1 / 54

Analogová a číslicová technika

Průběh přírodních dějů (teplota,světlo,zvuk,…) je spojitý-analogový proces-snaha o jeho zachycení,zpracování a uložení. Analogová a číslicová technika. Příklad – zvuk : mikrofon-zesilovač- záznam -zesilovač-reproduktor.

kendall
Download Presentation

Analogová a číslicová technika

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Průběh přírodních dějů (teplota,světlo,zvuk,…) je spojitý-analogový proces-snaha o jeho zachycení,zpracování a uložení Analogová a číslicová technika Příklad – zvuk : mikrofon-zesilovač-záznam-zesilovač-reproduktor Fyzikální experiment zahrnuje mnoho proměnných analogových signálů,jež je nutno zpracovat.Optimální je využít výhod číslicové techniky v určité fázi procesu. Číslicový signál-nespojitý jev,popsaný dvěma stavy ( 0 a 1 – impuls ) výhodné pro další zpracování,záznam,uložení a zpracování dat (nejprve je ovšem nutné analogový signál převést na digitální)

  2. „…digitální zvuk“

  3. Analogové elektronické obvody • analogové < > číslicové obvody • spojité a nespojité signály • lineární a nelineární • (popsané lineárními a nelineárními diferenciálními rovnicemi) • podle použitých prvků – lineární např. R, L, C … • nelineární např. transistory,diody • pasivní a aktivní prvky • spojování a řazení prvků v elektronických obvodech • paralelní a sériové spojování • hlediska navazování v obvodech (druhy vazeb,oddělení,výkonové přizpůsobení)

  4. Názvosloví,veličiny • normy • schematické značky • jednotky • symboly el.veličin • U,I,P,R,G,L,C,…… • u,i,p,z,y,…… • předpony • logaritmické vyjádření • dBU =(20logU1/U2) • dBP =(10log P1/P2) Návrhové CAD programy (PADS,Eagle)

  5. Základní zákony • Ohmův zákon U=RI • (obecněplatný pro impedance) • 1.Kirchhoffův • uzlové proudy • 2.Kirchhoffův • smyčková napětí • ostatní – princip superpozice, (odezva lineárního obvoduna několik vstupních signálů je dán součtem jednotlivých odezv) • Theveninův a Nortonův teorém

  6. Dvojpóly (jednobrany) • 1-brany a 2-brany • aktivní > < pasivní • aktivní • ideální zdroj napětí a) • “ proudu b) • některé diody • pasivní • odpor • definice R=U/I • prvek rezistor • náhradní obvod (zapojení) • vliv vývodů a pouzder • teplotní závislost

  7. Dvojpóly (jednobrany) • kapacita • definice • prvek kondensátor • náboj Q • energie • impedance Z (admitance Y) • (zobecněný Ohmův zák.) • náhradní obvod (zapojení) • vektorový diagram

  8. Dvojpóly (jednobrany) • indukčnost • definice • prvek cívka • energie • impedance Z • (zobecněný Ohmův zák.) • náhradní obvod (zapojení) • vektorový diagram

  9. Dvojpóly (jednobrany) • odpory řízené neelektrickou veličinou • termistor (záporný teplotní koeficient) – použití pro snímání teploty,teplotní stabilizaci v obvodech • posistor (kladný teplotní koeficient) – ochrana prvků před nadměrnými proudy,termostaty k udržování konstantní teploty • fotoodpor – velikost ohmického odporu závisí na světle

  10. Obvody s diskrétními polovodičovými součástkami • Diody • pn přechod,VA charakteristika v prvním kvadrantu,souvislost prahového napětí Ud se šířkou zakázaného pásu • Ge,Si,Schottky,GaAsP,SiC • diferenciální odpor • grafická konstrukce detekce rf napětí na diodě • rekombinace nosičů náboje omezuje rychlost usměrnění či sepnutí přechodu • nelineární prvek

  11. Voltampérové charakteristiky diod

  12. Další typy diod • Zenerova dioda –použití ve stabilisačních obvodech,zdrojích napětí,omezovače atd • Zenerův a lavinový jev • > teplotní koeficient,šum • dynamický odpor • LED a foto diody – přeměna elektrického proudu na světlo a opačně (indikace,displeje,použití v optočlenech,světelné závory, zabezpečovací technika aj.) • Detekční diody

  13. Čtyřpóly (dvojbrany) • aktivní • transistory bipolární a unipolární • pasivní • transformátory,kmitočtové filtry

  14. Filtry

  15. Transistory bipolární • Základní aktivní prvek analogové i číslicové techniky • V analogových obvodech použití pro zesilování signálů,spínání • Fyzikální model-struktury NPN,PNP-dvě vodivostní struktury • 2 druhy nosičů náboje-majoritní a minoritní • Elektrické parametry stejnosměrné a střídavé • Nelineární prvek - výhodné graficko-matematické řešení • Střídavé parametry – nejčastěji používané „h-parametry“ slouží pro návrh obvodů pomocí maticového počtu • Stejnosměrné parametry – smysl a význam nejlépe patrné z obrázku tzv. voltampérových charakteristik

  16. Bipolární transistor-VA charakter. • Stejnosměrné VA charakteristiky bipolárního transistoru • > par.UC IC / IB > > par. IB IC / UC • > par.UC IB / UB • > > par.I B UC /UB

  17. Pracovní oblast tranzistoru

  18. Bipolární versus CMOS technologie Unipolární tranzistory mají velký vstupní odpor, řádu 1014 Ohmu, tudíž pro jejich řízení nepotřebujeme výkon. Tento aspekt se příznivě odrazí zejména v konstrukci logických obvodů, kde s velkou hustotou integrace u bipolárních technologií strmě narůstá příkon (a tím teplo) obvodu.

  19. Pracovní bod • Soubor stejnosměrných parametrů,udávající jednoznačně polohu ve VA charakteristikách (obvodu) • Může být ovlivněn neelektrickými parametry • Nastavení a stabilizace • Pracovní bod diody

  20. Pracovní bod transistoru • Základní zapojení transistoru v obvodu s rezistory určujícími polohu pracovního bodu • Metody řešení vícesmyčkových obvodů-aplikace Ohmova a Kirchhoffových zákonů

  21. Pracovní bod transistoru • Teplotní závislost pracovního bodu • Metody stabilizace-použití teplotně závislých prvků , nebo volba obvodových prvků v zapojení

  22. Zesilovače • Stejnosměrné zesilovače • Přenos ss signálů-možnost ovlivnění posunem ss pracovního bodu • Symetrické zapojení pro kompenzaci – tzv. diferenciální stupeń • Základní zapojení pro tzv. operační zesilovače • Hlavní parametry drift,ofset • U vícestupňových zesilovačů stabilita

  23. Zesilovače Příklad vícestupňového zesilovače s galvanickou vazbou mezi stupni,velmi vhodnou pro možnost integrace (OZ) Lze použít jako zesilovač stejnosměrných i střídavých signálů Základní parametryzesilovačů-zesílení,vstupní a výstupní odpor, kmitočtová a fázová charakteristika,drift,výkon

  24. Zesilovače-zpětná vazba,stabilita • Pojem zpětné vazby • Kladná a záporná • Vliv vazby na zesílení,kmitočtovou charakteristiku a stabilitu • Nyquistovo kriterium stability • Zpětná vazba jednoznačně definuje zesílení • Možnost změny zpětné vazby

  25. Kladná zpětná vazba-oscilátory Oscilátor s T – článkem (harmonický sinusový průběh) Stupeň vazby se řídí potenciometrem Oscilátor s trafo-vazbou (neharmonický obdélníkový průběh) Oscilátor-multivibrátor využívající nabíjení-vybíjení RC členů

  26. Operačnízesilovače • Proč operační zesilovač ? • Základní vlastnosti OZ • Ideální a reálný operační zesilovač • Základní funkční zapojení operačních zesilovačů • Typy operačních zesilovačů podle způsobu použití • Spektrum aplikací operačních zesilovačů • Digitální potenciometry a programovatelné zesilovače

  27. Proč operační zesilovač ? • Nejčastěji používaný elektronický prvek, historicky první byl realizován s elektronkami v roce 1938 • Zpravidla se označením myslí rozdílový (diferenční) operační zesilovač (dále OZ) • Byl nejprve určen k analogové realizaci matematických operací • Základní obvodový prvek pro zpracování analogových signálů (součet,rozdíl,negace, integrace,derivace,generace různých časových průběhů) • V analogových systémech je ekvivalentem mikroprocesoru u systémů digitálních

  28. Aplikace - analogové počítače • Název odvozený od elektronických obvodových bloků provádějících určité operace (sčítání,násobení,integraci,derivaci atd) se ss signály • Analogové počítače mx" + bx' + kx = F(t)

  29. Operační zesilovače Mají vysoké požadavky na vlastnosti stejnosměrných obvodových bloků. Pokročilá polovodičová technologie vedla k integraci prvku, umožnila např. teplotní stabilizaci čipu,kombinací bipolárních a unipolárních prvků (BIFET technologie) a dosažení optimálních parametrů. OZ se blíží svými vlastnostmi ideálním zesilovačům Univerzální využití v analogové elektronice s použitím vnější sítě obvodových prvků a zpětných vazeb.

  30. Základní funkční schéma

  31. Ideální převodní charakteristika rozdílového zesilovače +UB Uvýst Uofs Uvst Uofs Uofs – vstupní ofsetové napětí A –zesílení - udává směrnice přímky -UB saturační napětí

  32. Integrované operační zesilovače Příklad základního zapojení bipolárního vícestupňového zesilovače s galvanickou vazbou mezi stupni,velmi vhodnou pro možnost integrace Lze použít jako zesilovač stejnosměrných i střídavých signálů

  33. Ideální operační zesilovač

  34. podle použití standardní (..741) levné precizní (OP177) trimované laserem přístrojové (AD624) pevné/nastavitelné zesílení výkonové, vysokonapěťové AD815 - 1A vysokofrekvenční (video...) AD8130 - 250MHz podle technologie bipolární unipolární kombinované např.BIFET velký počet typů podle požadovaných vlastností výhodná provedení 1,2,4 OZ v jednom pouzdře Rozdělení operačních zesilovačů

  35. Základní zapojení operačního zesilovače (bez vnější sítě obvodových prvků) Rozhraní mezi analogovými a digitálními obvody Obvod,který zajišťuje „rozhodnutí“, které ze 2 analogových vstupních napětí je větší. Výstupem je logická hodnota reflektující relativní hodnoty na vstupu. Komparátor Ideální převodní charakteristika

  36. Rozdílový zesilovač Často využíván k zesilování napětí na můstku

  37. Zapojení neinvertujícího zesilovače Zesílení : Charakteristické vlastnosti : • nemění polaritu • velký vstupní odpor – v případě použití FET transistorů na vstupu je řádu 1015 Ohmů elektrometrický zesilovač • Záporná zpětná vazba – zesílení určuje opět pouze poměr resistorů R0 a R1 • zvláštní případy: • diferenciální zesilovač • sledovač

  38. Zapojení invertujícího zesilovače Zesílení : Charakteristické vlastnosti : • Princip virtuální nuly • - sčítací bod, virtuální 0 (napětí Ei> 0,Rvst se blíží nekonečnu) • záporná zpětná vazba • zesílení je jednoznačně určeno poměrem rezistorů R0 ku R1,mění polaritu,vstupní odpor je dán R1 • Sčítání vstupních napětí

  39. Můstek s OZ

  40. Sčítací zesilovač

  41. Aplikační spektrum Voltmetr s neinvertujícím zapojením OZ

  42. D/A převodník se sčítacím zesilovačem U digitálně-analogového převodníku využíváme vlastnosti operačního zesilovače, u kterého je zesílení určeno zpětnou vazbou 2 základní obvodové prvky : sčítací zesilovač a spínače

  43. Sledovač Používá se jako měnič impedance : Velmi vysoký vstupní odpor mění na velmi Malý výstupní odpor Kde Ao je zesílení bez Zpětné vazby

  44. Zdroj referenčního napětí s velmi nízkým výstupním odporem

  45. diodový usměrňovač s OZ výhodný k usměrnění malých napětí (prahové napětí diody se v tomto zapojení zmenší v poměru A zisku OZ) nevýhoda-omezený kmitočtový rozsah využití v přístrojové technice (multimetry) a při zpracování signálů Usměrňovače a detektory

  46. Logaritmické zesilovače

  47. Převodníky U/I a I/U • Detekce světelného záření • Fotodioda v zapojení převodník I/U

  48. Derivační obvod

  49. elektronická derivace potlačení šumu “1/f” (filtr „hornopropust“) elektronická integrace potlačení šumu v horní kmitočtové části (filtr „dolnopropust“) kombinací integračního a derivačního obvodu (filtr pásmová propust) dosáhneme zúžení pásma filtrace signálů Základem aktivních filtrů

More Related