Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys



Relevanta dokument
Elektronik 2018 EITA35

Hambley avsnitt

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

Elektro och Informationsteknik LTH Laboration 4 Tidsplan, frekvensplan och impedanser

Sammanfattning. ETIA01 Elektronik för D

Filter. Mätteknik. Ville Jalkanen, TFE, UmU. 1

Hambley avsnitt

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

Laboration 1: Aktiva Filter ( tid: ca 4 tim)

Ulrik Söderström 19 Jan Signalanalys

Ellära 2, Tema 3. Ville Jalkanen Tillämpad fysik och elektronik, UmU. 1

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

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

Ulrik Söderström 20 Jan Signaler & Signalanalys

Resttentamen i Signaler och System Måndagen den 11.januari 2010, kl 14-19

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

Periodiska signaler, frekvens, filter, överföringsfunktion

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

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

SIGNALANALYS I FREKVENSRUMMET

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

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Elektronik 2017 EITA35

Spektrala Transformer

5 OP-förstärkare och filter

Elektronik. Dataomvandlare

Digital signalbehandling Digitalt Ljud

DEL-LINJÄRA DIAGRAM I

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

Spektrala Transformer

ECS Elektronik, dator och programvarusystem Kista, Forum, hiss C, plan 8

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

IE1206 Inbyggd Elektronik

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

x(t) = sin(ω 0 t) (1) b) Tillåt X(ω) att innehålla diracimpulser (en generalliserad funktion). Vilken signal x(t) har spektrumet X(ω)?

IE1206 Inbyggd Elektronik

Tentamen i Signaler och kommunikation, ETT080

Spektrala Transformer

Elektriska kretsar och fält - några exempel på tillämpningar

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

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 2 (föreläsning 11-19)

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

Kompletterande räkneuppgifter i Spektrala Transformer Komplex analys, sampling, kvantisering, serier och filter Laura Enflo & Giampiero Salvi

Signaler & Signalanalys

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

Tillämpning av komplext kommunikationssystem i MATLAB

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

Komplexa tal. j 2 = 1

Elektronik Dataomvandlare

Växelström i frekvensdomän [5.2]

Elektronik Dataomvandlare

Laboration - Va xelstro mskretsar

Växelström i frekvensdomän [5.2]

DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1. Frekvensfunktioner FREKVENSSVAR FÖR ETT TIDSDISKRET SYSTEM. x(n)= Asin(Ωn)

Tentamen i ESS 010 Signaler och System E3 V-sektionen, 16 augusti 2005, kl

MEDIESIGNALER INTRODUKTION

Innehåll. Innehåll. sida i

Samtidig visning av alla storheter på 3-fas elnät

Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Signalteori, 7,5 hp Kurskod: HÖ1007 Tentamenstillfälle

Komparatorn, AD/DA, överföringsfunktioner, bodediagram

Grundläggande signalbehandling

Laboration ( ELEKTRO

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Signaler några grundbegrepp

Förstärkarens högfrekvensegenskaper. Återkoppling och stabilitet. Återkoppling och förstärkning/bandbredd. Operationsförstärkare.

Signalbehandling. Andreas Fhager

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 5. Sammanfattning av föreläsning 4 Frekvensanalys Bodediagram

TSKS06 Linjära system för kommunikation Lab2 : Aktivt filter

DIGITALA FILTER DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1

Tentamen i Elektronik - ETIA01

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

Flerdimensionella signaler och system

Spektrala Transformer

TSIU61: Reglerteknik. Sammanfattning från föreläsning 5 (2/4) Stabilitet Specifikationer med frekvensbeskrivning

Tentamen i TMA 982 Linjära System och Transformer VV-salar, 27 aug 2013, kl

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

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

TENTAMEN Elektronik för elkraft

Tentamen i Elektronik för E, 8 januari 2010

Andra ordningens kretsar

2 Laborationsutrustning

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Teori... SME118 - Mätteknik & Signalbehandling SME118. Johan Carlson 2. Teori... Dagens meny

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

Spektrala Transformer

Poler och nollställen, motkoppling och loopstabilitet. Skrivet av: Hans Beijner

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

Övningar med Digitala Filter med exempel på konstruktion och analys i MatLab

TIDSDISKRETA SYSTEM SYSTEMEGENSKAPER. Minne Kausalitet Tidsinvarians. Linjäritet Inverterbarhet Stabilitet. System. Tillämpad Fysik och Elektronik 1

Bildbehandling i frekvensdomänen

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

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

Bildbehandling i frekvensdomänen. Erik Vidholm

Signal- och bildbehandling TSBB03, TSBB14

Transkript:

Frekvensplanet och Bode-diagram Frekvensanalys

Signaler Allt inom elektronik går ut på att manipulera signaler genom signalbehandling (Signal Processing). Analog signalbehandling Kretsteori: Nod-analys, ohm s lag, jω-metoden,... Elektronik: Filter, förstärkare, nätaggregat, radio,... Digital signalbehandling Mjukvara: Filter, kodning, komprimering, prediktion,... Hårdvara: Sampling, AD/DA-omvandlare, digitala förstärkare,...

Signaler Den mest naturliga beskrivningen av en signal är hur en storhet (t.ex., spänning eller ström..) varierar med avseende på tiden. Något som förenklar hanteringen av sinussignaler är att transformera den analyserade kretsen till jω-domänen Problem: de flesta verkliga signaler är inte sinussignaler, så vad gör man då?

Signaler Om vi ritar en sinusfunktion i tidsdomänen: u(t) = Asin (! 0 t)+ A 3 sin (3! 0t)+ A 5 sin (5! 0t)+ A 7 sin (7! 0t) : : : + A 9 sin (9! 0t)+ A 11 sin (11! 0t)+ A 13 sin (13! 0t) : : : u(t) = A X201 k=1 1 k sin (! 0t)

Signaler En signal kan ibland innehålla en sinus med frekvensen 0 Hz, d.v.s en DC nivå. DC-komponent

Signaler Hur man får fram frekvens-komponenterna för en signal: DC-komponent: Udda komponenter: a 0 = 1 T a n = 2 T R T=2 T=2 x(t)dt R T=2 x(t) cos (!t n) T=2 Jämna komponenter: b n = 2 T R T=2 x(t) sin (!t n) T=2 x(t) = a 0 + P 1 n=1 a n cos (!t n) + P 1 n=1 b n sin (!t n)

Signaler Exempel på Fourier-serier:

Signaler Vid signaler med stor kontinuerlig variation av frekvensen, så används Fourier-transform istället: F(!) = R 1 1 x(t)e j!t Ett mätinstrument som visar frekvensdomänen av en signal kallas för en Spektrum-Analysator.

Signaler Definitioner av en signal i frekvensplanet: Signalens Frekvens-spektrum T f 0 f 0 är signalens grundfrekvens (fundamental frequency): f 0 = 1 T Bandbredd [Hz] är hur stor del av spektrumet som man använder, är grund-vinkelfrekvensen! 0 = 2¼f 0 B f {z} B f

Frekvensdomänen (frekvensplanet) Filter: I frekvensdomänen kan man påverka signaler genom att dämpa eller förstärka olika delar av signalens spektrum. En krets som gör detta kallas för ett filter och arbetar alltså i frekvensplanet av signalen. De fyra vanligaste formerna av filter är: Låg-pass filter (Dämpar höga frekvens-komponenter) Hög-pass filter (Dämpar låga frekvens-komponenter) Band-pass filter (Dämpar både höga och låga frekvenser) Band-spärr filter (Dämpar frekvenser inom en begränsad bandbredd)

Frekvensdomänen Filter: Filter är en två-ports krets med en in-port (input) och en ut-port (output). u s (t) + - Två-port krets + u ut (t) In-port Ut-port

Frekvensdomänen I en två-port krets så har vi en in-signal och en ut signal För att beskriva vad som händer med signalen i kretsen så dividerar vi utsignalens fas-vektor (phasor) med insignalens fasvektor (phasor): H(f) = U ut U in H(f) är kretsens överföringsfunktion (transfer function)

Frekvensdomänen Exempel: (6.2) Om vi har en överföringsfunktion: H(f) = 1 10 3 f + 4 e j0:03 f ; 0 f < 2500 Hz Så, amplituden blir: jh(f)j = 1 10 3 f + 4; 0 f < 2500 Hz och argumentet: 6 H(f) = 0:03 f; 0 f < 2500 Hz

Frekvensdomänen Fortsättning på exempel: Om vi nu har en in-signal: u in (t) = 3 + 2cos (2000¼t) + cos (4000¼t 70 ± ) Vi delar nu upp signalen i separata signaler och omvandlar till fas-vektorer: u (1) in (t) = 3 ) U(1) ut (f) = H(f) U in = 46 0 ± 36 0 ± = 12 (t) = 2 cos (2000¼t) ) U(2) ut (f) = 36 30 ± 26 0 ± = 6 30 ± u (3) in (t) = cos (4000¼t 70± ) ) U (3) ut (f) = 26 60 ± 16 70 ± = 26 10 ± u (2) in

Frekvensdomänen Totala utsignalen blir då: U ut (f) = 12 + 30 ± + 26 10 ± Transformera tillbaka till tidsdomänen: u ut (t) = 12 + 6 cos (2000¼t + 30 ± ) + 2 cos(4000¼t 10 ± )

Första ordningens filter

Lågpass-filter Första ordningens RCfilter: Med spänningsdelning får man: V ut (f) = 1 j!c R+ 1 j!c V(f) Vilket ger överföringsfunktionen: H(f) = V ut(f) V(f) = 1 j!c R+ 1 j!c = 1 1+j!RC

Låg-pass filter Definierar man: f B = 1 2¼RC Så kan man skriva: och i polär form: H(f) = 1 1+j!RC = 1 1+j f f B 1 jh(f)j = q 1+ f 2 f B 6 H(f) = arctan ³ f f B

Låg-pass filter Brytfrekvensen inträffar vid halva max-effekten: P fb = ³ 1 p 2 gånger maxamplituden och därmed vid 1p 2 max (jh(f)j) 2 = 1 2 max jh(f)j 2

Decibel Inom elektronik används ofta decibel-skala för effekter och amplituder: jh(f)j db = 20 log 10 (jh(f)j) [db] En dubblering av amplituden ger en ökning med 6 db H 1 (f) = 0:1 H 2 (f) = 0:2 + - Två-port krets Två-port krets H(f) = H 1 (f) H2(f) = 0:1 0:2 = 0:02 jh(f)j db = jh 1 (f)j db + jh 2 (f)j db = 20 + ( 14) = 34dB ) 0:02

Bode-diagram Så, om vi nu skriver om överföringsfunktionens amplitud i decibel skala: ³ jh(f)j db = 10 log 10 µ1 + f 2 f B Brytfrekvens f B 3 db Lutning -20 db/dekad

Bode-diagram För att variationer i amplitud ska synas lika bra vid höga frekvenser som vid låga frekvenser så används en logaritmisk frekvens-axel

Första ordningens hög-pass filter Hög-pass RC-filter: Med spänningsdelning får man: V ut (f) = R R+ 1 j!c V(f) f B = 1 2¼RC ) H(f) = j f Vilket ger överföringsfunktionen: H(f) = V ut(f) V(f) = R R+ 1 j!c f B 1+j f f B = j!rc 1+j!RC

Hög-pass filter Hög-pass filter: och i polär form: H(f) = jh(f)j = j!rc 1+j!RC = f q 1+ f f B 2 f B j f f B 1+j f f B 6 H(f) = 90 ± arctan ³ f f B

Hög-pass filter Bode-diagram:

Filter-design Om vi vill konstruera ett låg-pass filter som dämpar alla frekvenser över 7 khz. Det betyder att brytfrekvensen skall vara 7 khz. f B = 1 2¼RC ) C = 1 2¼f B R Välj ett motståndsvärde, t.ex. 1kΩ: R = 1k C = 1 2¼7 10 3 1000 ¼ 22nF in-port ut-port C = 22 nf