Impedancja wyjściowa wzmacniacza

Zależność wyprowadza się przy zwartych zaciskach wejściowych (jak na rys.)

Na wejściu wzmacniacza panuje napięcie sprzężenia zwrotnego U_s, więc na wyjściu K_U U_s

Równanie obwodu wyjścio-wego:

gdzie:

Z_wy - imp. wyjściowa

wzmacniacza w

otwartej pętli sprz.

zwrotnego

Impedancja wyjściowa z ujemnym sprzężeniem zwro-tnym:

Impedancja wyjściowa ma-leje βk_U razy.

Błędy wzmocnienia

Błąd wzmocnienia bez sprz. zwrotnego βk_U .

Błąd wzmocnienia z ujemnym sprz. zwrotnym:

Korzyści z zastosowanego ujemnego sprzężenia zwro-tnego

• wzmocnienie zmniejsza się βk_U razy,

• wzrasta rezystancja wej-ściowa (impedancja) βk_U razy,

• maleje impedancja wyj-ściowa βk_U razy,

• maleje błąd wzmocnienia i niestabilności wzmocnienia βk_U razy,

• wzrasta szerokość pasma przenoszenia wzmacniacza βk_U razy,

• zmniejszają się zniekształ-cenia nieliniowe βk_U razy.

Nie ulega zmianie wpływ zakłóceń zewnętrznych wy-stępujących na wejściu wzmacniacza.

Wzmacniacze pomiarowe prądu przemiennego

Spotyka się wzmacniacze szerokopasmowe i selekty-wne o charakterystykach amplitudowo-częstotliwo-ściowych jak na rys.

Wzmacniacze szerokopa-smowe są układami wielo-stopniowymi o sprzężeniach pojemnościowych lub bez-pośrednich (przez rezystory)

Sprzężenia pojemnościowe separują stopnie i eliminują wpływ składowych stałych sygnałów, ograniczają je-dnak pasmo przenoszenia

Wzmacniacze selektywne mają za zadanie przenosić (wzmacniać) sygnał o jednej wybranej częstotliwości, tłumiąc pozostałe.

Współczynnik selektywności definiowany jest jako stosunek transmitancji przy częstotliwości f_o (wzmocnie-nia), do transmitancji przy częstotliwości innej harmo-nicznej f_x

W praktyce S_e wyraża się w jednostkach dB/dekadę i dB/oktawę.

oktawa f_o = 2f_x

dekada f_o = 10f_x

Obliczanie stosunku napięć w dB sprowadza się do obliczenia wyrażenia

Jeśli przy f_o napięcie wyj-ściowe U₂ = 100,

przy f_o napięcie wyj-ściowe U₂ = 10,

to

S_e = 20log 10 = 20 dB/dek

Jeśli U₂ = 1000 przy f_o

U₁ = 10 przy f_x

S_e = 20log 10² = 40 dB/dek

Dla U₂ = 10 000 przy f_o

U₁ = 10 przy f_x

S_e = 20log 10³ = 60 dB/dek

Stosuje się wzmacniacze:

• z obwodami rezonansowy-mi,

• z wzmacniaczami o czło-nach selektywnych LC i RC w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego.

Wzmacniacze pomiarowe prądu stałego

Wzmacniacze prądu stałego mają sprzężenia bezpośre-dnie.

Wzmacniają sygnały stałe, wolnozmienne i zmienne do pewnej częstotliwości grani-cznej f_g.

Ograniczenia w czułości wynikają z:

• poziomu szumów własnych,

• dryfu sygnału niezrówno-ważenia (pełzaniem zera),

• dryfu termicznego.

Obecnie stosuje się głównie scalone wzmacniacze opera-cyjne mające bardzo dużo różnorodnych rozwiązań układowych.

Użytkownika interesują głó-wnie podawane parametry techniczne oraz możliwe aplikacje.

Wzmacniacz odwracający inwertorowy

Wzmacniacz nieodwracający

Wtórnik emiterowy

R₁ → ∞ k = 1

U_wy = U_we

Wzmacniacz sumacyjny

Wzmacniacz różnicowy

Wzmacniacz całkujący-integrator

W rzeczywistym przekła-dniku występują błędy, a więc rzeczywisty prąd wyjściowy

ΔI = błąd prądu wtórnego

Bezwzględny błąd prądowy (modułu)

Względny błąd prądowy

Błąd kątowy

Przyczyny powstawania błę-dów prądowych i kątowych

Źródłami błędów przekła-dników prądowych jest istnienie prądu magnesują-cego, powodującego straty czynne w rdzeniu, strumie-nie rozproszeń oraz spadku napięć na rezystancjach i reaktancjach uzwojeń.

Ilustruje to schemat zastę-pczy i wykres wektorowy.

Przekładniki prądowe

Przekładniki prądowe zape-wniają pomiar prądów zmiennych o dużych natęże-niach (większych od 5A)

Przekładnik zbudowany jest z rdzenia ferromagnetycz-nego (zwykle toroidalnego) z nawiniętym uzwojeniem pie-rwotnym i wtórnym, o bar-dzo dobrej izolacji między uzwojeniami (często z uzie-mionym ekranem).

Przekładnik pracuje w reżimie zbliżonym do stanu zwarcia strony wtórnej transformatora.

Dla warunków idealnych (pomijamy prąd magne-sujący)

w₁w₂ - liczby zwojów uzwoje-

nia pierwotnego i wtór-

nego

I₁I₂ - wartości skuteczne prą-

dów

Parametry przekładników prądowych

Wartości znamionowe prą-dów pierwotnych należy wy-bierać z szeregu:

(10,15,20,30,50,75,80)⋅ 10ⁿ A

gdzie n = 0, ±1, ±2 ...

Znamionowy prąd wtórny wynosi 5A (czasem 1A lub 2A)

Klasy przekładników 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3 i 5

Napięcia znamionowe pracy 0,5; 3; 6 ... 500 kV

Częstotliwość pracy f = 50 Hz

(60 Hz)

Moc obciążeniowa [V A]

Elementy użytkowania

Przy normalnym obciążeniu przekładnika przepływ pierwotny I₁z₁ i wtórny I₂z₂ mają wartości przybliżone i przeciwnie skierowane.

Przy rozwarciu strony wtórnej znika przepływ I₂z₂.

Następuje wzrost strumienia w rdzeniu aż do nasycenia. W rdzeniu wydziela się duża ilość ciepła, która może zniszczyć izolację i induko-wanie się wysokich napięć, niebezpiecznych dla użytkownika.

Przekładniki napięciowe

Zapewniają pomiar parame-trów elektrycznych w sie-ciach wysokiego napięcia przy wykorzystaniu apara-tury niskiego napięcia.

W idealnym przypadku, gdy brak jest obciążenia mamy:

W rzeczywistym przekładni-ku występują błędy, które wyrażamy:

względny błąd napięciowy:

błąd kątowy:

Parametry techniczne

• znamionowe napięcie wtór-ne U₂ = 100V; 100V/√3,

• znamionowe napięcie pier-wotne:

3, 6, 10, 15, 20, 30, 40, 60,

110, 220, 400 500 kV

• zakres napięciowy pracy:

(80% - 120%) U₁

• klasy przekładników

0,1; 0,2; 0,5 1; 3%

Przetworniki cyfrowo-cyfrowe C/C

Sygnał cyfrowy może przy-jmować skończoną liczbę wartości.

Sygnał dwójkowy może przyjmować dwie wartości 0 lub 1.

Logika dodatnia:

niski potencjał odpowiada 0, L

wysoki -”- -”- 1, H

Logika ujemna przyjmuje stany odwrotnie

Zapis wartości ziarnistej za pomocą kombinacji cyfr 1 i 0 nosi nazwę kodu, a otrzymany zapis nazywa się słowem.

Najmniejszą jednostką info-rmacyjną sygnału cyfro-wego jest bit (0 lub 1). Grupa bitów tworzy słowo cyfrowe (liczba bitów determinuje jego długość)

Pierwszy bit z lewej strony jest bitem najbardziej zna-czącym MSB (most signi-ficat bit).

Pierwszy bit z prawej strony jest bitem najmniej zna-czącym LSB (last significat bit).

Najczęściej stosowane są kody binarny Greya, dwójkowo-dziesiętny BCD.

Kod binarny

Liczba dziesiętna zapisana w postaci naturalnego kodu dwójkowego, 4-bitowego

n = 2³b₃ + 2²b₂ + 2¹b₁ + 2⁰b₀

współczynniki b₀ ... b₃ = 0 lub 1

Np. liczba n = 9 ma zapis 1001

Pełny zestaw zapisu liczb dziesiętnych w 4-bitowym kodzie binarnym podaje tabela.

Kod dwójkowo-dziesiętny

W kodzie BCD każda cyfra liczby dziesiętnej (całkowi-tej) stanowi odrębne słowo. Najbardziej rozpowszech-niony jest kod 8421 (możli-we są 4221, 2421, 5321 itp.).

Przykładowo

liczba 396 ma postać

0011 1001 0110

Układy elektroniczne doko-nujące przetwarzania nazy-wają się przetwornikami cy-frowo-cyfrowymi.

Układy logiczne dzieli się na:

• kombinacyjne, w których każdej kombinacji sygna-łów wejściowych odpowia-da jedna i tylko jedna kom-binacja sygnałów wyjścio-wych,

• sekwencyjne, w których sy-gnały wyjściowe zależą nie tylko od stanu sygnałów na wejściu, ale także od stanu poprzedniego układu (jego historii)

Bramki logiczne

Bramki (funktory) realizują następujące funkcje logicz-ne:

- iloczyn (AND)

- sumę (OR)

- negację (NOT)

- sumę zanegowaną (NOR)

- iloczyn zanegowany (NAND)

Oznaczenia kombinacyj-nych układów logicznych oraz tablice prawdy podano na rys.

Ze względu na rodzaj uży-tych elementów do budowy bramek, dzielimy je na:

-DTL (diodowo-tranzystor.)

-RTL (rezystanc.-tranzystor)

-TTL (tranzyst.-tranzystor.)

-ECL(układy ze sprzężeniem

emiterowym)

-MOS (z tranzystorami polo-

wymi)

-C-MOS(z tranzystorami po-

lowymi przeciwstawn.)

Podstawowe parametry tech-niczne:

-wartości napięć wejściowych

odpowiadające logicznej 1

lub 0

-wartości napięć wyjściowych

dla 1 lub 0

-prądy wejściowe i wyjściowe

-napięcie zasilania

-obciążalność

-czas opóźnienia (działania,

przełączenia)

Przerzutniki bistabilne

Przerzutniki są układami dwustanowymi, w każdym stanie mogą powstawać nieograniczenie długo.

Zmiana stanu przerzutnika następuje przy zmianie stanów wyjściowych.

Przerzutniki mogą mieć wiele wejść sterujących. Buduje się je w oparciu o funktory.

Przerzutnik asynchroniczny

Typowym przerzutnikiem jest r-s, który może być zbudowany w oparciu o dwie bramki NOT i NAND.

Wejście s wpisuje 1 na wyjście Q

Wejście r wpisuje 0 na wyjście Q

(zeruje stan wyjścia Q)

Tabela przejść przerzutnika asynchronicznego.

Przerzutniki synchroniczne

mają dwa rodzaje wejść:

-zegarowe (synchroniczne)

wymuszające przejście

przerzutnika do nowego

stanu,

-informacyjne (programują-

ce) umożliwiające przełącza-

nie przerzutnika.

Dla t = 0, stany Q i nie zależą od stanu wejść R, S lub J, K.

Przerzutniki synchroniczne mogą być sterowane z wejścia zegarowego zboczem impul-su, lub impulsem.

Zegar taktujący

jest źródłem impulsów syn-chronizujących działanie przerzutników synchronizu-jących, oraz kolejnych elementów układu cyfrowego.

Zegar składa się z generatora impulsów prostokątnych oraz dzielnika częstotliwości.

Rejestry

Rejestrami są układy logiczne składające się z przerzu-tników i służą do przecho-wywania i przesyłania infor-macji. Jest to układ synchro-niczny.

Szeregowe wpisywanie infor-macji następuje przez wejście przez wejście D, w chwili wy-stąpienia impulsu zegaro-wego na wejściu zegarowym t (t=1).

Równoległe wpisanie infor-macji przeprowadza się przez wejścia X_o ÷ X_n-1, gdy na wej-ściu równoległym L podana zostanie L = 1.

Informacja w rejestrze może być przesuwana w lewo lub w prawo. Decyduje o tym sygnał kierunku przesuwania podany na wejście r/l.

Licznik

Licznik jest układem do zli-czania i zapamiętywania li-czby impulsów.

Podstawowym elementem licznika jest przerzutnik bistabilny.

Ze względu na dwustanowość przerzutników, zliczanie im-pulsów odbywa się w syste-mie dwójkowym.

Jeden ze stanów licznika przyjmuje się jako zerowy. Czynność ustawiania licznika w tym stanie nazywa się zerowaniem.

Licznik dzieli się na synchro-niczne, asynchroniczne i asy-nchroniczno-synchroniczne.

Liczniki mogą zliczać jedno-kierunkowo: w prawo (w przód), w lewo (w tył) lub dwukierunkowo (l. rewersyj-ne).

Liczniki mogą liczać impulsy w kodzie dwójkowym, BCD, dziesiętnym, lub innym.

W licznikach synchronicz-nych zmiana przerzutników zależy bezpośrednio od sygnału wejściowego.

Zliczane impulsy są dopro-wadzane równocześnie do wszystkich wejść.

W licznikach asynchronicz-nych zmiana stanu każdego przerzutnika następuje do-piero po zmianie stanu prze-rzutnika poprzedzającego.

W Licznikach asynchronicz-no-synchronicznych poszcze-gólne bloki liczników syn-chronicznych łączy się szere-gowo.

Kod w jakim pracuje licznik decyduje o jego rozwiązaniu układowym.

Licznik o pojemności 2ⁿ (10ⁿ) wraca do stanu początko-wego po przejściu 2ⁿ (10ⁿ) impulsów.

Ogólny schemat licznika synchronicznego, jednokie-runkowego, zbudowanego z przerzutnikow J - K pokaza-no na rys.

Jeżeli kod wewnętrzny licz-nika nie jest dziesiętny, to sy-gnalizacja jego stanów wy-maga układu tłumaczącego - dekodera (defryszratora) oraz wskaźnika cyfrowego.

Zestaw licznik, dekoder, wskaźnik wchodzi w skład każdego przyrządu cyfro-wego.

Zadaniem dekodera jest przetworzenie sygnałów na wyjściach przerzutników na sygnały potrzebne do uru-chomienia wskaźnika.

Stosowane są wskaźniki segmentowe, wykorzystujące zjawisko świecenia niektó-rych złączy półprzewodni-kowych oraz wskaźniki ciekłokrystaliczne, które po-budzone sygnałem elektry-cznym przestają być prze-źroczyste i rozpraszają świa-tło na powierzchni elektrody w kształcie segmentów.

88

---