Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba

1. Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba Tihanyi Attila 2007. április 17.

2. ALAPOK • Töltés • 1 elektron töltése 1,602·10-19 C • 1 C (coulomb) = 6,24·1018 elemi elektromos töltés. • Áram I=Q/t • Feszültség • Munka W=QU=I t U • Teljesítmény P=W/t=U I

3. Ideális feszültséggenerátor • Minden körülmény esetén pontosan U feszültséget produkál • Zero belső ellenállás • Végetlen nagy teljesítmény leadására kéres

4. Ideális áramgenerátor • Minden körülmény esetén pontosan I áramot produkál • Végtelen belső ellenállás • Végetlen nagy teljesítmény leadására kéres

5. Valóságos feszültséggenerátor • Ug <> Uki • Rg > 0 • Imax = Ug/Rg

6. Thevenin tétel A Thevenin tétel szerint bármely aktív kétpólus helyettesíthető egy valóságos feszültséggenerátorral. Az ilyen helyettesítő áramkört Thevenin helyettesítő képnek nevezzük. A Thevenin helyettesítő kép elemeit úgy határozzuk meg, hogy kiszámítjuk a helyettesítendő kétpólus üres járási feszültségét és eredő belső ellenállását, e két adat adja a helyettesítő kép feszültséggenerátorának forrásfeszültségét és belső ellenállását

7. Valóságos áramgenerátor • Iki <> I • Rg < végtelen • Umax=I Rg

8. Norton tétel A Norton tétel szerint bármely aktív kétpólus helyettesíthető egy valóságos áramgenerátorral. Az ilyen helyettesítő áramkört Norton helyettesítő képnek nevezzük. A Norton helyettesítő kép elemeit úgy határozzuk meg, hogy kiszámítjuk a helyettesítendő kétpólus rövidzárási áramát és eredő belső ellenállását, e két adat adja a helyettesítő kép áramgenerátorának forrásáramát és belső ellenállását.

9. Ellenállások

10. Ellenállások kapcsolásai • Ellenállások soros kapcsolása • Ellenállások párhuzamos kapcsolása

11. Kapacitás

12. Kapacitások kapcsolásai • Kapacitások soros kapcsolása • Kapacitások párhuzamos kapcsolása • Egyenáramon szakadás

13. Induktivitás

14. Induktivitások kapcsolásai • Induktivitások soros kapcsolása • Induktivitások párhuzamos kapcsolása • Egyenáramon rövidzár

15. RLC eredő Mintapéldák

16. Munkapont 1Kohm 400V 260V

17. PN átmenetek modellezése I • Dióda • LED U 1,7-2,5V 0,65V

18. PN átmenetek modellezése • Zener Uz U I

19. Dióda munkapont I [mA] Valódi karakterisztika Maximális áram Munkapont Munkaegyenes Im[mA] U [V] Um[V] Maximális feszültség

20. Munkapont számítás • Feltételezzük, hogy Ud=0,65V • Ellenálláson eső feszültség Um-Ud azaz 350mV • Körben folyó áram 350mV/1Kohm=350uA 1Kohm Um=1V Ud

21. Munkapont számítás • Feltételezzük, hogy Ud=0,65V • Ellenállásokon eső feszültség 350mV azaz 175mV mindkét ellenálláson • Körben folyó áram 175mV/500ohm=350uA 500ohm Um=1V Ud 500ohm

22. Munkapont számítás • Feltételezzük, hogy Ud=0,65V • Ellenálláson eső feszültség = 350mV • Körben folyó áram = 350uA • IR2= Ud/R2 = 650uA 1Kohm Um=1V Ud 1Kohm

23. Munkapont számítás • Feltételezzük, hogy Ud=2,00V • Ellenálláson eső feszültség Um-Ud azaz -1V • A körben folyó áram == 0! 1Kohm Um=1V Ud

24. Munkapont számítás • Feltételezzük, hogy Uz=2,7V • Ellenálláson eső feszültség Um-Ud azaz 1,3V • Körben folyó áram 1,3V/1Kohm=1,3mA 1Kohm Um=4V Uz

25. Hurok törvény • U=U1+U2

26. Csomóponti törvény • I=I1+I2+I3

27. Munkapont számítás • Feltételezzük, hogy Uz=2,7V • Ellenálláson eső feszültség 1,3V • Körben folyó áram I=1,3V/1Kohm=13mA • IR2=2,7V/10Kohm=270uA • IZ=I - IR2 = 12,73mA 100ohm Um=4V Uz 10Kohm

28. Munkapont számítás • Feltételezzük, hogy Uz=2,7V • Ellenálláson eső feszültség 1,3V • Körben folyó áram I=1,3V/200ohm=6,5mA • IR2=2,7V/10Kohm=270uA • IZ=I - IR2 = 6,23mA 200ohm Um=4V Uz 10Kohm

29. Egyszerű munkapont Mintapéldák

30. Négypólusok I2 I1 NP U1 U2 Passzív és aktív négypólusok

31. Négypólusok I2 I1 NP U2 U1 Passzív és aktív négypólusok Bemeneti impedancia Xb=U1/I1 Kiemeneti impedancia Xk=U2/I2 Meredekség m=U2/U1 Áramerősítési tényező β=I2/I1

32. Négypólusok jellemzés • U1=Z11*I1 + Z12*I2 • U2=Z21*I1 + Z22*I2 • I1=Y11*U1 - Y12*U2 • I2=-Y21*U1 + Y22*U2 • U1 = H11*I1 + H12*U2 • I2 = -H21*I1 + H22*U2

33. Áram vezérelt áramgenerátor

34. Bipoláris tranzisztor I2 I1 • Bemenet PN átmenet • Kimenet áramgenerátor U1 U2

35. Földelt emitteres paraméterek Áramot nem mérünk! Négypólus

36. Mérőkapcsolás • Ib=(Ubb-Ub)/22Kohm • Ic=(Ucc-Uc)/150ohm • Ábrázolandó • Ic(Uce) Ib=konstans esetén

37. Bipoláris tranzisztor mérés Ic Munkaegyenes Munkapont Ib3 Ib Ic3 Munkapont Ib2 Ic2 Munkapont Ib1 Ic1 Um3 Um2 Um1 Uce

38. Bipoláris tranzisztor mérés Munkaegyenes Ic Munkapont Ib3 Ic3 Munkapont Ib2 Ib Ic2 Munkapont Ib1 Ic1 Um3 Um2 Um1 Uce

39. Feszültségvezérelt áramgenerátor

40. MOS tranzisztor I2 I1 • Bemenet szakadás • Kimenet áramgenerátor U1 U2

41. Mérőkapcsolás • Áramot nem mérünk! • Ugg = Ug !!! • Id =(UDD-Ud)150ohm • Ábrázolandó • Id(Uds) Ugs konstans esetén

42. Mos tranzisztor • Telítéses üzemmód • Trióda üzemmód

43. MOS tranzisztor mérés Id Munkaegyenes Munkapont Ib3 Ug Id3 Munkapont Ib2 Id2 Munkapont Ib1 Id1 Um3 Um2 Um1 Uds

44. MOS tranzisztor mérés Munkaegyenes Id Munkapont Ib3 Id3 Munkapont Ib2 Ug Id2 Munkapont Ib1 Id1 Um3 Um2 Um1 Uds

45. Optocsatoló I2 I1 • Bemenet LED PN átmenet • Kimenet áramgenerátor U1 U2

46. Optocsatoló • Áramot nem mérünk

47. Mérőkapcsolás • Id = (Uopt1-Uin)/680ohm • Ic = (Uopt2-Uout)/2,4Kohm • Ábrázolandó • Ic(Uout) Id=konstans esetén

48. Optocsatoló mérés Ic Munkaegyenes Munkapont Ib3 Id Ic3 Munkapont Ib2 Ic2 Munkapont Ib1 Ic1 Um3 Um2 Um1 Uce

49. Optócsatoló mérés Munkaegyenes Ic Munkapont Ib3 Ic3 Munkapont Ib2 Id Ic2 Munkapont Ib1 Ic1 Um3 Um2 Um1 Uce