konsultacije: po dogovoru, najkasnije tri dana pred ispit...
TRANSCRIPT
Osnovi digitalne elektronike• Dr Milan Ponjavić, [email protected]
konsultacije: po dogovoru, najkasnije tri dana pred ispit/kolokvijum
• Miroslav Pajić, [email protected]
• 4-6 lab vežbi • 2 kolokvijuma (30)• I kolokvijum-kol. Nedelja, II kolokvijum,
max 7 dana pred junski rok• Ispit (40)
• JohnWekerly, Digital Design...• D.Živković, M.Popović, Impulsna i
digitalna elektronika• M.Ponjavić, V.Rajović, L. Karbunar,
Zbirka rešenih zadataka iz osnova digitalne elektronike
• Automobili• Građ. Mašine• Hemijska industr.• Elektron. industr• Obnovljivi izvori • Prehramb. idustr• Nafta i gas• Farmacija• Industr. palstike• metalurgija
• Tekstil. industr.• Prerada vode• Prerada drveta• Kompresori• Liftovi i stepenice• Motori/generatori• Rashl.-grejni sistemi• Kompresori...
Embedded PC
2.5 inch
3.5 inch
5.25 inch
5V, 500mA
Ugrađeni u kutiju
PC104 (/Plus)
Kola i komponente u impulsnom režimu rada
• Impuls→superpozicija dve Hevisajdove odskočne funkcije.
• Realizacija Hevisajdove odskočne funkcije pomoću prekidača:
KOLO bez generatora
+
−
0( ) ( )Uv t U u t= ⋅
( )Iv t KOLO bez generatora
( )Iv t+
−0U
00 , 0, 0 ,U Ut v t v U− += = = =
Linearno kolo “nelinearno” kolo
Sa praktičnog stanovišta nebitna je vrednost u 0, a 0+ i 0- imaju smisao samo kao ±1ms ili ±1ns...
• Moguće je kolo sa konstantnim izvorom i prekidačem da se predstavi kao kolo bez prekidača i sa Hevisajdovim izvorom.
• Više generatora →superpozicija, • više prekidača→superpozicija
Analiza (rešavanje) kola
• Ako je kolo linearno, odziv se računa rešavanjem diferencijalne jednačine sistema,o u vremenskom domenu, o pomoću Laplasove trnasformacije, o Košijevim računom ostatka
• Ako je nelinearno, moguće ga je sistemom prekidača aproksimirati deo po deo linearnim kolom, a zatim ga rešiti superpozicijom.
• Predstava pomoću prekidača ima jasniji fizički smisao, mogu da se uoče ograničenja koja se ne vide kada se koristi generator sa Hevisajdovom odskočnom funkcijom
• Posebno lako se analiziraju linearna kola prvog reda sa tj. kola sa jednim reaktivnim elementom (C,L), ili sa više reaktivnih elemenata koji mogu da se svedu na jedan reaktivni element
( kalemski presek, kondenzatorska petlja*).
Neka se u trenutku t = 0* zatvori prekidač. Potencijal u proizvoljnoj tački kola (struja proizvoljne grane) , za t>0 se dobija preko formule
KOLO bez generatora
( )Av t+
−0U
A
( ) /( ) ( ) (0 ) ( ) tA A A Av t v v v e τ−= ∞ + + − ∞
KOLO saeliminisanim
nez. genekvC
ekvR/
ekv ekv
ekv ekv
R CL R
ττ
==
+
−
1R
2R
C
4R
3R
0UIv
40
3 4 1( , 0 )I
Rv t UR R R
−∈ − ∞ =+ +
Primer:
3 40
3 4 1( ,0 )C
R RU t UR R R
− +∈ − ∞ =+ +
+
−
1R
2R
(0 )CU +
4R
3R
0UIv
+
−
40
3 4 1(0 ) ( , 0 )I I
Rv v t UR R R
+ −= ∈ − ∞ =+ +
( )3 4 1 2( ) || ||C R R R Rτ = +
40
3 4 2 1( )
||IRv U
R R R R∞ =
+ +
Algoritam za svaku promenu stanja prekidača (svaku ivicu pobudnog signala)
• Određivanje akumulisane energije u t = 0-• Određivanje traženog napona u t = 0+• nalaženje vremenske konstante• određivanje asimptotske vrednosti napona u
stacionarnom stanju
Ukoliko , jednosmerni strujni izvor puni kondenzator, ili jednosmerni naponski izvor puni kalem:
+
−0I
(0 )CU −
linearne funkcije!
0( ) (0 )C CI tu t UC
⋅= − +
( ) (0 )L LU ti t I
L⋅= − +
Standardna impulsna kola
RC integrator ( RC niskopropusni filter):
+
−
R
0UC +
−
R
0 ( )U u t⋅C
0(0 ) 0, ( ) ,v v U RCτ+ = ∞ = =
/0( ) (1 )t RCv t U e−= −
Ti me
0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40msV( C4: 2) V( C3: 2) V( C2: 2) V( C1: 2)
0V
5V
10VV( V1: +)
0V
5V
10V
SEL>>
Odziv za različite vremenske konstante τ=0.5m, 1m, 5m, 20m.
Za malo t u odnosu na RC, → integrator 0( ) U tv tRC
=
Ti me
1. 000ms 1. 050ms 1. 100ms 1. 150ms 1. 200ms 1. 250ms 1. 300ms0. 954msV( C4: 2) V( C3: 2) V( C2: 2) V( C1: 2)
0V
2. 0V
4. 0V
SEL>>
V( V1: +)0V
5V
10V
•3τ -vreme potrebno da napon dostigne 95% konačne vrednosti•5τ -vreme potrebno da napon dostigne 99.3% konačne vrednosti
Vreme uspona se definiše kao vreme potrebno da se od 10% dostigne 90%
( )0 0 0
/0 0 0 0
0 0
0 0
(0 ) 0.1 , ( ) , ( ) 0.9
0.9 0.10.9ln ln 9 2.20.1
t
v U v U v t U
U U U U eU UtU U
τ
τ τ τ
− ∆
+ = ∞ = ∆ =
= + −−∆ = − = =−
Analogno tome, ako se dovodi silazna ivica:
Ti me
0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40msV( C4: 2) V( C3: 2) V( C2: 2) V( C1: 2)
0V
5V
10V
SEL>>
V( V1: +)0V
5V
10V
Vreme pada se definiše kao vreme potrebno da od 90% signal padne na 10% i iznosi 2.2τ.
Odziv na povorku impulsa:
Ti me
0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV( C1: 2)
0V
10V
SEL>>
V( C4: 2)0V
5V
10VV( C2: 2)
0V
5V
10VV( C3: 2)
0V
5V
10VV( V1: +)
0V
5V
10V
RC diferencijator ( RC visokopropusni filter):
Za t < 0 kolo je u stacionarnom stanju,
+
−R
C
0 ( )U u t⋅
( 0) 0, ( 0) 0I Cv t U t< = < =
0 0(0 ) (0 ) (0 ) 0I u Cv v U U U+ = + + + = + =
/0( ) 0, ( ) t RC
I Iv RC v t U eτ −∞ = = → =
Ti me
0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40msV( R5: 2)
0V
10V
SEL>>
V( R6: 2)0V
5V
10VV( R7: 2)
0V
5V
10VV( R8: 2)
0V
5V
10VV( V1: +)
0V
5V
10V
Ti me
0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40msV( R5: 2)
-10V
-5V
0VV( R6: 2)
-10V
-5V
0VV( R7: 2)
-10V
-5V
0VV( R8: 2)
-10V
-5V
0VV( V1: +)
0V
10V
SEL>>
Ukoliko se dovede negativan Hevisajd*
Ti me
0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80msV( R5: 2)
-10V
10V
SEL>>
V( R6: 2)-10V
0V
10VV( R7: 2)
-10V
0V
10VV( R8: 2)
-10V
0V
10VV( V1: +)
0V
5V
10V
Odziv na povorku impulsa
+
−R
C
Peak detektor
Uspostavljač nivoa
+
−R
C
0 ( )U u t⋅
Ti me
5. 0ms 10. 0ms 15. 0ms 20. 0ms 25. 0ms 30. 0ms 35. 0ms 40. 0ms0. 5msV( D1: 1)
-10V
-5V
0V
SEL>>
Primer*: prekidačko kapacitivni izvor negativnog napajanja
Ti me
0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 340usV( R5: 2)
-12. 00V
-8. 00V
-4. 00V
-0. 15V
SEL>>
V( C9: 1)
0V
5V
10V
15V
Dioda i tranzistor u impulsnom režimu rada
Dioda +
−R
Dv+ -
Di
Ti me
9. 00ns 9. 50ns 10. 00ns 10. 50ns 11. 00ns 11. 50ns 12. 00ns 12. 50ns 13. 00ns 13. 58nsI ( D6)
-20A
0A
20A
SEL>>
V( D6: 1, D6: 2)
-5. 0V
0V
V( V1: +)-10V
0V
10V
Ti me
0s 20us 40us 60us 80us 100us 120us 140us 160us 180us 200usV( Q1: c)
0V
2. 5V
5. 0V
SEL>>
-I ( R1)0A
2. 5mA
5. 0mAV( Q1: b)
500mV
550mV
600mVI b( Q1)
0A
100uA
Ti me
20us 40us 60us 80us 100us 120us 140us 160us 180us1us 200usV( R1: 1)
0V
2. 0V
4. 0V
SEL>>
-I ( R1)0A
2. 5mA
5. 0mAV( Q1: b)
550mV
575mV
600mV
I b( Q1)0A
200uA
Ti me
0s 20us 40us 60us 80us 100us 120us 140us 160us 180us 200usV( R1: 1)
0V
2. 0V
4. 0V
SEL>>
-I ( R1)0A
2. 5mA
5. 0mAV( Q1: b)
550mV
575mV
600mVI ( I 2)
0A
100uA
200uA
Ti me
20. 0us 40. 0us 60. 0us 80. 0us 100. 0us 120. 0us 140. 0us 160. 0us 180. 0us0. 7usV( M1: d)
5V
10V
SEL>>
-I ( R2)
0A5mA
10mA15mA
V( M1: g)0V
10V
20VV( V2: +)
0V
10V
20V