01 uvod osnovi pojacavacke tehnike (13) 1 od 2 (1)

Osnovi elektronikeProf dr Predrag Petkovi red profProf. dr Predrag Petkovi, red. prof.dr Sran orevi, asistentM S Dejan Mirkovi asistentM.S. Dejan Mirkovi, asistent

09. oktobar 2012. 1Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Osnovi elektronikeOsnovi elektronikeLiteratura: : 1. . , ,

2006 ISBN 86 7466 227 7, 2006, ISBN: 86-7466-227-72. . , et. al.,

, , 2011,

3. http://leda.elfak.ni.ac.rs/?page=education/elektronika/elektronika.htm

4 4. ., , , , , .


Osnovi elektronikeOsnovi elektronikeLiteratura: :1 T Schubert E Kim Active Non-Linear Electronics Wiley New1. T.Schubert, E.Kim, Active Non Linear Electronics, Wiley, New

York, 1996.2. A. Sedra, K. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University

Press, New York, Oxford 2004, ISBN 0-19-514252-7.


Osnovi elektronikeOsnovi elektronikePredispitne obaveze:Redovno pohaanje nastave (predavanja+vebe) 5%Odbranjene laboratorijske vebe 5%Odbranjene laboratorijske vebe 5%Domai 10%Kolokvijum I (30.11.2011.) 20%Kolokvijum II (18.01.2012.) 20%

Ispit:Ispit:Zadaci 20%Teorija 20%Teorija 20%

Bez 20% predispitnih NE MOE DA SE POLOI


Osnovi elektronikeOsnovi elektronikePredispitne obaveze:Redovno pohaanje nastave (predavanja+vebe) 5%Odbranjene laboratorijske vebe 5%Odbranjene laboratorijske vebe 5%Domai 10%Kolokvijum I (30.11.2011.) 20%Kolokvijum II (18.01.2012.) 20%

Ispit:Ispit:Zadaci 20%Teorija 20%Teorija 20%U januarskom roku Kolokvijumi se boduju sa po 40%

Domai sa 20%09. oktobar 2012. 5Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Osnovi elektronikeOsnovi elektronikePredispitne obaveze:

Redovno pohaanje nastave (predavanja+vebe) 5%Redovno pohaanje nastave (predavanja+vebe) 5%Odbranjene laboratorijske vebe 5%Domai 10%Kolokvijum I (30.11.2011.) 20%Kolokvijum II (18.01.2012.) 20%

Ispit:Ispit:Zadaci 20%Teorija 20%U j k k K l k ij i b d j 40%U januarskom roku Kolokvijumi se boduju sa po 40%

Domai sa 20%Ukupan skor u januaru moe biti 120% PRE ISPITAUkupan skor u januaru moe biti 120% PRE ISPITA


Osnovi elektronikeOsnovi elektronike

Pitanja?Pitanja?


SadrajSadraj

1 Uvod (Osnovi pojaavake tehnike)1. Uvod (Osnovi pojaavake tehnike)2. Operacioni pojaavai 3 Realni pojaavai3. Realni pojaavai 4. Pojaavai sa povratnom spregom5 Oscilatori5. Oscilatori 6. Pojaavai velikih signala 7 Usmerai i stabilizatori7. Usmerai i stabilizatori8. umovi


SadrajSadraj 1. Uvod

a. Definicija pojaanja b. Osobine pojaavaap jc. Simbol pojaavaad. Klasifikacija pojaavaa prema tipu signalaj p j p p ge. Modeli pojaavaaf. Frekvencijske karakteristikejg. Polarizacijah. Prenosna karakteristika


Pojaanje signalaElektronikanastala iz potrebe da se obrauju elektrini signalinastala iz potrebe da se obrauju elektrini signali

Tipovi signala (fiziki): svetlost, zvuk, pritisak, temperatura,..., , p , p ,

Zato obraditi? id ti ti titi b lj / d lj /blivideti, uti, osetiti bolje/gore; dalje/blie

Kako?Transformisati razliite fizike signale u one

kojima moemo da upravljamo elektrine09. oktobar 2012. Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/10

kojima moemo da upravljamo elektrine

Pojaanje signalaKonvertori u elektrine signale = transdjuseri

(transducers)(transducers)Npr. zvuk => mikrofon

svetlo => CCD elije pritisak => piezo elementp p

Neemo se baviti time - uiete u kursu o SENZORIMASENZORIMA

Za nas su oni IZVORI SIGNALA

09. oktobar 2012. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

11

Pojaanje signalaSvaki lanac za obradu signala poinje izvorom signala

Signal dolazi iz izvora generatora koje tretiramo kaogenerator napona generator struje

Generator elektrinog signala moe se predstaviti g g pekvivalentim naponskim (Tevenen) ili

strujnim (Norton) generatorom.j ( ) g

Realni generator = idealni + unutranja otpornost


12

Pojaanje signalaKoliki su napon i struja na izlazu generatora sa slike

ako su krajevi otvoreni?iio(t)=? iio(t)=?

vio(t)=? vio(t)=?

)()( tvtv sio =0)(i

)()( tiRtv ssio =0)(ti0)( =tiio 0)( =tiio


13

Pojaanje signalaKoliki su napon i struja na izlazu generatora sa slike

ako su krajevi kratkospojeni?

iis(t) iis(t)vik(t) vik(t)

0)( =tviks tvi )()(

0)( =tvik)()( titi

s

sik R

ti )()( = )()( titi sik =


14

Pojaanje signalaZadatak: Kolika je unutranja otpornost generatora

signala ukoliko je izmeren napon na otvorenim g j pkrajevima vio=10mV i struja kratkog spoja od ii =10A?iis 10A?

mVtvtv ios 10)()( k1====A

mVtitv

titvR

ik

io

ik

ss 10

10)()(

)()( k1


15

Pojaanje signalaKako izgleda proizvoljni elektrini signal?

Promenljiv i nepredvidljiv u vremenu


16

Pojaanje signalaTeko je obraivati

ovakav signal u vremenskom domenu, jo tee je projektovati kolo koje e to da radi.Moe li drugaije? jg j

Kako?

Jean Baptiste Joseph Fourier(1768 1830)

Pierre-Simon, marquis de Laplace(1749 1827)

Prelaz iz vremenskog u frekvencijski domen:

Furijeova transformacija


17

j f j

Pojaanje signala

Metod: Furijeov red

Svaki periodinivremenski promenljiv signal moe se prikazatipkao zbir prostoperiodinihprostoperiodinihsignala razliitih amplituda iamplituda i frekvencija.


18

Pojaanje signalaProstoperiodini signal:

Amplituda: Va = max. vrednostAmplituda: Va max. vrednost

Frekvencija: f=1/T (Hz)

Kruna frekvencija =2 f (rad/s)Faza =0 (za sluaj sa slike)

)i ()i ()( VV

( j )Kako bi izgledao za =/2?

T t d t t tk )sin()sin()( tVtVtv aaa =+=Trenutna vrednost; u trenutku tEfektivna vrednost 2/aaeff VV =Srednja vrednost

aaeff

0V =A09. oktobar 2012. Uvod


Pojaanje signalaPeriodini signal v(t):

Amplituda: V

Frekvencija: f =1/T (Hz)Frekvencija: fo 1/T (Hz)

Kruna frekvencija =2 f (rad/s)

)i13i1( i4)( VFaza =0

...)5sin513sin

31(sin4)( +++= tttVtv ooo


20

Pojaanje signala(Sl ) P i di i i l(Sloeno) Periodini signal

...5sin413sin41sin4)( +++= tVtVtVtv ooo v(t) 53)( ooo ( )

Osnovna frekvencija

harmonici

Osnovna frekvencija

Frekvencijski spektar

harmonici

ppravougaonog periodinogperiodinog signala


21

Pojaanje signalaAperiodini

signal v(t)

Frekvencijski spektar

KONTINUALAN

d lj09. oktobar 2012. Uvod


dalje

Pojaanje signala

Zadaci:

1. Odrediti frekvenciju i krunu frekvenciju sinusnog i i 1 (f 1kH 2000 )signala periode 1ms.

2. Odrediti periode sinusnih signala frekvencija:

(f=1kHz, =2000)

50Hz, 1MHz, 1GHz.3. UHF opseg poinje od 14. kanala i zauzima opseg

(0.02s, 1s, 1ns)

frekvencija od 470 MHz do 806 MHz. Ukoliko je irina kanala 6MHz, izraunati koji je poslednji kanal u ovom opsegu. (69., 14.-69.)


23

Pojaanje signalaPojaanje signala neophodno u svakom sistemu za obradu signalap gKarakteristike:Podjednako pojaati sve komponente signalaPodjednako pojaati sve komponente signala

vu(t)vi(t)

)()( tvAtv = )()( tvAtv uiPojaanje A = const.


24

j j

Pojaanje signala

)(tvAA i Pojaanje napona)()(

tvAA

u

iv == Pojaanje napona

)(tiA i= Pojaanje str je)(tiA us= Pojaanje struje

)(tPA i= Pojaanje snage)(tPA up Pojaanje snage09. oktobar 2012. Uvod


Pojaanje signala

vJedinica mere pojaanja?

i P

u

i

vvA =

u

is i

iA =u

iP P

PA =u u u

V/V, A/A, W/W Iz praktinih (i istorijskih) razloga koristi seIz praktinih (i istorijskih) razloga koristi se logaritamska skala:

Al20dB

v

Aa

Aa

log20

log20

==

dss Aa log20

log10 PP Aa = dB09. oktobar 2012. Uvod


g PP dB

Pojaanje signalaPanja?esto se koristi dB da iskae vrednost fizikeesto se koristi dB da iskae vrednost fizike veliine!Tada dB oznaava vrednost u odnosu na 1Tada dB oznaava vrednost u odnosu na 1, a dBm u odnosu na 10-3 (napona, struje ili snage).

dB V1

log20 ii

P

VV = dBm mV1

log20 ii

P

VV =

W1log10 ii

PP = dBw mW1log10i

iPP = dBm

Oznaka dBc iskazuje odnos prema veliini osnovnog signala (nosioca carrier objanjenje kasnije)


27

osnovnog signala (nosioca carrier, objanjenje kasnije)

Pojaanje signalaKoliki se napon oekuje na izlazu pojaava pobuenog naponom od 0.1mV ako se zna da mu je pojaanje:p j p j j

60 dB0 dB

(0.1V)(0 1mV)0 dB

-20 dB

(0.1mV)

(0.01mV)

Koliko je pojaanje u dB kod pojaavaa kod koga je i l d 1 V i i l i dpri ulaznom naponu od 1mV izmeren izlazni napon od

1 V (60dB)

100 mV100 V

(40dB)

(-20dB)


28

100 V ( )

Pojaanje signalaSimbol pojaavaa

ulaz izlaz ulaz izlazulaz izlaz

Uzemljenje, masa, referentni vorLinearni pojaava

vu(t)=Vusin(t) viz(t)=AVusin(t)


29

Pojaanje signalaUloga pojaavaa: Da pojaa ulazni signal BEZ IZOBLIENJA p j gKako moe doi do izoblienja?1. Razliito pojaanje malih i velikih ulaznih signala1. Razliito pojaanje malih i velikih ulaznih signala2. Razliito pojaanje na razliitim frekvencijama

(spektralne komponente)(spektralne komponente) 3. Razliito kanjenje na razliitim frekvencijama

( kt l k t )(spektralne komponente)

d lj09. oktobar 2012. Uvod


dalje dalje2

Pojaanje signala1. Razliito pojaanje malih i velikih ulaznih signala

0.15 Ulazni signal

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1Ulazni signal

)2sin(05.0)sin(1.0 ttvu +=

0 25

0 100 200 300 400 500 600 700

izlaz

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

V10za =i vvv

0 1 2 3 4 5 6 7-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

V1.0 za 4

V1.0 za

>==uui

uui

vvv

vvv


31

Pojaanje signala2. Razliito pojaanje na razliitim frekvencijama

0.15 Ulazni signal

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1Ulazni signal

)2sin(05.0)sin(1.0)( tttvu +=0 100 200 300 400 500 600 700

Izlazni signal0.2 Izlazni signal

( )t)(2 2 t)( 1t)( += uui vvv00.05

0.1

0.15

( )( ) t)(2sin05.0 2

t)(sin1.0 1t)(

+

+=iv0 1 2 3 4 5 6 7

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

( ))(


32

Pojaanje signala3. Razliito kanjenje na razliitim frekvencijama

0.15 Ulazni signal

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1Ulazni signal

)2sin(05.0)sin(1.0 ttvu +=0 100 200 300 400 500 600 700

Izlazni signal0.20.3

( )( )/4)t(2sin05.0t)(sin1.02

/4)t(2 t)( 2

++=

++=i

uuiv

vvv-0.1

0

0.1

( ) /4)t(2sin05.0t)(sin1.0 2 ++iv-0.3

-0.2

0.1

0 1 2 3 4 5 6 7-0.4


33

Pojaanje signalaUloga pojaavaa: Da pojaa ulazni signal bez izoblienja Pojaava - zahtevi: ja) Linearnost ne sme se uneti nova komponenta

signala niti unititi ve postojea.signala, niti unititi ve postojea.b) Sve spektralne komponente signala podjednako

pojaati spektarpojaati spektarc) Zadrati isti odnos faza svim spektralnim

k tkomponentama O svemu ovome bie vie rei kasnije tokom kursa. Za poetak podrazumevamo da idealizovani pojaava

ispunjava sve navedene zahteve.d lj


34

dalje dalje2

Pojaanje signalaModeli pojaavaa:Tokom kursa razmatraemo pojaavae p j

razliite sloenosti (jednostepeni, viestepeni),sa razliitim komponentama (BJT, MOSFET)sa razliitim komponentama (BJT, MOSFET)u razliitim reimima rada (mali signali, veliki signali)

Pre toga razmatramoPre toga razmatramoGENERALIZOVANI model na FUNKCIONALNOM nivou

(ni o ponaanja bihe ioralni ta rade a ne kako i(nivo_ponaanja = bihevioralni - ta rade, a ne kako i na osnovu ega obavljaju funkciju).

N f k i l i kl ifik j ih i i lNa funkcionalnom nivou klasifikujemo ih prema tipu signala


35

Pojaanje signalaKlasifikacija pojaavaa prema tipu signala

Naponski: Vu Vip u iIdealniIu=0 IiRi R =u[ / ]iVAVu ViRu 0Ri =

= u ; [V/V] uViAAVu

0 ; >< iu RRIu IiRiRealni

; [V/V] == o ViVAAVu ViRu

Ri

AVu

0i =IuVZato je ovo vano?


36

j


Strujni: Iu Iij u iIdealniIu Ii

0RIVu=0 Vi ===

i

u

R0R

; [A/A] uIiIAs

AIu

0 iRRRealni

uIu Ii

;[A/A]

0

==

iuiIAA

RRVu ViRiRu AIu

; [A/A] 0i =

==V

sosuI

AA

Zato je ovo vano?09. oktobar 2012. Uvod


j


Transkonduktansni: Vu Ii (napon u struju)u i ( p j )Idealni

Iu=0 Ii

=uRiIVu ViRi ==

i

uRR

[A/V] uViIGmGmVuRu

iu

iV

RRu Vi

Ri

RmIuRu

; [V/A]

0

0i =

==I

mm

uIiRR


39

i

Pojaanje signalaSvi prikazani modeli su unilateralni: prenose signal samo u jednom pravcu - sa ulaza prema izlazu.

Svi navedeni modeli mogu ravnopravno da se koriste za modelovanje realnog pojaavaa!modelovanje realnog pojaavaa!Primer:

Na izlazu neoptereenog realnog strujnog pojaavaa postoji naponpostoji napon

iRRVAiRIAV

u

ussussi ==

= RGA ssio R

iRAVVA ==

Odavde sledi da je njegovo naponsko

=

RRA

iRGA

moo

mso


40

uu RVnaponsko pojaanje:

iR

Pojaanje signalaNajee emo u okviru ovog kursa govoriti oPojaavaima napona: iVA =Pojaavaima napona:

uo V

A =Iu=0 IiRi

IdealniVu ViRu AVu

Iu IiRi

R l iVu Vi

Ru

Ri

AVu

Realni

09. oktobar 2012. Uvodhttp://leda.elfak.ni.ac.rs/

41

Pojaanje signala

iroku primenu imaju i transkonduktansni pojaavai(OTA Operational Transconductance Amplifier):(OTA Operational Transconductance Amplifier):

im VIG =

Iu=0 Ii

uV

IdealniVu ViRiGmVuRu

I I

R l iV

Iu

V

Ii

Ru R RealniVu ViuGmVu Ri


42

Pojaanje signala Zato je ONO vano?

Idealni naponski pojaava optereen i pobuen iz realnog izvora

vAvi =vRRi

RR A uvAv oizvizvs Rpvu Ru=Rs Aovu

svvu =iviv oAuvizv

svizvA ===

Ukupno pojaanje

NE ZAVISI od Rs i Rp09. oktobar 2012. Uvod


Pojaanje signala Zato je ONO vano?

Realni naponski pojaava optereen i pobuen iz realnog izvora

R

iRpRpR

uvAv oiz +=vRRi

RR A ipvizvs Rpvu RuRs Aovu

pRizv

RR

uRsvvu +=

iRpR

pAuvizA o +=

sRuRs +

pR

uRAizv

o =Uk j j iRpRsRuRsvo ++Ukupno pojaanje

ZAVISI OD R I R09. oktobar 2012. Uvod


ZAVISI OD Rs I Rp

Pojaanje signalaZadatak: Transdjuser koji daje na izlazu napon efektivne vrednosti od 1V i ima izlaznu otpornost od 1M trebavrednosti od 1V i ima izlaznu otpornost od 1M treba prikljuiti na potroa od 10. Izraunati napon i snagu

i j j i i na potroau kao i pojaanje napona i snage izraeno u dB kada se prikljui:

a) direktnob) preko baferskog pojaavaa koji imab) preko baferskog pojaavaa koji ima

Ao=1, Ru=1M i Riz=10a) 10V, 10-11W,


45b) 0,25V, 6,25mW, (-12dB, 44dB) dalje

Pojaanje signalaDomai 1.1Zadatak: Izmereno je da napon na izlazu pojaavaa opadne za 20% kada mu se prikljui potroa od 1k.opadne za 20% kada mu se prikljui potroa od 1k. Kolika je izlazna otpornost pojaavaa?(250)


46

Pojaanje signalaDomai 1.2

Zadatak: Pojaava sa pojaanjem Ao=40dB, Ru=10k, Ri =1k, pobuuje potroa od R =1k.Riz 1k, pobuuje potroa od Rp 1k.Izraunati ukupno naponsko pojaanje i pojaanje snage iiskazano u dB.

(50 V/V 44dB)(50 V/V; 44dB)


47

Pojaanje signalaDomai 1.3

Zadatak: Izraunati ukupno naponsko i pojaanje snage trostepenog pojaavaa sa slike pobuenog izvorom ijatrostepenog pojaavaa sa slike pobuenog izvorom ija je izlazna otpornost 100k i optereenog potroaem od 100100.

vu1 vu2 vu3

10v 100v 1v

(743,6 V/V; 57,4 dB; 66,9 108 W/W; 98,3dB)

10vu1 100vu2 1vu3


48

( , ; , ; , ; , )

Pojaanje signalaPrenosna karakteristika linearnog pojaavaa napona

G fik i ij izlazvizGrafika interpretacija zavisnosti izlazne veliine od

izlaz

ulazne veliineulaz

vvizvu Rp

ulaz

vu

dalje


49

Pojaanje signalaPrenosna karakteristika linearnog pojaavaa napona

viZ j ? vizZato je ovo vano?

vi3

vvi1

vi2 uvizvA

=

vuvui1

Nagib Pojaanje 3 2 1 321

uvivA

uvivA

uvivA

=

ta smo nauili? Koja je uloga pojaavaa? Koja je uloga pojaavaa?

Definicija pojaanja napona, struje i snage, jedinice Razlika izmeu idealnih i realnih pojaavaa sa

stanovita ulazne i izlazne impedanse

Prenosna karakteristika pojaavaa

Na web adresi http://leda.elfak .ni.ac.rsNa web adresi http://leda.elfak .ni.ac.rs

> EDUCATION > OSNOVI ELEKTRONIKE


53slajdovi u pdf formatu

Ispitna pitanja1 Karakteristike prostoperiodinog i sloenoperiodinog1. Karakteristike prostoperiodinog i sloenoperiodinog

signala?2. Tipovi i uzroci izoblienja signala na izlazu pojaavaa.2. Tipovi i uzroci izoblienja signala na izlazu pojaavaa.3. Klasifikacija pojaavaa prema tipu signala koji pojaavaju.4. Ukupno pojaanje napona idealnog i realnog optereenog4. Ukupno pojaanje napona idealnog i realnog optereenog

pojaavaa napona pobuenog iz realnog izvora5. Ukupno pojaanje idealnog i realnog optereenog U p p j j g g p g

transkonduktansnog pojaavaa pobuenog iz realnog izvora6. Prenosna karakteristika pojaavaa napona A=-10.p j p7. Prenosna karakteristka transkonduktansnog pojaavaa

G=+10S.


54

Sledee nedelje:Osnovi pojaavake tehnike (nastavak)Osnovi pojaavake tehnike (nastavak) Frekvencijske karakteristike pojaavaa Jednosmerno napajanje i prenosna karakteristika

pojaavaa Klasifikscija pojaavaa

Na web adresi http://leda.elfak .ni.ac.rs p

> EDUCATION > OSNOVI ELEKTRONIKE


55slajdovi u pdf formatu

01 uvod osnovi pojacavacke tehnike (13) 1 od 2 (1)

Documents