Forelesning nr.5 IN 1080 Mekatronikk. RC-kretser

Like dokumenter
Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer. RC-kretser

Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer. RC-kretser

Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer

Forelesning nr.6 IN 1080 Elektroniske systemer. Strøm, spenning og impedans i RC-kretser Anvendelser av RC-krester

Forelesning nr.7 IN 1080 Elektroniske systemer. Spoler og induksjon Praktiske anvendelser Nøyaktigere modeller for R, C og L

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Spoler og RL-kretser

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Spoler og RL-kretser

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Spoler og RL-kretser

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 IN 1080 Mekatronikk. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.7 INF 1411 Elektroniske systemer. Tidsrespons til reaktive kretser Integrasjon og derivasjon med RC-krester

Fasit og sensorveiledning eksamen INF1411 våren Oppgave 1 Strøm, spenning, kapasitans og resistans (Vekt 20 %) A) B) Figur 1

Fasit og sensorveiledning eksamen INF1411 våren Oppgave 1 Strøm, spenning, kapasitans og resistans (Vekt 20 %) A) B) Figur 1

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

7.1 RESISTANS - SPOLE - KONDENSATOR TILKOPLET ENKELTVIS 7.1 RESISTANS - SPOLE - KONDENSATOR TILKOPLET VEKSELSTRØM ENKELTVIS

UNIVERSITETET I OSLO

Elektrisk immittans. Ørjan G. Martinsen

Forelesning nr.12 INF 1410

Forelesning nr.7 INF 1411 Elektroniske systemer. Tidsrespons til reaktive kretser Integrasjon og derivasjon med RC-krester

Forelesning nr.8 INF 1410

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s og kap. 16, s.

7.3 RESISTANS - SPOLE - KONDENSATOR KOPLET I KOMBINASJONER 7.3 RESISTANS - SPOLE - KONDENSATOR KOPLET TIL VEKSELSTRØM I KOMBINASJONER

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C = 1volt

Konduktans, susceptans og admittans er omregningsmetoder som kan benyttes for å løse vekselstrømskretser som er parallellkoplet.

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s kap. 16, s

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C = 1volt

Løsningsforslag eksamen inf 1410 våren 2009

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer. Effekt, serielle kretser og Kirchhoffs spenningslov

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer. Effekt, serielle kretser og Kirchhoffs spenningslov

En del utregninger/betraktninger fra lab 8:

UNIVERSITETET I OSLO

Lab 3: AC og filtere - Del 1

Forelesning nr.14 INF 1410

Forelesning nr.7 INF Kondensatorer og spoler

En ideell resistans som tilkoples en vekselspenning utvikler arbeid i form av varme.

Kapasiteten ( C ) til en kondensator = evnen til å lagre elektrisk ladning. Kapasiteten måles i Farad.

UNIVERSITETET I OSLO

Tidsbase og triggesystem. Figur 1 - Blokkskjema for oscilloskop

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C. 1volt

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer

Oppsummering om kretser med R, L og C FYS1120

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 3. 1 Teorispørsmål. (20 poeng)

UNIVERSITETET I OSLO

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 2

WORKSHOP BRUK AV SENSORTEKNOLOGI

LABORATORIERAPPORT. RL- og RC-kretser. Kristian Garberg Skjerve

Onsdag isolator => I=0

Laboratorieøving 1 i TFE Kapasitans

Forelesning nr.4 INF 1410

For å finne amplituden kan vi f.eks. ta utgangspunkt i AB=-30 og siden vi nå kjenner B finner vi A :

og P (P) 60 = V 2 R 60

Elektrolaboratoriet RAPPORT. Oppgave nr. 1. Spenningsdeling og strømdeling. Skrevet av xxxxxxxx. Klasse: 09HBINEA. Faglærer: Tor Arne Folkestad

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Elektriske kretser. Innledning

UNIVERSITETET I OSLO

Av denne ligningen ser vi at det bare er spenning over spolen når strømmen i spolen endrer seg.

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Løsningsforslag til øving 5

Løsningsforslag til øving 4

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektrisitet og magnetisme Vår 2007, uke12

Onsdag og fredag

FYS1120 Elektromagnetisme, Oppgavesett 11

INF1411 Oblig nr. 2 - Veiledning

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2018

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

Oppgaver til kapittel 4 Elektroteknikk

AC Network Analysis. Learning objectives. Ideell Kondensator (Capasitor) Structure of parallel-plate capacitor

LF - anbefalte oppgaver fra kapittel 2

Eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

U L U I 9.1 RESONANS 9.1 RESONANS SERIERESONANS. Figuren nedenfor viser en krets med ideelle komponenter. Figur 9.1.1

UNIVERSITETET I OSLO

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Løsningsforslag til EKSAMEN

EKSAMEN I FAG TFE4101 KRETS- OG DIGITALTEKNIKK

Lab 1 Innføring i simuleringsprogrammet PSpice

Mandag 7. mai. Elektromagnetisk induksjon (fortsatt) [FGT ; YF ; TM ; AF ; LHL 24.1; DJG 7.

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

UNIVERSITETET I OSLO

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

BINGO - Kapittel 11. Enheten for elektrisk strøm (ampere) Kretssymbolet for en lyspære (bilde side 211) Enheten for elektrisk ladning (coulomb)

FYSnett Grunnleggende fysikk 17 Elektrisitet LØST OPPGAVE

Oppgave 1 (30%) SVAR: R_ekv = 14*R/15 0,93 R L_ekv = 28*L/15 1,87 L

Enkle kretser med kapasitans og spole- bruk av datalogging.

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Øving 11. Veiledning: november.

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 9. desember 2005 kl

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Fredag 25. mai Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-1002 Elektromagnetisme. Adm.bygget B154 Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling

8.5 TREFASE ASYMMETRI MED R L C KOMPONENTER

FYS ØVELSE 3 KONDENSATOREN OG RC-FILTRE

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

TFE4100 Kretsteknikk Kompendium. Eirik Refsdal

Løsningsforslag for regneøving 1

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Transkript:

Forelesning nr.5 IN 080 Mekatronikk R-kretser

Dagens temaer Ulike typer impedans og konduktans Kondensatorer i serie og parallell Ulike typer respons R-kretser Impedans og fasevinkler Serielle R-kretser Parallelle R-kretser Temaene hentes fra kapittel 9.5-9.7, 0.-0.3 3.02.208 IN 080 2

Impedans Forholdet mellom spenning og strøm (/I) er impedans Impedans Resistivitet (frekvensuavhengig) Reaktans (frekvensavhengig) Idelle komponenter har bare én type impedans Fysiske komponenter har parastitteffekter av de andre typene i tillegg Induktiv reaktans Kapasitiv reaktans 3.02.208 IN 080 3

Admittans Forholdet mellom strøm og spenning (I/) heter admittans, og er det inverse av impedans. Admittans Konduktans (frekvensuavhengig) Suceptans (frekvensavhengig) Induktiv suceptans Kapasitiv suceptans 3.02.208 IN 080 4

Kapasitans for seriekoblede kondensatorer Hver kondensator lagrer samme ladning fordi strømmen mellom hvert element er den samme: KL gir at Dermed blir Utrykket har samme form som resistansen til resistorer i parallell 3.02.208 IN 080 5 n Tot Q Q Q Q 2 n S 2 n Tot n Tot n Tot Q Q Q Q 2 2 2 =Q/ t Q I

Kapasitans for parallellkoblede kondensatorer S Den totale ladningen er lik summen av ladningene over hver kondensator: Q Q Q Q Tot 2 n Siden Q=, blir Tot S S 2 S ns Tot 2 n Uttrykket har samme form som resistansen til resistorer i serie 3.02.208 IN 080 6

Kapasitiv reaktans En kondensator har frekvensavhengig impedans mot strøm Impedansen heter kapasitiv reaktans X c og er definert ved X c 2f Ut fra formelen ser man at Jo større frekvens, desto mindre reaktans Jo større kapasitans, desto mindre reaktans NB: I en ohmsk motstand er R et mål for resitivitet. Kapasitansen angir derimot ikke kapasitiv reaktans 3.02.208 IN 080 7

Kapasitiv reaktans seriell krets Den totale kapasitive reaktansen er summen av de individuelle reaktansene X c( tot) X X 2 X n Formelen for den totale kapasitive reaktansen har samme form som den totale resistansen til seriekoblede ohmske motstander 3.02.208 IN 080 8

Kapasitiv reaktans parallellkrets Det kan vises at den totale kapasitive reaktansen er lik c ( tot ) X c X tot X X ( ) 2 n Formelen for totale kapasitive reaktansen har sammen form som for den totale resistansen av parallellkoblede resistorer X X X 2 X n 3.02.208 IN 080 9

Kapasitiv spenningsdeler En kapasitiv spenningsdeler er en spenningsdeler konstruert med kondensatorer istedenfor ohmske motstander: ed å bruke KL kan man vise at spenningsdelingen er gitt av x X X x ( tot) S 3.02.208 IN 080 0

Respons En krets oppførsel kalles også respons, dvs hvordan oppfører den seg for ulike former for stimuli eller input Avhengig av hva slags stimuli kretsen påtrykkes oppfører den seg ulikt, dvs ulik respons Skal se nærmere på (for R-kretser): Naturlig respons Pulsrespons Sinusrespons Det finnes andre typer respons også (ikke pensum) 3.02.208 IN 080

Naturlig respons Naturlig respons er oppførselen når kretsen ikke lenger er utsatt ekstern påvirkning fra strøm/spenningskilder Men: i må forutsette at det har vært en påvirkning som gjør at det f.eks fortsatt går en strøm eller at en kondensator er oppladet. ed tidspunkt t=0 utsettes ikke kretsen lenger for påvirkning fra strøm/spenningskilder; responsen er bare bestemt av kretsens nautrlige oppførsel 3.02.208 IN 080 2

Naturlig respons for R-krets Antar at kondensatoren er oppladet ved tiden t=0 og har spenningen 0 v c Ønsker å finne et uttrykk for hvordan v c endrer seg over tid 0 Benytter Kirchhoffs strømlov på strømmene gjennom R og v c t R 0e 0e t 3.02.208 IN 080 3

Pulsrespons for R-krets () Basert på den naturlige responsen kan vi finne pulsresponsen til en R-krets Pulsresponsen er responsen på en spenningskilde som lager følgende spenning: 0, t s, t 0 0 3.02.208 IN 080 4

Pulsrespons for R-krets (2) Step-respons kan lages ved en ideel bryter som kobler en dc-kilde med spenning til kretsen ved tidspunkt t=0. Antar v c =0v over kondensatoren for t<0 F = v F R ( e t ) 3.02.208 IN 080 5

Pulsrespons for R-krets (3) i kan også lage en step-respons som går fra F til 0 ved t=0 Dette gir samme respons som for naturlig respons -tilfellet F =0v c = F v c F e t R F e t 3.02.208 IN 080 6

Pulsrespons for R-krets (4) i kan nå generalisere til en generell puls og ta hensyn til at kondensatoren eventuelt ikke lades helt opp/helt ut 3.02.208 IN 080 7 t t e I I I i e v F i F F i F ) ( ) ( ) ( R t e v F Generelt Oppladning fra 0 til F t R t e e v F F Utladning fra F til 0

Fasedreining Hvis et sinussignal forskyves i tid oppstår en faseforskyvning eller fasedreining φ Referanse Referanse Kurven er forskjøvet til høyre, φ er negativ og forsinket (eng: lags ) i forhold til referansen Kurven er forskjøvet til venstre, φ er positiv og leder (eng: leads ) i forhold til referansen 3.02.208 IN 080 8

Faseforhold mellom strøm og spenning I en resistor er strømmen gjennom og spenningen over i fase, dvs φ=0 I en kondensator er det fasedreining mellom strøm og spenning Fasedreiningen kan forstås ved å se på når endringen i en sinuskurve er størst og minst i dv dt 3.02.208 IN 080 9

Faseforhold mellom strøm og spenning (forts) Strømmen gjennom en kondensator er størst når endringen i spenningen over den er størst, og minst når endringen i spenningen er minst Når Når spenningen er på det største (minste) er endringen lik 0, dvs strømmen lik 0 spenningen er 0, er endringen størst, dvs strømmen er størst i dv dt Strømmen er derfor faseforskøvet med +90 grader i forhold til spenningen (dvs. til høyre) 3.02.208 IN 080 20

Effekt i kondensatorer En ideel kondensatoer vil ikke forbruke energi, men kun lagre og deretter avgi energi Effekten som lagres når strøm og spenning har samme polaritet vil avgis når strøm og spenning har motsatt polaritet 3.02.208 IN 080 2

R-kretser R-kretser består av én eller flere resistorer og én eller flere kondensatorer R-kretser er enten serielle eller parallelle, dvs en resistor og en kondensator i serie eller i parallell Større og mer kompliserte kretser kan deles opp i mindre serielle og/eller parallelle kretser som analyseres separat Lettest å analysere oppførselen for sinussignaler 3.02.208 IN 080 22

Serielle R-kretser I en ren resistiv krets er strøm og spenning i fase, dvs φ=0 I en seriell R-krets vil det være faseforskyvning mellom Spenningen over hvert element i forhold til de andre elementene Spenningene over elementene i forhold til strømmen Strømmen gjennom alle elementene vil være i fase Avhengig av forholdet mellom resistansen og den kapasitive reaktansen, vil faseforskyvningen ligge mellom 0 o og 90 o 3.02.208 IN 080 23

Serielle R-kretser (forts) En seriell R-krets består av minst én resistor og minst én kondensator Spenningen R over motstanden R er i fase med strømmen I, og leder over s, dvs φ>0 R R leads S lags S R og har 90 o fasedreining S R I For å finne fasedreiningen mellom S og eller mellom S og I må man beregne den totale impedansen i kretsen I leads S 3.02.208 IN 080 24

Total impedans i seriell R-krets Z er den samlede impedansen mot vekselstrøm i en krets Impedansen har en frekvensuavhengig resistiv del R og en frekvensavhengig reaktiv del X Den resistive og reaktive delen har en fasedreining på -90 o i forhold til hverandre 3.02.208 IN 080 25

Total impedans i seriell R-krets (forts) Den totale impedansen er gitt av Z=R+X, R og X er vektorer («phasors»). Z finner man ved vektorsummasjon Siden Z er en vektor har den både en fasevinkel θ og en magnitude Z har fortsatt Ohm (Ω) som enhet Skal senere se hvordan bla total impedans enklere beregnes i det komplekse planet 3.02.208 IN 080 26

Total impedans i seriell R-krets (forts) Magnituden er lengden til Z og finnes ved Pythagoras: 2 Z R X Fasen θ finnes ved å beregne invers tangens til vinkelen 2 tan ( X R 3.02.208 IN 080 27 )

Serielle kretser og Ohms lov, KL og KL Når strøm, spenning og impedans er på vektorform, vil fortsatt Ohms lov, KL og KL gjelde Forutsatt at det er korte ledere/lave frekvenser Når man beregner faktiske ampere-, volt- og Ohmverdier samt fasedreining gjelder disse kun for en bestemt frekvens Andre frekvenser gir andre Z-, I- og -verdier og ulik fasedreining φ 3.02.208 IN 080 28

Faseforskjell strøm - spenning I en seriell R-krets er strømmen gjennom resistoren og kondensatoren den samme For å finne sammenhengen mellom s, R og bruker man KL og vektoraddisjon (samme som for å finne Z) S 2 2 R tan ( ) R 3.02.208 IN 080 29

Faseforskjell strøm - spenning (forts) Siden strømmen I og resistorspenning R er i fase, er fasedreiningen mellom I og S og R lik den mellom R og S eller X tan X ( R ) tan ( R ) 3.02.208 IN 080 30

Impedans, fasedreining og frekvens Diagrammet under oppsummerer sammenhengen mellom impedans, frekvens og fasedreining 3.02.208 IN 080 3

R lead/lag kretser R «lead»- og «lag»-kretser er faseskiftkretser I en R «lag»-krets er utspenningen out forskjøvet φ grader i forhold til in out er lik c, in lik s og φ=90 o -θ Kretsen kan også ses på som en spenningsdeler hvor X o X 90 tan ( ) out 2 R R X in 2 3.02.208 IN 080 32

R lead/lag kretser (forts) ed å bytte om R og får man en R-«lead»-krets Utspenningen tas over resistoren og φ og out er her gitt av R og X tan X ( R ) out in R 2 R R X 3.02.208 IN 080 33

Oppsummeringsspørsmål Spørsmål fra forelesningene 4 og 5 3.02.208 IN 080 34