DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Elektronika 2. TFBE1302
Analóg elektronika ismétlődő feladatai Táplálás
TFBE1302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika Az analóg elektronikai alkalmazásoknál a részfeladatok többsége több alkalmazási területen is előforduló, közös feladat. Az ilyen általános részfeladatok az analóg elektronika ismétlődő feladatai: Táplálás Erősítés Szűrés Jelgenerálás Matematikai számítások Illesztés, csatolás Visszacsatolás Multiplexelés, demultiplexelés Modulálás, demodulálás
TFBE1302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika ismétlődő feladatai
xbe
Táplálás
Stabilizátor
xki
xbe=Ube(t) váltakozó feszültség vagy változó feszültség, xki=Uki vagy xki=Iki a terheléstől (ideálisan) független, előírt értékű
xbe
Erősítés
Erősítő
xki
xbe=Ube(t) vagy xbe=Ibe(t) xki(t+t’)=A˙ xbe(t)
Szűrés
xbe
Szűrő
xki
A széles spektrumú xbe bemenőjel adott frekvenciasávba eső összetevőinek kiszűrése.
Jelgenerálás
Jelgenerátor
xki
meghatározott időfüggvényű periódikus vagy aperiódikus xki jel előállítása xki Pl. fűrészjel t
TFBE1302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika ismétlődő feladatai xbe1 xbe2
xki
Függvénygenerátor
…
Matematikai számítások Az xki=xki(xbe1, xbe2, …, xben) függvénykapcsolat megvalósítása
xben illetve különböző matematikai műveletek 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 illesztő illetve csatoló tag közbeiktatásával.
Pl.:
vagy
TFBE1302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika ismétlődő feladatai
Visszacsatolás
xbe
+xv
A
xki
AV
Egy tag kimeneti jelével arányos jel visszavezetése a bemenetre és a visszavezetett jelet hozzáadják (pozitív visszacsatolás) a bemenő jelhez vagy kivonják (negatív visszacsatolás) a bemenő jelből.
Multiplexelés, demultiplexelés
Multiplexer
…
xben
… vezérlő jelek
xki
xbe Demultiplexer
… vezérlő jelek
xki1 xki2
…
xbe1 xbe2
xkin
Multiplexer: Adott időpontban a kimeneten a vezérlő jelek által kiválasztott bemenet jele jelenik meg. Demultiplexer: A bemenet jele a vezérlőjelek által kijelölt kimeneti vonalon jelenik meg.
TFBE1302 Elektronika 2.
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
Analóg elektronika ismétlődő feladatai
Modulálás, demodulálás
xM
Modulátor
xki(xM,xV)
x’(xM,xV)
Demodulátor
xM
xV Modulálás: Az xV vivőjel valamilyen jellemzőjének az xM moduláló jel szerinti módosítása (többnyire jeltovábbítási vagy jelrögzítési célból). Demodulálás: A moduláló jel visszaállítása a modulált jelből. Pl.: amplitúdómoduláció frekvenciamoduláció
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE1302 Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlődő feladatai, táplálás Az elektronikai áramkörök zavartalan működésükhöz állandó nagyságú, stabilizált, terhelő áramtól széles tartományban független, valamint zavaroktól mentes egyenfeszültséget igényelnek. Az ilyen egyenfeszültséget szolgáltató tápegységek a kimenő kapcsaikon leadott energiát a váltakozóáramú hálózatból vagy akkumulátorból fedezik. Stabilizált feszültségforrás elvi felépítése:
Uh
~
1.fokozat transzformátor egyenirányító szűrő
Usz
2.fokozat feszültségstabilizátor
Us
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE1302 Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlődő feladatai Táplálás Váltóáramú hálózatról táplált tápegység 1. fokozata:
U’
D3 D2
C
Rt
Uh
U 1.4 V
+ egyenirányító + szűrő
D1
D4
Uh ~
transzformátor
Usz
Usz
ΔU
U2
-1.4 V
T
U’
t
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE1302 Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlődő feladatai Táplálás Tápegység 2. fokozata: feszültségstabilizátor (Zener-diódás, folytonos üzemű[disszipatív], kapcsolóüzemű, 3 kivezetésű fesz.stab. IC) Zener-diódás feszültségstabilizátor:
UE RE
Usz
üresjárati állapotból (Rt=∞Ω) számítva:
RE =
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
Δ IZ IZmax
működési tartomány
U sz min − U Z RE
Rt min =
UZ U sz min − U Z − I Z min RE
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE1302 Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlődő feladatai Táplálás áteresztő tranzisztor
Folytonos üzemű (disszipatív) feszültségstabilizátor:
Usz
R3 +
-
R1
Us
Rt
R2 3 kivezetésű feszültségstabilizátor IC-k 78xx, 79xx: pl.: 7805 1
Usz
Ci
7805
2
3 Co
Us=5V
2 ou
1 Usz=7.5V - 35V
Ci=330nF
Ud=2.5V
Co=100nF
Iomax≈ 1A
in
3 gr
pu
t
tp u
ou
nd
t
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE1302 Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlődő feladatai Táplálás Kapcsoló üzemű tápegységek: A korábbiakban ismertetett tápegységek vesztesége (hálózati transzformátor+egyenirányító+áteresztő tranzisztor) igen magas. A hatásfok csak 25 – 50 %. Az áteresztő tranzisztor vesztesége jelentően csökkenthető, ha kapcsolóval helyettesítjük.
Uh
~
Hálózati transzformátor
Egyenirányító
Teljesítmény kapcsoló
Szekunder oldali kapcsoló üzemű tápegység
Szűrő (LC)
Us
Szabályozó
A transzformátor vesztesége (és mérete) pedig úgy csökkenthető, ha nagyfrekvenciás (20kHz-200kHz) váltakozó feszültséget transzformálnak.
Uh ~
Egyenirányító
Teljesítmény kapcsoló
Primer oldali kapcsoló üzemű tápegység (60-80%-os hatásfok)
nagyfrekvenciás transzformátor
Potenciál leválasztó
Egyenirányító
Szabályozó
Szűrő (LC)
Us
DE, Kísérleti Fizika Tanszék
TFBE1302 Elektronika 2.
Analóg elektronika ismétlődő feladatai Táplálás Kapcsolóüzemű (feszültség csökkentő) tápegység működési elve: A K kapcsolót ciklikusan (T periódusidővel) kapcsolgatják: Tbe ideig az 1-es, Tki ideig a 2-es pozícióba kapcsolják (T = Tbe + Tki ). impulzusszélességU 1 modulátor U’ K L Usz kitöltési tényező:
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) + Ufűrész -
