Elektronika z digitalno tehniko

Visokošolski učitelji: Murovec Boštjan

Opis predmeta

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti:

• Pogoj za pristop k izpitu sta opravljena izpita Osnove elektrotehnike I in II ter pozitivna skupna ocena tedenskih kolokvijev.

Vsebina:

• Analogna elektronika senzorskih in vgrajenih sistemov.
• Operacijski ojačevalniki in z njimi izvedena vezja analognega prevajanja in procesiranja signalov: napetostni primerjalnik, napetostni sledilnik, neinvertirajoči in invertirajoči napetostni ojačevalnik, seštevalnik, odštevalnik, instrumentacijski ojačevalnik, vezja za prilagajanje napetostnih območij, tokovno-napetostni pretvornik, dajalnik temenske napetosti, Schmittov prožilnik, izvedba napetostnih referenc. D/A in A/D pretvorniki: tipi in uporaba v vezjih. Upori, kondenzatorji, vgrajeni in parazitni RC in CR členi ter diode.
• Vsa vezja so ilustrirana s primeri uporabe. Obravnava je izrazito neidealizirana, poudarjene so realne karakteristike in njihov parazitni vpliv na delovanje vezij. Neidealnosti so analizirane in ilustrirane s konkretnimi podatki proizvajalcev. Demonstrirane so razlike med izbranimi modeli operacijskih ojačevalnikov. Podan je zajem signalov napetostnih, tokovnih in uporovnih senzorjev na praktičnih primerih.
• Celostno so obravnavane neidealnosti, ki največkrat otežujejo izvedbo preciznih senzorskih sistemov: napetostni premik, vhodni mirovni tok, tokovni premik, vhodna in izhodna notranja upornost, vpliv končnega ojačenja, frekvenčna meja, rejekcijski faktor, nestabilnost napajalne napetosti, omejena hitrost spreminjanja izhodne napetosti, vpliv kapacitivnosti bremena, lezenje, šum, temperaturne odvisnosti. Podani so principi kompenzacije napetostnega premika in vhodnih tokov ter večanje rejekcijskega faktorja. Obravnavana je uporaba dveh operacijskih ojačevalnikov v zanki in popravljanje frekvenčnih karakteristik. Pri neidealnostih AD in DA pretvornikov je poudarek na premiku ničle, premiku polnega območja, napaki ojačenja ter integralni in diferencialni nelinearnosti. Meritve spektrov signalov in opazovanje popačenj.
• Analogne lastnosti digitalnih sklopov s poudarkom uporabe pri vgrajenih sistemih. Izhodna notranja upornost, vhodna notranja impedanca, poraba energije v povezavi s frekvenco preklopov, vpliv kapacitivnih bremen, tipi digitalnih izhodov (totem pole, open drain). Izvedbe oscilatorjev za mikroprocesorske sisteme. Analogna stikala in multiplekserji z uporabo in neidealnostmi.
• Praktični vidiki realizacije vezij: problem neidealne mase in napajalnih linij, uporaba blokirnih kondenzatorjev, koncept in uporaba sponk FORCE, SENSE in REF, DC in AC sklopitev signalov, osnove linijskih pojavov.

Cilji in kompetence:

Osvojitev konceptov in delovanja analognih vezij, ki se uporabljajo pri realizaciji senzorskih in vgrajenih sistemov. Obravnava ni idealizirana, ampak so poudarjena odstopanja realnih karakteristik od idealiziranih ter s tem povezane težave, ki nastopajo v praksi.

Predvideni študijski rezultati:

Zasnova kakovostnih in robustnih vezij merilno procesnih sistemov. Koncepti in temeljne zakonitosti prenosa in ojačevanja enosmernih in nizkofrekvenčnih električnih signalov. Prehod med digitalno in analogno obliko signalov ter s tem povezane težave. Seznanitev z neidealnostmi in njihovo odpravljanje.

Metode poučevanja in učenja:

Teoretično znanje obravnavane tematike pridobijo študenti na predavanjih, ki so vsebinsko tesno povezana z vajami. V okviru vaj študenti v praksi spoznajo reprezentativne primere obravnavanih vezij, njihove lastnosti in neidealnosti.

Večfunkcijski vgrajeni sistem

Krmiljenje izmeničnih porabnikov

Prikaz srčnega utripa

Delovanje vzorčno-zadrževalnega vezja

Merjenje spektra sinusnega signala

Delovanje dajalnika temenske napetosti

Odziv osem-polnega eliptičnega filtra

Delovanje DA dekodirnika

Gradiva

Temeljni literatura in viri:

1. Jung W. , Op Amp Applications Handobook, Analog Devices, 2005.
2. Kester W., The Data Conversion Handbook, Analog Devices, 2005.
3. Zumbahlen H., Linear Circuit Handbook, Analog Devices, 2008.
4. Kitchin C., Counts L., A Designer's Guide to Instrumentation Amplifiers (3rd edition), Analog Devices, 2006.
5. Toumazou C., Trade-offs in Analog Circuit Design, Kluwer Academic corp., 2002.
6. Horowitz P., Hill W., The Art of Electronics, Cambridge University Press, 1996.
7. Kordyban T., Hot Air Rises and Heat Sinks, ASME Press, 1998.