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

Like dokumenter
Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer

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

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

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

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

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

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

Forelesning nr.5 IN 1080 Mekatronikk. RC-kretser

Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer

Forelesning nr.4 IN 1080 Mekatronikk. Vekselstrøm Kondensatorer

Forelesning nr.12 INF 1410

Forelesning nr.7 INF Kondensatorer og spoler

Forelesning nr.14 INF 1410

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

Lab 3: AC og filtere - Del 1

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

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Lab 1 Innføring i simuleringsprogrammet PSpice

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2015

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Oppsummering om kretser med R, L og C FYS1120

Elektrisk immittans. Ørjan G. Martinsen

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

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

Motstand, kondensator og spole

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

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

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 4

Tidsbase og triggesystem. Figur 1 - Blokkskjema for oscilloskop

Forelesning nr.8 INF 1410

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 4

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

FYS1210 Løsningsforslag. Eksamen V2015

Onsdag og fredag

Løsningsforslag eksamen inf 1410 våren 2009

LABORATORIEØVING 8 3-FASE OG TRANSFORMATOR INTRODUKSJON TIL LABØVINGEN

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

UNIVERSITETET I OSLO

Installasjonstest med Fluke 1650 tester på IT anlegg i drift

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

«OPERASJONSFORSTERKERE»

Forelesning nr.1 INF 1410

01-Passivt Chebychevfilter (H00-4)

Forelesning nr.4 INF 1410

FYS ØVELSE 3 KONDENSATOREN OG RC-FILTRE

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator Vi ser på likerettere og frekvensfilter

En del utregninger/betraktninger fra lab 8:

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

Laboratorieøving 1 i TFE Kapasitans

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

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

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

Forelesning nr.12 INF 1411 Elektroniske systemer

Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer

FYS ØVELSE 3 KONDENSATOREN OG RC-FILTRE

Laboratorieoppgave 8: Induksjon

Onsdag isolator => I=0

Innhold Oppgaver om AC analyse

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

Lab 2 Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

Case: Analyse av passive elektriske filtre

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til EKSAMEN

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

Oppsummering. BJT - forsterkere og operasjonsforsterkere

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

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer

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

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

NORGES LANDBRUKSHØGSKOLE Institutt for matematiske realfag og teknologi EKSAMEN I FYS135 - ELEKTROMAGNETISME

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

Kontrollspørsmål fra pensum

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

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

Transkript:

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

Dagens temaer Mer om ac-signaler og sinussignaler Filtre Bruk av RC-kretser Induktorer (spoler) Sinusrespons til RL-kretser Praktiske anvendelser av spoler Temaene hentes fra Kapittel 10.8, 11.1-11.6, 12.1-12.6 27.02.2017 INF 1411 2

RC-anvendelser RC-kretser finner man i mange både analoge og digitale systemer, bla i trådløse nett Parasitteffekter i ledere beskrives bla med RC-ledd Skal se på to eksempler: Filtre AC-koblinger 27.02.2017 INF 1411 3

Generelle ac-signaler og sinussignaler Ethvert signal kan skrives som en sum av sinussignaler Harmonisk frekvens (grunnfrekvens) Fourier-serien beskriver hvordan et periodisk signal g(t) kan skrives som en sum av sinusog cosinus-funksjoner Fouriertransform benyttes hvis g(t) ikke er et periodisk signal 27.02.2017 INF 1411 4

Generelle ac-signaler og sinussignaler Eksempel: Signal som sum av de 4 grunnfrekvensene harmoniske 1 3 2 4 27.02.2017 INF 1411 5

Frekvens vs tid AC-signaler har tre «dimensjoner»: Amplitude Tid Frekvens 27.02.2017 INF 1411 6

Frekvensområder og bruk Bruk av de ulike områdene er bestemt av internasjonale avtaler Noen områder kan fritt brukes, bla 433 MHz (fjernkontroller etc) 27.02.2017 INF 1411 7

Filtre Filtre fjerner signaler med bestemt frekvenser: Høypassfiltre stopper lave frekvenser og slipper gjennom høye Lavpassfiltre slipper gjennom lave frekvenser og stopper høye Båndpassfiltre slipper igjennom frekvenser i et bestemt område og stopper frekvenser utenfor dette området Båndstoppfiltre stopper frekvenser innenfor et bestemt område og slipper gjennom frekvenser utenfor dette området 27.02.2017 INF 1411 8

Filterkarakteristikker 27.02.2017 INF 1411 9

Knekkfrekvens Knekkfrekvensen («cutoff») er frekvensen hvor filteret begynner å slippe igjennom eller stoppe signaler Ideelle filtre slipper gjennom signaler i passområdet uten dempning, og stopper fullstendig signaler utenfor I praksis dempes signaler i passområdet, og stoppes ikke helt i stoppområdet Knekkfrekvens f c Ideel filterrespons 27.02.2017 INF 1411 Praktisk filterrespons 10 f c

Ulike filtre og filterkarakteristikker Filtre finnes i mange typer med ulike navn Filterets orden angir hvor raskt filteret demper 27.02.2017 INF 1411 11

Knekkfrekvens og båndbredde Knekkfrekvensen til et RC-filter er den frekvensen hvor resistiv og kapasitiv reaktans er like store: 1 1 fc 2f C 2RC Ved knekkfrekvensen er dempningen 3dB og Vin V out 2 R Båndbredden er området av frekvenser som slipper igjennom filteret c 27.02.2017 INF 1411 12

Lavpassfilter med RC-ledd RC «lag»-kretsen kan også benyttes som et lavpassfilter X C Merk den logaritmiske skalaen på den horisontale aksen 27.02.2017 INF 1411 13

Høypasspassfilter med RC-ledd RC «lead»-kretsen kan også benyttes som et høypassfilter Merk den logaritmiske skalaen på den horisontale aksen 27.02.2017 INF 1411 14

AC-kopling med DC-bias I noen kretser må man isolere et AC (input)signal fra resten av kretsen, og samtidig legge til et DC-offset 27.02.2017 INF 1411 15

Induktorer En induktor (spole) består av en isolert elektrisk leder surret rundt en metallkjerne eller et ikke-magnetisk materiale Hver vinding rundt kjernen gir en magnetisk feltlinje; jo flere vindinger desto flere feltlinjer og sterkere magnetfelt 27.02.2017 INF 1411 16

Induktorer (forts) Magnetfeltet Styrken Den Ved lager (induserer) en elektrisk spenning som motarbeider endringer i strømmer gjennom spolen på magnetfeltet er direkte proporsjonal med endringen i strømmen gjennom spolen induserte spenningen er proporsjonal med endringen i strømmen di v L dt likespenning vil en spole ha null induktiv impedans, mens den øker med økende frekvens 27.02.2017 INF 1411 17

Induktorer (forts) L Merk (måles i Henry) kalles for induktans og uttrykker spolens evne til å indusere spenning strømmen gjennom spolen endrer seg likheten mellom L og C, og forskjellen til R L N A l 2 27.02.2017 INF 1411 18

Induktorer (forts) Motstanden mot strøm kalles for induktiv reaktans og er gitt av X L 2fL Spoler har i tillegg resistans som kalles viklingsresistans R w og skyldes at lederen har ohmsk motstand 27.02.2017 INF 1411 19

Induktorer (forts) Spoler har i tillegg parasittkapasitans: Pga. fysisk størrelse og parasitteffekter er spoler mindre brukt enn kondensatorer for å lage frekvensavhengig impedans Men: Denne modellen endrer seg ikke mye ved høye frekvenser (GHz), i motsetning til kondensatorer og resistorer som endrer oppførsel 27.02.2017 INF 1411 20

Spoler i serie Hvis man kobler spoler i serie får man en total induktans som er lik summen av de individuelle induktansene L L L L T 1 2 n 27.02.2017 INF 1411 21

Spoler i parallell Hvis man kobler spoler i parallell får man en total induktans som er mindre enn den minste av de individuelle induktansene 1 L 1 L 1 L 1 T 1 2 L n 27.02.2017 INF 1411 22

Tidskonstant i RL-kretser RL-tidskonstanten er forholdet mellom induktansen og resistansen: L R Tidskonstanten angir hvor fort strømmen kan endre seg i en spole: Jo større induktans, desto lengre tid tar det å endre strømmen 27.02.2017 INF 1411 23

Strøm i RL-kretser Hvis en spole kobles til en spenningskilde vil strømmen gjennom spolen øke eksponensielt: 27.02.2017 INF 1411 24

Strøm i RL-kretser (forts) Hvis en spole kobles fra en spenningskilde vil strømmen gjennom spolen avta eksponensielt: 27.02.2017 INF 1411 25

Respons på en firkantpuls Hvis spenningskilden til RL-kretsen er en firkantpuls vil, strømmen gjennom spolen vekselvis øke og minke eksponensielt: 27.02.2017 INF 1411 26

Anvendelse av spoler Spoler brukes mindre enn kondensatorer, men svært nyttige i noen anvendelser: Fjerning av uønskede høyfrekvenssignaler i lange ledere Aktive og passive filtre Frekvenstuning i trådløs kommunikasjon (oscillatorer og syntesisere) Induktiv reaktans må kontrolleres i alle elektroniske systemer Setter begrensinger på bla max lengde på ledere (labøvelse 4) 27.02.2017 INF 1411 27

Anvendelse: Delefilter til høytaler Hvert høytalerelement er laget for et bestemt frekvensområde 27.02.2017 INF 1411 28

Anvendelse: Transformator Transformator brukes for å endre nivået til en ac-spenning (enten opp eller ned) V p V s = I s I p = N p N s = a a>1: transformerer ned a<1: transformerer opp 27.02.2017 INF 1411 29

Anvendelse: Jordfeilbryter Løser ut en sikring hvis det er jordfeil, dvs hvis én av de to lederne har forbindelse mot jord 27.02.2017 INF 1411 30

Spenninger i RL-kretser Spenningene i en seriell RLkrets er ikke proporsjonale med strømmen pga indusert spenning Figuren viser forløpet til spenningen over en spole når kilden er en firkantpuls 27.02.2017 INF 1411 31

Tidsforløpet til V og I i en RL-krets 27.02.2017 INF 1411 32 På samme måte som for en kondensator er strømmene og spenningene i en spole en eksponensielle: der indeksen i angir startverdi og F angir sluttverdi t L R e I I I i e V V V v F i F t L R F i F ) ( ) (

Bruk av spoler i AC-kretser På samme måte som for RC-kretser har impedansen i en RL-krets en resistiv og en reaktiv del Reaktansen kalles induktiv og er gitt av formelen X L 2fL Ohms lov gjelder også i kretser med spoler, slik at reaktansen til spoler i serie er gitt av X L( tot ) X L1 X L2 X Ln 27.02.2017 INF 1411 33

Bruk av spoler i AC-kretser (forts) Reaktansen til parallellkoblede spoler er gitt av X L( tot ) 1 X L1 1 X L2 1 1 X Ln Sammenhengen mellom induktiv reaktans, strøm og spenning i en spole er gitt av V IX L 27.02.2017 INF 1411 34

Faseforskyvning mellom I og V I en spole er strøm og spenning faseforskjøvet 90 0 slik at strømmen ligger etter spenningen: 27.02.2017 INF 1411 35

Sinusrespons i en RL-krets I en RL-krets hvor spenningskilden er et sinussignal vil spenningene ha følgende relative faser 27.02.2017 INF 1411 36

Impedans og fasevinkel i seriell RL-krets På samme måte som i kretser med kondensatorer og resistorer, uttrykkes impedansen i en RL krets med vektorer (eller «phasors») Impedansen i en RL-krets er et mål for den totale motstanden mot en sinusformet strøm og måles i Ohm Fasevinkelen angir forskyningen mellom den totale strømmen og forsyningsspenningen 27.02.2017 INF 1411 37

Impedans og fasevinkel i seriell RL-krets (forts) Den totale impedansen består en en resistiv og en induktiv reaktiv del som er 90 grader i forhold til hverandre 2 2 Den totale impedansen er gitt av Z R X L 27.02.2017 INF 1411 38

Fasedreining mellom strøm og spenning Følgende grafer illustrerer faseforskyvningene mellom spenningen over spolen, resistoren og strømmen i en seriekoblet RL-krets 27.02.2017 INF 1411 39

Fasedreining mellom strøm og spenning (forts) For å finne sammenhengen mellom spenningene kan man benytte KCL V s V tan 2 R 1 V V V L R 2 L 27.02.2017 INF 1411 40

Sammenheng mellom impedans, fasedreining og frekvens Den induktive reaktansen øker med økende frekvens, mens fasevinkelen nærmer seg 90 o 27.02.2017 INF 1411 41

RL lead-krets Tilsvarenede som for RC-kretser kan man lage serielle RL kretser med en resistor og en spole, og hvor man tar ut spenningen enten over spolen eller resistoren I en RL lead-krets er det en positiv faseforskyvning mellom utgang- og inngangsspenningen, dvs at utgangen leder over inngangen R V out V in V in L V out f (phase lead) V out V in f V R 27.02.2017 INF 1411 42

RL lag-krets I en RL lag-krets er det en negativ faseforskyvning mellom utgang- og inngangsspenningen, dvs at utgangen henger etter inngangen L V L V in V in V in R V out f (phase lag) f V out V out 27.02.2017 INF 1411 43

Nøtt til neste gang Hva er dette? 27.02.2017 INF 1411 44

Oppsummeringsspørsmål Spørsmål fra forelesningene 5 og 6 27.02.2017 INF 1411 45