1. Prawa Kirchhoffa. Podstawowe rodzaje połączeń elementów

Prawa Kirchoffa- Podstawę analizy obwodów elektrycznych stanowią prawa Kirchhoffa, podane przez niemieckiego fizyka Gustawa Kirchhoffa w dziewiętnastym wieku.

Wyróżnia się dwa prawa określające rozpływ prądów i rozkład napięć w obwodzie. Pierwsze prawo Kirchhoffa kojarzy się zwykle z bilansem prądów w węźle obwodu elektrycznego a drugie z bilansem napięć w oczku.

Prawo prądowe Kirchhoffa

Suma prądów w każdym węźle obwodu elektrycznego jest równa zeru

Sumowanie dotyczy wszystkich prądów, które dopływają lub odpływają z danego oczka, przy czym wszystkie prądy wpływające do węzła brane są z jednakowym znakiem a wszystkie prądy wypływające z węzła ze znakiem przeciwnym (nie jest istotne czy znak plus dotyczy prądów wpływających czy wypływających). Sposób tworzenia równania prądowego Kirchhoffa zilustrujemy dla jednego węzła obwodu przedstawionego na rysunku obok. Prawo Kirchhoffa dla tego węzła z uwzględnieniem kierunków prądów w węźle zapiszemy w postaci:

Można je również zapisać jako bilans prądów dopływających i odpływających od

węzła w postaci:
.

Dla każdego obwodu można napisać dokładnie n-1niezależnych równań prądowych, gdzie n oznacza całkowitą liczbę węzłów a (n-1) liczbę węzłów niezależnych. Bilans prądów w pozostałym n-tym węźle obwodu wynika z równań prądowych napisanych dla n-1 węzłów (jest to węzeł zależny zwany węzłem odniesienia). Wybór węzła odniesienia jest całkowicie dowolny.

Prawo napięciowe Kirchhoffa

Suma napięć w każdym oczku obwodu elektrycznego jest równa zeru

Sumowanie dotyczy napięć gałęziowych występujących w danym oczku zorientowanych względem dowolnie przyjętego kierunku odniesienia. Napięcie gałęziowe zgodne z tym kierunkiem jest brane z plusem a przeciwne z minusem. Sposób pisania równań wynikających z prawa napięciowego Kirchhoffa pokażemy na przykładzie oczka obwodu

przedstawionego na rysunku obok.

Uwzględniając kierunki napięć gałęziowych równanie napięciowe

Kirchhoffa dla tego oczka przyjmie postać:

Można je również zapisać jako bilans napięć źródłowych i

odbiornikowych w postaci:

Dla każdego obwodu można napisać tyle równań oczkowych ile oczek wyodrębnimy w tym obwodzie, przy czym część równań oczkowych będzie równaniami zależnymi (wynikającymi z liniowej kombinacji innych równań). Liczba równań oczkowych branych pod uwagę w analizie jest więc równa liczbie oczek niezależnych.

Podstawowe rodzaje połączeń elementów- W analizie obwodów elektrycznych ważną rolę odgrywa upraszczanie struktury obwodu, polegające na zastępowaniu wielu elementów połączonych szeregowo lub równolegle poprzez jeden element zastępczy. Umożliwia to zmniejszenie liczby równań w opisie obwodu i uproszczenie etapu rozwiązania tych równań. Wyróżnić można cztery podstawowe rodzaje połączeń elementów, do których stosuje się przekształcenie. Są to:

· połączenie szeregowe

· połączenie równoległe

· połączenie gwiazdowe

· połączenie trójkątne

Układ połączenia szeregowego elementów

W połączeniu szeregowym elementów koniec jednego elementu jest bezpośrednio połączony z początkiem następnego. Rysunek na slajdzie obok przedstawia schemat ogólny połączenia szeregowego rezystorów. Prąd każdego elementu obwodu jest jednakowy i równy , natomiast napięcie na zaciskach zewnętrznych obwodu jest równe sumie napięć poszczególnych elementów tworzących połączenie. Napięciowe równanie Kirchhoffa dla obwodu (z rysunku na slajdzie obok) przyjmuje więc postać:
. Przy oznaczeniu sumy rezystancji przez R
otrzymuje się uproszczenie rezystorów połączonych szeregowo do jednego rezystora zastępczego o rezystancji opisanej wzorem na slajdzie. Rezystancja wypadkowa połączenia szeregowego rezystorów jest równa sumie rezystancji poszczególnych elementów tworzących to połączenie

W połączeniu równoległym początki i końce wszystkich elementów są ze sobą bezpośrednio połączone, jak to pokazano dla elementów rezystancyjnych na rysunku. Z połączenia tego wynika, że napięcie na wszystkich elementach jest jednakowe a prąd wypadkowy jest równy sumie prądów wszystkich elementów obwodu. Prądowe prawo Kirchhoffa dla obwodu z rysunku można więc zapisać w postaci:
przy czym
stanowią konduktancje rezystorów,
. Przy oznaczeniu sumy konduktancji przez G , gdzie
otrzymuje się uproszczenie rezystorów połączonych równolegle do jednego rezystora zastępczego o konduktancji opisanej wzorem na slajdzie. Jak widać w połączeniu równoległym rezystorów konduktancja wypadkowa jest równa sumie konduktancji poszczególnych rezystorów.

Szczególnie prosty jest wzór na rezystancję zastępczą dla 2 rezystorów połączonych równolegle. W tym przypadku G=G1+G2.

Uwzględniając, że G=1/R po prostych przekształceniach otrzymuje się

Należy jednak podkreślić, że przy trzech (i więcej) elementach połączonych równoległe wygodniejsze jest operowanie na konduktancjach a przejście na rezystancję zastępczą wykonuje się w ostatnim kroku po ustaleniu wartości sumy konduktancji.

Transfiguracja gwiazda-trójkąt i trójkąt-gwiazda

Operowanie uproszczonym schematem wynikającym z połączenia szeregowego i równoległego elementów jest najwygodniejszym sposobem redukcji obwodu. W przypadku gdy nie ma elementów połączonych szeregowo czy równolegle możliwe jest dalsze uproszczenie przez zastosowanie przekształcenia gwiazda-trójką lub trójkąt-gwiazda. Oznaczenia elementów obwodu trójkąta i gwiazdy są przedstawione na rysunku a-b. Transfiguracja trójkąta na gwiazdę lub gwiazdy na trójkąt polega na przyporządkowaniu danej konfiguracji elementów konfiguracji zastępczej, równoważnej jej z punktu widzenia zacisków zewnętrznych (te same prądy przy tych samych napięciach międzyzaciskowych). Dla uzyskania niezmienionych prądów zewnętrznych obwodu gwiazdy i trójkąta rezystancje między parami tych samych zacisków gwiazdy i trójkąta powinny być takie same. Zostało udowodnione, że warunki powyższe są automatycznie spełnione, jeśli przy zamianie gwiazdy na trójkąt spełnione są następujące warunki na rezystancje

Podobnie przy zamianie trójkąta na gwiazdę rezystancje gwiazdy muszą spełniać warunki

Przekształcenia równoważne obwodu wykorzystujące reguły połączenia szeregowego, równoległego oraz przekształcenia gwiazda-trójkąt i trójkąt-gwiazda umożliwiają dalszą redukcję tego obwodu i po wykonaniu odpowiedniej liczby przekształceń sprowadzenie go do pojedynczego elementu zastępczego.

2. Analiza obwodów w stanie ustalonym przy wymuszeniu sinusoidalnym

3. Zagadnienie mocy w obwodzie RLC przy przebiegach sinusoidalnych: moc chwilowa, moc

czynna, moc bierna, moc pozorna zespolona

4. Metoda potencjałów węzłowych. Metoda prądów oczkowych (oczkowa)

Metoda analizy obwodów elektrycznych o stałych współczynnikach (liniowych), wynikająca z praw Kirchhoffa. Polega na wprowadzeniu tzw. potencjałów węzłowych, czyli napięć między węzłem odniesienia (0) a pozostałymi węzłami sieci elektrycznej. Przyjęcie potencjałów węzłowych automatycznie powoduje spełnienie napięciowego prawa Kirchhoffa w obwodzie.

Metoda prądów oczkowych

Metoda prądów oczkowych, zwana też metodą prądów cyklicznych, polega na tym, że zamiast prądów w gałęziach wyznacza się na podstawie drugiego prawa Kirchhoffa tzw. prądy oczkowe zamykające się w oczkach.

5. Diody półprzewodnikowe: rodzaje diod i ich ogólne własności.

Dioda półprzewodnikowa to dwukońcówkowy element półprzewodnikowy. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych - typu n i typu p, tworzących razem złącze p-n, lub z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem - dioda Schottky'ego. Końcówka dołączona do obszaru n nazywa się katodą, a do obszaru p - anodą. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu - od anody do katody, w drugą stronę prąd nie płynie (zawór elektryczny).

Podstawową cechą diod półprzewodnikowych jest prostowanie (tj. umożliwianie przepływu prądu tylko w jedną stronę) prądu przemiennego, jednak ich gama zastosowań jest o wiele szersza, w związku z tym rozróżniamy następujące rodzaje diod:

• dioda prostownicza - jej podstawową funkcją jest prostowanie prądu przemiennego

• stabilizacyjne (diody Zenera) - stosowana w układach stabilizacji napięcia i prądu

• tunelowe - dioda o specjalnej konstrukcji, z odcinkiem charakterystyki o ujemnej rezystancji dynamicznej

• pojemnościowe (warikap) - o pojemności zależnej od przyłożonego napięcia

• dioda elektroluminescencyjna (LED) - dioda świecąca w paśmie widzialnym lub podczerwonym

• laserowe

• mikrofalowe (np. Gunna)

• detekcyjne - niewielkiej mocy, używane w układach modulacji AM

• fotodioda - dioda reagująca na promieniowanie świetlne (widzialne, podczerwone lub ultrafioletowe).

• stałoprądowa

• wsteczna

6. Tranzystory bipolarne: rodzaje tranzystorów; zasady działania tranzystorów bipolarnych.

Tranzystor bipolarny (dawniej: tranzystor warstwowy, tranzystor złączowy) to odmiana tranzystora, półprzewodnikowy element elektroniczny, mający zdolność wzmacniania sygnału. Zbudowany jest z trzech warstw półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa. Charakteryzuje się tym, że niewielki prąd płynący pomiędzy dwiema jego elektrodami (nazywanymi bazą i emiterem) steruje większym prądem płynącym między innymi elektrodami (kolektorem i emiterem).

Uproszczona struktura i symbol tranzystora npn	Uproszczona struktura i symbol tranzystora pnp

Tranzystor bipolarny składa się z trzech warstw półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa: p-n-p lub n-p-n (istnieją więc dwa rodzaje tranzystorów bipolarnych: pnp i npn). Poszczególne warstwy noszą nazwy:

• emiter (oznaczony przez E) warstwa silnie domieszkowana

• baza (oznaczona przez B) warstwa cienka i słabo domieszkowana

• kolektor (oznaczony przez C)

W ten sposób tworzą się dwa złącza p-n baza-emiter (nazywane krótko złączem emitera) oraz baza-kolektor (nazywane złączem kolektora).

Rozpływ prądów w tranzystorze npn

Zasada działania [edytuj]

W normalnych warunkach pracy złącze kolektora jest spolaryzowane zaporowo. Napięcie przyłożone do złącza baza-emiter w kierunku przewodzenia powoduje przepływ prądu przez to złącze - nośniki z emitera (elektrony w tranzystorach npn lub dziury w tranzystorach pnp) przechodzą do obszaru bazy (stąd nazwa elektrody: emiter, bo emituje nośniki). Nośników przechodzących w przeciwną stronę, od bazy do emitera jest niewiele, ze względu na słabe domieszkowanie bazy. Nośniki wprowadzone z emitera do obszaru bazy dyfundują w stronę mniejszej ich koncentracji - do kolektora. Dzięki niewielkiej grubości obszaru bazy trafiają do obszaru drugiego złącza, a tu na skutek pola elektrycznego w obszarze zubożonym są przyciągane do kolektora.

W rezultacie, po przyłożeniu do złącza emiterowego napięcia w kierunku przewodzenia, popłynie niewielki prąd między bazą a emiterem, umożliwiający przepływ dużego prądu między kolektorem a emiterem. Stosunek prądu kolektora do prądu bazy nazywany jest wzmocnieniem prądowym tranzystora i oznacza się grecką literą β.

Za sygnał sterujący prądem kolektora można uważać zarówno prąd bazy, jak i napięcie baza-emiter. Zależność między tymi dwiema wielkościami opisuje charakterystyka wejściowa tranzystora, będąca w zasadzie eksponencjalną charakterystyką złącza pn spolaryzowanego w kierunku przewodzenia.

Prąd bazy składa się z dwóch głównych składników: prądu rekombinacji i prądu wstrzykiwania. Prąd rekombinacji to prąd powstały z rekombinacji w bazie nośników wstrzykniętych z emitera do bazy z nośnikami komplementarnymi. Jest tym mniejszy im cieńsza i słabiej domieszkowana jest baza. Prąd wstrzykiwania jest to prąd złożony z nośników wstrzykniętych z bazy do emitera, jego wartość zależy od stosunku koncentracji domieszek w obszarze bazy i emitera.

Układy pracy we wzmacniaczach: WE, WB, WC

7. Tranzystory unipolarne; klasyfikacja, ogólne zasady budowy i działania, charakterystyki

statyczne.

Tranzystor polowy, tranzystor unipolarny, FET (ang. Field Effect Transistor) - tranzystor, w którym sterowanie prądem odbywa się za pomocą pola elektrycznego.

Zasadniczą częścią tranzystora polowego jest kryształ odpowiednio domieszkowanego półprzewodnika z dwiema elektrodami: źródłem (symbol S od ang. source, odpowiednik emitera w tranzystorze bipolarnym) i drenem (D, drain, odpowiednik kolektora). Pomiędzy nimi tworzy się tzw. kanał, którym płynie prąd. Wzdłuż kanału umieszczona jest trzecia elektroda, zwana bramką (G, gate, odpowiednik bazy). W tranzystorach epiplanarnych, jak również w przypadku układów scalonych, w których wytwarza się wiele tranzystorów na wspólnym krysztale, wykorzystuje się jeszcze czwartą elektrodę, tzw. podłoże (B, bulk albo body), służącą do odpowiedniej polaryzacji podłoża.

Budowa

Przyłożone do bramki napięcie wywołuje w krysztale dodatkowe pole elektryczne, które wpływa na rozkład nośników prądu w kanale. Skutkiem tego jest zmiana efektywnego przekroju kanału, co objawia się jako zmiana oporu dren-źródło. Gdy napięcie U_GS między bramką G a źródłem S jest równe zeru, rezystancja kanału jest bardzo duża (rzędu megaomów). Mówi się wówczas, że kanał jest zatkany, ponieważ prąd dren-źródło I_D praktycznie nie płynie. Po przekroczeniu pewnej wartości napięcia U_GS kanał zaczyna się stopniowo otwierać i w obwodzie dren-źródło może płynąć prąd. Rezystancja między drenem D a źródłem S zmniejsza się ze wzrostem napięcia U_GS, ale nie do zera, tylko do pewnej minimalnej wartości oznaczanej w katalogach jako R_DSon. Wartość tej rezystancji zależy od maksymalnego napięcia U_DS jakie jest w stanie wytrzymać tranzystor i wynosi od 0,07 Ω do 4,0 Ω.

8. Układy prostownicze: prostownik jednopołówkowy, dwupołówkowy i ich parametry

Jednopołówkowe (półokresowe) [edytuj]

Najprostszym prostownikiem jest pojedyncza dioda prostownicza wpięta w układ napięcia przemiennego. Pomimo prostoty takiego układu jest on bardzo rzadko stosowany z uwagi na występowanie dużego tętnienia napięcia wyjściowego. Dodatkowo, energia dostarczana przez źródło wykorzystywana jest tylko przez pół okresu - podczas drugiej połowy okresu napięcie jest po prostu blokowane i prąd w układzie nie płynie. Wprowadza to niesymetrię obciążenia układu prądu przemiennego, co jest niekorzystne dla sieci prądu przemiennego. Z powyższych powodów rozwiązanie stosowane tylko w układach niewielkiej mocy.

Rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w zasilaczach impulsowych małych mocy.

Dwupołówkowe (pełnookresowe) [edytuj]

Czterodiodowy prostownik dwupołówkowy (mostek Graetza)

Dwudiodowy prostownik dwupołówkowy

Napięcie wyjściowe prostownika dwupołówkowego

Prostownik dwupołówkowy

Prostowniki dwupołówkowe umożliwiają wykorzystanie mocy źródła napięcia przemiennego przez cały okres. Napięcie wyjściowe takiego prostownika charakteryzuje się mniejszymi tętnieniami niż w przypadku prostowników jednopołówkowych. Jedyną wadą jest to, że układ elektryczny jest nieznacznie bardziej skomplikowany. Układ mostkowy, tzw. mostek Graetza, wykorzystuje cztery diody prostownicze, i pozwala na prostowanie napięcia z dowolnego źródła przemiennego. Istnieje również konstrukcja oparta na dwóch diodach, jednak wymaga ona specjalnego zasilania - uzwojenie wtórne transformatora musi być podzielone na dwie jednakowe części. Obecnie układy takie stosuje się niezwykle rzadko, ponieważ koszt dzielonego uzwojenia jest znacznie większy niż koszt diod użytych w układzie mostkowym.

Obecnie jednym z najczęściej stosowanych prostowników jednofazowych jest mostek Graetza. Proces prostowania napięcia przebiega w dwóch etapach. W pierwszej połówce okresu przewodzą tylko dwie diody tak jak to pokazano na rysunku obok (pozostałe dwie diody są spolaryzowane zaporowo). W drugiej połówce okresu sytuacja ulega odwróceniu - przewodzą dwie pozostałe diody . Napięcie wejściowe jest napięciem przemiennym czyli zmienia swój kierunek na dodatni i ujemny, natomiast układ mostka jest tak skonstruowany, że napięcie wyjściowe jest jednokierunkowe - płynie tylko w kierunku dodatnim (patrz również rysunek powyżej). Pomimo faktu, że napięcie wyjściowe prostownika jest jednokierukowe to jednak nie jest ono napięciem stałym i wykazuje znaczne tętnienie - dlatego też prostowniki najczęściej stosuje się z odpowiednimi filtrami dolnoprzepustowymi wygładzającymi przebieg.

9. Wzmacniacze operacyjne. Wzmacniacz idealny i jego własności. podstawowe układy z tymi

wzmacniaczami: wzmacniacz odwracający i nieodwracający fazę, wzmacniacz sumujący i odejmujący, wzmacniacz całkujący i różniczkujący.

10. Generatory: własności i rodzaje. Zasady działania generatorów ze sprzężeniem zwrotnym. Ogólne zasady działania generatorów LC i RC.

Generator drgań (oscylator) - układ elektryczny, którego celem jest wytworzenie drgań elektrycznych.

Podstawowe elementy:

- wzmacniacz

- obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego podającego sygnał z wyjścia wzmacniacza z powrotem na jego wejście

Częstotliwość drgań zależy od obwodu sprzężenia zwrotnego.

Amplituda drgań zależy od parametrów wzmacniacza.

Warunki generacji drgań:

- amplitudy - sygnał na wejściu wzmacniacza podawany z układu sprzężenia zwrotnego musi być

na tyle duży, aby na wyjściu wzmacniacza otrzymać sygnał o takim samym lub większym poziomie.

Tłumienie układu sprzężenia zwrotnego nie może być większe niż wzmocnienie wzmacniacza.

- fazy - chwila maksimum sygnału na wejściu wzmacniacza, po przejściu przez wzmacniacz i układ sprzężenie zwrotnego wypadało zawsze w tym samym momencie. Przesunięcie fazy całego układu musi być równe wielokrotności 2π (360°).

Podział generatorów:

podział ze względu na amplitudę:

- mocy

- częstotliwości

podział ze względu na częstotliwość sygnału:

- małej częstotliwości

- wielkiej częstotliwości

- bardzo wielkiej częstotliwości

rodzaj obwodu rezonansowego:

- RC i LC (Meissnera, Colpitsa, Hartley'a)

- kwarcowe (Pierce'a)

Sprzężenie zwrotne - oddziaływanie sygnałów stanu wyjściowego układu, na jego sygnały wejściowe. Polega na otrzymywaniu przez układ informacji o własnym działaniu (o wartości wyjściowej).

Wyróżnia się sprzężenie zwrotne dodatnie gdy sygnał z gałęzi zwrotnej dodaje się do wartości referencyjnej w węźle sumacyjnym, oraz sprzężenie zwrotne ujemne gdy sygnał z gałęzi zwrotnej odejmuje się w węźle sumacyjnym od wartości referencyjnej.

Generator RC to generator drgań stosowany do wytwarzania przebiegów sinusoidalnych. Zbudowany jest ze wzmacniacza i oporników oraz kondensatorów tworzących sprzężenie zwrotne.

Generatory RC tworzą przebieg o bardzo małych zniekształceniach. Mają przy tym jednakże gorszą stałość częstotliwości od generatorów LC. Charakteryzują się również małą mocą wyjściową i sprawnościa (ze względu na obecność rezystorów).

Rodzaje generatorów RC:

- z blokami RC lub CR

- z mostkiem Wiena

- z przesuwnikiem podwójne T

LC - generatory z układem sprzężenia zwrotnego wykorzystującym obwód rezonansowy.

Generatory LC charakteryzuje większa stabilność częstotliwości w stosunku do generatorów RC.

Najczęściej realizowane generatory LC to:

- Meissnera

- Colpittsa

- Hartleya

- Clappa

11. Stabilizatory napięcia i prądu stałego: Podstawowa funkcja stabilizatora. Stabilizator parametryczny.

Stabilizator - układ elektroniczny, którego zadaniem jest utrzymywanie na wyjściu stałego napięcia (stabilizator napięcia) lub prądu (stabilizator prądu) niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. W praktyce stabilizatory prądu buduje się w oparciu o stabilizatory napięcia.

W stabilizatorach stosowane są zwykle obwody ujemnego sprzężenia zwrotnego, w których następuje porównanie napięcia wyjściowego z wzorcowym źródłem napięcia (o bardzo dużej stałości). W wyniku porównania powstaje sygnał sterujący, który wpływa na element regulacyjny tak, aby przeciwdziałać niepożądanym zmianom napięcia na wyjściu^[1].

Stabilizatory dzielą się na dwie grupy: stabilizatory liniowe (o regulacji ciągłej) i stabilizatory impulsowe.

Stabilizator parametryczny urządzenie wykorzystujące nieliniowe charakterystyki prądowo-napięciowe elementów użytych do ich budowy. Zmiana określonego parametru elementu stabilizującego daną wielkość wyjściową przeciwdziała czynnikom destabilizującym. Jako elementy stabilizujące stosuje się powszechnie: diody stabilizacyjne (diody Zenera), warystory, termistory, baretery, diody polowe i karrektory, czyli specjalne układy dwukoncówkowe stabilizujące prąd przy zmianie napięcia. Cechą charakterystyczną wszystkich stabilizatorów parametrycznych jest brak zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego, który zapewniałby porównanie napięcia lub prądu wyjściowego z napięciem lub prądem wzorcowym. W związku z tym parametry tych stabilizatorów zależą głównie od właściwości elementów stabilizujących, przy czym w stabilizatorach napięcia elementy te są włączone do obciążenia równolegle, a w stabilizatorach prądu - szeregowo. Nie najlepsza jakość stabilizatorów parametrycznych ogranicza ich zastosowanie.

12. Rodzaje i klasyfikacja filtrów

• filtry pasywne typu RC, RL i RLC;

• filtry aktywne, które w swojej strukturze zawierają wzmacniacze operacyjne.

Klasyfikacja filtrów:

Podział ze względu na pasmo częstotliwości, które jest tłumione przez filtr:

• dolnoprzepustowe,

• górnoprzepustowe,

• pasmowoprzepustowe, w tym: szerokopasmowe i wąskopasmowe (selektywne),

• pasmowo zaporowe, które tłumią sygnały w określonym paśmie częstotliwości.

Kształt charakterystyk częstotliwościowych: amplitudowej i fazowej,

Rodzaj zastosowanych elementów, technologia wykonania.

Ze względu na jego rząd: stosuje się filtry I, II i wyższych rzędów. Im wyższy rząd filtru tym bardziej strome zbocza na krańcach pasma przenoszenia i tym bardziej idealna (prostokątna) charakterystyka częstotliwościowa (amplitudowa).

Rodzaj sygnałów jakie są przetwarzane:

• filtry analogowe,

• filtry cyfrowe.

13. Transmitancja filtru dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego. Charakterystyki częstotliwościowe.

Gdzie: Stałą T nazywamy stałą czasową obwodu RC lub RL.

Moduł transmitancji widmowej i faza sygnału wyjściowego względem wejściowego po znormalizowaniu pulsacji przebiegu względem pulsacji granicznej
jest równy:

Gdzie:

Charakterystyka częstotliwościowa filtra dolnoprzepustowego:

Pulsacja graniczna ω g lub częstotliwość graniczna fg filtru to taka wartość ω lub f, przy której moduł zmniejsza się w stosunku do tego jaki jest przy niskich częstotliwościach o 3dB, tzn. jest równy
.

Z zależności wynika, że

Przesunięcie fazowe dla tej częstotliwości jest równe
.

Charakterystyka amplitudowa opada z prędkością 20 dB / dekadę. Jeżeli wymagana jest większa prędkość opadania charakterystyki można połączyć kaskadowo n filtrów dolnoprzepustowych. Wypadkowa transmitancja widmowa będzie w tym wypadku równa iloczynowi transmitancji poszczególnych filtrów, a liczba n będzie mówiła o rzędzie filtru.

Transmitancję filtru górnoprzepustowego ma postać:

Moduł transmitancji widmowej i faza sygnału wyjściowego względem wejściowego po znormalizowaniu pulsacji przebiegu względem pulsacji granicznej ω d jest równy:

Gdzie:

Charakterystyka częstotliwościowa filtra górnoprzepustowego:

Pulsacja i częstotliwość graniczna są równe:

Przesunięcie fazowe przy tej częstotliwości jest równe
.

Szybkość wznoszenia się charakterystyki 20 dB / dekadę

14. Filtr pasmowoprzepustowy RC. Filtr pasmowozaporowy. Charakterystyki amplitudowa i fazowa

15. Sygnał modulowany amplitudowo: przebieg czasowy, wzór, widmo, praktyczna realizacja

16. Modulacja FM: przebieg czasowy, wzór, widmo, praktyczna realizacja

17. Systemy liczbowe, kody: Dwójkowy system kodowania, szesnastkowy, kodowanie ASCII, kodowanie BCD

18. Podstawowe bramki logiczne. podstawowe prawa arytmetyki i logiki

Alternatywa (suma logiczna) - realizowana przez bramkę typu OR. Funkcja X=a+b ma wartość 1 wtedy, gdy sygnał a lub b są równe 1 (co najmniej jeden z argumentów jest równy 1). Oznaczenia symboliczne: +, Ú, lub. Wyjście bramki OR (czyli LUB) jest w stanie wysokim, jeżeli któreś z wejść (lub oba) jest w stanie wysokim.

Koniunkcja (iloczyn logiczny) - realizowana przez bramkę typu AND. Funkcja X=a·b ma wartość 1 wtedy, gdy sygnał a i b są równe 1. Oznaczenia symboliczne: ·, ∩, „i”. Wyjście bramki AND (czyli I) jest w stanie wysokim tylko wtedy, gdy oba wejścia są w stanie wysokim.

Negacja - realizowana przez bramkę typu NOT. Funkcja
ma wartość 1 wtedy, gdy sygnał a jest równy 0. Wyjście bramki NOT (czyli NIE) jest w stanie wysokim wtedy, gdy wejście jest w stanie niskim.

Negacja iloczynu - realizowana przez bramkę typu NAND. Funkcja X =
ma wartość 1 wtedy, gdy sygnał a lub b są równe 0 (co najmniej jeden z argumentów ma wartość 0). Wyjście bramki NAND (czyli NIE I) jest w stanie wysokim, jeżeli któreś z wejść (lub oba) jest w stanie niskim.

Negacja sumy - realizowana przez bramkę typuNOR. Funkcja X =
ma wartość 1 wtedy, gdy sygnał a i b są równe 1 (oba argumenty mają wartość 0). Wyjście bramki NOR (czyli NIE LUB) jest w stanie wysokim tylko wtedy, gdy oba wejścia są w stanie niskim.

Alternatywa wyłączająca Exclusive-OR (nie równoważność ) - realizowana przez bramkę typu XOR. Równanie funkcji:
. Wyjście bramki XOR jest w stanie wysokim jeżeli jedno lub

drugie wejście jest w stanie wysokim, czyli stany wejścia są różne.

Alternatywa włączająca Exclusive-NOR (równoważność) - realizowana przez bramkę typ

NOR. Równanie funkcji:
. Wyjście bramki XNOR jest w stanie wysokim jeżeli jedno i drugie wejście jest w stanie wysokim lub niskim, czyli stany wejścia są takie same.

Działania na opisanych powyżej wielkościach funkcji logicznych podporządkowane są podstawowym prawom arytmetyki i logiki.

Z definicji funkcji alternatywy i koniunkcji wynikają następujące tożsamości:

19. Scalone układy cyfrowe. Podstawowe układy logiczne w technologii TTL

20. Układy CMOS. Bramki NOT, NAND, NOR w technologii CMOS. Buforowanie układów CMOS.

21. Przerzutniki bistabilne. Rodzaje przerzutników

22. Liczniki asynchroniczne, synchroniczne

23. Sumatory: schematy blokowe

24. Konwertery kodu: multipleksery, demultipleksery

25. Kwantowanie sygnału analogowego. Błędy kwantowania.

26. Klasyfikacja metod przetwarzania A/C. Przetwarzanie równolegle. Przetwarzanie a/c metodą kolejnych przybliżeń

27. Przetwarzanie cyfrowo-analogowe: przetwornik c/a z drabinką rezystorów R/2R; przetwornik c/a z rezystorami ważonymi dwójkowo

Przetwornik cyfrowo-analogowy: przyrząd elektroniczny przetwarzający sygnał cyfrowy na sygnał analogowy w postaci prądu elektrycznego lub napięcia.

Przetwornik c/a z drabinką rezystorów R/2R:

- Wygodniejsza od sieci rezystorów wagowych, przy użyciu przetworników o większej ilości bitów np. 12.

- Sieć drabinkowa posiada mniejszy margines błędu.

- Wytwarza prądy będące kolejnymi potęgami liczby 2. Drabinka rezystorowa w nieco zmodyfikowanej formie może być zastosowana dla kodu BCD.

- Zmiana położenia dowolnego przełącznika powoduje zmiany prądu wpływającego do węzła sumacyjnego wzmacniacza operacyjnego o wartość odpowiadającą wadze bitu sterującego dany przełącznik.

- Rezystancja widziana z węzła sumacyjnego wzmacniacza operacyjnego jest stała, niezależnie od położenia przełączników.

4-bitowy przetwornik c/a z rezystorami ważonymi dwójkowo

Sygnały odpowiadające poszczególnym bitom słowa wejściowego sterują przyporządkowanymi sobie przełącznikami.

---