DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Elektronika 2. INBK812E (TFBE5302)
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai Táplálás
INBK812E Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika Az analóg elektronikai alkalmazásoknál a részfeladatok többsége több alkalmazási területen is elıforduló, közös feladat. Az ilyen általános részfeladatok az analóg elektronika ismétlıdı feladatai: Táplálás Erısítés Szőrés Jelgenerálás Matematikai számítások Illesztés, csatolás Visszacsatolás Multiplexelés, demultiplexelés Modulálás, demodulálás
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai
xbe
Táplálás
Stabilizátor
xki
xbe=Ube(t) váltakozó feszültség vagy változó feszültség, xki=Uki vagy xki=Iki a terheléstıl (ideálisan) független, elıírt értékő
xbe
Erısítés
Erısítı
xki
xbe=Ube(t) vagy xbe=Ibe(t) xki(t+t’)=A˙ xbe(t)
Szőrés
xbe
Szőrı
xki
A széles spektrumú xbe bemenıjel adott frekvenciasávba esı összetevıinek kiszőrése.
Jelgenerálás
Jelgenerátor
xki
meghatározott idıfüggvényő periódikus vagy aperiódikus xki jel elıállítása xki Pl. főrészjel t
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai xbe1 xbe2
xki
Függvénygenerátor
…
Matematikai számítások Az xki=xki(xbe1, xbe2, …, xben) függvénykapcsolat megvalósítása
xben illetve különbözı matematikai mőveletek elvégzése (pl.: xki= dxbe/dt )
xbe a
Illesztés, csatolás
xki
…
A
1.
2. b
B
Az 1. és a 2. tag közötti kapcsolat valamilyen kritérium szerinti optimalizálása. Az optimális kapcsolat megteremtése illesztı illetve csatoló tag közbeiktatásával.
Pl.:
vagy
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai
Visszacsatolás
xbe
+xv
A
xki
AV
Egy tag kimeneti jelével arányos jel visszavezetése a bemenetre és a visszavezetett jelet hozzáadják (pozitív visszacsatolás) a bemenı jelhez vagy kivonják (negatív visszacsatolás) a bemenı jelbıl.
Multiplexelés, demultiplexelés
Multiplexer
xbe Demultiplexer
…
xben
xki
… vezérlı jelek
… vezérlı jelek
xki1 xki2
…
xbe1 xbe2
xkin
Multiplexer: Adott idıpontban a kimeneten a vezérlı jelek által kiválasztott bemenet jele jelenik meg. Demultiplexer: A bemenet jele a vezérlıjelek által kijelölt kimeneti vonalon jelenik meg.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai
Modulálás, demodulálás
xM
Modulátor
xki(xM,xV)
x’(xM,xV)
Demodulátor
xM
xV Modulálás: Az xV vivıjel valamilyen jellemzıjének az xM moduláló jel szerinti módosítása (többnyire jeltovábbítási vagy jelrögzítési célból). Demodulálás: A moduláló jel visszaállítása a modulált jelbıl. Pl.: amplitúdómoduláció frekvenciamoduláció
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai, táplálás Az elektronikai áramkörök zavartalan mőködésükhöz állandó nagyságú, stabilizált, terhelı áramtól széles tartományban független, valamint zavaroktól mentes egyenfeszültséget igényelnek. Az ilyen egyenfeszültséget szolgáltató tápegységek a kimenı kapcsaikon leadott energiát a váltakozóáramú hálózatból vagy akkumulátorból fedezik. Stabilizált feszültségforrás elvi felépítése:
Uh ~
1.fokozat transzformátor egyenirányító szőrı
Usz
2.fokozat feszültségstabilizátor
Us
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai Táplálás Váltóáramú hálózatról táplált tápegység 1. fokozata:
U’
D3 D2
C
Rt
Uh
U 1.4 V
+ egyenirányító + szőrı
D1
D4
Uh ~
transzformátor
Usz
Usz
∆U
U2 t
-1.4 V
T
U’
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai Táplálás Tápegység 2. fokozata: feszültségstabilizátor (Zener-diódás, folytonos üzemő[disszipatív], kapcsolóüzemő, 3 kivezetéső fesz.stab. IC) Zener-diódás feszültségstabilizátor:
UE
üresjárati állapotból (Rt=∞Ω) számítva:
RE =
RE
Usz
UZ
Rt
Us
U sz max − U Z I Z max
a szabályozás határán (Rt= Rtmin) számítva:
I Z = I Z min I E = I Z + It UZ - ~ mA
I
U It = Z Rt
U IE =
IZmin
∆ IZ IZmax
mőködési tartomány
U sz min − U Z RE
Rt min =
UZ U sz min − U Z − I Z min RE
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai Táplálás áteresztı tranzisztor
Folytonos üzemő (disszipatív) feszültségstabilizátor:
R3 Usz
+
-
R1 Rt
Us
R2 3 kivezetéső feszültségstabilizátor IC-k 78xx, 79xx: pl.: 7805 1
2
7805
Usz
Ci
3 Co
Us=5V
2 1
Usz=7.5V - 35V
Ci=330nF
Ud=2.5V
Co=100nF
Iomax≈ 1A
ou t 3 gr put in pu oun d t
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai Táplálás Kapcsoló üzemő tápegységek: A korábbiakban ismertetett tápegységek vesztesége (hálózati transzformátor+egyenirányító+áteresztı tranzisztor) igen magas. A hatásfok csak 25 – 50 %. Az áteresztı tranzisztor vesztesége jelentıen csökkenthetı, ha kapcsolóval helyettesítjük.
Uh ~
Hálózati transzformátor
Egyenirányító
Teljesítmény kapcsoló
Szekunder oldali kapcsoló üzemő tápegység
Szőrı (LC)
Us
Szabályozó
A transzformátor vesztesége (és mérete) pedig úgy csökkenthetı, ha nagyfrekvenciás (20kHz-200kHz) váltakozó feszültséget transzformálnak.
Uh ~
Egyenirányító
Teljesítmény kapcsoló
Primer oldali kapcsoló üzemő tápegység (60-80%-os hatásfok)
nagyfrekvenciás transzformátor
Potenciál leválasztó
Egyenirányító
Szabályozó
Szőrı (LC)
Us
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
INBK812E Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlıdı feladatai Táplálás Kapcsolóüzemő (feszültség csökkentı) tápegység mőködési elve: A K kapcsolót ciklikusan (T periódusidıvel) kapcsolgatják: Tbe ideig az 1-es, Tki ideig a 2-es pozícióba kapcsolják (T = Tbe + Tki ). impulzusszélességU 1 U’ modulátor K L Usz kitöltési tényezı:
Us
2
Usz
C
U’
U '= L T
Rt
Us
T
1 1 1 dI L ' U dt = L dt + U s dt T ∫0 T ∫0 dt T ∫0 I (T )
1 L U ' = L ∫ dI L + U s T I L (0 )
I L (t ) = I L (t + T )
Tbe T
t
Tbe Tki T
dI L +Us dt
T
D=
T
stabilizálódott kimenetnél:
U ' = Us
1 U s = ∫ U s dt T 0
Impulzusszélesség-modulátor:
A˙(Us-Uref) Ufőrész
+
-
