasnost
izlaznog napona se smanjuje ali je ulazna struja sve
više izoblièena.
17
2.4.3.c USMERAÈI –
POLUTALASNI USMERAÈ –
TROFAZNI ULAZ
• Uglavnom se koristi na
velikim snagama.
• Izlaz nikad ne pada ispod
polovine amplitude ulaznih
sinusnih signala.
• Dodavanjem kondenzatora
talasnost izlaznog napona se
može dalje smanjivati.
18
9
10/10/2012
2.4.3.d USMERAÈI –
PUNOTALASNI USMERAÈ – TRANSFORMATOR
SA SREDNJIM IZVODOM
• Od dva raspoloživa sekundarna napona diode
naizmenièno dovode na izlaz pozitivan napon.
• I tu se može primeniti RL ili RC optereãenje.
19
2.4.3.e USMERAÈI –
PUNOTALASNI USMERAÈ –
DIODNI MOST
• Nema potrebe za
transformatorom.
• Danas se veãina
elektronskih ureðaja napaja
na ovaj naèin.
• Diode provode u
naizmeniènim parovima.
• Izvor se ne optereãuje
jednosmernom strujom.
• I tu se može primeniti RL ili
RC optereãenje.
20
10
10/10/2012
2.4.3.f USMERAÈI –
PUNOTALASNI USMERAÈ –
TROFAZNI MOST
• Pogodan je za veãe
snage.
• Talasnost na izlazu
je mala i bez
dodatne filtracije.
• Izvor se ne
optereãuje
jednosmernom
strujom.
21
2.4.3.g USMERAÈI – PRECIZNI USMERAÈI –
POLUTALASNI USMERAÈ
• Kod dosad razmatranih
usmeraèa javlja se veliko
odstupanje izlaza od ulaza
pri malim vrednostima
ulaznog napona.
• Zahvaljujuãi negativnoj
povratnoj sprezi, izlazni
signal se u pozitivnoj
poluperiodi taèno poklapa sa
ulaznim signalom.
• U negativnoj poluperiodi
izlaz operacionog pojaèavaèa
prelazi u negativno zasiãenje
– ne dolazi napon na izlaz.
22
11
10/10/2012
2.4.3.h USMERAÈI – PRECIZNI USMERAÈI –
PUNOTALASNI USMERAÈ
 R  R 
• U sluèaju pozitivnog ulaznog
vO  v I   3   5 
 R1  R4 
napona izlaz se dva puta invertuje:
• Ako su svi otpornici isti, biãe: vO=vI.
• Za sluèaj negativnog ulaznog napona:

vI
v
vA
 A 
,
R1 R2 R3  R4

R5
vO  v A 1 
 R3  R4

.

• Ako su svi otpornici isti, biãe : vO=-vI.
23
2.4.4.a UMNOŽAVAÈI NAPONA –
UDVOSTRUÈIVAÈ
• Transformatorsko
podizanje napona je
univerzalno rešenje ali je
skupo – umesto toga mogu
se koristiti diodna kola.
• U sluèaju pozitivne
poluperiode puni se gornji
kondenzator, u negativnoj
poluperiodi donji.
• Izlazni signal je približno
jednak dvostrukoj
vrednosti amplitude
ulazne sinusoide.
24
12
10/10/2012
2.4.4.b UMNOŽAVAÈI NAPONA – INVERTUJUÃI
UDVOSTRUÈIVAÈ
• U pozitivnoj poluperiodi C1 se puni na amplitudu
ulaznog naizmeniènog napona.
• U negativnoj poluperiodi ulazni napon se sabere sa
naponom kondenzatora: C2 se puni na dvostruku
amplitudu.
• Izlaz je negativan u odnosu na zajednièku referentnu
taèku.
25
2.4.4.c UMNOŽAVAÈI NAPONA – PROIZVODNJA
VELIKIH NAPONA
• U toku više perioda ulaznog naizmeniènog napona
prvi kondenzator se puni na jednostruku amplitudu,
ostali kondenzatori na dvostruku amplitudu.
• Poveãanjem broja sekcija naèelno se može dobiti vrlo
veliki napon.
• Izlazna struja se naglo smanjuje pri poveãanju broja
sekcija.
26
13
10/10/2012
2.4.5. NELINEARNI POJAÈAVAÈI –
PRINCIPI
• Za prosto poveãanje signala koriste se linearni
pojaèavaèi.
• Za specijalne obrade signala potrebne su
odreðene nelinearnosti.
• Najèešãe primenjeni nelinearni pojaèavaèi
ostvaruju logaritamsku ili eksponencijalnu
funkciju.
• Korišãenjem tih kola može se izvršiti množenje
signala, dizanje na neki stepen, vaðenje korena...
27
2.4.5.a NELINEARNI POJAÈAVAÈI –
LOGARITAMSKI POJAÈAVAÈ
• Zavisnost izmeðu ulaza i izlaza je sledeãi:
vO  VT ln
vI
.
RI S
• Takvo ponašanje se dobije zahvaljujuãi strujnonaponskoj karakteristici tranzistora odnosno diode.
• Ponašanje tranzistora je bolje.
28
14
10/10/2012
2.4.5.b NELINEARNI POJAÈAVAÈI –
EKSPONENCIJALNI POJAÈAVAÈ
• Zamenom komponente na ulazu i u povratnoj sprezi
dobija se eksponencijalna karakteristika.
• I tu se može koristiti dioda ali tranzistor daje bolje
rezultate.
• Ova kola su jako zavisna od temperature.
• Kod integrisanih rešenja moguãa je automatska
kompenzacija.
• Za nelinearne obrade signala danas se više koriste
digitalna rešenja.
29
ODREÐIVANJE PRAVE EFEKTIVNE
VREDNOSTI PERIODIÈNOG
SIGNALA
15
10/10/2012
TERMIÈKI PRETVARAÈ RMS-DC
EKSPLICITNI PRORAÈUN EFEKTIVNE
VREDNOSTI
16
10/10/2012
IMPLICITNI PRORAÈUN EFEKTIVNE
VREDNOSTI
INTEGRISANI RMS-DC KONVERTOR
TIPA AD637 (ANALOG DEVICES)
17
10/10/2012
Kraj poglavlja 2.4.
(NELINEARNA KOLA)
18
Download

Analogna elektronika 24.pdf