Основна 1. В Литовски Основи Академска , 2006, ISBN 86 ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2014-15/EEN/01... · Zadaci 20% Teorija

Osnovi elektronikeProf. dr Predrag Petković, red. prof.dr Srđan Đorđević, asistentdr Marko DimitrijevićM.S. Dejan Mirković, asistent

16. oktobar 2014. 1Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Dobrodošli na drugu godinu studijaOsnovi elektronikeLiteratura:Основна литература: 1. В. Литовски, Основи електронике, Академска

мисао, 2006, ISBN: 86-7466-227-72. В. Павловић, et. al., Практикум лабораторијских

вежби из Основа електронике, Електронски факултет Ниш, 2011.

3. Презентација са предавањаhttp://leda.elfak.ni.ac.rs/?page=education/elektronika/elektronika.htm


Osnovi elektronikeLiteratura:Додатна литература:

1. A. Sedra, K. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, New York, Oxford 2004, ISBN 0-19-514252-7.

2. T.Schubert, E.Kim, Active Non-Linear Electronics, Wiley, New York, 1996.


Osnovi elektronikePredispitne obaveze:Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10%Kolokvijum I (prva nedelja decembra) 20%Kolokvijum II (poslednja nastavna nedelja) 20%


Ispit:Zadaci 20%Teorija 20%

Bez 20% predispitnih – NE MOŽE DA SE POLOŽI

Osnovi elektronikePredispitne obaveze:Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10%Kolokvijum I (prva nedelja decembra) 20%Kolokvijum II (poslednja nastavna nedelja) 20%


Ispit:Zadaci 20%Teorija 20%U januarskom roku Kolokvijumi se boduju sa po 50%

Osnovi elektronikePredispitne obaveze:

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10%Kolokvijum I (05.12.2013.) 20%Kolokvijum II (23.01.2014.) 20%


Ispit:Zadaci 20%Teorija 20%U januarskom roku Kolokvijumi se boduju sa po 50%

Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA

Osnovi elektronike


Pitanja?

Sadržaj

1. Uvod (Osnovi pojačavačke tehnike)2. Operacioni pojačavači 3. Realni pojačavači 4. Pojačavači sa povratnom spregom5. Oscilatori 6. Pojačavači velikih signala 7. Usmerači i stabilizatori8. Šumovi


Sadržaj 1. Uvod

a. Definicija pojačanja b. Osobine pojačavačac. Simbol pojačavačad. Klasifikacija pojačavača prema tipu signalae. Modeli pojačavačaf. Frekvencijske karakteristikeg. Polarizacijah. Prenosna karakteristika


16. oktobar 2014. Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

10

Pojačanje signala

Elektronikanastala iz potrebe da se obrađuju električni signali

Tipovi signala (fizički): svetlost, zvuk, pritisak, temperatura,...

Zašto obraditi? videti, čuti, osetiti – bolje/gore; dalje/bliže

Kako?Transformisati različite fizičke signale u one

kojima možemo da upravljamo – električne


11

Pojačanje signala

Konvertori u električne signale = transdjuseri (transducers)Npr. zvuk => mikrofon

svetlo => CCD ćelije pritisak => piezo element

Nećemo se baviti time - učićete u kursu o SENZORIMA

Za nas su oni IZVORI SIGNALA


12

Pojačanje signalaSvaki lanac za obradu signala počinje izvorom signala

Signal dolazi iz izvora – generatora signala koje tretiramo kaogenerator napona generator struje

Svaki realni generator električnog signala može se predstaviti ekvivalentim

naponskim (Tevenen) ili strujnim (Norton) generatorom.

Realni generator = idealni + unutrašnja otpornost


13

Pojačanje signala

Koliki su napon i struja na izlazu generatora sa slikeako su krajevi otvoreni?

)()( tvtv sio =

0)( =tiio

vio(t)=? vio(t)=?

)()( tiRtv ssio ⋅=

0)( =tiio

iio(t)=? iio(t)=?


14

Pojačanje signala

Koliki su napon i struja na izlazu generatora sa slikeako su krajevi kratkospojeni?

0)( =tvik

s

sik R

tvti )()( =

iik(t) iik(t)vik(t) vik(t)

0)( =tvik

)()( titi sik =


15

Pojačanje signala

Primer 1.1: Merenjem je utvrđeno da je napon praznog hoda generatora vio=10mV i da je struja kratkog spoja iik=10μA .

Odrediti vrednosti parametara modela ekvivalentnogTevenenovog generatora.

0=−− ioioss viRviov

0=ioi

=sv mV10=iov

0=− ios vv

0


16

Pojačanje signala


Odrediti vrednosti parametara modela ekvivalentnogTevenenovog generatora.

)()(

)()(

titv

titvR

ik

io

ik

ss == Ωk1==

AmVμ10

10

iki

0=ikv0=−− ikikss viRv

0

0=− ikss iRv


17

Pojačanje signala


Odrediti vrednosti parametara modela ekvivalentnogNortonovog generatora.

)()(

titvR

S

ios = Ωk1==

AmVμ10

10

0=− ioss viRiov

0=ioi

si


18

Pojačanje signala


Odrediti vrednosti parametara modela ekvivalentnogNortonovog generatora.

=si A10μ=ikisik ii =


19

Pojačanje signala

Kako izgleda proizvoljni električni signal?

Promenljiv i nepredvidljiv u vremenu


20

Pojačanje signalaTeško je obrađivati

ovakav signal u vremenskom domenu, još teže je projektovati kolo koje će to da radi.

Prelaz iz vremenskog u frekvencijski domen:

Furijeova transformacija

Jean Baptiste Joseph Fourier(1768 –1830)

Pierre-Simon, marquis de Laplace(1749 –1827)

Može li drugačije? Kako?


21

Pojačanje signala

Metod: Furijeov red

Svaki periodični vremenski promenljiv signal može se prikazati kao zbir prostoperiodičnih signala različitih amplituda i frekvencija.


22

Pojačanje signala

Šta je prostoperiodični signal?

)sin()sin()( tVtVtv aaa ωφω =+=

Amplituda: Va = max. vrednost

Frekvencija: f=1/T (Hz)

Kružna frekvencija ω=2π f (rad/s)

Faza φ=0 (za slučaj sa slike)

Kako bi izgledao za φ=π/2?

Trenutna vrednost; u trenutku t

Efektivna vrednost

Srednja vrednost2/aaeff VV =

0V =A


23

Pojačanje signala(Složeno) Periodični signal v(t) - periodično se

ponavlja u vremenu, ima definisanu periodu, a time i frekvenciju:

Amplituda: V

Frekvencija: fo=1/T (Hz)

Kružna frekvencija

ωο=2π f (rad/s)

Faza φ=0

v(t)

t

T


24

Pojačanje signala

Metod: Furijeov red

Svaki periodični vremenski promenljiv signal može se prikazati kao zbir prostoperiodičnih signala različitih amplituda i frekvencija.

...)5sin513sin

31(sin4)( +++= tttVtv ooo ωωω

π


25

Pojačanje signala(Složeno) Periodični signal

...5sin4513sin4

31sin4)( +++= tVtVtVtv ooo ω

πω

πω

πv(t)

Frekvencijski spektar pravougaonog periodičnog signala

harmonici

Osnovna frekvencija


26

Pojačanje signala

Aperiodični signal

Frekvencijski spektar

KONTINUALAN

v(t)

dalje


27

Pojačanje signala

Zadaci:

1. Odrediti frekvenciju i kružnu frekvenciju sinusnog signala periode 1ms.

2. Odrediti periode sinusnih signala frekvencija:50Hz, 1MHz, 1GHz.

(f=1kHz, ω=2000π)

(0.02s, 1μs, 1ns)


28

Pojačanje signala

Zadatak: Pojačati signal bez izobličenja – isti oblik veća amplituda

vu(t)vi(t)

)()( tvAtv ui ⋅=Pojačanje A = const.

Pojačanje signala – neophodno u svakom sistemu za obradu signala


29

Pojačanje signala

Simbol pojačavača

Uzemljenje, masa, referentni čvor

ulaz izlaz

Linearni pojačavač

vu(t)=Vusin(ωt) viz(t)=AVusin(ωt)

ulaz izlaz


30

Pojačanje signala

Modeli pojačavača:Tokom kursa razmatraćemo pojačavače

različite složenosti (jednostepeni, višestepeni),sa različitim komponentama (BJT, MOSFET)u različitim režimima rada (mali signali, veliki signali)

Pre toga razmatramoGENERALIZOVANI model na FUNKCIONALNOM nivou

(nivo_ponašanja = bihevioralni - šta rade, a ne kako i na osnovu čega obavljaju funkciju).

Na funkcionalnom nivou klasifikujemo pojačavače prema tipu signala


31

Model pojačavača napona

Idealni

Vu

Iu=0

Vi

Ii

Ru

Ri

0RR

i =∞=

= u ; [V/V] uViV

A

Pojačanje signala

AVu

ulaz izlaz


32

Model pojačavača naponaPojačanje signala

ulaz izlaz

Zašto je ovo važno?

Vu

Iu

Vi

IiVizRu

Ri

Realni

A0Vu

; [V/V]

; [V/V]

0 ;

0

0

0i =

===

=

>∞<

I

iu

uVizV

AuViV

A

uVizV

A

RR


33

Idealni naponski pojačavač opterećen i pobuđen iz realnog izvora

Pojačanje signala

vi vpvuvs

Rs

Rp

vi vpvuvs

Rs

RpA0vu

vpvs Rpvu

Ri

Ru=∞ AovuRs


34

Idealni naponski pojačavač opterećen i pobuđen iz realnog izvora

Pojačanje signala

uvAv oiz ⋅=

svvu = oA

uvizv

svpv

A ===Ukupno pojačanje

NE ZAVISI od Rs i Rp !!!

Zašto je ONO važno?

vpvs Rpvu

Ri

RuRs Aovu


35

Realni naponski pojačavač opterećen i pobuđen iz realnog izvora

Pojačanje signala

iRpR

pR

uvAv op +⋅⋅=

sRuR

uRsvvu +

⋅=

iRpR

pRA

uvv

A op

+⋅=≡

iRpR

pR

sRuRuR

Asvpv

o +⋅

+⋅=

Ukupno pojačanjeZAVISI od Rs i Rp !!!

Zašto je ONO važno?


36

Primer 1.3: Transdjuser koji daje na izlazu napon efektivne vrednosti od 1V i ima izlaznu otpornost od 1MΩ treba priključiti na potrošač od 10Ω. Izračunati naponsko i pojačanje snage kada se priključi:

a) direktnob) preko baferskog pojačavača koji ima

Ao=1, Ru=1MΩ i Riz=10Ω

Pojačanje signala

dalje


37

a) direktnoPojačanje signala

vsRs Rp vp

10

μV1011010

5

6

−==

==

≈+

=

svpv

A

V

vsRpR

vpRsR

pRv ssp

W/W10μW1pW10

μW1

pW101010

10

5

1110

2

−

−−

===

=+

⋅=

====

sPpP

A

pRsRsv

svsP

WpR

pvP

p

p


38

b) preko baferskog pojačavača (Ao=1, Ru=1MΩ i Riz=10Ω)

Pojačanje signala

dalje

vs

Riz

RuRs Aovu Rpvu vp

( )

[V/V] 52.01V

V25,0

V25,0

===

=⋅+

⋅⋅+

=

=⋅+

=

svpv

A

vuRsR

uRA

pRizRpR

vApRizR

pRv

so

uop

[W/W] 012500,50

25006,50

2,56

,50

mW5,62

2

====

=+

⋅=

==

μWμW

μWmW

sPpP

A

μWpRuR

svsvP

pRpv

P

p

S

p


39

Zadatak: Izmereno je da napon na izlazu pojačavača opadne za 20% kada mu se priključi potrošač od 1k. Kolika je izlazna otpornost pojačavača?

Pojačanje signala

(250Ω)

Domaći 1.1


40

Pojačanje signala

)()(

tvtvAA

u

iv == Pojačanje napona

)()(

titiA

u

is = Pojačanje struje

)()(

tPtPA

u

ip = Pojačanje snage


41

Pojačanje signala

dB

u

i

vvA =

Jedinica mere pojačanja?

u

is i

iA =u

iP P

PA =

V/V, A/A, W/W Iz praktičnih (i istorijskih) razloga koristi se logaritamska skala:

ss

v

Aa

Aa

log20

log20

=

=

log10 PP Aa ⋅= dB16. oktobar 2014. Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/42

Pojačanje signala

dB

Pažnja?Često se koristi dB da iskaže vrednost fizičke veličine!Tada dB označava vrednost u odnosu na 1, a dBm u odnosu na 10-3 (napona, struje ili snage).

W1log10

V1

log20

ii

ii

PP

VV

=

=

dBw

dBm

mW1log10

mV1

log20

ii

ii

PP

VV

=

=

dBm


43

Pojačanje signalaKoliki se napon očekuje na izlazu pojačava pobuđenog naponom od 0.1mV ako se zna da mu je pojačanje:

60 dB0 dB-20 dB

Koliko je pojačanje u dB kod pojačavača kod koga je pri ulaznom naponu od 1mV izmeren izlazni napon od

1 V100 mV100 μV

(0.1V)

(0.1mV)

(60dB)

(0.01mV)

(40dB)

(-20dB)


44

Zadatak: Pojačavač sa pojačanjem Ao=40dB, Ru=10k, Riz=1k, pobuđuje potrošač od Rp =1k.Izračunati ukupno naponsko pojačanje i pojačanje snage iskazano u dB.

Pojačanje signala

(50 V/V; 44dB)

Domaći 1.2


45

Zadatak: Izračunati ukupno naponsko i pojačanje snage trostepenog pojačavača sa slike pobuđenog izvorom čija je izlazna otpornost 100k i opterećenog potrošačem od 100Ω.

Pojačanje signala

(743,6 V/V; 57,4 dB; 66,9 108 W/W; 98,3dB)

vu1

10vu1

vu2

100vu2

vu3

1vu3

Domaći 1.3


46

Klasifikacija pojačavača prema tipu signalaNaponski: Vu Vi

Idealni

Vu

Iu=0

Vi

Ii

Ru

Ri

0RR

i =∞=

= u ; [V/V] uViV

A

Pojačanje signala

; [V/V]

0 ;

0i =

==

>∞<

Io

iu

uViV

AA

RR

Vu

Iu

Vi

Ii

Ru

Ri

Realni


AVu

AVu


47

Klasifikacija pojačavača prema tipu signalaStrujni: Iu Ii

Idealni

Pojačanje signala

; [A/A]

0

0i =

==

∞<>

Vsos

iu

uIiIAA

RRRealni

Vu=0

Iu

Vi

Ii

∞==

=i

u

R0R

; [A/A] uIiIAs

Vu

Iu

Vi

Ii

RiRu


AIu

AIu


48

Klasifikacija pojačavača prema tipu signalaTranskonduktansni: Vu Ii (napon u struju)

Idealni

Pojačanje signala

; [A/V]

0

0i =

==

∞<∞<

Vmm

iu

uViIGG

RRRealni

Vu

Iu=0

Vi

Ii

Ri

∞=∞=

=i

uRR

[A/V] uViI

Gm

Vu

Iu

Vi

Ii


GmVuRu

RuGmVu Ri

Dodatak


49

Klasifikacija pojačavača prema tipu signalaTransrezistansni: Iu Vi (struja u napon)

Idealni

Pojačanje signala

; [V/A]

0 0

0

0i =

==

>>

I

mm

iu

uIiV

RR

RR

Realni

00

[V/A] ==

=i

uRR

uIiV

RmVu=0

Iu

Vi

Ii

Ru

Ri

u

Iu

Vi

IiRi

RmIu

RmIuRu

Dodatak


50

Svi navedeni modeli mogu ravnopravno da se koriste za modelovanje realnog pojačavača!

Primer:

Pojačanje signala

iRRVAiRIAV

u

ususi ⋅⋅=⋅⋅=

u

su

i

RiR

AVVA ⋅==


51

Svi navedeni modeli mogu ravnopravno da se koriste za modelovanje realnog pojačavača!

Pojačanje signala

upi

uu

pip

ii

uuuu

uu

pi

pui

IRR

RAVRR

ARVI

IRVRVI

RRR

VAV

⋅+⋅

=⋅+

==

⋅=⇒=

+⋅⋅=

ARRA

RRRA

iRRR

II

iRRR

A

IARR

iRI

i

us

pi

upi

u

ipis

uspi

i

⋅=

+⋅+

=+

=

⋅+

=


52

Najčešće ćemo u okviru ovog kursa govoriti o

Pojačavačima napona:

Pojačanje signala

u

io V

VA =

Idealni

Vu

Iu

Vi

Ii

Ru

Ri

Vu

Iu

Vi

Ii

Ru

Ri

Realni



53

Pojačanje signala

Da pojača ulazni signal BEZ IZOBLIČENJA isti oblik veća amplituda

vu(t)vi(t)

)()( tvAtv ui ⋅=

Pojačanje A = const.

Uloga pojačavača:


54

Šta smo naučili?

• Koja je uloga pojačavača?

• Definicija pojačanja: napona, struje i snage –jedinice

• Razlika između idealnih i realnih pojačavača – sa stanovišta ulazne i izlazne impedanse

Na web adresi http://leda.elfak .ni.ac.rs

> EDUCATION > OSNOVI ELEKTRONIKE

slajdovi u pdf formatu


55

Ispitna pitanja1. Karakteristike prostoperiodičnog i složenoperiodičnog

signala?2. Klasifikacija pojačavača prema tipu signala koji pojačavaju.3. Model idealnog pojačavača napona.4. Model realnog pojačavača napona.5. Ukupno pojačanje napona idealnog opterećenog pojačavača

napona pobuđenog iz realnog izvora6. Ukupno pojačanje napona realnog opterećenog pojačavača

napona pobuđenog iz realnog izvora


56

Sledeće nedelje:

Osnovi pojačavačke tehnike (nastavak)

• Uzroci izobličenja signala

• Frekvencijske karakteristike pojačavača

• Jednosmerno napajanje i prenosna karakteristika pojačavača

• Klasifikscija pojačavača





57

Sledeće nedelje:

Osnovi pojačavačke tehnike (nastavak)

• Tipovi i uzroci izobličenja

• Frekvencijske karakteristike pojačavača

• Jednosmerno napajanje i prenosna karakteristika pojačavača

• Klasifikscija pojačavača




Documents

Основна 1. В Литовски Основи Академска , 2006, ISBN 86 ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2014-15/EEN/01... · Zadaci 20% Teorija