Elektronika cyfrowa

37
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/ 1

description

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: - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Elektronika cyfrowa

Page 1: Elektronika cyfrowa

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/

1

Page 2: Elektronika cyfrowa

Pracownia Elektroniczna

Informacje o programie ćwiczeń:

http://zefir.if.uj.edu.pl/spe/2

Page 3: Elektronika cyfrowa

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

3

Page 4: Elektronika cyfrowa

Układy przebiegów sinusoidalnych:

filtry, wzmacniacze, generatory, modulatory

Klasyfikacja układów elektronicznych

Układy impulsowe:

układy elektroniki cyfrowej, wzmacniacze impulsowe, przetworniki analogowo-cyfrowe, dyskryminatory

Układy zasilające:

układy służące do zasilania i sterowania pracą innych układów

4

Page 5: Elektronika cyfrowa

Układ pomiarowy

komputer

czujnik

układ analogowy

przetwornik

analogowo-cyfrowy

5

Page 6: Elektronika cyfrowa

Prawo Coulomba

W 1785 roku w oparciu o doświadczenia z ładunkami Charles Augustin Coulomb doszedł do następującego sformułowania:

F - przyciągająca dla ładunków przeciwnych (+/-) a odpychająca dla jednakowych (+/+), (-/-) i działa wzdłuż linii łączącej ładunki.

rr

rQQ

kF

221

Waga Skręceń

6

Page 7: Elektronika cyfrowa

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 ładunku1 kulomba w odległości 1m od siebie, to stosunek siłykulombowskiej do siły grawitacji ma się jak 1019: 1.

1m1C 1C

1 kg 1 kg

1910graw

kul

F

F

7

Page 8: Elektronika cyfrowa

Prąd elektryczny

I(A) – natężenie prądu

U(V) – napięcie

Nośniki prądu:• elektrony (-)• jony (+,-)• dziury (+)

8

Page 9: Elektronika cyfrowa

Prąd elektryczny

U – napięcie = praca/ładunek

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.

9

Page 10: Elektronika cyfrowa

Opornik (rezystor)

R – opór elektryczny

(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.

10

Page 11: Elektronika cyfrowa

Prąd elektryczny

C=Qe11 -10 1.60217733

sek

=A=I1

1C1

1C

1J1V ==U

1A

1V1 =Ω=R

R

I

U

U=RI – prawo Ohma

11

Page 12: Elektronika cyfrowa

I prawo Kirchhoffa

węzełI1

I3

I4

I2

0=Ik

k

4312 I I I ++=I

12

Page 13: Elektronika cyfrowa

II prawo Kirchhoffa

U1

U5

U4

U3

U2

oczko sieci

∑i

Ui=0

13

Page 14: Elektronika cyfrowa

Łączenie oporników

R1 R2 R3

R=R 1+R 2+R3

R1

R221

111

R+

R=

R

szeregowe

równoległe

14

Page 15: Elektronika cyfrowa

Dzielnik napięcia

UR1

R2

I

U2

I=U

R1+R2

U2=IR2=UR2

R1+R2

Przykład:

U= 12 V

R1= 4 k, R2= 8 k

I = 1 mA, U2= 8 V

15

Page 16: Elektronika cyfrowa

Tablica twórnych jednostek miar

G - 109

M - 106

k - 103

m - 10-3

- 10-6

n - 10-9

p - 10-12

f - 10-15

1 nA = 10-9 A

16

Page 17: Elektronika cyfrowa

Prąd przemienny (ang. alternating current, AC)

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)

I(A)

17

Page 18: Elektronika cyfrowa

Sygnał – przebieg (zmiana w czasie) dowolnej wielkości fizycznej, będącej nośnikiem informacji

Sygnał analogowy – zmieniający się w sposób ciągły w czasie

t (s)

U(V)

T

Sygnał sinusoidalny:

U0 - amplituda

T – okres zmiennościf=1/T - częstotliwość

f 2 częstotliwość kołowa

)sin(*0 tUU

18

Page 19: Elektronika cyfrowa

Szum - jest nieodłącznym towarzyszem sygnałów użytecznych i jest czymś niepożądanym w układach elektronicznych. Najczęstszym rodzajem szumów jest szum pochodzenia termicznego wytwarzany przez rezystory.

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.

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.

19

Page 20: Elektronika cyfrowa

Sygnał cyfrowy

t (s)

U(V)

5V1

0

20

Page 21: Elektronika cyfrowa

Oscyloskop

21

Budowa lampy oscyloskopowej:

1.Elektrody odchylające2.Działo elektronowe3.Wiązka elektronów4.Cewka skupiająca5.Pokryta luminoforem wewnętrzna strona lampy.

Page 22: Elektronika cyfrowa

Oscyloskop

22

Page 23: Elektronika cyfrowa

Liczby zespolone

a= α+ iβ i2=−1

Często zamiast i wystepuje symbol j

Im

Re

a

θ)i+θρ(=a sincos

e iz= cos z+i sin zwzór Eulera

a=ρeiθ

23

Page 24: Elektronika cyfrowa

Prąd zmienny

U I

t

u

uu

i

tiiti

u

eUU

eeUeUU

tUU

0

00

0 cos

24

Page 25: Elektronika cyfrowa

I

II

i

tiiti

I

eII

eeIeII

tII

0

00

0 cos

U I

t

Prąd zmienny

25

Page 26: Elektronika cyfrowa

Prąd zmienny

Re

Im

U

I

U

I

26

Page 27: Elektronika cyfrowa

Kondensator

C=QU

+Q

-Q

UC

Pojemność kondensatora

27

Page 28: Elektronika cyfrowa

Kondensator

C=QU

U=QC

= 1C∫ Idt

1V

1C1F==C

+Q

-Q

UC

Pojemność kondensatora

28

Page 29: Elektronika cyfrowa

Cewka indukcyjna

L U

I

U=LdIdt

L – indukcyjność cewki

29

Page 30: Elektronika cyfrowa

Cewka indukcyjna

L U

IU=L

dIdt

1A

1Vs1H ==L

H - henr

L – indukcyjność cewki

30

Page 31: Elektronika cyfrowa

Dwójniki

- układ posiadający dwa zaciski elektryczne

R

L

C

R

Typowy przykład dwójnika: czujnik mierzący określoną wielkość fizyczną

31

Page 32: Elektronika cyfrowa

Parametry wejściowe – wymuszenie

Parametry wyjściowe – odpowiedź układu na określone wymuszenie

iPIFU ,

parametr wyjściowy

parametr wejściowy

Pi – wielkość fizyczna od których może zależeć odpowiedź

układu np.: temperatura, oświetlenie, ciśnienie.

32

Page 33: Elektronika cyfrowa

Ogólnie U =U(t0) może zależeć od zmiany parametrów w

czasie dla - t t0

t

t0

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)

33

Page 34: Elektronika cyfrowa

-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 przybliżeniuliniowe i stacjonarne

34

Page 35: Elektronika cyfrowa

)()( 00

0 tIeeAettI

AetIptptpt

pt

Rozważmy wymuszenie postaci:

Dla elementów liniowych mamy odpowiedź:

00 1)( 0 pttUpt

etUttU

Dla małych t0 rozwijamy U(t+t0) w szereg Taylora w otoczeniu

punktu t:

tUttUttU 00 )(

ip

35

Page 36: Elektronika cyfrowa

Porównując (*) i (**) dostajemy:

00 pttUtUtUttU

pCC

CeeU

CptUptCpt

ln

/pdtU

dU

tpUdt

dU

tpUtU

36

Page 37: Elektronika cyfrowa

Możemy teraz zdefiniować funkcje odpowiedzi

A

pC

Ae

epC

tI

tU

wymuszenie

odpowiedźpT

pt

pt

Dla wymuszeń sinusoidalnych przyjmujemy p w postaci

f

j

jp

2

1

tjAejTtU

f - częstośćT

f1

T - okres wymuszenia

Możemy też zapisać

częstość kołowa

37