ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Podobne dokumenty
Generatory drgań sinusoidalnych LC

Wzmacniacz jako generator. Warunki generacji

Generatory. Podział generatorów

Ujemne sprzężenie zwrotne, WO przypomnienie

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Część 1. Transmitancje i stabilność

Demonstracja: konwerter prąd napięcie

Teoria obwodów / Stanisław Osowski, Krzysztof Siwek, Michał Śmiałek. wyd. 2. Warszawa, Spis treści

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

Elektronika i techniki mikroprocesorowe

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

Dobór współczynnika modulacji częstotliwości

Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

REZONANS SZEREGOWY I RÓWNOLEGŁY. I. Rezonans napięć

Generatory Podział generatorów

Wielkości opisujące sygnały okresowe. Sygnał sinusoidalny. Metoda symboliczna (dla obwodów AC) - wprowadzenie. prąd elektryczny

Siła elektromotoryczna

u (0) = 0 i(0) = 0 Obwód RLC Odpowiadający mu schemat operatorowy E s 1 sc t = 0 i(t) w u R (t) E u C (t) C

A-2. Filtry bierne. wersja

Wzmacniacz operacyjny

Temat: Wzmacniacze selektywne

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

RÓWNANIE RÓśNICZKOWE LINIOWE

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Podstawowe człony dynamiczne

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

ĆWICZENIE 2 Wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

Generatory sinusoidalne LC

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

Temat: Wzmacniacze operacyjne wprowadzenie

LABORATORIUM PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH. Ćwiczenie nr 2. Pomiar pojemności i indukcyjności. Szeregowy i równoległy obwód rezonansowy

Wzmacniacze operacyjne

rezonansu rezonansem napięć rezonansem szeregowym rezonansem prądów rezonansem równoległym

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

GENERATORY DRGA K.M.Gawrylczyk 1

Wzmacniacze selektywne Filtry aktywne cz.1

SYNTEZA obwodów. Zbigniew Leonowicz

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Obwody prądu zmiennego

Laboratorium z Układów Elektronicznych Analogowych

Teoria obwodów elektrycznych / Stanisław Bolkowski. wyd dodruk (PWN). Warszawa, Spis treści

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Elektrotechnika teoretyczna

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Ćw. 6 Generatory. ( ) n. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wymagane informacje. 3. Wprowadzenie teoretyczne PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB

Procedura modelowania matematycznego

LABORATORIUM OBWODÓW I SYGNAŁÓW. Stany nieustalone

Ćwiczenie nr 05 1 Oscylatory RF Podstawy teoretyczne Aβ(s) 1 Generator w układzie Colpittsa gmr Aβ(S) =1 gmrc1/c2=1 lub gmr=c2/c1 gmr C2/C1

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

Tranzystor bipolarny. przykłady zastosowań cz. 1

Generatory sinusoidalne

Ćwiczenie - 7. Filtry

Elektronika i energoelektronika

Układy pasywne RLC. 1. Czas trwania: 6h

Teoria obwodów. 1. Zdanie: skutek kilku przyczyn działających równocześnie jest sumą skutków tych przyczyn działających oddzielnie wyraża:

Systemy liniowe i stacjonarne

Wartość średnia półokresowa prądu sinusoidalnego I śr : Analogicznie określa się wartość skuteczną i średnią napięcia sinusoidalnego:

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Ćwiczenie 3 BADANIE OBWODÓW PRĄDU SINUSOIDALNEGO Z ELEMENTAMI RLC

LABORATORIUM ELEKTRONIKA. Opracował: mgr inż. Tomasz Miłosławski

12. Zasilacze. standardy sieci niskiego napięcia tj. sieci dostarczającej energię do odbiorców indywidualnych

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Wzmacniacze. sprzężenie zwrotne

Ćwiczenie - 8. Generatory

) I = dq. Obwody RC. I II prawo Kirchhoffa: t = RC (stała czasowa) IR V C. ! E d! l = 0 IR +V C. R dq dt + Q C V 0 = 0. C 1 e dt = V 0.

2.Rezonans w obwodach elektrycznych

Opis matematyczny. Równanie modulatora. Charakterystyka statyczna. Po wprowadzeniu niewielkich odchyłek od ustalonego punktu pracy. dla 0 v c.

Politechnika Białostocka

BADANIE PRZERZUTNIKÓW ASTABILNEGO, MONOSTABILNEGO I BISTABILNEGO

Stabilność. Krzysztof Patan

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład 1. 9 marca Krzysztof Korona

Wykład Drgania elektromagnetyczne Wstęp Przypomnienie: masa M na sprężynie, bez oporów. Równanie ruchu

Ćwiczenie 3 Obwody rezonansowe

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład lutego Krzysztof Korona

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Analiza właściwości filtrów dolnoprzepustowych

(EL1A_U09) 4. Przy otwartym przełączniku, woltomierz idealny wskazał 0. Po zamknięciu wyłącznika woltomierz i amperomierz idealny wskażą:

Ćwiczenie 21. Badanie właściwości dynamicznych obiektów II rzędu. Zakres wymaganych wiadomości do kolokwium wstępnego: Program ćwiczenia:

Zaliczenie wykładu Technika Analogowa Przykładowe pytania (czas zaliczenia minut, liczba pytań 6 8)

Ogólny schemat blokowy układu ze sprzężeniem zwrotnym

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Spis treści 3. Spis treści

Wstęp. Doświadczenia. 1 Pomiar oporności z użyciem omomierza multimetru

Tranzystor bipolarny. przykłady zastosowań

Temat: Generatory napięć sinusoidalnych wprowadzenie

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

4.2 Analiza fourierowska(f1)

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

Generatory przebiegów niesinusoidalnych

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Ćwiczenie 2 STANY NIEUSTALONE W OBWODACH RC, RL I RLC

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Wydział IMiC Zadania z elektrotechniki i elektroniki AMD 2014 AMD

Transkrypt:

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM D. B. Tefelski Zakład VI Badań Wysokociśnieniowych Wydział Fizyki Politechnika Warszawska, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa, PL 28 lutego 2011 Stany nieustalone, stabilność układów, kryteria stabilności, wytwarzanie drgań

Plan prezentacji 1 Wstęp 2 Sygnały, uzupełnienie Twierdzenie o próbkowaniu 3 Stany nieustalone Stany ustalone i nieustalone Stabilność układów 4 Generatory Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Wytwarzanie sygnałów prostokątnych Generatory dwójnikowe Generatory samodławne

Twierdzenie o próbkowaniu Twiedzenie o próbkowaniu Jeśli sygnał ciągły w czasie ma ograniczone widmo, czyli, nie zawiera składowych częstotliwości większych niż f g, to taki sygnał może być odtworzony bez zniekształceń z próbek pobieranych z częstotliwością nie mniejszą niż 2 f g Przykład: skrypt w octave

Stany ustalone i nieustalone Stan ustalony Postać odpowiedzi układu jest identyczna z postacią wymuszenia. Po dołączeniu do obwodu zawierającego elementy liniowe, siły elektromotorycznej, płynie prąd, którego przebieg w czasie po pewnym okresie trwania zaburzenia będzie miał taki sam charakter, jak charakter siły elektromotorycznej. Stanem ustalonym jest także stan bez siły elektromotorycznej, dla którego prądy są równe 0.

Stany ustalone i nieustalone Stan nieustalony Stanem nieustalonym w obwodzie elektrycznym nazywamy stan przejściowy między dwoma stanami ustalonymi. Czas trwania stanu nieustalonego określa stała czasowa obwodu. Stan nieustalony związany jest z przepływem energii zgromadzonej w postaci pola elektrycznego w kondensatorach i pola magnetycznego w cewkach.

Stabilność układów Stablilność układów Stabilność jest rozumiana w sensie ograniczonej co do wartości odpowiedzi na wymuszenie o skończonej wartości, dla dowolnej chwili t. Stabilność układów Układ nazywamy stabilnym, jeśli jego odpowiedź czasowa na skończoną wartość pobudzenia będzie ograniczona co do wartości w dowolnej chwili t. Stabilność układu może być oceniana na podstawie odpowiedzi impulsowej. Jeśli odpowiedź 0 albo pozostaje na stałym poziomie przy t to układ jest stabilny. Jeśli odpowiedź impulsowa rośnie z czasem to układ jest niestabilny.

Stabilność układów Odpowiedź impulsowa Odpowiedź impulsowa jest odwrotną transformatą Laplace a transmitancji operatorowej. h(t) = L 1 [T (s)] W przypadku biegunów jednokrotnych s i dla i = 1, 2,..., n na podstawie metody residuów, odpowiedź impulsowa wynosi: h(t) = n A i e s i t i=1

Stabilność układów Własności stabilności Jeśli wszystkie bieguny s i znajdują się w lewej części półpłaszczyzny zmiennej zespolonej, to odpowiedź impulsowa 0 W przypadku istnienia biegunów wielokrotnych, mamy m - biegunów wielokrotnych: h(t) = n A i e s i t + i=1 m B k te s kt k=1 Jeśli bieguny znajdują się w lewej części półpłaszczyzny, to odpowiedź 0, dla t - układ stabilny asymptotycznie. Gdy bieguny znajdą się na osi urojonej, to układ może być stabilny ale nie asymptotycznie, jeśli bieguny są pojedyncze. Jeśli wielokrotne to niestabilny - ze względu na człon proporcjonalny do czasu. Ponieważ B k te s kt = B k t(cos ωt + j sin ωt) rośnie z czasem.

Stabilność układów Własności stabilności Oś urojona stanowi granicę stabilności (na osi urojonej stabilne przy biegunach jednokrotnych, niestabilne przy wielokrotnych) Bieguny położone na osi rzeczywistej dają stan aperiodyczny np. impuls, który dąży do 0 (stabilność asymptotyczna). Bieguny zespolone dają stan oscylacyjny. Odpowiedź niezanikająca z czasem, ale o ograniczonej amplitudzie to stabilność zwykła Odpowiedź narastająca z czasem to układ niestabilny.

Generatory Są to układy wytwarzające sygnały elektryczne o określonym kształcie. Przetwarzają energię ze źródła prądu stałego i zamieniają ją w energię prądu zmiennego. W generatorach mocy (w których ważnym parametrem jest moc wyjściowa), stosuje się parametry P wy oraz ze względu na straty przetwarzania energii wprowadza się pojęcie sprawności η = Pwy P we

Generatory - wytwarzane sygnały Generatory sygnałów sinusoidalnych (mała zawartość składowych harmonicznych) Generatory relaksacyjne (duża zawartość składowych harmonicznych)

Typy generatorów Generator w oparciu o dwójnik z ujemną rezystancją dynamiczną Generator w oparciu o czwórnik ze sprzężeniem zwrotnym (wzmacniacz o wzmocnieniu napięciowym K u, czwórnik sprzężenia zwrotnego o współczynniku transmitancji β u ) K u = Ku(jω) = K u e jϕu β u = β u (jω) = β u e jψu K u K f = 1 K u β u

1 K u β u = 0 Re(K u β u ) = 1 Im(K u β u ) = 0 Warunki dostateczne wzbudzenia 1 K u β u = 1 - warunek amplitudy 2 ϕ u + ψ u = 0 + 2kπ (k = 0, 1, 2...) - warunek fazy Pierwszy warunek określa, że układ będzie wytwarzał drgania, gdy wzmacniacz kompensuje działanie tłumiące czwórnika sprzężenia zwrotnego. Drugi warunek określa, że układ będzie wytwarzał drgania, gdy suma przesunięć fazowych wytworzonych przez wzmacniacz i sprzężenie zwrotne wynosi wielokrotność 2π. Częstotliwość drgań zależy głównie od sprzężenia zwrotnego. Amplituda od wzmocniena wzmacniacza.

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Generatory LC Warunki dla czwórników typu Π w sprzężeniu zwrotnym o impedancjach Z 1, Z 12, Z 2 : 1 1 βk u = 0; K u Z 1 Z 1 +Z 12 = K u Z 1 2 Z 1 + Z 2 + Z 12 = 0 - warunek fazy Typy generatorów Generator Meissnera Generator Hartleya Generator Colpitsa Generator Clappa Z 2 = 1 - warunek amplitudy

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Generator Meissnera

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Generator Hartleya

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Generator Colpitsa

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Generator Clappa

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Generatory piezoelektryczne Rezonator kwarcowy Częstotliwość rezonansu szeregowego (napięciowego): 1 f s = 2π L sc s Częstotliwość ( rezonansu ) równoległego (prądowego): f r fs 1 + Cs 2C o Dobroć rezonatora kwarcowego: ωsls R s = 1 ω sr sc s Częstotliwość rezonansu równoległego jest większa od szeregowego nie więcej niż o 0.5%. Dobroć osiąga wartości 10 4 10 7. Częstotliwości z przedziału 100Hz 200 MHz.

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Rezonatory kwarcowe pracują jako element reaktancyjno indukcyjny w zakresie fs < f < fr. Wstawiony do generatora Coplittsa zamiast cewki daje generator Pierce a. Rezonatory kwarcowe mają najlepszą stabilność częstotliwości: 10 6 10 11.

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Generatory RC Generatory RC Stosuje się dla małych i średnich częstotliwości (10Hz 100kHz). Cechy: Szerszy zakres przestrajania niż generatory LC małe rozmiary dla małych częstotliwości - w przeciwieństwie do gen. LC Stałość częstotliwości 10 3 10 5 Mała zawartość harmonicznych (0.1% 1%)

Wytwarzanie sygnałów sinusoidalnych Zasady podłączenia czwórnika do wzmacniacza 1 Czwórnik o przesunięciu fazowym ψ u = ±π np. czwórniki łańcuchowe muszą być połaczone ze wzmacniaczem z przesunięciem fazowym π 2 Czwórnik o przesunięciu fazowym ψ u = 0 i minimalnym tłumieniu przy częstotliwości quasi-rezonansowej np. półmostek Wiena muszą być podłączone w obwodzie dodatniego sprzężenia zwrotnego (przesunięcie fazowe 0 lub 2π) 3 Czwórniku o przesunięciu fazowym ψ u = 0 i maksymalnym tłumieniu przy częstotliwości quasi-rezonansowej np. czwórniki typu T muszą być podłączone w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego z przesunięciem fazowym π

Wytwarzanie sygnałów prostokątnych Przerzutniki astabilne

Generatory dwójnikowe Generatory dwójnikowe Elementy o ujemnej rezystancji dynamicznej Charakterystyka prądowo-napięciowa typu N: dioda tunelowa, magnetron, dioda lawinowa itd... Charakterystyka prądowo-napięciowa typu S: przyrządy gazowane np. neonówka, łuk elektryczny... Przy wykorzystaniu rezonatorów wnękowych pracują także w zakresie mikrofalowym.

Generatory samodławne Generatory samodławne