Forelesning nr 6 inf 1411 elektroniske systemer
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 42

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer PowerPoint PPT Presentation


  • 87 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Induktorer og RL- kretser. Dagens temaer. Eksempler på anvendelser av RC-kretser Sinusrespons til RL-kretser Impedans og fasevinkel til parallelle og serielle RL-kretser

Download Presentation

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Forelesning nr 6 inf 1411 elektroniske systemer

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer

Anvendelser av RC-krester

Induktorerog RL-kretser

INF 1411


Dagens temaer

Dagens temaer

  • Eksempler på anvendelser av RC-kretser

  • Sinusrespons til RL-kretser

    • Impedans og fasevinkel til parallelle og serielle RL-kretser

    • Analyse av serielle og parallelle RL-kretser

    • Praktiske anvendelser av spoler

  • Temaene hentes fra Kapittel 10.8, 11.1-11.6, 12.1-12.6

INF 1411


Rc anvendelser

RC-anvendelser

  • RC-kretser finner man i mange både analoge og digitale systemer

  • Skal se på tre eksempler:

    • Faseskiftkretser,

    • Filtre

    • ac-koblinger

INF 1411


Oscillatorer

Oscillatorer

  • Faseskiftkretser brukes til å lage oscillatorer som genererer en bestemt frekvens eller bølgeform

    • Brukes i sende/mottagerutstyr for radio, f.eks mobiltelefoni, traådløse nett, TV, radio, fjernkontroller etc etc

  • Faseskiftoscillatorer har negativ tilbakekobling («feedback»), hvor en brøkdel av utgangssignalet føres tilbake og trekkes fra inngangssignalet

  • Én bestemt frekvens fasedreies 180o, noe som tilsvarer å legge til et positivt signal uten fasedreining

  • Andre frekvenser undertrykkes og bidrar lite i tilbakekoblingen

INF 1411


Faseskiftoscillatorer

Faseskiftoscillatorer

  • Verdiene til R og C må velges slik at de tre RC-leddene tilsammen gir θ=180o

  • Fordi hvert ledd gir last til naboleddene kan de ikke designes separat til faseskift på θ=60o

INF 1411


Filtre

Filtre

  • Filtre er mye brukt i analog elektronikk, og vil dempe/fjerne signaler med en bestemt frekvens eller frekvensområde

    • Høypassfiltre stopper lave frekvenser og slipper gjennom høye

    • Lavpassfiltre slipper gjennom lave frekvenser og stopper høye

    • Båndpassfiltre slipper igjennom signaler som ligger i et bestemt frekvensområde og stopper signaler som ligger utenfor dette området

    • Båndstoppfiltre stopper frekvenser innenfor et bestemt frekvensområde og slipper gjennom signaler med frekvenser utenfor stoppområdet

INF 1411


Knekkfrekvens

Knekkfrekvens

  • Knekkfrekvensen («cutoff») er frekvensen hvor filteret begynner å slippe igjennom eller stoppe signaler

  • Ideelle filtre slipper gjennom signaler i passområdet uten dempning, og stopper fullstendig signaler utenfor

  • I praksis dempes signaler i passområdet, og ikke stoppes helt i stoppområdet

Knekkfrekvens

fc

fc

Ideel filterrespons

Praktisk filterrespons

INF 1411


Knekkfrekvens og b ndbredde

Knekkfrekvens og båndbredde

  • Knekkfrekvensen er den frekvensen hvor resistansen og den kapasitive reaktansen er like store:

  • Ved knekkfrekvensen er

  • Båndbredden er området er området av frekvenser som slipper igjennom filteret

INF 1411


Lavpassfilter med rc ledd

Lavpassfilter med RC-ledd

  • RC «lag»-kretsen kan benyttes som et lavpassfilter

Merk den logaritmiske (dB) skalaen på den horisontale aksen

INF 1411


H ypasspassfilter med rc ledd

Høypasspassfilter med RC-ledd

  • RC «lead»-kretsen kan benyttes som et høypassfilter

Merk den logaritmiske (dB) skalaen på den horisontale aksen

INF 1411


H ypasspassfilter med rc ledd1

Høypasspassfilter med RC-ledd

  • RC «lead»-kretsen kan benyttes som et høypassfilter

Merk den logaritmiske (dB) skalaen på den horisontale aksen

INF 1411


Ac coupling med dc bias

AC-coupling med DC-bias

  • I noen kretser trenger man å isolere et AC inputsignal fra resten av kretsen, og samtidig legge til et DC-offset

INF 1411


Sp rsm l

Spørsmål

  • Hva er faseforskyvning?

  • Hvilke to deler består impedansen til en RC-krets av?

  • Hva er faseforskyvningen mellom spenningen over og strømmen gjennom en kondensator?

  • Hvor stor er faseforskyvingen mellom kondenstorspenningen og kildespenningen i en RC-krets?

  • Hva er uttrykket for reaktansen til en ideel kondensator?

  • Hva er uttrykket for reaktansen til en praktisk kondensator?

  • Hva er båndbredden til et filter?

  • Hva er knekkfrekvensen til et filter?

INF 1411


Induktorer

Induktorer

  • En induktor eller spole består av en elektrisk leder med isolasjon utenpå som er surret rundt en metallkjerne, eventuelt ikke-magnetisk materiale

  • Hver vinding rundt kjernen gir en magnetisk feltlinje; jo flere vindinger desto flere feltlinjer og sterkere magnetfelt

INF 1411


Induktorer forts

Induktorer (forts)

  • Magnetfeltet lager (induserer) en elektrisk spenning som motarbeider strømmer gjennom spolen, eller som prøver å opprettholde strømmen hvis den minsker

  • Styrken på magnetfeltet er direkte proporsjonal med endringen i strømmen gjennom spolen

  • Den induserte spenningen er derfor proporsjonal med endingen i strømmen

  • Ved likespenning vil en spole ha null motstand, mens motstanden øker med økende frekvens

INF 1411


Induktorer forts1

Induktorer (forts)

  • Konstanten L kalles for induktans og er et uttrykk for spolens evne til å lage en indusert spenning som resultat av endring i strømmen gjennom spolen. L måles i Henry

  • Induktansen er gitt av følgende formel

INF 1411


Induktorer forts2

Induktorer (forts)

  • Motstanden mot strøm kalles for induktiv reaktans og er gitt av

  • Spoler har i tillegg en type (uønsket) resistans som kalles viklingsresistans Rw og skyldes at lederen har ohmsk motstand

INF 1411


Induktorer forts3

Induktorer (forts)

  • I tillegg har spoler også en viss grad av uønsket kapasitans (parasittkapasitans)

  • Grunnet både uønsket kapasitans og resistans, og at spoler ofte er fysisk store, er de mindre brukt enn kondensatorer som elementer med reaktans

INF 1411


Spoler i serie

Spoler i serie

  • Hvis man kobler spoler i serie får man en total induktans som er lik summen av de individuelle induktansene

INF 1411


Spoler i parallell

Spoler i parallell

  • Hvis man kobler spoler i parallell får man en total induktans som er mindre enn den minste av de individuelle induktansene

INF 1411


Tidskonstant i rl kretser

Tidskonstant i RL-kretser

  • RL-tidskonstanten er definert som forholdet mellom induktansen og resistansen, dvs

  • Tidskonstanten er et uttrykk for hvor fort strømmen kan endre seg i en spole: Jo større induktans, desto lengre tid tar det å endre strømmen

INF 1411


Str m i rl kretser

Strøm i RL-kretser

  • Hvis en spole brått kobles til en spenningskilde vil strømmen gjennom spolen øke eksponensielt:

INF 1411


Str m i rl kretser forts

Strøm i RL-kretser (forts)

  • Hvis en spole brått kobles fra en spenningskilde vil strømmen gjennom spolen avta eksponensielt:

INF 1411


Respons p en firkantpuls

Respons på en firkantpuls

  • Hvis spenningskilden til RL-kretsen er en firkantpuls vil strømmen gjennom spolen vekselvis øke og minke eksponensielt:

INF 1411


Sp rsm l1

Spørsmål

  • Har en spole større eller mindre motstand mot elektrisk strøm når frekvensen øker

  • Hva kalles reaktansen i en spole?

  • Hvilken polaritet i forhold til strømmen har spenningen som induseres av magntfeltet i en spole?

  • Hva er en parasitteffekt?

  • Hvilke to typer parasitteffekter har man i en spole?

  • Hvorfor er spoler mindre brukt enn kondensatorer?

  • Hva er uttrykket for induktansen til spoler i serie?

  • Hva er uttrykket for induktansen til spoler i parallell?

INF 1411


Spenninger i rl kretser

Spenninger i RL-kretser

  • Spenningene i en seriell RL-krets er ikke direkte proporsjonale med strømmen pga indusert spenning

  • Figuren viser forløpet til spenningen over en spole når kilden er en firkantpuls

INF 1411


Tidsforl pet til v og i i en rl krets

Tidsforløpet til V og I i en RL-krets

  • På samme måte som for en kondensator er strømmene og spenningene i en spole en eksponensielle:

    der indeksen i angir startverdi og F angir sluttverdi

INF 1411


Bruk av spoler i ac kretser

Bruk av spoler i AC-kretser

  • På samme måte som for kretser med kondensatorer og resistorer, består impedansen i en RL-krets av en resistiv og en reaktiv del

  • Reaktansen kalles induktiv og er gitt av formelen

  • Ohms lov gjelder også i kretser med spoler, slik at reaktansen til spoler i serie er gitt av

INF 1411


Bruk av spoler i ac kretser forts

Bruk av spoler i AC-kretser (forts)

  • Reaktansen til parallellkoblede spoler er gitt av

  • Sammenhengen mellom induktiv reaktans, strøm og spenning i en spole er gitt av

INF 1411


Faseforskyvning mellom i og v

Faseforskyvning mellom I og V

  • I en spole er strøm og spenning faseforskjøvet 900 slik at strømmen ligger etter spenningen:

INF 1411


Anvendelse av spoler

Anvendelse av spoler

  • Spoler har mindre utbredelse enn kondansatorer, men svært nyttige i noen anvendelser:

    • Fjerning (filtrering) av uønskede høyfrekvenssignaler i distribuerte signalveier

    • Aktive og passive filtre

    • Frekvenstuning i trådløs kommunikasjon (oscillatorer og synthersizere)

INF 1411


Sp rsm l2

Spørsmål

  • Har seriekoblede spoler større eller mindre induktans enn induktansen til den største spolen?

  • Har parallellkoblede spoler større eller mindre induktiv reaktans enn den minste spolen?

  • Har identiske seriekoblede spoler større eller mindre kapasitiv reaktans enn en enkelt spole?

  • Er strømmen faseforskjøvet +90O eller -90O i forhold til spenningen over en spole?

  • Når er spenningsfallet over en spole størst (når strømmen er sinusformet)?

INF 1411


Respons p et sinussignal

Respons på et sinussignal

  • I en RL krets hvor spenningskilden er et sinussignal vil spenningene ha følgende relative faser

INF 1411


Impedans og fasevinkel i seriell rl krets

Impedans og fasevinkel i seriell RL-krets

  • På samme måte som i kretser med kondensatorer og resistorer, uttrykkes impedansen i en RL krets med «phasors»

  • Impedansen i en RL krets er et mål for den totale motstanden mot en sinusformet strøm og måles i Ohm

  • Fasevinkelen angir forskyningen mellom den totale strømmen og forsyningsspenningen

INF 1411


Impedans og fasevinkel i seriell rl krets forts

Impedans og fasevinkel i seriell RL-krets (forts)

  • Den totale impedansen består en en resistiv og en induktiv reaktiv del som er 90 grader i forhold til hverandre

  • Den totale impedansen er gitt av

INF 1411


Fasedreining mellom str m og spenning

Fasedreining mellom strøm og spenning

  • Følgende grafer illustrerer faseforskyvningene mellom spenningen over spolen, resistoren og strømmen i en seriekoblet RL-krets

INF 1411


Fasedreining mellom str m og spenning forts

Fasedreining mellom strøm og spenning (forts)

  • For å finne sammenhengen mellom spenningene kan man benytte KCL

INF 1411


Sammenheng mellom impedans fasedreining og frekvens

Sammenheng mellom impedans, fasedreining og frekvens

  • Den induktive reaktansen øker med økende frekvens, mens fasevinkelen nærmer seg 90o

INF 1411


Sp rsm l3

Spørsmål

  • Finnes det RL-kretser hvor fasevinkelen mellom strøm og forsyningsspenning er θ=90o?

  • Hva er den maksimale fasevinkelen mellom strøm og spenning i en krets med bare en praktisk (fysisk) spole?

  • Er det mulig å ha en seriell krets med en spole og en resistor hvor impedansen er rent resistiv? Hva er forutsetningen?

  • Hvis resistiviteten og og den induktive kapasitansen er like store, hvor mange grader etter forsyningsspenningen vil strømmen gjennom kilden ligge?

INF 1411


Rl lead krets

RL lead-krets

  • Tilsvarenede som for RC-kretser kan man lage serielle RL kretser med en resistor og en spole, og hvor man tar ut spenningen enten over spolen eller resistorer

  • I en RL lead-krets er det en positiv faseforskyvning mellom utgang- og inngangsspenningen, dvs at utgangen leder over inngangen

R

Vout

Vin

Vout

Vin

Vin

Vout

L

VR

INF 1411


Rl lag krets

RL lag-krets

  • I en RL lag-krets er det en negativ faseforskyvning mellom utgang- og inngangsspenningen, dvs at utgangen henger etter inngangen

L

VL

Vin

Vin

Vout

R

Vin

Vout

Vout

INF 1411


Analyse av parallelle rl kretser

Analyse av parallelle RL-kretser

  • Parallelle RL-kretser analyseres på samme måte som parallelle RC-kretser, dvs ved å beregne admittans istedenfor impedans

  • En parallell RL-krets kan konverteres til en seriell når man har funnet resistiviteten og den induktive kapasitansen

INF 1411


  • Login