IE1206 Inbyggd Elektronik F1 F2

En presentation över ämnet: "IE1206 Inbyggd Elektronik F1 F2"— Presentationens avskrift:

1 William Sandqvist william@kth.se
IE1206 Inbyggd Elektronik F1 F2 PIC-block Dokumentation, Seriecom Pulsgivare I, U, R, P, serie och parallell F3 Ö1 KK1 LAB1 Pulsgivare, Menyprogram  Start för programmeringsgruppuppgift F4 Ö2 Kirchoffs lagar Nodanalys Tvåpolsatsen R2R AD F5 Ö3 KK2 LAB2 Tvåpol, AD, Komparator/Schmitt Transienter PWM F6 Ö4 F7 KK3 LAB3 Step-up, RC-oscillator F8 Ö5 F9 Visare j PWM CCP KAP/IND-sensor LC-osc, DC-motor, CCP PWM Ö6 F10 F11 KK4 LAB4 LP-filter Trafo + Gästföreläsning F12 Ö7 redovisning  Redovisning av programmeringsgruppuppgift F13 tentamen Trafo, Ethernetkontakten William Sandqvist

2 William Sandqvist william@kth.se
R L C En impedans som innehåller spolar och kondensatorer har, beroende på frekvensen, antingen induktiv karaktär IND, eller kapacitiv karaktär KAP. Ett viktigt specialfall uppstår vid den frekvens då kapacitanserna och induktanserna är jämstarka, och deras effekter tar ut varandra. Impedansen blir då rent resisistiv. Fenomenet kallas för resonans och den frekvens då detta uppträder är resonansfrekvensen. William Sandqvist

3 Reaktansens frekvensberoende
William Sandqvist

4 William Sandqvist william@kth.se
R L C impedanser  Vid en viss vinkelfrekvens har XL och XC samma belopp. William Sandqvist

5 William Sandqvist william@kth.se

6 William Sandqvist william@kth.se
Hur stor är U ? (13.1) De tre voltmetrarna visar samma, 1V, hur stor är då den matande växel-spänningen U ? ( Varning, kuggfråga ) William Sandqvist

7 William Sandqvist william@kth.se
Hur stor är U ? (13.1) De tre voltmetrarna visar samma, 1V, hur stor är då den matande växel-spänningen U ? ( Varning, kuggfråga ) William Sandqvist

8 William Sandqvist william@kth.se
Hur stor är U ? (13.1) De tre voltmetrarna visar samma, 1V, hur stor är då den matande växel-spänningen U ? ( Varning, kuggfråga ) Eftersom voltmetrarna visar ”samma” och strömmen I är gemensam så gäller: William Sandqvist

9 William Sandqvist william@kth.se
Om |XL|=|XC|=2R ? Antag att växelspänningen U fortfarande är 1 V, men att reaktanserna är dubbelt så stora. Vad visar voltmetrarna? William Sandqvist

10 William Sandqvist william@kth.se
Om |XL|=|XC|=2R ? Antag att växelspänningen U fortfarande är 1 V, men att reaktanserna är dubbelt så stora. Vad visar voltmetrarna? William Sandqvist

11 William Sandqvist william@kth.se
Om |XL|=|XC|=2R ? Antag att växelspänningen U fortfarande är 1 V, men att reaktanserna är dubbelt så stora. Vad visar voltmetrarna? Vid resonans kan spänningarna över reaktanserna vara många gånger högre än den matande växelspänningen. William Sandqvist

12 William Sandqvist william@kth.se
Tesla coil Många bygger ”Tesla”-spolar för att skaffa sig lite spänning i livet … William Sandqvist

13 William Sandqvist william@kth.se
Spolens godhetstal Q Oftast är det den inre resistansen i spolen som är resistorn i RLC-kretsen. Ju högre spolens växelströmsmotstånd L är i förhållande till likströmsmotståndet r, desto större blir spänningen över spolen vid en resonans. Detta förhållande kallas för spolens godhetstal Q. ( eller Q-faktor ). William Sandqvist

14 William Sandqvist william@kth.se
Serieresonansen r William Sandqvist

15 William Sandqvist william@kth.se
Serieresonansen =0 r Impedansen är reell när imaginärdelen är ”0”. Detta inträffar vid vinkelfrekvensen 0 ( frekvensen f0 ). William Sandqvist

16 William Sandqvist william@kth.se
Serieresonansen Impedansen är reell när imaginärdelen är ”0”. Detta inträffar vid vinkelfrekvensen 0 ( frekvensen f0 ). =0 r William Sandqvist

17 Serieresonansens visardiagram
William Sandqvist

18 Serieresonansens visardiagram
William Sandqvist

19 Serieresonansens visardiagram
William Sandqvist

20 Serieresonanskretsens Q
Det är resistansen i resonanskretsen, oftast spolens inre resistans, som avgör hur uttalat resonansfeno-menet blir. Man brukar ”normera” sambandet mellan de olika variablerna genom att införa resonansvinkelfrekvensen 0 tillsammans med Q och maxströmmen Imax i funktionen I() : r Normerat diagram för serieresonans-kretsen. Ett högt Q mot-svarar en smal resonanstopp. William Sandqvist

21 William Sandqvist william@kth.se
Bandbredden BW Vid två olika vinkelfrekvenser blir imaginärdel Im och realdel Re i nämnaren lika stora. I är då Imax/2 (71%). Bandbredden BW= är avståndet mellan dessa vinkel-frekvenser. Re = Im andragradsekvationer ger : William Sandqvist

22 William Sandqvist william@kth.se
 Bekvämare formler Om Q är högt gör man inget större fel om man fördelar bandbredden lika på båda sidor om f0. William Sandqvist

23 William Sandqvist william@kth.se

24 Exempel, serieresonanskrets
C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = f = 12,5 kHz Q = ? L = ? r = ? r =? William Sandqvist

25 Exempel, serieresonanskrets
C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = f = 12,5 kHz Q = ? L = ? r = ? r =? William Sandqvist

26 Exempel, serieresonanskrets
C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = f = 12,5 kHz Q = ? L = ? r = ? r =? William Sandqvist

27 Exempel, serieresonanskrets
C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = f = 12,5 kHz Q = ? L = ? r = ? r =? William Sandqvist

28 William Sandqvist william@kth.se

29 William Sandqvist william@kth.se
Hur stor är I ? (13.2) De tre amperemetrarna visar samma, 1A, hur stor är då den matande växelströmmen I ? ( Varning, kuggfråga ) William Sandqvist

30 William Sandqvist william@kth.se
Hur stor är I ? (13.2) De tre amperemetrarna visar samma, 1A, hur stor är då den matande växelströmmen I ? ( Varning, kuggfråga ) William Sandqvist

31 William Sandqvist william@kth.se
Hur stor är I ? (13.2) De tre amperemetrarna visar samma, 1A, hur stor är då den matande växelströmmen I ? ( Varning, kuggfråga ) IL och IC blir en cirkulerande ström frikopplad från IR. IL, IC kan vara många gånger större än det matande nätets ström I = IR. Detta är parallellresonans. William Sandqvist

32 Ideal parallellresonanskrets
=0 Resonansfrekvensen får precis samma uttryck som för serieresonans-kretsen, men för övrigt har kretsen omvänd karaktär, IND vid låga frekvenser och KAP vid höga. Vid resonans är impedansen reell = R. William Sandqvist

33 Ideal parallellresonanskrets
=0 Resonansfrekvensen får precis samma uttryck som för serieresonans-kretsen, men för övrigt har kretsen omvänd karaktär, IND vid låga frekvenser och KAP vid höga. Vid resonans är impedansen reell = R. Verklig parallellresonanskrets Verkliga parallellresonanskretsar har en serieresistans inuti spolen. Beräkningarna blir betydligt mer kompli-cerade och resonansfrekvensen kommer också att avvika något från vår formel. William Sandqvist

34 William Sandqvist william@kth.se

35 Exempel, verklig krets (13.3)
=0 William Sandqvist

36 Exempel, verklig krets (13.3)
=0 William Sandqvist

37 William Sandqvist william@kth.se

38 William Sandqvist william@kth.se
Metalldetektorn Alla ”förluster” (även virvel-strömsförluster i alla slags metaller) sammanfattas av symbolen r ! Järnföremål påverkar magnet-fältet och därmed även L ! Parallellresonans-frekvensen påverkas av spolens förluster. Så kan gömda skatter hittas! Virvelströms-förluster William Sandqvist

39 William Sandqvist william@kth.se

40 Serie- eller Parallellresistor
Vid handräkning brukar man för enkelhets skull använda formlerna för den ideala resonanskretsen. Vid högt Q och nära resonansfrekvensen f0 blir avvikelserna obetydliga. Överslagsmässigt ( vid Q >10 ) är de två kretsarna ”utbytbara”. Alternativ definition av Q med RP ( Gäller approximativt för Q >10 ) William Sandqvist

41 Exempel, parallellkrets
Parallellkrets. C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = 1250 Hz L = ? r = ? William Sandqvist

42 Exempel, parallellkrets
Parallellkrets. C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = 1250 Hz L = ? r = ? William Sandqvist

43 Exempel, parallellkrets
Parallellkrets. C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = 1250 Hz L = ? r = ? 80 > 10 vilket motiverar räkning med den ideala modellen. William Sandqvist

44 Exempel, parallellkrets
Parallellkrets. C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = 1250 Hz L = ? r = ? 80 > 10 vilket motiverar räkning med den ideala modellen. William Sandqvist

45 Exempel, parallellkrets
Parallellkrets. C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = 1250 Hz L = ? r = ? 80 > 10 vilket motiverar räkning med den ideala modellen. William Sandqvist

46 Exempel, parallellkrets
Parallellkrets. C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = 1250 Hz L = ? r = ? Svara med serieresistor! 80 > 10 vilket motiverar räkning med den ideala modellen. William Sandqvist

47 Exempel, parallellkrets
Parallellkrets. C = 25 nF f0 = 100 kHz BW = 1250 Hz L = ? r = ? Svara med serieresistor! 80 > 10 vilket motiverar räkning med den ideala modellen. Tur att vi inte behövde använda denna formel för att beräkna L William Sandqvist

48 William Sandqvist william@kth.se

49 Den induktiva givaren är en stryktålig givartyp som finns i många utföranden.

50 Cyklister som begär grönt?
Sorry! Sensorn fungerar inte för alla cyklar? Cyklister som begär grönt? Induktiv sensor för cykel William Sandqvist

51 William Sandqvist william@kth.se

52 William Sandqvist william@kth.se