Elektronika cyfrowa Warunek zaliczenia wykładu:

Prezentacja na temat: "Elektronika cyfrowa Warunek zaliczenia wykładu:"— Zapis prezentacji:

1 Elektronika cyfrowa Warunek zaliczenia wykładu: wykonanie sześciu ćwiczeń w Pracowni Elektronicznej Część notatek z wykładu znajduje się na:

2 Pracownia Elektroniczna
Informacje o programie ćwiczeń:

3 Elektronika – zajmuje się zastosowaniem zjawisk elektromagnetycznych do przesyłania i przetwarzania sygnałów elektrycznych (informacji) Układ elektroniczny – układ spełniający z góry założone zadanie w stosunku do sygnałów elektrycznych

4 Klasyfikacja układów elektronicznych
Układy przebiegów sinusoidalnych: filtry, wzmacniacze, generatory, modulatory Układy impulsowe: układy elektroniki cyfrowej, wzmacniacze impulsowe, przetworniki analogowo-cyfrowe, dyskryminatory Układy zasilające: układy służące do zasilania i sterowania pracą innych układów

5 Układ pomiarowy komputer czujnik układ analogowy przetwornik analogowo-cyfrowy

6 Prawo Coulomba W 1785 roku w oparciu o doświadczenia
z ładunkami Charles Augustin Coulomb doszedł do następującego sformułowania: Waga Skręceń Prawo coulomba F - przyciągająca dla ładunków przeciwnych (+/-) a odpychająca dla jednakowych (+/+), (-/-) i działa wzdłuż linii łączącej ładunki.

7 1C 1C 1m 1 kg 1 kg Jednostką ładunku w układzie SI jest KULOMB (C).
Ciało posiada ładunek jednego kulomba jeśli na równy sobie działa z odległości jednego metra siłą Newtona. Jeśli umieścimy dwa ciała o masach 1 kilograma i ładunku 1 kulomba w odległości 1m od siebie, to stosunek siły kulombowskiej do siły grawitacji ma się jak 1019: 1. 1C 1C 1m 1 kg 1 kg

8 Prąd elektryczny I(A) – natężenie prądu U(V) – napięcie Nośniki prądu:
elektrony (-) jony (+,-) dziury (+)

9 U – napięcie = praca/ładunek
Prąd elektryczny Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. W przypadku źródła napięcia elektrycznego napięcie jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolność źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. U – napięcie = praca/ładunek

10 Opornik (rezystor) R – opór elektryczny
(z łac. resistere, stawiać opór) Najprostszy element rezystancyjny obwodu elektrycznego. Jest elementem liniowym: spadek napięcia jest wprost proporcjonalny do prądu płynącego przez opornik. Przy przepływie prądu zamienia energię elektryczną w ciepło. W obwodzie służy do ograniczenia prądu w nim płynącego. R – opór elektryczny

11 Prąd elektryczny I U R U=RI – prawo Ohma

12 I prawo Kirchhoffa I2 I1 węzeł I4 I3

13 II prawo Kirchhoffa U1 U5 U4 U3 U2 oczko sieci

14 Łączenie oporników R1 R2 R3 szeregowe R1 równoległe R2

15 Dzielnik napięcia I R1 U R2 U2 Przykład: U= 12 V R1= 4 k, R2= 8 k
I = 1 mA, U2= 8 V

16 Tablica twórnych jednostek miar
 n p f G M k 1 nA = 10-9 A

17 Prąd przemienny (ang. alternating current, AC)
I(A) Prąd elektryczny okresowo zmienny, w którym wartości chwilowe podlegają zmianom w powtarzalny, okresowy sposób. Wartości chwilowe natężenia prądu przemiennego przyjmują naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne (stąd nazwa przemienny). Najczęściej pożądanym jest, aby wartość średnia całookresowa wynosiła zero. Stosunkowo największe znaczenie praktyczne mają prąd i napięcie o przebiegu sinusoidalnym. Dlatego też, w żargonie technicznym często nazwa prąd przemienny oznacza po prostu prąd sinusoidalny. . t (s)

18 Sygnał – przebieg (zmiana w czasie) dowolnej wielkości fizycznej, będącej nośnikiem informacji
Sygnał analogowy – zmieniający się w sposób ciągły w czasie Sygnał sinusoidalny: U0 - amplituda T – okres zmienności f=1/T - częstotliwość U(V) T t (s) częstotliwość kołowa

19 Szum - jest nieodłącznym towarzyszem sygnałów użytecznych i jest czymś niepożądanym w układach elektronicznych. Najczęstszym rodzajem szumów jest szum pochodzenia termicznego wytwarzany przez rezystory. Sygnał prostokątny - podobnie jak sygnał sinusoidalny można go opisać dwoma parametrami, czyli amplitudą i częstotliwością. Często zamiast częstotliwości używa się pojęcia okres T, który jest równy T=1/f. Sygnał piłokształtny - przypomina zęby piły. Jest to sygnał o przebiegu liniowym, czyli takim, w którym napięcie rośnie lub opada ze stałą prędkością do określonej wartości i powtarzany jest okresowo.

20 Sygnał cyfrowy t (s) U(V) 5V 1

21 Oscyloskop Budowa lampy oscyloskopowej: Elektrody odchylające
Działo elektronowe Wiązka elektronów Cewka skupiająca Pokryta luminoforem wewnętrzna strona lampy.

22 Oscyloskop

23 Liczby zespolone Często zamiast i wystepuje symbol j Im a   wzór Eulera   Re

24 Prąd zmienny U I t

25 Prąd zmienny U I t

26 Prąd zmienny Re Im U I U I

27 Kondensator +Q -Q U C Pojemność kondensatora

28 Kondensator Pojemność kondensatora +Q -Q U C

29 Cewka indukcyjna L U I L – indukcyjność cewki

30 Cewka indukcyjna L U I L – indukcyjność cewki H - henr

31 Dwójniki - układ posiadający dwa zaciski elektryczne L C R Typowy przykład dwójnika: czujnik mierzący określoną wielkość fizyczną R

32 Parametry wejściowe – wymuszenie
Parametry wyjściowe – odpowiedź układu na określone wymuszenie parametr wyjściowy parametr wejściowy Pi – wielkość fizyczna od których może zależeć odpowiedź układu np.: temperatura, oświetlenie, ciśnienie.

33 Dwójniki liniowe i stacjonarne
Ogólnie U =U(t0) może zależeć od zmiany parametrów w czasie dla -  t  t0 t0 t Dwójniki liniowe i stacjonarne U =U(t) odpowiedź na wymuszenie I =I(t) liniowy gdy: a*U(t) odpowiedź na wymuszenie a*I(t) U(t) = a1*U1(t) + a2*U2(t) odpowiedź na wymuszenie I(t) = a1*I1(t) + a2*I2(t)

34 Realnie istniejące elementy elektroniczne tylko w przybliżeniu
stacjonarny: Jeśli U(t) odpowiedzią na wymuszenie I(t) to dla chwili t+t0 U(t+t0) jest odpowiedzią na wymuszenie I(t+t0) Realnie istniejące elementy elektroniczne tylko w przybliżeniu liniowe i stacjonarne

35 Rozważmy wymuszenie postaci:
Dla elementów liniowych mamy odpowiedź: Dla małych t0 rozwijamy U(t+t0) w szereg Taylora w otoczeniu punktu t:

36 Porównując (*) i (**) dostajemy:

37 Możemy teraz zdefiniować funkcje odpowiedzi
Dla wymuszeń sinusoidalnych przyjmujemy p w postaci częstość kołowa f - częstość T - okres wymuszenia Możemy też zapisać