Elektronika i techniki Elektronika i techniki mikroprocesorowe mikroprocesorowe Elektronika Elektronika Wybrane uk Wybrane uk l l ady elektroniczne ady elektroniczne 2 2 Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki Wydzial Elektryczny, ul. Krzywoustego 2
24
Embed
Elektronika i techniki mikroprocesorowekener.elektr.polsl.pl/materialy/eitm-mt/EiTMwyklad3.pdf · 2013. 7. 1. · Scalony generator XR 8038A Zale Ŝno ści czasowe: Parametry znamionowe:
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Elektronika i techniki Elektronika i techniki mikroprocesorowemikroprocesorowe
ElektronikaElektronika
Wybrane ukWybrane ukłłady elektroniczne ady elektroniczne
22Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki
Wydział Elektryczny, ul. Krzywoustego 2
W2: Elektronika2
1. Generatory sinusoidalne:2. Powstawanie drgań w obwodzie elektrycznym3. Generatory sinusoidalne – podstawy, parametry , warunki generacji. 4. Podstawowe układy generatorów sinusoidalnych.4. Generatory niesinusoidalne – podstawowe informacje :5. Multiwibrator.6. Uniwibrator.7. Generatory zbudowane na wzmacniaczach operacyjnych.8. Generatory sygnałów prostokątnych (w układach cyfrowych).9. Układ generatora uniwersalnego
PLAN WYKPLAN WYK ŁŁADUADU
W2: Elektronika3
Podstawowy obwód elektryczny w którym występują drgania
Powstawanie drgaPowstawanie drga ńń w obwodzie w obwodzie elel ..R
CuC(0)
Li
0,, =++== CRLc
L uuudt
duCi
dt
diLu
02
=++=++ CCC
C udt
duRC
dt
udLCuRi
dt
diL
Równania opisujące układ
t[ms]
uc[V]i[A] 02
02
200
2
200
2
=++
=++
ωξω
ωξω
ss
udt
du
dt
udC
CC
Równanie charakterystyczne
Wielkości opisujące ukł. rezonansowy
LC
10 =ω
C
L
R
2
=ξ
RC
L
Q =
W2: Elektronika4
Generatory sinusoidalne to układy elektroniczne samorzutnie wytwarzające zamierzone przebiegi sinusoidalne okresowe. Nie są one źródłem energii lecz przetwarzają energię zasilania w energię sygnału wyjściowego. Generatory mogą pracować przy stałej lub przestrajanej częstotliwości i amplitudzie. Zakres częstotliwości pracy mieści się od µHz do THz.
Ze względu na zasadę działania wyróŜnia się:• generatory RC ze sprzęŜeniem zwrotnym (niŜsze częstotliwości),• generatory LC ze sprzęŜeniem zwrotnym (wyŜsze częstotliwości),• generatory LC z ujemną rezystancją dynamiczną (wyŜsze częstotliwości),• generatory kwarcowe (wyŜsze częstotliwości).
Ze względu na sposób wzbudzania generatory dzielimy na:samowzbudne – rozpoczynające generację sygnału po podaniu zasilania,obcowzbudne – wymagające sygnału zewnętrznego do sterowania (pobudzania) procesu generacji.
Rola wzmacniacza: wzmocnienie sygnału z filtru w sprzęŜeniu,Rola filtru: zapewnienie odpowiedniego przesunięcia dla jednej częstotliwości,Realizacje generatora:wzmacniacz odwracający + filtr przesuwający o π (dla jednej pulsacji),wzmacniacz nieodwracający + filtr przesuwający o 2π (dla jednej pulsacji),
W2: Elektronika7
Generator RC ze sprzGenerator RC ze sprz ęŜęŜeniemeniem
βu
Ψu
βu1Ψu
0
-3π/2
1
f0
f
-π
0
1 6
2f
RC= ⋅
π
ϕ = arctgRC
1
29
1||
0== ffβ
Generator z tranzystorem bipolarnym i przesuwnikiem RC
βu
Ψu
βu1Ψu
0
-π/2
π/2
1/3
f0
f
0
1 1
2f
RC= ⋅
π 3
1||
0== ffβ
Generator ze wzmacniaczem operacyjnym i półmostkiem Wienna
W2: Elektronika8
Generator LC ze sprzGenerator LC ze sprz ęŜęŜeniemeniemGenerator Meissnera z
tranzystorem bipolarnymGenerator Colpittsa z
tranzystorem unipolarnym1 1
2f
LC= ⋅
π
1 2
1 2
C CC
C C
⋅=+
Tranzystor T pracuje w układzie wzmacniacza odwracającego. Rezystory RB1, RB2, RE dla tranzystora bipolarnego, natomiast RG, RS dla unipolarnego wyznaczają punkt pracy. Kondensatory CE, CS, CB (t. bipolarny), CS, CG , CC
(t. unipolarny) blokują składową stałą. Filtry określają częstotliwość pracy i zapewniają odwrócenie fazy.
W2: Elektronika9
Generator LC ze ujemnGenerator LC ze ujemn ąą rezystancjrezystancj ąą
Charakterystyka diody tunelowej
Realizacja z wykorzystaniem diody tunelowej
1 1
2f
LC= ⋅
π
Dioda tunelowa DT charakteryzuje się obszarem o ujemnej rezystancji dynamicznej. Punkt pracy określa siępośrodku tego obszaru. Rezystancja dynamiczna musi równowaŜyć rezystancję układu rezonansowego R oraz rezystancję obciąŜenia R0. Dzięki temu powstają drgania o częstotliwości zaleŜnej od pojemności i indukcyjności.
I
f
U
I0 P0
P1
P2
uR0
DT
t
W2: Elektronika10
Generator kwarcoweGenerator kwarcowe
Symbol i schemat zastępczy rezonatora
W układach wymagających duŜej stabilizacji częstotliwości stosuje sięrezonatory kwarcowe. Wycina się je z monokryształów kwarcu. Wykorzystująone odwrotne zjawisko piezoelektryczne, polegające na odkształcaniu płytki piezoelektrycznej pod wpływem pola elektrycznego.
C
CO
RL
LCfS π2
1= SSR fC
Cff ≈+=
0
1RC
LQS =
W rezonatorze kwarcowym wykorzystuje sięrezonans szeregowy (lepsza stabilnośćczęstotliwości). PoniewaŜ Co >> C rezonans równoległy zachodzi blisko szeregowego. DuŜa wartość indukcyjności L zapewnia bardzo wysoką dobroć (nawet setki tysięcy).
KWARC
A0+
-
R3
R2
R1
+UZAS
Generator kwarcowy ze wzmacniaczem operacyjnym
31
2
R
R
R
R >
W2: Elektronika11
Generatory niesinusoidalne dzielą się na generatory:- przebiegów prostokątnych
- przebiegów liniowych (piłokształtnych i trójkątnych) - inne
Generatory mogą być zbudowane z:- tranzystorów (generatory tranzystorowe)- wzmacniaczy operacyjnych- bramek cyfrowych
W generatorach niesinusoidalnych obowiązują te same warunki generacji co dla generatorów sinusoidalnych. SprzęŜenie zwrotne najczęściej jednak ma bardzo silne wzmocnienie co pozwala na generowanie przebiegów niesinusoidalnych (prostokątnych).
Kondensator C przeładowuje się do napięcia Uwy przez rezystor R1. Na wejściu nieodwracającym panuje napięcie wynikające z dzielnika napięciowego bUwy. Zmiana napięcia wyjściowego występuje w chwili zrównania się napięcia kondensatora uC z napięciem na rezystorze R3
Przerzutnik astabilny zbudowany ze wzmacniacza operacyjnego:
W2: Elektronika14
Przerzutnik astabilny zbudowany z bramek logicznych:
Bramka negacji odwraca sygnał o 180º, dlatego aby powstały drgania konieczne jest uŜycie dwóch bramek negacji.Częstotliwość generowanego sygnału wyjściowego w przybliŜeniu jest równa:
Wypełnienie sygnału wyjściowego zaleŜy od parametrów R1C1 i R2C2. W przypadku gdy R1=R2, C1=C2, wypełnienie sygnału wyjściowego wynosi D=0,5.
W przerzutniku monostabilnym moŜna wygenerować jeden impuls wymuszony zewnętrznym sygnałem. Czas trwania tego impulsu jest proporcjonalny do R1C. Przerzutnik ten moŜna stosować wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba wydłuŜenia impulsów.
Stanem stabilnym na wyjściu jest stan wysoki. Podanie niskiego stanu na wejście spowoduje natychmiastowe przełączenie w stan niski napięcia wyjściowego.Kondensator będzie się rozładowywał, aŜ do momentu gdy przekroczone zostanie napięcie R2/R1Uwy.
Uniwibrator – stanem stabilnym na wyjściu jest stan wysoki. Zmiana sygnału wejściowego z wysokiego na niski powoduje wygenerowanie na wyjściu impulsu niskiego o czasie trwania proporcjonalnym do R i C.
W2: Elektronika17
Generator Generator PiercePierce ’’aaGenerator Pierce’a jest jednym z najpopularniejszych generatorów napięcia prostokątnego. Stosowany niemal w kaŜdym mikroprocesorze wymaga jedynie podłączenia zewnętrznego rezonatora kwarcowego.
Generator Pierce’a moŜe istnieć teŜ w wersji z tranzystorami, bądźwzmacniaczami operacyjnymi. Drgania powstają w obwodzie rezonansowym rezonator-kondensatory C1 i C2.
Generator przebiegów liniowych najczęściej bazuje na moŜliwości wytworzenia liniowo zmieniającego się napięcia na kondensatorze, przez który wymusza sięprąd stały. Generator przebiegów liniowych moŜna zbudować na układzie integratora, w którym napięcie kondensatora jest cyklicznie rozładowywane rezystorem Rr. Jest to zatem generator napięcia piłokształtnego.
W2: Elektronika19
UkUkłład czasowy (ad czasowy ( TimerTimer ) ) –– NE555NE555Układ czasowy NE555 jest uniwersalnym, tanim i bardzo prostym w uŜyciu układem, co sprawia, Ŝe jest on bardzo popularnym w elektronice.
Układ czasowy NE555 jako jedyny doczekał się odrębnej ksiąŜki w języku polskim. Wydawnictwo BTC, 2004.
Napięcia wyjściowe:- przebieg prostokątny: 0,98 UZAS
- przebieg trójkątny: 0,33 UZAS
- przebieg sinusoidalny: 0,22 UZAS
Poziom odkształceń:- przebieg trójkątny: 0,1 %- przebieg sinusoidalny: 0,8 %
Wysoka stabilność temperaturowa i przy zmianach napięcia zasilania.MoŜliwość realizacji modulacji częstotliwościowej i przemiatania częstotliwości
Regulację częstotliwości oraz wypełnienia uzyskuje się poprzez dobór rezystorów podłączonych do wejść DCA1 i DCA2 oraz kondensatora podłączonego do TC. Czas narastania przebiegu trójkątnego i sinusoidalnego oraz czas trwania poziomu niskiego dla przebiegu prostokątnego wynosi:
T1 = 5/3RACCzas opadania przebiegów oraz poziomu wysokiego wynosi: