Parametry wzmacniaczy:
-wzmocnienie(mocy, napiecia lub pradu)
-sprawnosc
-impedancje(wejsciowa i wyjsciowa)
-wejsciowe i wyjściowe napiecie(lub moce) znamionowe
-pasmo przenoszenia
-zakres dynamiczny, dynamika wzmacniacza
-poziom szumow własnych i czułość
-nieliniowosc
Sprzęzenie zwrotne - polega na odzialywaniu skutku jakiegos zjawiska na jego przyczyne
Ujemne sprzężenie zwrotne-zmniejsza(spowalnia proces-gdy faza napiecia zwrotnego doprowadzonego z wyjscia do wejcia układu jest przeciwna w porównaniu z faza napiecia wejściowego.
Szeroko stosowane w układach wzmacniających, wpływa na ogol korzystnie na większość parametrow wzmacniaczy.(poprawia stabilność wzmocnienia, zmniejszaja się szumy i zniekształcenia, zwieksza się gorna częstotliwość graniczna, możliwe jest kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej, możliwa jest modyfikacja impedancji wyjściowej i wejściowej).
Zalety te sa okupione(zmniejszeniem wzmocnienia, zmniejszeniem stabilności układu w pewnych zakresach częstotliwości)
Dodatnie sprzężenie zwrotne-zwieksza (przyspiesza) proces-gdy faza napiecia zwrotnego doprowadzonego z wyjscia do wejścia układu jest zgodna z faza napiecia wejściowego.
Stosowane glownie w układach generacyjnych, we wzmacniaczach stosowane rzadko, zwykle jest to efekt pasożytniczy.
Pasożytnicze sprzężenie zwrotne:
-sprzezenie pojemnościowe np. pomiedzy przewodami, przewodami a obudowa
-sprzezenie magnetyczne np. pomiedzy uzwojeniami transformatorow i cewek
-sprzezenie elektromagnetyczne wielkiej częstotliwości np. przegajace się obwody rezonansowe
-sprzezenie przez źródło zasilania itd.
Sposobu dostarczania sygnału na wejście
-sprzezenie szeregowe sygnal sprzężenia wprowadzany jest szeregowo z sygnalem wejsciowym
-sprzezenie rownolegle sygnal sprzężenia wprowadzany jest rownolegle z sygnalem wejściowym
Szeregowe ujemne sprzężenie zwrotne:
-zmnejsza wzmocnienie napięciowe
-nie zmniejsza wzmocnienia pradowego
-powoduje wzrost impedancji wejściowej
Rownolegle ujemne sprzężenie zwrotne
-zmniejsza wzmocnienie pradowe
-nie zmniejsza wzmocnienia napięciowego
-zmniejsza impedancje wejsciowa
Napięciowe ujemne sprzężenie zwrotne:
-zmniejsza impedancje wyjsciowa
Pradowe ujemne sprzężenie zwrotne
-powoduje wzrost impedancji wejściowej
Wzmacniacz operacyjny:
Nazywamy wzmacniacz pradu stalego o bardzo duzym wzmocnieniu
Jeżeli sygnal wejściowy zostanie doprowadzony do wejścia „-„ (nazywanego wejściem odwracającym) to na wyjsciu pojawi się sygnał w fazie przeciwnej jeżeli natomiast sygnal wejściowy zostanie doprowadzony do wejścia „+ ” to nie wystapi odwrócenie fazy miedzy wejściem a wyjsciem.
Wzmacniacz operacyjny jest przyzwyczajony do pracy z zewnętrznym układem ujemnego sprzężenia zwrotnego którego właściwości decyduja w głównej mierze o właściwościach całego układu.
Wzmacniacz operacyjny idealny:
-nieskonczenie duze wzmocnienie przy otwartej petli sprzężenia zwrotnego
-nieskonczenie szerokie pasmo przenoszenia częstotliwości
-nieskonczenie duza impedancje wejsciowa
-impedancja wyjsciowa rowna zeru
-wejscia wzmacniacza nie pobieraja zadnego pradu z obwodow zewnętrznych
-napiecie wyjściowe rowne zeru przy równości napiec na obydwu wejściach
-wzmocnienie idealne roznicowe
-nieskończenie duza szybkość narastania napiecia wyjściowego
-nieskonczenie duzy dopuszczalny prad wyjściowy
-nieograniczony zakres zmian napiecia wyjściowego
-brak szumow własnych
Wzmacniacz operacyjny rzeczywisty:
-wspolczynnik wzmocnienia przy otwartej petli sprzężenia zwrotnego osiaga b duze ale określone skończone wartości.
-gorna granica pasma przenoszonych częstotliwości SA wartości ????
-impedancja wejsciowa może posiadac wartości z przedziału
-impedancja wyjsciowa jest niewielka z reguly kilkadziesiąt ohmow
-prad wejściowy jest niezerowy
-wzmocnienie rzecz. wzmacniacza operacyjnego nie jest idealnie roznicowe
-wytwarzaja zaklucenia własne
-własciwosci wzmacniaczy zalezne SA od temperatury
Efekt Millera - zjawisko występujące w układach wzmacniaczy tranzystorowych, powodujące istotne ograniczenie pasma przenoszenia wzmacniacza w układach pracy typu wspólny emiter (CE - Common Emiter) w tranzystorach bipolarnych oraz typu wspólne źródło (CS- Common Source) w tranzystorach unipolarnych.Wady: Zmniejszenie górnej częstotliwości granicznej, zmniejszenie pasma przenoszenia układu, zmniejszenie wzmocnienia skutecznego, zmniejszenie wzmocnienia napięciowego, zmniejszenie impedancji wejściowej. Zalety: Wykorzystuje się w układach gdzie potrzebna jest duża pojemność. Efekt Millera można zniwelować stosując układ kaskody.
Generatory to układy elektroniczne, które przetwarzają energię źródła przebiegu stałego na energię przebiegu zmiennego wyjściowego (impulsowego lub okresowego). Wytwarzają przebiegi elektryczne o określonym kształcie. W zależności od kształtu wytarzanego).
Parametry generatorow: W układach analogowych najszersze zastosowanie maja generatory przebiegow sinusoidalnych -Czectotliwość generowanego sygnału i jej stałość-amplituda generowanego sygnału i jej stalosc-znieksztalcenia generowanego przebiegu harmonicznego-fluktuacje częstotliwości i amplitudy-zawartosc harmonicznych-paramety energetyczne
PODSTAWOWE PARAMETRY Elementow logicznych: Obciazalnosc- max prad, jaki moze wplywac/wyplywac z wyjscia ukladu przy jego prawidlowej pracy. Sredni czas propagacji- srednia artmetyczna czasow opoznienia przedniego i tylniego zbocza impulsu wyjsciowego do stosunkow odpowiednich zboczy impulsu wejsciowego. Czestotl max: najwieksza dopuszczalna czestotliwosc zmian sygn wej przy ktorych uklad pracuje poprawnie. Margines zaklucen: wartosc sygn zakluceniowego ktora dodana do sygn wej nie powoduje jeszzcze zmian wartosci logicznej sygn. Moc strat: roznica miedzy moca dostarczana a odbierana (wydzielana w postaci ciepla). UKLADY TECHNIKI REALIZACJI ELEM LOGICZNYCH: DRL-czasem uzywana w ukl sterowania, trudno dopasowac rezystancjie, w wiekszosci zarzucona. DTL-stosowana w ukl sterowania mocy, stosunkowo duza obciazalnosc, odpornosc na zaklucenia. RTL-bardzo wolne ze wzgledu na duze nasycenie tranzystorow(do 4MHz), niska odpornosci na zaklucenia, duzy pobor mocy, trudna do scalania. RCTL-rownolegle podlacznie do rezystorow wejsciowych nieco przyspiesza przebiegi, trudna do scalania. TTL-ukl z tranzystorami wieloemiterowymi, ukl zapoczatkowaly zwiekszanie integracji. ECL-wykorzystanie ukl roznicowych, ukl szybkie do ok 300MHz, mala odpornosc na zaklucenia zewnetrzne, duzy pobor mocy. MOS-mala zajmowana powierzchnia,prosty proces technologiczny, duza impedancjia wej, mozliwosc integracji, dwa zrodla zasilania(dren i bramka). CMOS- mniejsze straty, duza rezystancja wej, sterowanie nap, duza odpornosc na zaklucenia, Bardzo Maly Pobor Pradu.! Stosuje sie glownie tranzystory z kanalem wzbogacanym typu n oraz p by zatkac tranzystor MOS przy zerowym nap bramka-zrodlo. Aby utrzymac tempo rozwoju, technologia krzemowa („uruchamia”) swoje rezerwy: technologia SOI oraz krzemogerman (SiGe).
PRZETWORNIKI A/C : Ukl elektroniczny o 1 wej na które jest podany sygn analogowy oraz o n wyj na ktorych znajduje sie przetworzona informacja cyfrowa o syg wej. Nap odniesienia jest rowne max sygn gdy (n→∞). PRZETWORNIK C/A: ukl elektroniczny o n wej do ktorych jest doprowadzone n-bitowe slowo cyfrowe(inf przetwarzana) oraz o 1 wyj na ktorym jest otrzymywana przetworzona inf analogowa. Slowo cyfrowe (z reguly)- liczba naturalna w kodzie dwojkowym. elementem sprzetowym (np. Magistrale komunikacyjne). KONWERSJA SYGN- Przetwarzanie analogowo/cyfrowe →analogowe przetwarzanie sygn →probkowanie→kwantowanie→cyfrowe przetwarzanie sygn→wynik pomiaru. Przetwarzanie A/C proces skadajacy sie z dwoch etapow: dyskretyzacji w dziedzinie czasu, czyli probkowanie i dyskretyzacji w dziedzinie amplitudy czyli kwantowanie. PROBKOWANIE; matematycznie można przyjac jak mnozenie sygn ciaglego x(t)przez funkcje probkujaca s(t) w postaci impulsow Diraca. Probkowanie polega na rejestracji wartosci sygnalu z odstepem czasu okreslonym jako okres probkowania. KWANTOWANIE: polega na przyporzadkowaniu ciaglym przdzialom wartosci sygn analogowego pewnych wartosci dyskretnych w postaci cyfrowej. Nastepuje przy tym utrata inf poniewaz nieskonczonej liczbie wartosci sygn w kazdym przedziale jest przypisana tylko jedna wartosc cyfrowa.
PARAMETRY PRZETWORNIKOW C/A: 1)Rozdzielczosc[V]-najmniejsza zmiana nap wyj. 2)Blad bezwzgledny[V]- najwieksza roznica miedzy nap wej zmierzonym a idealnym.3)Blad wzgledny[V]- blad odniesienia do calej skali przetwornika, czyli do nap odniesienia Uodn często odnosi sie do rozdzielczosci 4) Stalosc charakterystyki przetwornika przy zmianach temp i zasialania. 5) Czas ustalania sie odpowiedzi-bedacy opoznieniem uzyskania syg anal na wyj wzgledem zmiany na wej cyfr. 6)Przepiecia-bedace wyskokami wartosci nap wyj w czasie ustalania sie odpowiedzi,wynikajace z opoznien bitow. Wyeliminowac je można stosujac na wyj ukl probkujaco-pamietajacy.
PARAMETRY PRZETWORNIKOW A/C: 1)Blad kwantyzacji-max odchylenie charakterystyki wyj od charakterystyki wej na osi nap wynosi: + - 1/2∆U na osi bitow wynosi 1/2LSB. 2)Zakres dynamiki-stosunek max nap analogowego do ∆U. 3)stosunek wartosci skutecznej syg do wartosci skutecznej szumu kwantylizacji okresla wspolczynnik SNR. 4)rozdzielczosc-dlugosc slowa kodowego 5)krok kwantowania blad roznicowy, blad calkowy, bladprzesuniecia, blad skalowania. METODY KONWERSJI A/C: 1)calkujace przetworniki A/C.-syg anal zamieniany jest na impuls o czasie trwania Tproporcionalny do nap analogowego. Impuls ten otwiera na czas T wejscie licznika cyfrowego zliczajacego impulsy zegara. Stan licznika jest proporcionalny do wejsciowego nap analogowego. 2)Przetworniki A/C ze sprzezeniem zwrotnym-stosuje sie uklad sledzacy stan licznika i porownujacy go z analogowym sygn wej.
Cele pomiaru
Monitoring- np. zużycia energii elektrycznej,
Badanie i rozwój- np. badanie zjawisk,
Metrologia-legalizacja i kalibracja
Sterowanie- pomiar sygnału wyjściowego umożliwiającego sterownie sygnałem wejściowym tak by można było go korektowac,
Rodzaje pomiarów:
Bezpośredni- miernik dokonuje pomiaru wiekosci która jest obiektem naszego zainteresowania,
Pośredni- wielkości zmierzone bezposrednia słuza do zmierzenia innych wielkości.
czujnik, sensor, element przyrządu lub układu pomiarowego służący do przetwarzania wielkości mierzonej na inną wielkość (np. temp. na napięcie elektr.), nadającą się do bezpośredniego wykorzystania lub do dalszego przetwarzania w procesie pomiarowym.
Klasyfikcja sensorów wg. White'a: Wielkość mierzona:
1. akustyczna(amplituda fali, faza, polaryzacja, widmo, prędkość)
2. biologiczna(biomasa:elementy, koncentracje, stany)
3. chemiczna(związki:elementy, koncentracje, stany)
4. elektryczna(ładunek,natężenie prądu, potencjał, napięcie, pole elektryczne, przewodnictwo, przenikalność)
5. magnetyczna(pole magnetyczne: jego amplituda, faza, polaryzacja, strumień magnetyczny,przenikalnośc magnetyczna)
6. mechaniczna(położenie:liniowe lub kątowe, prędkość, przyspieszenie, siłam naprężenie, ciśnienie, odkształcenie,
masa,gęstość, moment siły, przepływ, szybkość transportu masy, nierówności powierzchni, orientacja, sztywnośc, lepkość)
7. optyczna(amplituda fali, faza ,polaryzacja, widmo, prędkość)
8. radiacyjna(rodzaj, energia, natężenie)
9. termiczna(temperatura ,strumień ciepła, ciepło właściwe, przewodnictwo termiczne)
Podział czujników ze względu na:
Obszar zastosowania,
Wykorzystanie zjawisko/efekt:
A cisnienia przyspieszenia, siły
B temperatury,
C pola magnetycznego,
D optyczne,
E chemiczne,
F biosensory,
Mierzona wielkość,
Technologie,
Paramety czujników:
Liniowość-miara odległości miedzy krzywa kalibracyjna a dowolna linia prosta,
Histereza - maksymalna róznica w sygnale wyjściowym dla dowolnej wartości mierzonej w zakresie kiedy ta wartos osiagana jest przy wzroście a nastpenie spadku sygnału mierzonego,
Powtarzalność- zdolność sensora do odtwarzania wartości wyjściowych w temperaturze pokojowej,
Rozdzielczość- najmniejszy przyrost wielkości mierzonej konieczny do uzyskania zauwarzalniej zmiany wielkości wyjściowej,
Selektywność- zdolność do pomiaru jednej wielkości w obecosci innych wiekosci,
Czułość- stosunek zmiany wielkości wyjściowej do zmiany wielkości mierzonej, jej miar jest nachyleni krzywej kalibracji.
Format sygnału wyjściowego- zazwyczaj wielkości elektrycznej,
Charakterystyka przeciążenia- maksymalna wartos sygnału jaka można poddac sensor,
Czas powrotu- czas potrzebny na to aby po usunieciu przeciążenia sensor pracował znów w granicach tolerancji.
Termistory- rezystory półprzewodnikowe których rezystancja elektryczna silnie zalezy od temperatury
Fotoresystory- rezystory półprzewodnikowe, których rezystancja zmienia się pod wpływem oświetlenia.
Fototranzystor - to tranzystor bipolarny, różniący się od zwykłych tym, ze obszar jego bazy może być oświetlony i nie zawsze koncówka bay jest wyprowadzana na zewnatrz.
Piezorezystor - rezystor półprzewodnikowy których rezystancja zalezy od deformacji spowodowanych naprężeniami mechanicznymi.
Aktuator- czynność powodujaca przekaznie ruchu lub pracy przez urzadzenie do otoczenia.
Zasilacz - urządzenie służące do dopasowania dostępnego napięcia do wymagań zasilanego urządzenia. Ze względu na sposób zmiany wielkości napięcia wyróżnić można:
zasilacze beztransformatorowe dopasowujące napięcie przy użyciu różnego rodzaju układów elektronicznych.
Ze względu na jakość napięcia wyjściowego wyróżnia się:
zasilacze stabilizowane, w których napięcie utrzymywane jest na stałym poziomie, niezależnie od fluktuacji prądu
zasilacze niestabilizowane, w których napięcie na wyjściu może ulegać zmianie, zależnie od fluktuacji prądu.
Zastosowanie mikrosystemów w medycenie:
Malutkie pompy i zawory z tworzyw sztucznych