osnovi elektronike dobrodošli na drugu godinu studija...
TRANSCRIPT
Osnovi elektronikeProf. dr Predrag Petković, red. prof.dr Srđan Đorđević, asistentdr Marko Dimitrijević, asistentM.S. Dejan Mirković, asistent
15. oktobar 2015. 1Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Dobrodošli na drugu godinu studija
Osnovi elektronikeLiteratura:Основна литература: 1. В. Литовски, Основи електронике, Академска мисао, 2006, ISBN: 86-7466-227-7
2. В. Павловић, et. al., Практикум лабораторијских вежби из Основа електронике, Електронски факултет Ниш, 2011.
3. Презентација са предавањаhttp://leda.elfak.ni.ac.rs/?page=education/elektronika/elektronika.htm
15. oktobar 2015. 2Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronikeLiteratura:
Додатна литература:
1. A. Sedra, K. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, New York, Oxford 2004, ISBN 0-19-514252-7.
2. T.Schubert, E.Kim, Active Non-Linear Electronics, Wiley, New York, 1996.
15. oktobar 2015. 3Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronikePredispitne obaveze:
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10%Kolokvijum I (prva nedelja decembra) 20%Kolokvijum II (poslednja nastavna nedelja) 20%
15. oktobar 2015. 4Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Ispit:Zadaci 20%Teorija 20%
Bez 15% predispitnih – NE MOŽE DA SE POLOŽIčak i ako se uradi ispit za 10 (sa 100%)
Osnovi elektronikePredispitne obaveze:
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10%Kolokvijum I (01.12.2015.) 20%Kolokvijum II (19.01.2016.) 20%
15. oktobar 2015. 5Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
U januarskom roku Kolokvijumi se boduju sa po 50%
Osnovi elektronikePredispitne obaveze:
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10%Kolokvijum I (01.12.2015.) 50%Kolokvijum II (19.01.2016.) 50%
15. oktobar 2015. 6Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA
Osnovi elektronike
Statistika od prošle godine: Položilo u januaru 27/57 (47%)Položilo do oktobra 3/30 (10%)
15. oktobar 2015. 7Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Nešto treba menjati
Redovnost:Nastava 10%Laboratorija 10%
U januarskom roku Kolokvijumi se boduju sa po 50%
Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA
Osnovi elektronike
Svi danas imate desetke sa 120%
Nedolaskom na nastavu gubite svake nedelje po (10%)/12=0.83%
Neblagovremeno odbranjena lab. vežba, odbija se po (10%)/12=0.83%
Svaki neurađeni zadatak na kolokvijumu odbija se (25%)/2=12.5%
Pogrešan odgovor na testu odbija se oko (25%)/6=4.17%
15. oktobar 2015. 8Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Procenat 120-95 94-85 84-75 74-65 64-55
Ocena u januaru
10 9 8 7 6
Osnovi elektronike
Da li postoji igde bolja ponuda?
Ali to nije sve!
Kolokvijumi i ispit imaju dva dela: Zadaci + Teorij aZa oba postoji jasan prag za prolaznu ocenu.Za zadatke to je rešavanje zadataka poznatih sa
predavanja ili vežbi (identi čni )Za teoriju odgovori na pitanja:
elementarna = broju nastavnih nedelja (12-15)obavezna = broju časova (36-45)
15. oktobar 2015. 9Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronike
Praktično:Zadaci:50% zadataka su poznati sa domaćih ili vežbi – identični (1/2)
Na ispitu 2 poznata (1/2) za 61 sličan onome što je rađeno na vežbama, za 7-81 potpuno nov, za 9-10
Teorija: elementarna+obavezna pitanja za 6ispitna pitanja (3 po času =108-120) za 7-10
15. oktobar 2015. 10Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 11Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Pitanja?
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 12Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
To nije sve Menjamo koncept.Case study pristupAnaliza slu čaja:
„Pravimo“ audio poja čavač
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 13Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Šta će nam?Čemu služi poja čavač?
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 14Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Mikrofon?
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 15Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
600 ohms?Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 16Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
-55dB (1kHz; 0dB=1V/Pa) ?
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 17Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
-55dB (1kHz; 0dB=1V/Pa) ?
dB – decibel logaritam odnosa dve istorodne veli čine (napon/napon)
20log(V x/Vn) za Vn=1V koliko je V x =-55dB u voltima?
20log(V x/1) =-55dBlog(V x/1)= log(V x)= -55/20=-2.75Vx=10-2.75=0.001778V=1.778mV
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 18Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Zvučnik?
Znom=8 ohm
System Power=110W
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 19Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Snaga na otporniku ?
P= V*IP=V*(V/R)=V2/R
R=8ohm; P=110WV=?V2=P*R=880
Koliki napon treba da bismo imali 10W?(8.9V)
29.66V880V ==
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 20Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
5mV
600Ω
8Ω
100W
Osnovi elektronike
15. oktobar 2015. 21Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Da pojača signal.Ali zašto?
5mV
600Ω
8Ω
100W
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
22
Primer 1.1: Mikrofon koji daje na izlazu napon efektivne
vrednosti od 10mV i ima izlaznu otpornost od 600Ω Ω Ω Ω treba
priklju čiti na potrošač od 8ΩΩΩΩ. Izračunati naponsko i
pojačanje snage kada se priključi:
a) direktno
b) preko baferskog pojačavača koji ima
Ao=1, Ru=1MΩΩΩΩ i Riz=10ΩΩΩΩ
Pojačanje signala
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
23
a) direktno
Pojačanje signala
vsRs Rp vp
V/V 103.110
µV13.0
µV13.010600
8
5−⋅===
==
≈+
=
mVsv
pvA
mV
vsR
pRv
pRsR
pRv ssp
W/W10nW164
W167.0
164nW1064.1608
10100
fW167.01067.1600
10
9
76
1614
2
−
−−
−−
===
=⋅=⋅=+
⋅=
=⋅===
f
sP
pPA
pRsRsv
svsP
WpR
pvP
p
p
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
24
b) preko baferskog pojačavača (Ao=1, Ru=1MΩΩΩΩ i Riz=10Ω)Ω)Ω)Ω)Pojačanje signala
dalje
vs
Riz
RuRs Aovu Rpvu vp
( )
[V/V] 44.010mV
.4mV4
V4.4
===
=⋅+
⋅⋅+
=
=⋅+
=
sv
pvA
mvuRsR
uRA
pRizR
pR
vApRizR
pRv
so
uop
[W/W] 24210
42.2
10
W42.2
2
===
≈+
⋅=
==
pW
µW
sP
pPA
pWpRuR
sv
svP
pR
pvP
p
S
p µ
Sadržaj
1. Uvod (Osnovi poja čavačke tehnike)2. Operacioni poja čavači 3. Realni poja čavači 4. Pojačavači sa povratnom spregom5. Oscilatori 6. Pojačavači velikih signala 7. Usmera či i stabilizatori8. Šumovi
15. oktobar 2015. 25Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Sadržaj 1. Uvod
a. Definicija pojačanja b. Osobine pojačavačac. Simbol pojačavačad. Modeli pojačavačae. Klasifikacija pojačavača prema tipu signalaf. Frekvencijske karakteristikeg. Polarizacijah. Prenosna karakteristika
15. oktobar 2015. 26Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
27
Pojačanje signala
Mikrofon konvertuje zvu čni signal u električni
(transdjuseri - transducers)
Za nas je to IZVOR SIGNALA
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
28
Pojačanje signalaSignal dolazi iz izvora –generatora signala koji mogu da se predstave kao
generator napona generator struje
Svaki realni generator električnog signala može se predstaviti ekvivalentim
naponskim (Tevenen) ili strujnim (Norton) generatorom.
Realni generator = idealni + unutrašnja otpornost
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
29
Pojačanje signala
Koliki su napon i struja na izlazu generatora sa slikeako su krajevi otvoreni?
)()( tvtv sio =
0)( =tiio
vio(t)=? vio(t)=?
)()( tiRtv ssio ⋅=
0)( =tiio
iio(t)=? iio(t)=?
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
30
Pojačanje signala
Koliki su napon i struja na izlazu generatora sa slikeako su krajevi kratkospojeni?
0)( =tvik
s
sik R
tvti
)()( =
iik(t) iik(t)vik(t) vik(t)
0)( =tvik
)()( titi sik =
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
31
Pojačanje signala
Primer 1.2: Merenjem je utvrđeno da je napon
praznog hoda generatora vio=10mV i da je struja
kratkog spoja iik=10µµµµA .
Odrediti vrednosti parametara modela ekvivalentnog
Tevenenovog generatora.
0=−− ioioss viRviov
0=ioi
=sv mV10=iov
0=− ios vv
0
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
32
Pojačanje signala
Primer 1.2: Merenjem je utvrđeno da je napon
praznog hoda generatora vio=10mV i da je struja
kratkog spoja iik=10µµµµA .
Odrediti vrednosti parametara modela ekvivalentnog
Tevenenovog generatora.
)(
)(
)(
)(
ti
tv
ti
tvR
ik
io
ik
ss == Ωk1==
A
mV
µ10
10
iki
0=ikv
0=−− ikikss viRv
0
0=− ikss iRv
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
33
Pojačanje signala
Primer 1.3: Merenjem je utvrđeno da je napon
praznog hoda generatora vio=10mV i da je struja
kratkog spoja iik=10µµµµA .
Odrediti vrednosti parametara modela ekvivalentnog
Nortonovog generatora.
)(
)(
ti
tvR
S
ios = Ωk1==
A
mV
µ10
10
0=− ioss viRiov
0=ioi
si
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
34
Pojačanje signala
Primer 1.3: Merenjem je utvrđeno da je napon
praznog hoda generatora vio=10mV i da je struja
kratkog spoja iik=10µµµµA .
Odrediti vrednosti parametara modela ekvivalentnog
Nortonovog generatora.
=si A10µ=ikisik ii =
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
35
Pojačanje signala
Kako izgleda proizvoljni električni signal?
Promenljiv i nepredvidljiv u vremenu
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
36
Pojačanje signalaTeško je obrađivati
ovakav signal u
vremenskom
domenu, još teže je
projektovati kolo
koje će to da radi.
Prelaz iz vremenskog u frekvencijski domen:
Furijeova transformacija
Jean Baptiste Joseph Fourier(1768 –1830)
Pierre-Simon, marquis de Laplace(1749 –1827)
Može li drugačije? Kako?
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
37
Pojačanje signala
Metod: Furijeov red
Svaki periodični vremenski promenljiv
signal može se prikazati kao zbir
prostoperiodičnih signala različitih
amplituda i frekvencija.
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
38
Pojačanje signala
Šta je prostoperiodični signal?
)sin()sin()( tVtVtv aaa ωφω =+=
Amplituda: Va = max. vrednost
Frekvencija: f=1/T (Hz)
Kružna frekvencija ωωωω=2π π π π f (rad/s)
Faza φ=0φ=0φ=0φ=0 (za slučaj sa slike)
Kako bi izgledao za φφφφ=ππππ/2?
Trenutna vrednost; u trenutku t
Efektivna vrednost
Srednja vrednost
2/aaeff VV =0V =A
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
39
Pojačanje signala(Složeno) Periodični signal v(t) - periodično se
ponavlja u vremenu, ima definisanu periodu, a
time i frekvenciju:
Amplituda: V
Frekvencija: fo=1/T (Hz)
Kružna frekvencija
ωωωωοοοο=2π π π π f (rad/s)
Faza φ=0φ=0φ=0φ=0
v(t)
t
T
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
40
Pojačanje signala
Metod: Furijeov red
Svaki periodični vremenski promenljiv
signal može se prikazati kao zbir
prostoperiodičnih signala različitih
amplituda i frekvencija.
...)5sin5
13sin
3
1(sin
4)( +++= ttt
Vtv ooo ωωω
π
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
41
Pojačanje signala(Složeno) Periodični signal
...5sin4
5
13sin
4
3
1sin
4)( +++= t
Vt
Vt
Vtv ooo ω
πω
πω
πv(t)
Frekvencijski
spektar
pravougaonog
periodičnog
signala
harmonici
Osnovna frekvencija
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
42
Pojačanje signala
Aperiodični
signal
Frekvencijski spektar
KONTINUALAN
v(t)
dalje
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
43
Pojačanje signala
Zašto je ovo važno?
Svaki signal ima „sliku“ u frekvencijskom domenu
Mi neke frekvencije čujemo, a neke ne čujemo.
Za audio pojačavač, treba da posmatramo samo
frekvencije koje čujemo.
dalje
Time se problem
pojednostavljuje –
ograničeni
frekvencijski opseg
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
44
Pojačanje signala
Zadaci:
1. Odrediti frekvenciju i kružnu frekvenciju sinusnog
signala periode 1ms.
2. Odrediti periode sinusnih signala frekvencija:
50Hz, 1MHz, 1GHz.
(f=1kHz, ω=2000π)
(0.02s, 1µs, 1ns)
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
45
Pojačanje signala
Zadatak:
Pojačati signal bez izobličenja – isti oblik veća amplituda
vu(t)vi(t)
)()( tvAtv ui ⋅=Pojačanje A = const.
Pojačanje signala – neophodno u svakom sistemu za obradu signala
20. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
46
Pojačanje signala
Uloga pojačavača:
Da pojača ulazni signal(napon, struja)
BEZ IZOBLIČENJA!
Kakve karakteristike treba da ima da bi obavio tu ulogu?
Odgovor kasnije - tokom kursa dalje dalje2
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
47
Pojačanje signala
Simbol pojačavača
Uzemljenje, masa, referentni čvor
ulaz izlaz
Linearni pojačavač
vu(t)=Vusin(ωt) viz(t)=AVusin(ωt)
ulaz izlaz
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
48
Šta smo naučili?
• Koja je uloga pojačavača?
• Karakteristike prostoperiodi čnog signala u vremenskom i frekvencijskom domenu (amplituda, efektivna vrednost, perioda, faza, frekvencija, kružna frekvencija, frekvencijski spektar).
• Simbol pojačavača
Na web adresi http://leda.elfak .ni.ac.rs
> EDUCATION > OSNOVI ELEKTRONIKE
slajdovi u pdf formatu
15. oktobar 2015. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
49
Ispitna pitanja
1. Šta su transdjuseri?
2. Odrediti vrednosti parametara ekvivalentnog Tevenenovog i Nortonovog modela generatora na kome je izmeren napon praznog hoda od 10V i struja kratkog spoja od 500mA.
3. Koliki je napon na izlazu neopterećenog realnog generatora nominalnog napona 10V koji ima unutrašnju otpornost 10ΩΩΩΩ(praznog hoda)? Koliko iznosi struja kratkog spoja?
4. Koliki je napon na izlazu generatora nominalnog napona 10V koji ima unutrašnju otpornost 100ΩΩΩΩ , ako je opterećen otpornošću od 100Ω?Ω?Ω?Ω?
5. Karakteristike složenoperiodičnog signala u vremenskom i frekvencijskom domenu.
6. Karakteristike aperiodičnog signala u vremenskom i frekvencijskom domenu.