Elektroniikan perusteet
•
0 recomendaciones•4,221 vistas
TKK:n kurssin S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op) kertausluennon kalvot vuodelta 2007, jolloin toimin kurssin luennoitsijana.
Recomendados
Más contenido relacionado
Más de Vesa Linja-aho
Más de Vesa Linja-aho (20)
Elektroniikan perusteet
- 1. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Transistorit Suodattimet Verkkolaitteet S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op) Kertauskalvot Vesa Linja-aho 1. elokuuta 2007 Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 2. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Transistorit Suodattimet Verkkolaitteet 1 Operaatiovahvistinpiirit Peruslait Operaatiovahvistin Diodi Kondensaattori Positiivinen takaisinkytkent¨ a 2 Transistorit Bipolaaritransistori Kanavatransistorit 3 Suodattimet Alip¨¨st¨suodatin aa o Ylip¨¨st¨suodatin aa o Mitoitus ja taajuusmuunnokset N¨in mitoitan suodattimen a 4 Verkkolaitteet Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 3. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Virtapiirien peruslait Ydinasiat Kirchhoffin virta- ja j¨nnitelaki a Ekstrat Tikapuupiirin ratkaiseminen Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 4. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Virtapiirien peruslait Ydinasiat Kirchhoffin virta- ja j¨nnitelaki a J¨nnitteenjakos¨¨nt¨ a aa o Ekstrat Tikapuupiirin ratkaiseminen Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 5. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Operaatiovahvistin Uout = A(U+ − U− ) K¨ytt¨j¨nnite asettaa rajoitukset a oa Negatiivinen takaisinkytkent¨ pakottaa U+ = U− a Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 6. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Negatiivisen takaisinkytkenn¨n sovelluksia a J¨nnitteenseuraaja a Ei-invertoiva vahvistin Invertoiva vahvistin Invertoiva summain Erovahvistin Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 7. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Diodi ja zenerdiodi Ominaisk¨yr¨ on jyrkk¨ eksponenttik¨yr¨ a a a a a K¨sinlaskennassa k¨ytet¨¨n 0,7 voltin kynnysj¨nnitett¨ a a aa a a Virta kulkee vain, jos j¨nnite p¨¨st¨suuntaan a aa o Zenerdiodi voi johtaa my¨s estosuuntaan o Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 8. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Diodipiirien laskutekniikkaa Ensin selvitet¨¨n, mi(t)k¨ diodeista johtaa aa a Sitten lasketaan tutuilla s¨¨nn¨ill¨ aa o a Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 9. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Diodi ja operaatiovahvistin Diodeilla voidaan ”valita”, mik¨ vastus tulee a takaisinkytkent¨silmukkaan a Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 10. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Kondensaattori i = C du dt J¨nnite ei voi muuttua yht¨kki¨ (vaatisi ¨¨rett¨m¨n tehon) a a a aa o a t Muutosilmi¨: u(t) = k1 + k2 e − RC o 1 1 Kompleksilukulaskenta: Z = sC = jωC Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 11. Sis¨lt¨ a o Peruslait Operaatiovahvistinpiirit Operaatiovahvistin Transistorit Diodi Suodattimet Kondensaattori Verkkolaitteet Positiivinen takaisinkytkent¨ a Positiivinen takaisinkytkent¨ a Operaatiovahvistimen l¨ht¨j¨nnite ajautuu aina toiseen a oa ¨¨rilaitaan aa Muutos tapahtuu, kun molemmissa tulonavoissa sama j¨nnite a Ratkaisutekniikka: Valitaan l¨ht¨¨n joko maksimi- tai minimil¨ht¨j¨nnite a oo a oa Lasketaan, mik¨ j¨nnite tulee ei-invertoivaan tuloon a a Lasketaan, mik¨ j¨nnitteen Uin tulee olla, jotta invertoivassa a a tulossa olisi sama j¨nnite a Piirret¨¨n hystereesissilmukka ja p¨¨tell¨¨n nuolien ja aa aa aa ”h¨ntien”suunta a Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 12. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Bipolaaritransistori Transistorit Kanavatransistorit Suodattimet Verkkolaitteet Bipolaaritransistori Tyypit NPN ja PNP Kannan ja emitterin v¨lill¨ on diodiliitos (UBE ≈ 0,7 V) a a Estotila, aktiivitila, saturaatiotila ja zenertila Kalvoilla esitetyt j¨nnitteet kertovat NPN-transistorin a toiminnasta — PNP:ll¨ virtojen ja j¨nnitteiden suunnat ovat a a p¨invastaiset a Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 13. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Bipolaaritransistori Transistorit Kanavatransistorit Suodattimet Verkkolaitteet Estotila Jos kanta-emitteridiodi ei johda, niin transistorissa ei kulje virtaa miss¨¨n aa Piiri k¨ytt¨ytyy kuten transistoria ei olisi koko piiriss¨ a a a Jos ei ole varma, johtaako transistori, sen voi ”irrottaa”piirist¨ a ja tutkia, tuleeko kannan ja emitterin v¨lille yli 0,7 voltin a j¨nnite a Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 14. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Bipolaaritransistori Transistorit Kanavatransistorit Suodattimet Verkkolaitteet Aktiivitila UBE = 0,7 V ja IC = βIB Laskujen lopuksi pit¨¨ tarkistaa, ett¨ onhan UCE ≥ 0,2 V aa a Fysikaalisten rajoitusten takia UCE ei voi laskea alle 0,2 voltin (arvio) eik¨ menn¨ miss¨¨n olosuhteissa negatiiviseksi a a aa (muuten tuottaisi tehoa tyhj¨st¨). a a Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 15. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Bipolaaritransistori Transistorit Kanavatransistorit Suodattimet Verkkolaitteet Saturaatio Joutuu saturaatioon, jos ”kantavirta on liian suuri” Saturaatiossa UCE = 0,2 V ja IC < βIB Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 16. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Bipolaaritransistori Transistorit Kanavatransistorit Suodattimet Verkkolaitteet Zenertila Ei-toivottu tila, otettava huomioon suunnittelussa Kanta-emitteridiodi menee zenerpurkaukseen noin 5 V estosuuntaisella j¨nnitteell¨ a a Zenerpurkaus ei saa aikaiseksi kollektorivirtaa! Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 17. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Bipolaaritransistori Transistorit Kanavatransistorit Suodattimet Verkkolaitteet Kanavatransistorit Tyypit MOSFET ja JFET T¨ll¨ kurssilla k¨sitell¨¨n N-kanava JFET ja N-kanavainen a a a aa avaustyyppinen MOSFET - JFET MOSFET Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 18. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Bipolaaritransistori Transistorit Kanavatransistorit Suodattimet Verkkolaitteet JFET Hilalla ei kulje virtaa Hilan ja l¨hteen v¨lisell¨ j¨nnitteell¨ s¨¨dell¨¨n nieluvirtaa a a a a a aa aa Jos UGS = 0 V, niin ID = IDSS , miss¨ IDSS on a komponenttikohtainen vakio Jos UGS = UP , niin ID = 0. UP on komponenttikohtainen vakio, ja se on negatiivinen, esim. -3 volttia. UGS 2 N¨iden ¨¨rip¨iden v¨lill¨ ID = IDSS (1 − a aa a a a UP ) kun UDS ≥ UGS − UP D G - S JFET Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 19. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Bipolaaritransistori Transistorit Kanavatransistorit Suodattimet Verkkolaitteet MOSFET Kuten JFET: ID = 0 ja UGS s¨¨telee nieluvirtaa aa Hilaj¨nnitteen oltava UT , jotta virta kulkisi a ID = K (UGS − UT )2 , kun UGS ≥ UT ja UDS ≥ UGS − UT UT ja K ovat komponenttikohtaisia vakioita Jos hilaj¨nnite hyvin suuri (luokkaa 10 V), kanava aukeaa a t¨ysin ja n¨ytt¨¨ pienelt¨ resistanssilta RDSon a a aa a D G S MOSFET Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 20. Sis¨lt¨ a o Alip¨¨st¨suodatin aa o Operaatiovahvistinpiirit Ylip¨¨st¨suodatin aa o Transistorit Mitoitus ja taajuusmuunnokset Suodattimet N¨in mitoitan suodattimen a Verkkolaitteet 1. asteen alip¨¨st¨suodatin aa o 1 Yleinen muoto F (s) = s+1 , t¨ll¨in ominaiskulmataajuus a o ω0 = 1. s 1 Sijoittamalla s → ω0 saadaan F (s) = s +1 ω0 Voidaan toteuttaa yksinkertaisella RC-piirill¨, a F (s) = Uout = RCs+1 Uin 1 Vertaamalla siirtofunktiota ja yleist¨ muotoa kesken¨¨n a aa 1 saadaan ω0 = RC Ominaistaajuudella |F (s)| = √1 2 ja vaihekulma −45◦ R Uin C Uout ? ? Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 21. Sis¨lt¨ a o Alip¨¨st¨suodatin aa o Operaatiovahvistinpiirit Ylip¨¨st¨suodatin aa o Transistorit Mitoitus ja taajuusmuunnokset Suodattimet N¨in mitoitan suodattimen a Verkkolaitteet 2. asteen alip¨¨st¨suodatin aa o 1 1 Yleinen muoto s 2 +2Ds+1 → s s ( ω )2 +2D ω +1 0 0 Vaimennusvakio D m¨¨r¨¨ vasteen muodon, ω0 paikan aa aa (kulma)taajuusakselilla Voidaan toteuttaa esim. Sallen-Key -piirill¨ a T¨rke¨¨! Ominaiskulmataajuudella ei v¨ltt¨m¨tt¨ a aa a a a a 1 |F (s)| = √2 Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 22. Sis¨lt¨ a o Alip¨¨st¨suodatin aa o Operaatiovahvistinpiirit Ylip¨¨st¨suodatin aa o Transistorit Mitoitus ja taajuusmuunnokset Suodattimet N¨in mitoitan suodattimen a Verkkolaitteet 1. asteen ylip¨¨st¨suodatin aa o s s ω0 Siirtofunktio s+1 → s +1 ω0 Voidaan toteuttaa RC-piirill¨ a C Uin R Uout ? ? Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 23. Sis¨lt¨ a o Alip¨¨st¨suodatin aa o Operaatiovahvistinpiirit Ylip¨¨st¨suodatin aa o Transistorit Mitoitus ja taajuusmuunnokset Suodattimet N¨in mitoitan suodattimen a Verkkolaitteet 2. asteen ylip¨¨st¨suodatin aa o s ( ω )2 s2 Yleinen muoto s 2 +2Ds+1 → s 2 0 s ( ω ) +2D ω +1 0 0 Voidaan toteuttaa esim. Sallen-Key -piirill¨ a T¨rke¨¨! Ominaiskulmataajuudella ei v¨ltt¨m¨tt¨ a aa a a a a 1 |F (s)| = √2 Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 24. Sis¨lt¨ a o Alip¨¨st¨suodatin aa o Operaatiovahvistinpiirit Ylip¨¨st¨suodatin aa o Transistorit Mitoitus ja taajuusmuunnokset Suodattimet N¨in mitoitan suodattimen a Verkkolaitteet Mitoitus ja taajuusmuunnokset Haluttu piste ominaisk¨yr¨ll¨ voidaan siirt¨¨ muualle a a a aa fvanha sijoittamalla s → s fuusi Esimerkiksi jos siirtofunktion puolen tehon piste sijaitsee paikassa ω = 42 ja se halutaan taajuudelle f = 500 Hz, 42 sijoitetaan siirtofunktioon jokaisen s:n paikalle s 2π·500 Osoittajan kertominen vakiokertoimella ei vaikuta amplitudivasteen muotoon eik¨ vaiheeseen. a Mitoittamisen l¨ht¨kohtana on nimitt¨j¨polynomi, joka a o aa katsotaan taulukkokirjasta. Esim: Butterworth Bessel Legendre ... Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 25. Sis¨lt¨ a o Alip¨¨st¨suodatin aa o Operaatiovahvistinpiirit Ylip¨¨st¨suodatin aa o Transistorit Mitoitus ja taajuusmuunnokset Suodattimet N¨in mitoitan suodattimen a Verkkolaitteet N¨in mitoitan suodattimen a Esimerkki: Suunnittele toisen asteen Butterworth-alip¨¨st¨suodatin, jonka puolen tehon piste on aa o taajuudella 500 Hz. Toisen asteen Butterworth-polynomi on √ (s 2 + 2s + 1). Ratkaisun kulku: 1 Selvitet¨¨n, mill¨ taajuudella sijaitsee puolen tehon piste aa a alkuper¨isell¨ siirtofunktiolla a a 2 Siirret¨¨n piste taajuudelle 500 Hz aa 3 Ratkaistaan D ja ω0 4 (Rakennetaan piiri) Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 26. Sis¨lt¨ a o Alip¨¨st¨suodatin aa o Operaatiovahvistinpiirit Ylip¨¨st¨suodatin aa o Transistorit Mitoitus ja taajuusmuunnokset Suodattimet N¨in mitoitan suodattimen a Verkkolaitteet Selvitet¨¨n puolen tehon piste ja siirret¨¨n se aa aa Tasaj¨nnitteell¨ (ω = 0) vahvistus on 1, joten puolen tehon a a kulmataajuus on 1 1 √ = √ , s = jω1/2 s 2 + 2s + 1 2 Josta ratkeaa ω1/2 = 1. T¨m¨ piste saadaan siirretty¨ taajuudelle a a a 500 Hz tekem¨ll¨ sijoitus a a 1 s→s 2π · 500 Jolloin siirtofunktioksi saadaan 1 s √ s ( 2π·500 )2 + 2 2π·500 + 1 Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 27. Sis¨lt¨ a o Alip¨¨st¨suodatin aa o Operaatiovahvistinpiirit Ylip¨¨st¨suodatin aa o Transistorit Mitoitus ja taajuusmuunnokset Suodattimet N¨in mitoitan suodattimen a Verkkolaitteet Ratkaistaan ω0 ja D Vertaamalla saatua siirtofunktiota yleiseen muotoon 1 1 √ = s s s ( 2π·500 )2 + s 2 2π·500 +1 ( ω0 )2 + 2D ω0 + 1 1 n¨hd¨¨n ett¨ ω0 = 2π · 500 ≈ 3140 ja D = a aa a √ . 2 Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 28. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Transistorit Suodattimet Verkkolaitteet Verkkolaitteet Verkkolaite muuttaa verkkoj¨nnitteen elektroniikkalaitteelle a sopivaksi pieneksi (tasa)j¨nnitteeksi a Joko hakkuri- tai lineaarinen verkkolaite Lineaarinen verkkolaite koostuu seuraavista osista Sulake Muuntaja Tasasuuntaaja Suodatuskondensaattori Regulaattori Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)
- 29. Sis¨lt¨ a o Operaatiovahvistinpiirit Transistorit Suodattimet Verkkolaitteet Kondensaattorin mitoittaminen Mit¨ suurempi kondensaattori, sit¨ pienempi hurinaj¨nnite a a a I ∆t C= ∆U φ 1 ∆t = 360◦ fverkko U +U φ = 90◦ + arcsin Umax +Udiodi(t) min diodi(t) Kertauskalvot Vesa Linja-aho S-87.2113 Elektroniikan perusteet (3 op)