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

Like dokumenter
Forelesning nr.7 INF 1411 Elektroniske systemer. Tidsrespons til reaktive kretser Integrasjon og derivasjon med 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.5 INF 1411 Elektroniske systemer. RC-kretser

Forelesning nr.5 IN 1080 Mekatronikk. RC-kretser

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

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 IN 1080 Mekatronikk. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.14 INF 1410

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

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

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

Forelesning nr.12 INF 1411 Elektroniske systemer. Opamp-kretser Oscillatorer og aktive filtre

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Forelesning nr.8 INF 1410

Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer

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

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 4

Forelesning nr.7 INF Kondensatorer og spoler

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 4

Forelesning nr.12 INF 1411 Elektroniske systemer. Opamp-kretser Oscillatorer og aktive filtre

UNIVERSITETET I OSLO

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

Forelesning nr.1 INF 1410

Forelesning nr.12 INF 1410

UNIVERSITETET I OSLO

Kontrollspørsmål fra pensum

En del utregninger/betraktninger fra lab 8:

Løsningsforslag eksamen inf 1410 våren 2009

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Lab 3: AC og filtere - Del 1

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

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

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

01-Passivt Chebychevfilter (H00-4)

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 2

Lab 1 Innføring i simuleringsprogrammet PSpice

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

Forelesning nr.12 INF 1411 Elektroniske systemer

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

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS Elektromagnetisme Fredag 31. august 2012 Kl 09:00 13:00 adm. Bygget, rom B154

Muntlig eksamenstrening

Elektriske kretser. Innledning

Oppsummering om kretser med R, L og C FYS1120

Oppgave 3 -Motstand, kondensator og spole

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2018

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer. Felteffekt-transistorer

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

Onsdag og fredag

INF1411 Oblig nr. 3 Vår 2015

Antall oppgavesider:t4 Antall vedleggsider: 1 KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET

Design og utforming av et anti-alias-filter

Motstand, kondensator og spole

Innhold Oppgaver om AC analyse

FYS ØVELSE 3 KONDENSATOREN OG RC-FILTRE

Typiske spørsmål til en muntlig eksamen i IN5490 RF MEMS, 2008

Laboratorieøving 1 i TFE Kapasitans

«OPERASJONSFORSTERKERE»

303d Signalmodellering: Gated sinus a) Finn tidsfunksjonen y(t) b) Utfør en Laplace transformasjon og finn Y(s)

Eivind, ED0 Ingeniørfaglig yrkesutøvelse og arbeidsmetoder Individuell fremføring

Prøveeksamen 1. Elektronikk 8.feb Løsningsforslag

LABORATORIERAPPORT. Halvlederdioden AC-beregninger. Christian Egebakken

Elektrisk immittans. Ørjan G. Martinsen

Onsdag isolator => I=0

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

FYS1210 Løsningsforslag. Eksamen V2015

Oppgave 1 (30%) a) De to nettverkene gitt nedenfor skal forenkles. Betrakt hvert av nettverkene inn på klemmene:

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer

01 Laplace og Z-transformasjon av en forsinket firkant puls.

INF1510: Bruksorientert design

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til øving 5

Forelesning nr.9 INF 1411 Elektroniske systemer. Transistorer MOSFET Strømforsyning

Contents. Oppgavesamling tilbakekobling og stabilitet. 01 Innledende oppgave om ABC tilbakekobling. 02 Innledende oppgave om Nyquist diagram

Treleder kopling - Tredleder kopling fordeler lednings resistansen i spenningsdeleren slik at de til en vis grad kanselerer hverandre.

Forelesning nr.6 INF Operasjonsforsterker Fysiske karakteristikker og praktiske anvendelser

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

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

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer

Oppgaven må gis etter at vi har gjennomgått bodeplot for resonanskretser. Anta at opampen er ideell og kun fungerer som en ren forsterker Rf

og P (P) 60 = V 2 R 60

Prototyping med Arduino del 2

Transformanalyse. Jan Egil Kirkebø. Universitetet i Oslo 17./23. september 2019

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer

Transkript:

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

Dagens temaer Nøyaktigere modeller for ledere, R, C og L Tidsrespons til reaktive kretser med digital input RC-integrator/differensiator-respons til pulser og firkantbølger Dagens temaer er hentet fra kapittel 14.1-14.5,14.8 + tilleggsstoff 04.03.2016 INF 1411 2

Oppførsel til R, C, L og ledere ved høye frekvenser Har antatt hittil at ledere har liten og fast resistans, og at R er frekvensuavhengig og konstant Sett på noen parasitteffekter for C og L Virkelighetens verden er mer kompleks Resistansen i ledere er frekvensavhengig Kondensatorer blir til spoler ved høye frekvenser Spoler blir til kondensatorer ved høye frekvenser Resistorer blir til kondensatorer ved middels høye frekvenser og spoler ved veldig høye frekvenser Konklusjon: En krets må designes for et bestemt frekvensområde og vil ikke nødvendigvis fungere utenfor dette! 04.03.2016 INF 1411 3

Nøyaktigere modell av ledere Ideell karakteristikk: Ledere har verken kapasitans eller induktans, men noe resistans Fysisk leder: Nærhet til andre ledere og hvordan den er plassert kan lage parasittkapasitans og -induktans Eddy-strømmer går på tvers av lederen ved ac Skin-effekten skyldes Eddy-strømmer og gjør at det effektive tverrsnittet minker med frekvensen (strømmen går bare langs ytterkanten av lederen) og resistansen øker derfor med økende frekvens Signaler med ulike frekvenser vil møte ulik resistans gjennom samme leder 04.03.2016 INF 1411 4

Nøyaktigere modell av resistor (1) Ideell karakteristikk: Impedans er uavhengig av frekvens I praksis blir resistorer kompliserte kretser etter hvert som frekvensen blir høy (størrelsesorden GHz) Årsaken er at en resistor bygges med flere ulike materialer med ulike egenskaper 04.03.2016 INF 1411 5

Nøyaktigere modell av resistor (2) Ideell karakteristikk Fysisk karakteristikk 0 til 20 MHz: Ideell 100Mhz til 10GHz: Kapasitansen dominerer 10-30 GHz: Brått fall i Z (resonans) Fra 30 GHz : Induktans dominerer 04.03.2016 INF 1411 6

Nøyaktigere modell av kondensator (1) Ideell karakteristikk: Impedansen faller proporsjonalt med frekvensen I praksis blir også kondensatoren en komplisert krets etter hvert som frekvensen øker 04.03.2016 INF 1411 7

Nøyaktigere modell av kondensator (2) Ideell karakteristikk Fysisk karakteristikk Under 1 GHz: Nær ideell kondensator 1 til 10 GHz: Fall i impedansen (resonans) Over 10 GHz: Induktiv impedans dominerer og kondensatoren oppfører seg mer som en spole 04.03.2016 INF 1411 8

Nøyaktigere modell av induktor (1) Ideell karakteristikk: Lineær sammenheng mellom impedans og frekvens I praksis en mer komplisert modell, men allikevel enklere enn for resistorer og kondensatorer 04.03.2016 INF 1411 9

Nøyaktigere modell av induktor (2) Ideell karakteristikk: Fysisk karakteristikk Under 1GHz: Følger ideell induktor 1-10 GHz: Sterkt økning i impedansen (resonans) Over 10 GHz: Parasittkapasitansen dominerer fullstendig og spolen oppfører seg som en kondensator 04.03.2016 INF 1411 10

Memristor: 4. type passivt kretselement (1) En memristor er et kretselement hvor resistansen varierer med strømmen som har gått gjennom den tidligere 04.03.2016 INF 1411 11

Memristor: 4. type passivt kretselement (2) En memristor kan ikke lages med noen av de andre kretselementene 04.03.2016 INF 1411 12

Ulike typer respons For reaktive kretser (kretser med resistorer spoler og/eller kondensatorer) skiller man på hvordan kretsene oppfører seg for ulike input-signaler. Utsignalet kalles for respons og innsignalet for stimuli Input (stimuli) Krets Output (respons) Hvis innsignalet er sinussignaler snakker man om sinusrespons Hvis innsignalet er et digitalt signal snakker man om pulsrespons 04.03.2016 INF 1411 13

Integrasjon og derivasjon RC- og RL-kretser kan brukes til analog integrasjon og derivasjon i tidsdomenet I frekvensdomenet kan de brukes som høypass- og lavpassfiltre RL og RC-kretser kan også brukes som forsinkelseskretser i tidsdomenet Denne forsinkelsen vil påvirke oppførselen til digitale kretser 04.03.2016 INF 1411 14

Oppladning og utladning i RC-krets Med pulsgenerator som spenningskilde til en RCkrets vil kondensatoren lades opp og ut som om den kobles til/fra et batteri og lades ut/opp gjennom en resistor 04.03.2016 INF 1411 15

RC-integrator I en RC-integrator brukes spenningen over kondensatoren som utgangsspenning Etter τ =RC = 5 har kretsen (nesten) enten nådd 10v eller 0v, avhengig av utgangspunktet. Denne tiden kalles også for transienttiden 04.03.2016 INF 1411 16

Sammenheng mellom pulsbredde og τ Hvis pulsbredden t w er større enn τ = 5 vil kondensatoren rekke å lades opp/ut fullstendig Større verdier av τ med samme pulsbredde vil føre til kortere eller lengre oppladnings- og utladningstider 04.03.2016 INF 1411 17

Sammenheng mellom pulsbredde og τ Ved pulsbredder t w < τ = 5 vil kondensatoren ikke lades helt opp eller ut til maksimal/minimal-verdi 04.03.2016 INF 1411 18

Respons på repeterende pulser Ved kortere pulsbredder t w < τ = 5 og input med repeterende pulser: Kondensatoren trenger tid på å nå et nivå som er den gjennomsnittlige spenningen 04.03.2016 INF 1411 19

Respons på repeterende pulser (forts) Deretter vil min- og maksverdi ha nådd et stabilt (steady-state) nivå 04.03.2016 INF 1411 20

Økning i tidskonstanten Ved å sette inn en varialbel resistor kan man endre integrasjonskonstanten 04.03.2016 INF 1411 21

RC-differensiatorens pulsrespons I en RC-differensiator brukes spenningen over resistoren som utgangsspenning 04.03.2016 INF 1411 22

RC-differensiator respons på repeterende pulser Samme forløpet skjer som for integratorer: Det tar en viss tid før steady-state oppnås, avhengig av tidskonstanten Hvis t W >= 5τ vil kondensatoren rekke å lades helt opp/ut for hver hele periode 04.03.2016 INF 1411 23

RC-differensiator respons på repeterende pulser Hvis t W < 5τ vil kondensatoren ikke rekke å lades helt opp/ut for hver hele periode 04.03.2016 INF 1411 24

RC-differensiator respons på pulstog (forts) Til slutt vil det hele konvergere mot den gjennomsnittsverdi på 0v 04.03.2016 INF 1411 25

3.obligatoriske labøvelse Formål Lære litt om bruk av LTSpice (simuleringsverktøy for kretser) Forstå frekvensrespons og Bodeplott Lære om 1.ordens filtre med R, C og L Forstå hvordan parasitteffekter påvirker design Innhold Simulere 1.ordens filtre (høypass og lavpass RL- og RC-filtre) Simulere virkningen av lengde på tilkoblinger til en chip Beregne hvilke begrensninger parasitteffekter kan sette Innlevering senest mandag 14.mars kl 23.59 26.02.2016 INF 1411 26

Nøtt til neste gang Hva er dette? 04.03.2016 INF 1411 27

Oppsummeringsspørsmål Spørsmål fra forelesningene 6 og 7 04.03.2016 INF 1411 28

Spørsmål 1 Ordenen til et filter sier noe om a) Hvor filteret begynner å forsterke b) Hvor filteret effektivt filteret demper i knekkområdet (roll-off) c) Forskjell i dempning mellom ideelt og praktisk filter for en bestemt frekvens d) Senterfrekvensen til passbåndet 04.03.2016 INF 1411 29

Spørsmål 2 En ac-kobling kan brukes til å a) Skalere opp en ac-spenning b) Skalere ned en ac-spenning c) Legge til et dc-offset d) Slippe igjennom en ac-komponent 04.03.2016 INF 1411 30

Spørsmål 3 Ved en likespenning vil en fysisk spole ha a) Ingen motstand mot strøm b) Uendelig stor motstand mot strøm c) Litt motstand som skyldes parasittresistans d) Motstand som er proposjonal med induktansen 04.03.2016 INF 1411 31

Spørsmål 4 En spole har parasitteffekter som kan modelleres med a) En resistor i parallell b) En kondensator i serie c) En kondensator i serie med spolen og deretter en resistor i parallell med spolen og kondensatoren d) En resistor i serie med spolen og deretter en kondensator i parallell med spolen og resistoren 04.03.2016 INF 1411 32

Spørsmål 5 Hvis frekvensen nærmer seg uendelig, hva skjer med den totale impedansen i en RL-krets? a) Den blir lik 0 b) Den blir uendelig stor c) Den blir rent kapasitiv d) Den blir rent induktiv 04.03.2016 INF 1411 33

Spørsmål 6 En kondensator i en RC-krets regnes for å være tilnærmet helt oppladet eller helt utladet etter a) RC=1 b) RC=2 c) RC=5 d) RC=10 04.03.2016 INF 1411 34

Spørsmål 7 Transienttiden er definert som a) RC=1 b) RC=2 c) RC=5 d) RC=10 04.03.2016 INF 1411 35

Spørsmål 8 Hvis pulsbredden er kortere enn tidskonstanten i en integrator vil a) Kondensatoren aldri lades opp b) Kondensatoren aldri lades ut c) Kondensatoren fungere som en bryter d) Aldri lades helt opp eller helt ut 04.03.2016 INF 1411 36

Spørsmål 9 Hvis pulsbredden er lengre enn tidskonstanten i en integrator vil a) Kondensatoren bare lades opp b) Kondensatoren bare lades ut c) Kondensatoren fungere som en differensiator d) Kondensatoren lades helt opp og helt ut 04.03.2016 INF 1411 37

Spørsmål 10 Hvis frekvensen til inputsignalet til en differensiator nærmer seg uendelig, vil a) amplituden til utsignalet nærme seg 0 b) amplituden til utsignalet bli like stor som innsignalets c) det ikke være noen sammenheng mellom amplituden til innsignalet og utsignalet d) impedansen til kretsen bli rent induktiv 04.03.2016 INF 1411 38

Spørsmål 11 Bruk av klikker til å svare på spørsmål funger a) Elendig b) Dårlig c) Verken bra eller dårlig d) Godt e) Veldig bra 04.03.2016 INF 1411 39