Sammanfattning. ETIA01 Elektronik för D

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

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

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

1 Grundläggande Ellära

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

3.4 RLC kretsen Impedans, Z

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

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Andra ordningens kretsar

Svar och Lösningar. 1 Grundläggande Ellära. 1.1 Elektriska begrepp. 1.2 Kretslagar Svar: e) Slinga. f) Maska

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 2 (VT2)

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

Växelström och reaktans

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

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Industriell Elektroteknik och Automation

Ellära. Lars-Erik Cederlöf

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

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

Lektion 1: Automation. 5MT001: Lektion 1 p. 1

Impedans och impedansmätning

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

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

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

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen oktober 2006

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Växelström i frekvensdomän [5.2]

Impedans och impedansmätning

Växelström i frekvensdomän [5.2]

Mikrokontroller. Klocka, interface, sensorer

Kapitel: 31 Växelström Beskrivning av växelström och växelspänning Phasor-diagram metoden Likriktning av växelström

LABORATION 3. Växelström

Växelström K O M P E N D I U M 2 ELEKTRO

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

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

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Elektronik 2017 EITA35

Komplexa tal. j 2 = 1

Ett urval D/A- och A/D-omvandlare

1. Skriv Ohm s lag. 2. Beräkna strömmen I samt sätt ut strömriktningen. 3. Beräkna resistansen R. 4. Beräkna spänningen U över batteriet..

4. Elektromagnetisk svängningskrets

AD-/DA-omvandlare. Digitala signaler, Sampling och Sample-Hold

Impedans! och! impedansmätning! Temperatur! Komponentegenskaper! Töjning! Resistivitetsmätning i jordlager!.!.!.!.!

Q I t. Ellära 2 Elektrisk ström, kap 23. Eleonora Lorek. Ström. Ström är flöde av laddade partiklar.

insignal H = V ut V in

Sammanfattning av likströmsläran

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

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

T1-modulen Lektionerna Radioamatörkurs OH6AG Bearbetning och översättning: Thomas Anderssén, OH6NT Heikki Lahtivirta, OH2LH

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

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

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

10. Kretsar med långsamt varierande ström

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

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Växelström. Emma Björk

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

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

Halvledare. Transistorer, Förstärkare

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 5

Föreläsnng Sal alfa

Laboration II Elektronik

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

IE1206 Inbyggd Elektronik

Hambley avsnitt

IE1206 Inbyggd Elektronik

Svar till Hambley edition 6

Instruktioner för laboration 2, Elektromagnetism och elektriska nät 1TE025 Elektriska system 1TE014

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

Elektronik. Dataomvandlare

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2 KK4 LAB4. tentamen

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Sammanfattning TSBB16

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

Elektronik Dataomvandlare

IE1206 Inbyggd Elektronik

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Elektronik 2018 EITA35

Elektroakustik Något lite om analogier

nmosfet och analoga kretsar

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

Du behöver inte räkna ut några siffervärden, svara med storheter som V 0 etc.

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

Tentamen i Elektronik för E, 8 januari 2010

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Tentamen i Elektronik grundkurs ETA007 för E

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 3 Kapacitans, ström, resistans

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

AD-DA-omvandlare. Mätteknik. Ville Jalkanen. 1

Elektriska drivsystem Föreläsning 2 - Transformatorer

Tentamen IF1330 Ellära fredagen den 3 juni

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

Fö 12 - TSFS11 Energitekniska System Lik- och Växelriktning

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen april 2006

Elektronik grundkurs Laboration 5 Växelström

Transkript:

Sammanfattning ETIA01 Elektronik för D

Definitioner Definitioner: Laddningsmängd q mäts i Coulomb [C]. Energi E ( w ) mäts i enheten Joule [J]. Spänning u ( v ) är hur mycket energi (i Joule) som överförs per laddningsmängd (i Coulomb) och mäts i enheten Volt [V]. u(t) = E q(t) ; [V ] Ström i är hur mycket laddning (i Coulomb) som passerar en given tvärsnittsyta per tidsenhet (i Sekunder) och mäts i enheten Ampere [A]. i(t) = q(t) t ; [A]

Definitioner Effekt (arbete) p är hur mycket energi (i Joule) som överförs per tidsenhet (i Sekunder) och mäts i enheten Watt [W]. Energin som överfördes under tidsrymden är, Passiva referensriktningen Om energi avges D.v.s., att spänningen över en komponent är negativ om strömmen flyter ut från den sida av komponenten som har positiv spänning. Om energi absorberas p(t) = u(t) i(t); [W] E = Z t2 Energins riktning anges av tecknet på t 1 p(t) dt; [J] t 1 t 2 E ) p(t) = u(t) i(t) +E ) p(t) = u(t) i(t) u(t)

Kirchoff s lagar 1. Kirchoff s strömlag (KCL) Summan av alla strömmar som flyter in till en punkt (nod) måste vara lika stor som summan av alla strömmar som flyter ut från samma punkt (nod). i 1 i 3 i 2 i 1 + i 2 = i 3, i 1 + i 2 + ( i 3 ) = 0 Summan av alla strömmar i en punkt (nod) är lika med noll.

Kirchoff s lagar 2. Kirchoff s spänningslag Summan av alla spänningar i en sluten kretsslinga är alltid lika med noll. + u 1 u s +_ + u 2 u s + u 1 + u 2 = 0

Ohm s lag Förhållandet mellan spänning och ström i en punkt kallas resistans/motstånd R och mäts i enheten ohm [ ] R = u(t) i(t) R lika med noll kallas för kortslutning (ingen spänning, men hög ström). R lika med 1 kallas för avbrott (hög spänning, ingen ström) Resistanser absorberar effekt eller p(t) = u(t) i(t) = R i(t) i(t) = R i 2 (t) p(t) = u(t) i(t) = u(t) u(t) R = u2 (t) R

Resistans Seriekopplade resistanser R eq = R 1 + R 2 + R 3 Parallellkopplade resistanser R eq = 1 1 R + 1 1 R + 1 2 R 3 Parallellkoppling av två resistanser R eq = R 1R 2 R 1 +R 2

Kretsanalys Serie och parallellanalys 1. Börja med att leta upp serie- och parallell-kombinationer av motstånd i kretsen och ersätt dom med ekvivalenta motstånd. Det är oftast enklast att börja så långt som möjligt från spännings- och ström-källorna i kretsen. 2. Rita om kretsen med de nya ekvivalenta resistanserna. 3. Upprepa steg 1 och steg 2 tills det inte går att få fram fler ekvivalenter. 4. Beräkna strömmar och spänningar i den slutliga kretsen och gå tillbaka ett steg i taget tills dess att man är tillbaka i ursprungskretsen, samtidigt som man i varje steg beräknar nya strömmar och spänningar i kretsen. R 1 R 1 + R 2 R 3 + R eq (1) + - - - R eq (2) R eq (1) = R 2R 3 R 2 +R 3 R eq (2) = R 1 + R eq (1)

Kretsanalys Spänningsdelning v ut = R 2 R 1 +R 2 v in Strömdelning för två motstånd i 2 = R 1 R 1 +R 2 i in

Kretsanalys Nod-analys u 1 5 i x u 2 1 A 10 20 0:5i x Nod u 1 : 1 u 1 10 i x = 0 Nod u 2 : i x 0:5i x u 2 20 = 0 i x = u 1 u 2 5

Kretsanalys Thevenin-ekvivalent R th En krets av resistanser och källor u oc + _ u th u oc u th = u oc Norton-ekvivalent R th = u oc i sc R N = R th i sc R N i sc i N = i sc

Kretsanalys Maximal effektöverföring R th En krets av resistanser och källor R L + _ u th R L Den maximala effektöverföringen sker då P max = u2 th 4R th R L = R th och är

Kretsanalys Superpositionsprincipen R 1 i 1 u 2 + _ R 2 u (total) ut R 1 R 1 i 1 R 2 u (1) ut + u 2 + _ R 2 u (2) ut u (total) ut = u (1) ut + u (2) ut

Kapacitans En kondensator är en komponent som lagrar elektrisk laddning Kapacitans C är ett mått på hur mycket laddning som kan lagras och mäts i enheten Farad [F] C = q u c Förhållandet mellan strömmen genom och spänningen över kondensatorn är i(t) = C du c(t) dt Eftersom ström är derivatan av laddningen

Kapacitans kondensatorn spärrar likström medan den låter växelström passera. Seriekoppling av kapacitanser C eq = 1 1 C + 1 1 C + 1 2 C 3 Parallellkoppling av kapacitanser C eq = C 1 + C 2 + C 3

Induktans En elektrisk ström genererar alltid ett roterande magnetfält runtomkring sig En komponent som lagrar magnetfält kallas för en spole och lagringsförmågan kallas induktans L och mäts i Henry [H] u(t) = L di(t) dt för likström så är spolen en kortslutning.

Induktans Seriekoppling av induktanser L eq = L 1 + L 2 + L 3 Parallellkoppling av induktanser L eq = 1 1 L + 1 1 L + 1 2 L 3

Första ordningens kretsar Urladdning av kondensator genom en resistor t = 0 u c C R KCL : C du c dt + u c R = 0 u c (t) = Ue t RC = RC är den tid som det tar för spänningen att, vid urladdning, sjunka till 37% av U.

Första ordningens kretsar Uppladdning av kondensator genom en resistans t = 0 U + _ RC u c C du c dt + u c U R = 0 u c (t) = U Ue t RC Vid uppladdning så ger tidskonstanten hur lång tid det tar för spänningen att stiga till 63% av U.

Första ordningens kretsar Strömtillslag i spole + _ KV L : L di L dt + Ri L = U i L (t) = U R U R e t R L = L R

Första ordningens kretsar Strömfrånslag i spole R U + _ t = 0 L KV L : L di L dt + Ri L = 0 i L (t) = U R e t R L

Andra ordningens kretsar Självsvängande kretsar KCL : i s (t) L R C d 2 u(t) dt 2 + 1 RC du(t) dt + 1 LC u(t) = 1 C di s (t) dt 2 = 1 RC! 2 0 = 1 LC är svängningskretsens dämpningskonstant! 0 är svängningskretsens svängningsfrekvens f 0 = 1 2¼ p LC

Sinussignaler Definitioner ' A s(t) = A sin (!t + ') ;! = 2¼ f T f = 1 T Amplitud: Magnituden av sinussignalen (toppvärde) U max kan också anges som topp-till-topp (peak-to-peak) värde eller rms-värdet U p p U rms

Sinussignaler RMS-värde används när man är intresserad av den överförda medeleffekten. U rms = max u(t) p 2 = A p 2 OBS. Gäller endast för sinussignaler. Medeleffekten blir då P avg = U2 rms R = I2 rms R

Sinussignaler Fasvektor (Phasor) En cosinussignal kan skrivas som real-delen av en komplex exponentialsignal s(t) = A cos(!t + ') = <fae j(!t+') g Den komplexa signalen kan skrivas som Ae j(!t+') = A e j(!t) e j' Om vi nu antar att frekvensen är konstant Ae j(!t+') ) Ae j' ) A6 ' ) A En sinussignal är en fasförskjuten cosinus Asin(!t + ') = A6 (' 90 ± )

Sinussignaler j!-metoden Använder vi fasvektorer för att skriva spänningen över en induktans i s (t) = I s sin (!t + ') ) I s e j!t u L (t) = L di s(t) dt ) U L e j! = L d (I s e j!t ) dt U L e j!t = j!l I s e j!t ) U L = j!l I s Eftersom förhållandet mellan spänning och ström kallas motstånd, så är, U L I = j!l = jx L (!) induktansens imaginära växelströmsmotstånd eller reaktans och mäts i. Reaktanser är frekvensberoende

Sinussignaler Använder vi samma metod för att skriva strömmen genom en kondensator, så får vi i c (t) = C du c(t) dt ) I = j!cu c och kondensatorns reaktans blir då, U c I = j 1!C = jx C(!) Induktiv reaktans är positiv och kapacitiv reaktans är negativ Kombinerar man resistans med reaktans så får man ett komplext växelströmsmotstånd som kallas impedans, vilken är fekvensberoende och mäts i. Z(!) = R + j(x L (!) X C (!)) = R + j(!l 1!C )

Sinussignaler j!-metoden L = 0:1H jx L = j10 u 1 u 2 2 sin(100t) C = 2000 ¹F 26 90 ± jx C = j5 R = 10 R = 10 Nod1 : Nod2 : 26 90 ± + U 1 R + U 1 j(x L X C ) = 0 U 1 U 2 jx L U 2 jx C = 0 U 2 (0:1 + j0:2) = 26 90 ± ) U 2 = 2 6 90 ± p 0:05 6 63 ± = p 806 153 ± u 2 (t) = p 80 cos(100t 153 ± ) = p 80 sin(100t 63 ± )

Frekvensanalys Fourier-serier s(t) = A sin(!t) + A 3 sin(3!t) + A 5 sin(5!t) + A 7 sin(7!t) + A 9 sin(9!t)

Frekvensanalys Överföringsfunktion Förhållandet mellan utsignalens fasvektor och insignalens fasvektor kallas för kretsens överföringsfunktion H(f) = U ut(f) U in (f) En överföringsfunktion beskriver vad som händer med en signal i kretsen vid alla frekvenser

Frekvensanalys Första ordningens Filter Lågpassfilter dämpar höga frekvenser och släpper igenom låga frekvenser. H(!) = V ut(!) V(!) V ut (!) = V(!) = jx C R jx C = 1 f B = 1 2¼RC jx C R jx C j!c R+ j!c 1 H(f) = 1 1+j f f B = 1 1+j!RC

Frekvensanalys Eftersom H är en komplex funktion så kan vi skriva den i polär form som en funktion för magnituden och en funtion för argumentet H(f) = jh(f)j6 '(f) r jh(f)j = 1 ³ 1+ f 2 6 '(f) = arctan f f B f B Plottar vi dessa funktioner i log-skala, så får vi ett Bode-diagram

Frekvensanalys Högpass-filter H(!) = V ut(!) V in (!) = jh(f)j = H(f) = f R R+jX C = j!rc 1+j!RC j f f B 1+j f f B q 1+j f f B 2 ; 6 '(f) = 90 ± arctan f B ³ f f B

Halvledare Dioder Diod Dioder släpper igenom ström endast i en riktning Zenerdiod Kopplas i backriktning för att begränsa spänning Lysdiod Fotodiod Lyser då strömmen flyter i framriktning Finns även för IR,UV, Laser Genererar ström då ljus träffar halvledarmaterialet, Finns även för IR, UV.

Halvledare Helvågslikriktare Omvandlar växelström till pulserande positiv ström

Halvledare Förstärkare E ektivitet v in (t) ~ v ut (t) R = P ut P supply v ut (t) = A v in (t) Spänningsförstärkning A v = v ut(t) v in (t) Strömförstärkning A i = i ut(t) i in (t) Effektförstärkning G = P ut P in = v ut i ut v in i in = v ut v in i ut i in = A v A i

OP-förstärkare Inverterande förstärkare i 1 uin R 1 R 2 u x i 2 u ut R L A v = u ut u in = R 2 i 1 R1 i 1 = R 2 R 1

OP-förstärkare Icke-inverterande förstärkare u in i in u ut R L u 1 R 1 R 2 A v = u ut u in = R 1 +R 2 R 1 u in u in = 1 + R 2 R 1

OP-förstärkare Spänningsföljare u in u x u ut R L u x = u in ; u ut = u x ) A v = u ut u in = 1 Används som buffert mellan olika kretselement så att de inte belastar varandra

AD/DA-omvandlare Nyquist s samplingsteorem Enligt samplingsteoremet så måste man sampla den analoga signalen med en frekvens som är minst dubbelt så hög som den högsta frekvenskomponenten i den analoga signalen. f sample 2 max(f signal ) A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6

AD/DA-omvandlare Kvantisering 111 N = log 2 (M) 001 000

AD/DA-omvandlare AD-omvandlare Flash -omvandlare Snabb, kräver mycket komponenter Räknar-baserad omvandling Trappstegsomvandlare Få komponenter, långsam Följaromvandlare Få komponenter, ganska snabb

AD/DA-omvandlare DA-omvandlare Är en summator som summerar de olika spänningsnivåerna som representeras av binära tal ³ R V out = V f ref 2R msb + 1 1 N (msb 1) + 1 2 N (msb 2) + : : : + ³1 (N 1) N (lsb)

Digitala kretsar Logiska grindar ICKE (NOT) OCH (AND) Amerikask symbol Europeisk symbol A 1 A B 0 1 1 0 B B Amerikask symbol A B & B Europeisk symbol C A B C 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Digitala kretsar ELLER (OR) Exclusive-ELLER (XOR) Amerikask symbol Europeisk symbol A B > 1 C C A B C 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Amerikask symbol A B Europeisk symbol A B = 1 C C A B C 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Mikrokontroller För att synkronisera digitala operationer, så används en klock-puls Klock-puls generering Astabil vippa Använder en kristall för frekvensstabilisering V dd R 1 R 2 C 1 C 2

Interface Open Drain anslutning Använder en yttre pull-up resistor för att man ska kunna välja vilka spänningar som ska representera 1 och 0. IC Vdd Pull-Up -resistor Output GND