Föreläsning 4, Ht 2. Aktiva filter 1. Hambley avsnitt 14.10, 4.1

Relevanta dokument
Föreläsning 3/12. Transienter. Hambley avsnitt

Föreläsning 29/11. Transienter. Hambley avsnitt

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

Tentamen i Elektronik för E, 8 januari 2010

Hambley avsnitt

Hambley avsnitt

2. DC (direct current, likström): Kretsar med tidskonstanta spänningar och strömmar.

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 18 oktober, 2010, kl

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 3 RC- och RL-nät i tidsplanet. Elektronik för D ETIA01

Elektronik 2017 EITA35

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 5 april 2013

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Andra ordningens kretsar

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Elektronik 2018 EITA35

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 11 januari 2013

Växelström i frekvensdomän [5.2]

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

isolerande skikt positiv laddning Q=CV negativ laddning -Q V V

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen oktober 2006

Växelström i frekvensdomän [5.2]

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen april 2006

Tentamen i Elektronik, ESS010, den 15 december 2005 klockan 8:00 13:00

1 Grundläggande Ellära

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2 KK4 LAB4. tentamen

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-10)

Komplexa tal. j 2 = 1

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

Elektronik grundkurs Laboration 5 Växelström

Tentamen i Elektronik, ESS010, och Elektronik för D, ETI190 den 10 jan 2006 klockan 14:00 19:00

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Tentamen i Elektronik grundkurs ETA007 för E

IE1206 Inbyggd Elektronik

IE1206 Inbyggd Elektronik

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen januari 2008

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R i(t)

Komplexa tal. j 2 = 1

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Ellära och Elektronik Moment Filter och OP Föreläsning 8

Tentamen på elläradelen i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Kompletterande material till föreläsning 5 TSDT08 Signaler och System I. Erik G. Larsson LiU/ISY/Kommunikationssystem

Laborationsrapport Elektroteknik grundkurs ET1002 Mätteknik

Passiva filter. Laboration i Elektronik E151. Tillämpad fysik och elektronik UMEÅ UNIVERSITET Ulf Holmgren. Ej godkänd. Godkänd

10. Kretsar med långsamt varierande ström

10. Kretsar med långsamt varierande ström

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Lab nr Elinstallation, begränsad behörighet ET1013 Likströmskretsar

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-6)

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

AKTIVA FILTER. Laboration E42 ELEKTRO. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Rev 1.0.

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Introduktion till modifierad nodanalys

5 OP-förstärkare och filter

Alltså är {e 3t, e t } en bas för lösningsrummet, och den allmänna lösningen kan därmed skrivas

Laboration - Va xelstro mskretsar

3.4 RLC kretsen Impedans, Z

Föreläsning 4/11. Lite om logiska operationer. Hambley avsnitt 12.7, 14.1 (7.3 för den som vill läsa lite mer om grindar)

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

TENTAMEN HF1006 och HF1008

Cédric Cano Uppsala Mätsystem F4Sys. Pulsmätare med IR-sensor

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 4

TENTAMEN Elektronik för elkraft

Sammanfattning av likströmsläran

Kap 3 - Tidskontinuerliga LTI-system. Användning av Laplacetransformen för att beskriva LTI-system: Samband poler - respons i tidsplanet

TENTAMEN HF1006 och HF1008

Laborationsrapport. Kurs Elinstallation, begränsad behörighet. Lab nr 2. Laborationens namn Växelströmskretsar. Kommentarer. Utförd den.

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 3 Kapacitans, ström, resistans

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (2:a omtentan), fredag 30 augusti 2013, kl 9:00-14:00

Kretsteori Exempelsamling 2007

Extra kursmaterial om. Elektriska Kretsar. Lasse Alfredsson. Linköpings universitet November 2015

Laboration II Elektronik

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 5

i(t) C i(t) = dq(t) dt = C dy(t) dt y(t) + (4)

Komplettering: 9 poäng på tentamen ger rätt till komplettering (betyg Fx).

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

Tentamen på elläradelen i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Kursprogram för Elektronik E, ESS010, 2011/2012

Institutionen för Fysik

Laborationsrapport. Kurs Elektroteknik grundkurs ET1002. Lab nr 5. Laborationens namn Växelström. Kommentarer. Namn. Utförd den. Godkänd den.

Uppgifter 9 och 10 är för de som studerar byggteknik

Komplettering: 9 poäng på tentamen ger rätt till komplettering (betyg Fx).

IE1206 Inbyggd Elektronik

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

TENTAMEN HF1006 och HF1008

Hambley: OBS! En del av materialet kommer att gås igenom på föreläsningen

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Lektion 2: Automation. 5MT042: Automation - Lektion 2 p. 1

MATEMATIK OCH MAT. STATISTIK 6H3000, 6L3000, 6H3011 TEN

Transkript:

1 Föreläsning 4, Ht Hambley avsnitt 14.1, 4.1 Aktiva filter 1 I första läsperioden behandlades passiva filter. Dessa har nackdelen att lastens resistans påverkar filtrets prestanda. Om signalen tas ut över en belastningsresistans L kommer t.ex. brytpunkten till ett vanligt eller L nät ω b = 1/) eller ω b = /L) att ändras. Genom att använda aktiva komponenter kan man konstruera filter som inte påverkas av lasten. Om inte frekvenserna är alltför höga är operationsförstärkare lämpåliga för att konstruera aktiva filter. I figuren nedan visas enkla kopplingar med ett första ordningens lågpass och högpassfilter. Eftersom den ickeinverterande ingången används för insignalen är filtrens brytfrekvenser oberoende av belastningsresistansen L. K 1) f v in v ut f v in K 1) f v ut f 1 Aktiva filter behandlades på föreläsning 3

Med aktiva komponenter går det att skapa flera typer av filter än med passiva filter. I Hambley tar man upp det så kallade Butterworthfiltret. Det är ett lågpassfilter vars överföringsfunktion ges av Hf) = H 1 f/fb ) n där n är filtrets ordning. Överföringsfunktionen för detta lågpassfilter faller med n db/dekad för frekvenser över brytfrekvensen. v in K 1) f v ut f Figuren visar ett SallenKey lågpassfilter. Nodanalys i frekvensplanet ger att om parametern K väljs till K = 3 1.586 blir detta ett Butterworth lågpassfilter av ordning. Man kan skapa Butterworth lågpassfilter av ordning n > 1 genom att kaskadkoppla n 1 SallenKey lågpasskretsar, se Hambley. Transienter Inom elektroniken är transienter signaler med kort varaktighet. De avtar ofta exponentiellt med tiden. I detta avsnitt studerar vi de transienter som uppstår då en kondensator eller spole ansluts till en krets eller kopplas bort från en krets. Delar av detta avsnitt behandlas i föreläsning 5

3 Spolen L = L d = 1 L t vt ) i) Upplagrad energi: w = 1 Li Kondensatorn = d = 1 t it ) v) Upplagrad energi: w = 1 v Lkretsen Vi studerar en Lkrets med en spole som vid tiden t = har strömmen I och därmed en upplagrad energi 1 LI. Vid t = kopplas en resistans till spolen, enligt figur. När strömmen går genom resistansen övergår spolens energi till värme i resistansen. Strömmen genom spolen avtar därmed med tiden. För att få fram tidsförloppet för strömmen är det enklast att ställa upp och lösa den differentialekvation som strömmen satisfierar. L I τ t Strömmens referensriktning är satt så att går strömmen går in i spolen vid och ut vid. Därmed gäller = L d. Ohms lag säger att v =, eftersom ström

4 men går in i resistansen vid och ut vid. Det ger följande differentialekvation för strömmen och tillhörande begynnelsevillkor: L di i = i) = I Metoden med integrerande faktor ger: = I e t/τ där τ = L/. Notera att spänningen = I e t/τ kan bli mycket stor om är stor. kretsen Vi studerar en krets med en kondensator som vid tiden t = har spänningen V och därmed en upplagrad energi 1 V. För t > är kondensatorn kopplad till en resistans. Kondensatorn laddas ur via resistansen och då strömmen går genom resistansen avges energi till resistorn. Det gör att kondensatorns spänning avtar med tiden. När kondensatorn är urladdad har all dess energi övergått till värme i resistansen. För att få fram tidsförloppet för spänningen är det enklast att ställa upp och lösa den differentialekvation som spänningen satisfierar. V τ t eferensriktningen på strömmen är satt så att strömmen går in i kondensatorn vid och ut vid. Därmed gäller = d. Ohms lag säger att v =, eftersom strömmen genom resistansen går in vid och ut vid. Det ger följande differentialekvation och tillhörande begynnelsevillkor: dv v = v) = V Metoden med integrerande faktor ger: = V e t/τ där τ =

5 Tidskonstanten För en exponentiellt dämpad signal = v)e t/τ är τ =tidskonstanten. Det betyder att vτ) = e 1 v).37v). En L krets har tidskonstanten τ = L/ och en krets τ =. Vi noterar att 1/τ är líka med brytvinkelfrekvensen för L och näten vi tidigare använt som lågpass och högpassfilter. Några exempel Exempel: Inkoppling av spänningskälla t= s r c En spänningskälla v s t) kopplas vid t = in mot en krets där v c ) =. Bestäm spänningen över kondensatorn som funktion av tiden. För t ger KVL v s t) = v c t). Eftersom = v ct) fås den ordinära differentialekvationen v ct) 1 τ v ct) = 1 τ v st) där τ =. Metoden med integrerande faktor ger lösningen för t > v c t) = e t/τ v c ) 1 t ) v s t )e t /τ τ Om kondensatorn är oladdad för t gäller v c ) = och därmed v c t) = 1 τ t v s t )e t t)/τ Ht) där Ht) är enhetssteget Ht) = { t < 1 t > Integralen går att lösa explicit för några av de vanligaste typerna av källor. Steg v s t) = v Ht) ger v c t) = v 1 e t/τ ) Ht), se övre grafen i figur 1.

6 Fyrkantpuls v s t) = v Ht) Ht t )) ger, se undre grafen i figur 1, t v c t) = v ) 1 e t/τ < t t v ) 1 e t /τ e t t)/τ t > t V v r t) v c t) 1ms ms V v c t) v r t) V 1ms ms Figur 1: Övre grafen visar v c t) och v r t) då v s är ett steg, v s t) = V Ht). Undre grafen visar v c t) och v r t) då v s är en fyrkantpuls, v s t) = V Ht) Ht t ) där t = 1 ms. För båda graferna gäller τ = 1 ms. Tidsharmonisk källa v s t) = V sin ωt ger, v c t) = V e t/τ sinarctanωτ)) sinωt arctanωτ)) ) Ht) 1 ωτ) = V ωτe t/τ 1 ωτ) Ht) V sinωt arctanωτ)) Ht) 1 ωτ) = V ωτe t/τ 1 ωτ) Ht) V sinωt) ωτ cosωt)) Ht) 1 ωτ) ).1)

7 Från lösningen ser vi att lösningen är en summa av en transient, d.v.s. en del som dör ut efter en tid, och en stationär del, som finns kvar efter lång tid. Matematiskt sett är transienten den homogena lösningen och den stationära delen partikulärlösningen till differentialekvationen. I läsperiod Ht 1 användes jωmetoden för att få fram den stationära lösningen och det är enkelt att se att den överensstämmer med lösningen ovan. I frekvensplanet ger spänningsdelning V c = V 1 jωτ = V arctanωτ) e j 1 ωτ) I tidsplanet är då amplituden V 1 ωτ) och fasen arctanωτ), mätt relativt sinωt). Den stationära spänningen är då v cstat t) = V sinωt arctanωτ)) 1 ωτ) Man kan konstatera att även i detta enkla fall är jωmetoden en bra metod för att snabbt få fram den stationära lösningen. Tips Gå till Wolfram Alpha http://www.wolframalpha.com/) på nätet. Där kan ni få lösningen till matematiska problem, och även andra problem. Skriv in solve dv/v/tau=sinwt)/tau*ht), v)= så får ni lösningen.1). Wolfram Alpha är ganska okänslig för hur man skriver sina uttryck. Även t.ex. solve v v/tau=sinwt Ht)/tau, v)= fungerar bra. Vill man ha en graf kan man sätta in värden på tau och w. Skriver man t.ex. v v/.=sin1t) Ht)/., v)=, from t= to 1 fås lösningen och dess graf för <t<1.