osnovi elektronike literatura -...
TRANSCRIPT
Osnovi elektronikeProf. dr Predrag Petković, red. prof.
dr Srđan Đorđević, asistent
dr Marko Dimitrijević
M.S. Dejan Mirković, asistent
11. oktobar 2016. 1Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Dobrodošli na drugu godinu studija
Osnovi elektronike
Literatura: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
11. oktobar 2016. 2Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronike
Literatura:
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.
11. oktobar 2016. 3Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronike
Predispitne obaveze:
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 5%
Odbranjene laboratorijske vežbe 5%
Domaći 10%
Kolokvijum I (26.11.2016.) 20%
Kolokvijum II (21.01.2017.) 20%
11. oktobar 2016. 4Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Ispit:Zadaci 20%
Teorija 20%
Bez 20% predispitnih – NE MOŽE DA SE POLOŽI
Osnovi elektronike
Predispitne obaveze:
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 5%
Odbranjene laboratorijske vežbe 5%
Domaći 10%
Kolokvijum I (26.11.2016.) 20%
Kolokvijum II (21.01.2017.) 20%
11. oktobar 2016. 5Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
U januarskom roku Redovna nastava 10%Odbranjene LAB. VEŽBE 10%Kolokvijumi se boduju sa po 40%Domaći sa 20%
Osnovi elektronikePredispitne obaveze:
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10%Domaći 20%Kolokvijum I (26.11.2016.) 40%Kolokvijum II (21.01.2017.) 40%
11. oktobar 2016. 6Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 7Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
I dalje nešto treba menjatiRedovnost:
Nastava 10%Laboratorija 10%
U januarskom roku Kolokvijumi se boduju sa po 50%NEMA DOMAĆI
Ukupan skor u januaru može biti 120% pre ispita ALI
Godina slušaloPoložilo januara
Prijavilo do
oktobra
Izašlo do oktobra
Položilo do
oktobra
2014/15 44 15 (34%) 18 11 3
2015/16 56 31 (55%) 13 9 1
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 8Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
To nije sve
U ovom trenutkuSvi danas imate desetke
sa 120%
ALI…
Osnovi elektronike
Nedolaskom na nastavu gubite svake nedelje po
(10%)/14=0.71%
Neblagovremeno odbranjena lab. vežba, odbija se po
(10%)/6=1.67%
Svaki neurađeni (zadatak + teorija) na kolokvijumu odbija se
(50%)/2=25%
Konačna ocena dobija se po sledećoj tabeli:
11. oktobar 2016. 9Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Procenat 120-95 94-85 84-75 74-65 64-55
Ocena u
januaru10 9 8 7 6
Osnovi elektronike
Da li postoji igde bolja ponuda?
Kolokvijumi i ispit imaju dva dela: Zadaci + TeorijaZa oba postoji jasan prag za prolaznu ocenu.Za zadatke to je rešavanje zadataka poznatih sa
predavanja ili vežbi (identični )Za teoriju odgovori na pitanja:
elementarna = broju nastavnih nedelja (12-15)obavezna = broju časova (36-45)
11. oktobar 2016. 10Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
To nije sve
Osnovi elektronike
Praktično:
Zadaci:
50% zadataka su poznati sa domaćih ili vežbi – identični (1/2)
Na ispitu 2 poznata (1/2) za 6
1 sličan onome što je rađeno na vežbama, za 7-8
1 potpuno nov, za 9-10
Teorija: elementarna (1/n=13) + obavezna (1/č=39)
pitanja za 6
ispitna pitanja (3 po času =108-120)
za 7-10
11. oktobar 2016. 11Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 12Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Pitanja?
Osnovi elektronike
Konsultacije:
utorak, sreda, petak 11-12h kabinet 207
najbolje da se najavite preko web sajta „pitanja profesoru“
ili preko e-mail adrese: [email protected]
sa asistentima – prema dogovoru sa njima
11. oktobar 2016. 13Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (prva nedelja u decembru) 50% 20%Kolokvijum II (poslednja nedelja predavanja) 50% 20%
------------------------------120% 60%
11. Oktobar 2016. 14Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITASavet: Izađite na kolokvijumMNOOOOGO JE LAKŠE!
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 15Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Šta će nam elektronika?Prva asocijacija
Čemu služi pojačavač?
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 16Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Mikrofon?
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 17Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
600 ohms?Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 18Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
-55dB (1kHz; 0dB=1V/Pa) ?
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 19Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
-55dB (1kHz; 0dB=1V/Pa) ?
dB – decibel logaritam odnosa dve istorodne veličine (napon/napon)
20log(Vx/Vn) za Vn=1V koliko je Vx =-55dB u voltima?
20log(Vx/1) =-55dBlog(Vx/1)= log(Vx)= -55/20=-2.75Vx=10-2.75=0.001778V=1.778mV
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 20Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Zvučnik?
Znom=8 ohm
System Power=110W
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 21Uvod 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
11. oktobar 2016. 22Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
5mV
600Ω
8Ω
100W
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 23Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Čemu služi pojačavač?
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 24Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Da pojača signal.Ali zašto?Da bismo dobili željeni signal na izlazu.Da li je samo važno pojačanje?Ne!
5mV
600Ω
8Ω
100W
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/25
Primer 1.1: Mikrofon koji daje na izlazu napon efektivne
vrednosti od 10mV i ima izlaznu otpornost od 600Ω Ω Ω Ω treba
priključiti na potrošač od 8ΩΩΩΩ. Izračunati naponsko i
pojačanje snage kada se priključi:
a) direktno
b) preko pojačavača koji daje 100 puta veći napon
na izlazu Ao=100V/V, Ru=10ΩΩΩΩ i Riz=1MΩΩΩΩ
c) preko baferskog pojačavača koji ima
Ao=1, Ru=1MΩΩΩΩ i Riz=10ΩΩΩΩ
Pojačanje signala
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/26
a) direktno
Pojačanje signala
vsRs Rp vp
V/V 013.010
13.0
mV13.010600
8
za
===
==
≈>>+
=
mV
mV
sv
pv
A
mV
v
sR
pR
pR
sRv
pR
sR
pR
v ssp
( )
( )
W/W102.12nW164
nW2
164nW1064.1608
10100
608
1010
nW21011.28
1069.1
8
1013.0
3
7623
9823
2
−
−−−
−−−
⋅===
=⋅=⋅
=⋅
=+
⋅=
≈⋅=⋅
=⋅
==
sP
pP
A
pR
sR
sv
sv
sP
W
pR
pv
P
p
p
Signal mnogo oslabljen!
Zašto?
Šta je sa snagom?
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/27
Primer 1.1: Mikrofon koji daje na izlazu napon efektivne
vrednosti od 10mV i ima izlaznu otpornost od 600Ω Ω Ω Ω treba
priključiti na potrošač od 8ΩΩΩΩ. Izračunati naponsko i
pojačanje snage kada se priključi:
b) preko pojačavača koji daje 100 puta veći napon
na izlazu Ao=100V/V, Ru=10ΩΩΩΩ i Riz=1MΩΩΩΩ
Pojačanje signala
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/28
b) preko pojačavača (Ao=100, Ru=10ΩΩΩΩ i Riz=1MΩ)Ω)Ω)Ω)
Pojačanje signala
vs
Riz
RuRs Aovu Rpvu vp
( )
so
uop
v
uR
sR
uR
A
pR
izR
pR
vA
pR
izR
pR
v
⋅+
⋅⋅+
=
=⋅⋅+
=
( ) ( )
[W/W] 105.130nW9.163
pW4.21
;nW9.163610
1010 ;pW4.21
8
101.13
6
23262
−
−−
⋅===
≈⋅
+⋅==
⋅==
sP
pP
A
pR
uR
sv
svP
pR
pv
P
p
Sp
Napon još više oslabljen!!!
iako je pojačanje 100 puta!!!
Zašto???Šta je sa snagom?
[V/V] 00131.010mV
V1.13
V1.1310610
8000
10600
10100
8000,000,1
86
===
=⋅
≈⋅+
⋅⋅+
=
µ
µ
sv
pv
A
vv sp
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/29
Primer 1.1: Mikrofon koji daje na izlazu napon efektivne
vrednosti od 10mV i ima izlaznu otpornost od 600Ω Ω Ω Ω treba
priključiti na potrošač od 8ΩΩΩΩ. Izračunati naponsko i
pojačanje snage kada se priključi:
c) preko baferskog pojačavača koji ima
Ao=1, Ru=1MΩΩΩΩ i Riz=10ΩΩΩΩ
Pojačanje mu je 1!!!
Šta to znači?
On ne pojačava – ali ga i ne slabi!!!
Pojačanje signala
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/30
b) preko baferskog pojačavača (Ao=1, Ru=1MΩΩΩΩ i Riz=10Ω)Ω)Ω)Ω)
Pojačanje signala
vs
Riz
RuRs Aovu Rpvu vp
( )
[V/V] 44.010mV
.4mV4
V4.4
===
=⋅+
⋅⋅+
=
=⋅+
=
sv
pv
A
mv
uR
sR
uR
A
pR
izR
pR
vA
pR
izR
pR
v
so
uop
[W/W] 24210
42.2
10
W42.2
2
===
≈+
⋅=
==
pW
μW
sP
pP
A
pW
pR
uR
sv
svP
pR
pv
P
p
S
p µ
Napon oslabljen, samo 44% od vsŠta je sa snagom?
Osnovi elektronike
11. oktobar 2016. 31Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Čemu služi pojačavač?
Da dobijemo potreban napon na potrošaču (zvučniku)
KAKO RADI?
Sadržaj
1. Uvod (Osnovi pojačavačke tehnike)2. Operacioni pojačavači 3. Realni pojačavači 4. Pojačavači sa povratnom spregom5. Oscilatori 6. Pojačavači velikih signala 7. Usmerači i stabilizatori8. Šumovi
11. oktobar 2016. 32Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Sadržaj
1. Uvod a. Definicija pojačanja
b. Osobine pojačavača
c. Simbol pojačavača
d. Klasifikacija pojačavača prema tipu signala
e. Modeli pojačavača
f. Uzroci izobličenja signala
g. Frekvencijske karakteristike
h. Polarizacija
i. Prenosna karakteristika
11. oktobar 2016. 33Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/11. oktobar 2016.
Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/
34
Pojačanje signala
Elektronika
nastala iz potrebe da se obrađuju električni signali
Tipovi signala (fizički):
svetlost, zvuk, pritisak, temperatura,...
Zašto obraditi?
videti, čuti, osetiti – bolje/gore; dalje/bliže
Kako?
Transformisati različite fizičke signale u one
kojima možemo da upravljamo – električne
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/35
Pojačanje signala
Konvertori u električne signale = transdjuseri
(transducers)
Npr. zvuk => mikrofon
svetlo => CCD ćelije
pritisak => piezo element
Nećemo se baviti time - učićete u kursu o
SENZORIMA
Za nas su oni IZVORI SIGNALA
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/36
Pojačanje signalaSvaki lanac za obradu signala počinje izvorom signala
Signal dolazi iz izvora – generatora signala koje tretiramo 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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/37
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)=?
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/38
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 =
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/39
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/40
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/41
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/42
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 =
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/43
Pojačanje signala
Kako izgleda proizvoljni električni signal?
Promenljiv i nepredvidljiv u vremenu
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/44
Pojačanje signala
Teško 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?
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/45
Pojačanje signala
Metod: Furijeov red
Svaki periodični vremenski promenljiv
signal može se prikazati kao zbir
prostoperiodičnih signala različitih
amplituda i frekvencija.
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/46
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/47
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)
v(t)
t
T
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/48
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/49
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/50
Pojačanje signala
Aperiodični
signal
Frekvencijski spektar
KONTINUALAN
v(t)
dalje
14. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/51
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/52
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)
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/53
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/54
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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/55
Pojačanje signala
Simbol pojačavača
Uzemljenje, masa, referentni čvor
ulaz izlaz
Linearni pojačavač
vu(t)=Vusin(ωt) viz(t)=AVusin(ωt)
ulaz izlaz
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/56
Šta smo naučili?
• Koja je uloga pojačavača?
• Karakteristike prostoperiodičnog 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
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/57
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. Skicirati talasni oblik složenoperiodičnog signala u vremenskom domenu i njegov frekvencisjki spektar.
6. Skicirati talasni oblik aperiodičnog signala u vremenskom domenu i njegov frekvencisjki spektar.
11. oktobar 2016.Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/58
Sledeće nedelje:
Osnovi pojačavačke tehnike (nastavak)
• Uzroci izobličenja signala
• Frekvencijske karakteristike pojačavača
• Jednosmerno napajanje i prenosna karakteristika pojačavača
• Klasifikscija pojačavača
Na web adresi http://leda.elfak .ni.ac.rs
> EDUCATION > OSNOVI ELEKTRONIKE
slajdovi u pdf formatu