13
Osnovi elektronike Prof. dr Predrag Petković, red. prof. dr Srđan Đorđević, asistent dr Marko Dimitrijević M.S. Dejan Mirković, asistent 12. oktobar 2015. 1 Uvod 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 предавања http://leda.elfak.ni.ac.rs/?page=education/elektronika/elektr onika.htm 12. oktobar 2015. 2 Uvod 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. 12. oktobar 2015. 3 Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/ Osnovi elektronike Predispitne obaveze: Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 5% Odbranjene laboratorijske vežbe 5% Domaći 10% Kolokvijum I (prva nedelja decembra) 20% Kolokvijum II (poslednja nastavna nedelja) 20% 12. oktobar 2015. 4 Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/ Ispit: Zadaci 20% Teorija 20% Bez 20% predispitnih – NE MOŽE DA SE POLOŽI

Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

  • Upload
    others

  • View
    13

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

Osnovi elektronikeProf. dr Predrag Petković, red. prof.dr Srđan Đorđević, asistentdr Marko DimitrijevićM.S. Dejan Mirković, asistent

12. oktobar 2015. 1Uvod

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

Dobrodošli na drugu godinu studija

Osnovi elektronikeLiteratura: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

12. oktobar 2015. 2Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Osnovi elektronikeLiteratura:

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.

12. oktobar 2015. 3Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Osnovi elektronikePredispitne obaveze:

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 5%Odbranjene laboratorijske vežbe 5%Domaći 10%Kolokvijum I (prva nedelja decembra) 20%Kolokvijum II (poslednja nastavna nedelja) 20%

12. oktobar 2015. 4Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Ispit:Zadaci 20%Teorija 20%

Bez 20% predispitnih – NE MOŽE DA SE POLOŽI

Page 2: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

Osnovi elektronikePredispitne obaveze:

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 5%Odbranjene laboratorijske vežbe 5%Domaći 10%Kolokvijum I (03.12.2015.) 20%Kolokvijum II (21.01.2016.) 20%

12. oktobar 2015. 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 (03.12.2015.) 40%Kolokvijum II (21.01.2016.) 40%

12. oktobar 2015. 6Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA

Osnovi elektronike

Statistika od prošle godine: Položilo u januaru 15/44 (34%)Položilo do oktobra 3/29 (10%)

12. oktobar 2015. 7Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Nešto treba menjati

Redovnost:Nastava 10%Laboratorija 10%

U januarskom roku Kolokvijumi se boduju sa po 40%Domaći sa 20%

Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA

Osnovi elektronike

Svi danas imate desetke sa 120%

Nedolaskom na nastavu gubite svake nedelje po (10%)/12=0.83%

Neblagovremeno odbranjena lab. Vežba, odbija se po (10%)/12=0.83%

Neurađeni domaći odbija se (20%)/12=1,67%Svaki neurađeni (zadatak + teorija) na kolokvijumu odbija se

(40%)/2=20%

12. oktobar 2015. 8Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Procenat 120-95 94-85 84-75 74-65 64-55

Ocena u

januaru10 9 8 7 6

Page 3: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

Osnovi elektronike

Da li postoji igde bolja ponuda?

Ali to nije sve!

Kolokvijumi i ispit imaju dva dela: Zadaci + Teorij aZa oba postoji jasan prag za prolaznu ocenu.Za zadatke to je rešavanje zadataka poznatih sa

predavanja ili vežbi (identi čni )Za teoriju odgovori na pitanja:

elementarna = broju nastavnih nedelja (12-15)obavezna = broju časova (36-45)

12. oktobar 2015. 9Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Osnovi elektronike

Praktično:Zadaci:50% zadataka su poznati sa domaćih ili vežbi – identični (1/2)

Na ispitu 2 poznata (1/2) za 61 sličan onome što je rađeno na vežbama, za 7-81 potpuno nov, za 9-10

Teorija: elementarna+obavezna pitanja za 6ispitna pitanja (3 po času =108-120) za 7-10

12. oktobar 2015. 10Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 11Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Pitanja?

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 12Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

To nije sve Menjamo koncept.Case study pristupAnaliza slu čaja:

„Pravimo“ audio poja čavač

Page 4: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 13Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Šta će nam?Čemu služi poja čavač?

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 14Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Mikrofon?

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 15Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

600 ohms?Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 16Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

-55dB (1kHz; 0dB=1V/Pa) ?

Page 5: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 17Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

-55dB (1kHz; 0dB=1V/Pa) ?

dB – decibel logaritam odnosa dve istorodne veli čine (napon/napon)

20log(V x/Vn) za Vn=1V koliko je V x =-55dB u voltima?

20log(V x/1) =-55dBlog(V x/1)= log(V x)= -55/20=-2.75Vx=10-2.75=0.001778V=1.778mV

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 18Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Zvučnik?

Znom=8 ohm

System Power=110W

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 19Uvod 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

12. oktobar 2015. 20Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

5mV

600Ω

100W

Page 6: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

Osnovi elektronike

12. oktobar 2015. 21Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Da pojača signal.Ali zašto?

5mV

600Ω

100W

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/22

Primer 1.1: Mikrofon koji daje na izlazu napon efektivne

vrednosti od 10mV i ima izlaznu otpornost od 600Ω Ω Ω Ω treba

priklju čiti na potrošač od 8ΩΩΩΩ. Izračunati naponsko i

pojačanje snage kada se priključi:

a) direktno

b) preko baferskog pojačavača koji ima

Ao=1, Ru=1MΩΩΩΩ i Riz=10ΩΩΩΩ

Pojačanje signala

20. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/23

a) direktno

Pojačanje signala

vsRs Rp vp

V/V 103.110

µV13.0

µV13.010600

8

5−⋅===

==

≈+

=

mVsv

pvA

mV

vsR

pRv

pRsR

pRv ssp

W/W10nW164

W167.0

164nW1064.1608

10100

fW167.01067.1600

10

9

76

1614

2

−−

−−

===

=⋅=⋅=+

⋅=

=⋅===

f

sP

pPA

pRsRsv

svsP

WpR

pvP

p

p

20. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/24

b) preko baferskog pojačavača (Ao=1, Ru=1MΩΩΩΩ i Riz=10Ω)Ω)Ω)Ω)Pojačanje signala

dalje

vs

Riz

RuRs Aovu Rpvu vp

( )

[V/V] 44.010mV

.4mV4

V4.4

===

=⋅+

⋅⋅+

=

=⋅+

=

sv

pvA

mvuRsR

uRA

pRizR

pR

vApRizR

pRv

so

uop

[W/W] 24210

42.2

10

W42.2

2

===

≈+

⋅=

==

pW

µW

sP

pPA

pWpRuR

sv

svP

pR

pvP

p

S

p µ

Page 7: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

Sadržaj

1. Uvod (Osnovi poja čavačke tehnike)2. Operacioni poja čavači 3. Realni poja čavači 4. Pojačavači sa povratnom spregom5. Oscilatori 6. Pojačavači velikih signala 7. Usmera či i stabilizatori8. Šumovi

12. oktobar 2015. 25Uvod

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

Sadržaj 1. Uvod

a. Definicija pojačanja b. Osobine pojačavačac. Simbol pojačavačad. Klasifikacija pojačavača prema tipu signalae. Modeli pojačavačaf. Uzroci izobličenja signalag. Frekvencijske karakteristikeh. Polarizacijai. Prenosna karakteristika

12. oktobar 2015. 26Uvod

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

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/27

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 razli čite fizičke signale u one

kojima možemo da upravljamo – električne

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/28

Pojačanje signala

Konvertori u elektri čne 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

Page 8: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/29

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

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/30

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)=?

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/31

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 =

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/32

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

Page 9: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/33

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

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/34

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

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/35

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 =

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/36

Pojačanje signala

Kako izgleda proizvoljni električni signal?

Promenljiv i nepredvidljiv u vremenu

Page 10: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/37

Pojačanje signalaTeško 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?

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/38

Pojačanje signala

Metod: Furijeov red

Svaki periodični vremenski promenljiv

signal može se prikazati kao zbir

prostoperiodičnih signala različitih

amplituda i frekvencija.

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/39

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

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/40

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)

Kružna frekvencija

ωωωωοοοο=2π π π π f (rad/s)

Faza φ=0φ=0φ=0φ=0

v(t)

t

T

Page 11: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/41

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

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/42

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

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/43

Pojačanje signala

Aperiodični

signal

Frekvencijski spektar

KONTINUALAN

v(t)

dalje

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/44

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)

Page 12: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/45

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

20. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/46

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

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/47

Pojačanje signala

Simbol pojačavača

Uzemljenje, masa, referentni čvor

ulaz izlaz

Linearni pojačavač

vu(t)=Vusin(ωt) viz(t)=AVusin(ωt)

ulaz izlaz

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/48

Šta smo naučili?

• Koja je uloga pojačavača?

• Karakteristike prostoperiodi čnog 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

Page 13: Osnovi elektronike Dobrodošli na drugu godinu studija ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/digitalna/elektronika/predavanja/2015-16/EKM/01 Uvod...Svaki lanac za obradu signala po činje

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/49

Ispitna pitanja1. 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.

12. oktobar 2015.Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/50

Sledeće nedelje:

Osnovi pojačavačke tehnike (nastavak)

• Uzroci izobličenja signala

• Frekvencijske karakteristike pojačavača

• Jednosmerno napajanje i prenosna karakteristika pojačavača

• Klasifikscija poja čavača

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

> EDUCATION > OSNOVI ELEKTRONIKE

slajdovi u pdf formatu