1
Akademia Górniczo Hutnicza
- AGH University of Science and Technology
Mechatronika
Mechatronics
Elektronika analogowa
Analog Electronics
B. Piwakowski,
Professor in Ecole Centrale de Lille, Lille, France
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
B.PIwakowski AGH Analog electronics Chapter I Introduction
Lecture Content
2015
Elektronika analogowa Analog Electronics
Chapter
1
Wiadom ości wstępne Introduction, basic notes
2
Dioda typowe układy i zastosowania Diode , typical circuits and their use
3,1
Wzmacniacze Pojęcia ogólne
Amplifiers General description
3,2
Wzmacniacze tranzystorowa Transistor amplifiers
3,3
Wzmacniacze operacyjne Operational amplifiers
3,4
Komparatory Comparators
3,5
Wzmacniacze mocy Power amplifiers
4
Uklady zasilania i stabilizacji
Power supplies and stab lizers
5
Zasady transmisji danych analogowych i cyfrowych
Analog and digital data transm ission principles
Subject, Title
2
B.PIwakowski AGH Analog electronics
Chapter I Introduction
3
General structure of any device relating domain of mechatronics
Red couleur indicates the functions not provided by typical digital or analog electronics
Blue couleur: typical analog electronics functions
Software domains
•
Informatics
•
Mathematics
•
Signal processing
Microprocessor
PC
Canal of transmission:
Radio connection
Cable connection
Emitter
Coding
Modulation
Signal formatting
Power amplifier
Cable/antenna
matching
User interface
Receiver
Signal
amplifier
Low noise
signal to noise
ratio
Filtering
Decoding
Demodulation
Sampling
Matched
filtering
Analog/digital
conversion
Cable/antenna
matching
User interface
Output data
Video data
Measured
distance from
objects
Ambient
temperature
Acoustic records
….
….
Input data
On off
Position
Orientation
Focal distance
Resolution
Automated device
(intelligent video camera
Supply voltage
Supply voltage
Inside
Data receiver
Data emitter
processing of signal
from sensors
(filtering, amplifying)
A/D conversion (or not)
Cable/antenna matching
Supply circuits
Step in motors control
microphone
sensors
B.PIwakowski AGH Analog electronics
Chapter I Introduction
4
Struktura ogólna urządzenia z mieszczącego się w dziedzinie mechatroniki
Na czerwono zaznaczono funkcje nie spełniane przez « elektronika cyfrowa » ani typowa « elektronikę analogowa »
Na niebiesko: typowe funkcje elektroniki analogowej
Software
•
Informatyka
•
Matematyka
•
Przetwarzanie sygnalow
Microprocessor
PC
Kanal trandmissji danych:
Radiowy
Cable cablowy
Nadajnik
Kodowanie
kanalowe
Modulacja
Formowanie
sygnalu
Wzmacniacz mocy
Dopasowanie do
anteny/kabla
matching
Intefejs
uzytkownika
Odbiornik
Wzmcniacz sygnalu
Poziom sygnal /szum
Filtracja
Dekodowanie
kanalowe
Demodulacja
Probkowanie
Filtracja dopasowana
Konwersja
analogowo cyfrowa
Dopasowanie do
kabla anteny
Intefejs uzytkownika
Output data
Video sygnal
Odleglosc od
obiektu
Termperatura
Rejestracja
akustycznna….
….
Input data
Wl/wyl
Pozycja
Kierunek
obiektywu
Odleglosc
ogniskowa
Rozdzielczosc
Urzadzenie automatyczne
(inteligentna
kamera video
zasilanie
Zasilanie
Wewnatrz
Odbiornik danych
Nadajnki danych
Przetwarzanie sygnalow z
czujnikow (filtracja, wzmacnianie
dekodowanie)
Przetwarzanie A/D (lub nie)
Dopasowanie do kabla/anteny
Zasilanie silnikow krokowych
Uklady zasilania
mikrofon
czujniki
5
Cel wykładu
Goal of this lecture
Uzupełnić wiedze potrzebna do realizacji całości urządzeni a automatycznego ,
mieszcząca się pomiędzy typowa technika cyfrowa i elektronika analogowa
To complete the knowledge necessary to realise an automated device, this
knowledge is comprised between typical digital electronics and analog electronics
Organizacja Organisation
Wyklad Lecture
10h
Cwiczenia, classes
8 h
Zaliczenie, validation : egzamin 2 godz. , exam 2h
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
6
I.
Wiadomości wstępne Introduction ,basic notes
II. Dioda i typowe układy i zastosowania Diode , typical circuits and their
use
III. Wzmacniacze
Amplifiers
1.
Opis ogólny
General description
2.
Wzmacniacze tranzystorowe Transistor amplifiers
3.
Wzmacniacze operacyjne Operational amplifiers
4.
Komparatory Comparators
5.
Wzmacniacze mocy Power amplifiers
IV. Układy zasilania i stabilizacji Power supplies and stabilisers
V. Podstawy transmisji danych analogowych i cyfrowych , Analog and digital
data tranmission principles
VI.
Funkcyjne uklady specjalne
Special funcional circuits
VII.
Filtry Filters
VIII. Oscylatory Oscilattors
Elektronika Analogowa w mechatronice
Analog Electronics in Mechatronics
B.PIwakowski AGH Analog electronics Chapter I Introduction
7
Rozdział I Wiadomości wstępne
Chapter I Introduction, basic notes
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
Sygnaly w elektronice signals in electronics
Sygnał elementarny elementary harmonic signal
)
(
)
(
sin
sin
)
(
o
o
t
j
m
o
o
m
o
m
e
A
t
s
t
A
t
T
A
t
s
2
Z
)
(
)
(
t
i
t
U
Z
)
(
)
(
u
t
j
m
e
U
t
u
i
t
j
m
e
I
t
i
)
(
Prawo Ohm’a
Ohm Law
0
0.2
0.4
0.6
-1
-0.6
-0.2
0.2
0.6
1
s(t) => sygnał impulsowy, pulsed form signal
s(t) =>u(t) napięcie tension (V)
s(t)=> i(t) natężenie current intensity (A)
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
8
1sze prawo Kirchoffa
1st Kirchoff’s law
u
2
u
3
u
4
u
5
u
1
-u
1
+u
2
+u
3
-u
4
+u
5
=0
A
D
B
E
C
W zamkniętym obwodzie suma spadków napięć równa jest zeru
The total voltage around a closed loop is equal to zero
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
9
Elementy, devices R,L,C
C
R
t
j
m
e
E
t
e
)
(
L
)
(
)
(
u
t
j
m
e
U
t
u
i
t
j
m
e
I
t
i
)
(
u
c
i
C
u
L
i
R
u
R
i
)
(
)
(
)
(
/
)
(
i
i
t
j
m
L
t
j
m
L
e
I
jX
t
Li
j
e
LI
j
dt
Ldi
t
u
)
(
)
(
)
(
)
(
/
)
(
i
i
t
j
m
C
t
j
m
C
e
I
jX
t
i
C
j
e
I
C
j
dt
t
i
C
t
u
1
1
1
)
(
)
(
)
(
i
t
j
m
R
e
RI
t
Ri
t
u
)
(
)
(
)
(
)
(
,
,
t
i
t
U
X
t
i
t
U
Z
C
L
C
L
Prawo
Ohma
Ohm’s
Law
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
10
Indukcyjnosc inductance
pojemnosc capacity
opornosc resistivity
Pętla (oczko) elementarne RLC : impedancja
Elementary closed loop circuit RLC, impedance
C
R
t
j
m
e
E
t
e
)
(
L
)
(
)
(
i
t
j
m
e
I
t
i
X
L
)
(
]
)
(
[
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
t
Zi
R
X
X
j
t
i
R
t
i
jX
t
i
jX
t
i
t
e
L
L
C
L
X
c
R
C
/
X
L
X
C
L
1
ou
Impedancja
impedance
Z
2
2
2
2
1
)
/
1
(
)
(
);
(
;
)
(
B
G
Y
jB
G
Z
Y
R
C
L
arctg
R
X
arctg
e
Z
Z
X
R
Z
jX
R
X
X
j
R
R
jX
jX
R
Z
j
L
L
C
L
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
11
Reaktancja
reactance
Admitancja
admitance
Konduktancja conductance
Susceptancja susceptance
Pętla (oczko) elementarne: przykład rozwiązania
Elementary closed loop circuit, example of solution
C
R
t
j
m
e
E
t
e
)
(
L
)
(
)
(
i
t
j
m
e
I
t
i
X
L
)
(
]
)
(
[
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
t
Zi
R
X
X
j
t
i
R
t
i
jX
t
i
jX
t
i
t
e
L
L
C
L
X
c
R
z
i
m
m
t
j
m
j
t
j
m
t
j
m
Z
E
I
e
I
e
Z
e
E
t
i
t
Zi
e
E
i
z
)
(
)
(
i(t):
z
i
m
m
t
j
m
j
t
j
m
t
j
m
R
Z
R
E
U
e
U
R
e
Z
e
E
e
RI
R
t
i
t
u
z
z
i
)
(
)
(
)
(
)
(
•u
R
(t):
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
12
2-gie Prawo Kirchoffa
2 nd Kirchoffs law
i
2
i
4
i
6
i
7
i
8
i
4
+i
8
+i
7
=i
6
+i
2
i
kwej
= i
l wyj
Prawo dla wezla : Suma natężeń prądów wpływających
do węzła jest równa sumie natężeń prądów
wypływających z tego węzła.
Junction rule: for a given junction in a circuit, the sum of
the currents entering equals the sum of the currents
leaving.
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
13
Dzielnik napięcia: Układ liniowy dający na wyjściu napiecie będące częścią
napięcia wejściowego
Voltage divider: a passive linear circuit that produces an output voltage that
is a fraction of its input ...
R
1
R
2
E
1
I
U
2
2
1
2
1
2
R
R
R
E
U
R
2
R
1
I
2
I
1
I
1
dzielnik prądu current divider
2
1
2
1
2
1
1
2
R
R
R
I
I
R
R
R
I
I
dzielnik napięcia voltage divider
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
14
U’=>gdy E
2
=0
Zasada superpozycji Superposition principle
R
1
R
2
E
1
E
2
-
+
R
1
R
2
E
1
-
+
R
1
R
2
E
2
I
=
+
U = U’+U’’
U’’
U’
U’’ =>gdy E
1
=0
U?
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
15
Twierdzenie Thévenina Thevenin's Theorem
•
Dowolny aktywny obwód liniowy można od strony wybranych
zacisków
AB
zastąpić
obwodem
równoważnym
złożonym
z
szeregowo połączonego jednego idealnego źródła napięcia Eth oraz
jednej impedancji Zth
•
Thevenin's theorem states that it is possible to simplify any linear
circuit, no matter how complex, to an equivalent circuit with just a
single voltage source Eth and series impedance Zth connected to a
load.
A
B
Z
th
E
th
+
-
I
Schemat zastepczy
Thévenina
Thevenin's Equivalent
circuit
(E
th
,R
th
)
Z
A
B
U
AB
U
AB
U
AB
=E
th
-Z
th
I
Źródło napięcia idealne Perfect tension source
R
th
=0
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
16
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
17
t
F
t
F
t
F
t
s
3
2
sin
3
2
2
sin
2
1
2
sin
)
(
Widmo sygnałów okresowych Spectum of periodic signal
Ft
t
s
2
sin
)
(
F=50Hz
Transformata Fouriera Fourier Transform
0
200
400
600
800
1000
0
0. 5
1
1. 5
2
2. 5
3
fréquence (Hz)
a
m
p
li
tu
d
e
(
V
)
B
B = pasmo czestotliwosciowe sygnalu
B= Signal bandwidth
F
dt
ft
j
exp
)
t
(
s
f
S
2
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
18
t
s(t)
TRANSFORMEE DE FOURIER
dt
ft
j
exp
)
t
(
s
f
S
2
S(f)
f
0
5
10
15
20
25
30
-1
0
1
x 10
-6
a
5
1
0
microsec
Data: a5
1
0 / a5
4
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
MHz
S
(w
)
0
5
10
15
20
25
30
-4
-2
0
2
4
x 10
-7
a
5
1
0
microsec
Data: a5
1
0 / a5
4
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
MHz
S
(w
)
B
B
B
Widmo sygnalow nieoresowych , dowolnych (imulsowych
Spectum of non periodic, pulsed signals)
e(t)
s(t)
)
(t
h
j
H
E(j)
S(j)
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
h
s
j
j
e
e
j
H
j
E
j
H
j
E
j
S
j
E
j
S
j
H
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
h
e
s
j
H
j
E
j
S
System
)
(
)
(
)
(
t
e
t
h
t
s
)]
(
[
)
(
t
h
j
H
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
19
Funkcja przenoszenia Transfer function
R=1k
C=
1
F
e(t)
s(t)
)
(
)
(
]
/
[
1
1
]
[
1
1
)
(
/
1
1
1
1
)
(
2
2
RC
arctg
RC
H
j
RC
j
j
H
c
c
f
c
=160Hz=1/2pRC
Czestotliwosc odciecia
Cut off frequency
2
)
(
H
)
(
H
ref
c
RC
f
RC
c
c
2
1
1
2
1
1
Filtre elementarny dolno przepustowy : funkcja przenoszenia
Elementary low pass filter : transfer function
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
20
R=1k
C=
1
F
e(t)
s(t)
]
/
[
1
1
log[
20
)
(
log
20
)
(
2
]
c
dB
H
H
w/w
c
1 10 100
0
H
db
dB
)
(
H
log
)
(
H
ref
c
dB
3
20
-3
Filtre elementarny dolno przepustowy : funkcja przenoszenia w dB
Elementary low pass filter : transfer function in dB
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
21
R=1k
C=
1
F
e(t)
s(t)
w/w
c
0
-p/2
)
RC
(
arctg
)
(
h
w/w
c
1 10 100
-p/4
=
a a=const
(
)
Filtre elementarny dolno przepustowy : funkcja przenoszenia charakterystyka fazowa
Elementary low pass filter : transfer function, phase characteristics
B.PIwakowski AGH Analog
electronics Chapter I Introduction
22
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
AGH Analog electronics Chapter III 1 introduction
AGH Analog electronics Chapter III 5 Power amplifiers
AGH Analog electronics Chapter V data transmission principles pptx
AGH Analog electronics Chapter III 3 Operational amplifier
AGH Analog electronics Chapter III 4 Comprators
AGH Analog electronics Chapter III 2 transistor
AGH Analog electronics Chapter I I diode
AGH Analog electronics Chapter IV power supplies
Chapter 1 Introduction
Chapter 1 Introduction
więcej podobnych podstron