Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

2009 2011 Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer RC-kretser 14.02.2011INF 1411 1.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "2009 2011 Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer RC-kretser 14.02.2011INF 1411 1."— Utskrift av presentasjonen:

1 2009 2011 Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer RC-kretser 14.02.2011INF 1411 1

2 2009 2011 Dagens temaer Ulike typer impedans og konduktans Kondensatorer i serie og parallell Bruk av kondensator RC-kretser Impedans og fasevinkler Serielle RC-kretser Parallelle RC-kretser Temaene hentes fra kapittel 9.5-9.7, 10.1-10.5 14.02.2011INF 1411 2

3 2009 2011 Impedans og admittans Forholdet mellom spenning og strøm (V/I) kalles for impedans Impedans kan tenkes som sammensatt av en tidsuavhengig og en tidsavhengig del Resistivitet: frekvensuavhengig Reaktans: frekvensavhengig Reaktans kan deles inn i to typer Induktiv Kapasitiv Avhengig av hvilket element man refererer til, brukes ofte Resistiv impedans Induktiv impedans Kapasitiv impedans 08.03.2010INF 1411 3

4 2009 2011 Impedans og admittans (forts) Forholdet mellom strøm og spenning (I/V) kalles for admittans Admittans kan tenkes på som den inverse til impedans Admittans kan tenkes som sammensatt av en frekvensuavhengig og en frekvensavhengig del: Konduktans: frekvensuavhengig Suseptans: frekvensavhengig For ohmske motstander som bare er resistive kalles admittansen for konduktans 08.03.2010INF 1411 4

5 2009 2011 14.02.2011INF 1411 5 Repetisjon: Fasedreining Hvis et sinussignal forskyves i tid (dvs langs den horisontale aksen), oppstår en såkalt faseforskyving eller fasedreining φ Referanse Kurven er forskjøvet til høyre, φ er negativ og forsinket i forhold til referansen Kurven er forskjøvet til venstre, φ er positiv og leder i forhold til referansen

6 2009 2011 Total kapasitans for seriekoblede kondensatorer Hver kondensator lagrer samme ladning, fordi strømmen mellom hvert element er den samme, dvs KVL gjelder også her, dvs at Siden V=Q/C får vi at Uttrykket tilsvarer resistorer i parallell 14.02.2011INF 1411 6

7 2009 2011 Total kapasitans for parallellkoblede kondensatorer I denne parallellkretsen er den totale strømmen lik summen av strømmene gjennom hver kondensator, og dermed er Siden Q=CV, blir Uttrykket for den samlede kapasitansen til parallellkoblede kondesatorer er dermed tilsvarende resistorer i serie 14.02.2011INF 1411 7 VSVS

8 2009 2011 Kapasitiv reaktans 14.02.2011INF 1411 8 På samme måte som en resistor yter motstand mot elektrisk strøm, vil en kondensator yte en motstand som er avhengig av frekvensen til signalet Denne motstanden kalles for kapasitiv reaktans X c og er definert som Jo større frekvensen, desto mindre er den kapasitive reaktansen Jo større kapasitans kondensatoren har, desto mindre reaktans

9 2009 2011 Kapasitiv reaktans for seriell krets Når kondensatorer kobles i serie, er den totale kapasitansen mindre enn den minste enkeltkapasitansen Den totale kapasitive reaktansen er derfor større enn reaktansen til en enkelt kondensator Det kan vises at den totale kapasitive reaktansen er summen av de individuelle reaktansene: Den totale kapasitive reaktansen er dermed tilsvarende som for den totale resistansen av seriekoblede resistorer (mens den totale kapasitansen er som for parallellkoblede resistorer) 14.02.2011INF 1411 9

10 2009 2011 Kapasitiv reaktans for parallell krets Når kondensatorer kobles i parallell, er den totale kapasitansen større enn den største enkeltkapasitansen Den totale kapasitive reaktansen er derfor større enn reaktansen til en enkelt kondensator Det kan vises at den totale kapasitive reaktansen er lik Den totale kapasitive reaktansen er dermed tilsvarende som for den totale resistansen av parallellkoblede resistorer (mens den totale kapasitansen er som for seriekoblede resistorer) 14.02.2011INF 1411 10

11 2009 2011 Kapasitiv spenningsdeler En kapasitiv spenningsdeler er en spenningsdeler som ikke slipper igjennom likespenning (i motsetning til spenningsdeler lager av resistorer) Ved å bruke KVL kan man vise at spenningsdelingen er gitt av 14.02.2011INF 1411 11

12 2009 2011 Faseforhold mellom strøm og spenning For en resistor er strømmen gjennom og spenningen over i fase, dvs φ=0 For en kondensator er forholdet annerledes, dvs det er en fasedreining mellom strøm og spenning Fasedreiningen kan lettes forstå ved å observere når endringen i en sinuskurve er størst, og når den er minst 14.02.2011INF 1411 12

13 2009 2011 Faseforhold mellom strøm og spenning (forts) Strømmen gjennom en kondensator er størst når endringen i spenningen over den er størst, og minst når endingen er i spenningen er minst 14.02.2011INF 1411 13 Når spenningen er på det største(minste) er endringen lik 0, dvs strømmen lik 0 Når spenningen er 0, er endringen størst, dvs strømmen er størst Strømmen er derfor faseforskøvet med +90 grader i forhold til spenningen

14 2009 2011 Effekt i kondensatorer En ideel kondensatoer vil ikke forbruke energi (dvs konvertere til varme), men kun absorbere og deretter avgi energi Effekten som absorberes når strøm og spenning har samme polaritet vil avgis når strøm og spenning har motsatt polaritet 14.02.2011INF 1411 14

15 2009 2011 Effekt i kondensatorer (forts) Man definerer tre typer effekt i kondensatoer: Umiddelbar («instantaneous») effekt (p): Produktet av strøm og spenning på et bestemt tidspunkt Ekte («true») effekt (P True ): Forholdet mellom absortbert og avgitt effekt. For en idell kondensator er denne 0, for en ikke-ideel er den positiv Reaktiv effekt (P r ): Raten som en kondensator lager eller avgir effekt med, beregnet utfra rms-verdiene for strøm og spenning: 14.02.2011INF 1411 15

16 2009 2011 RC-kretser Kretser som består av resistorer og kondensatorer kalles også for RC-kretser RC-kretser klassifiseres enten som serielle eller parallelle, dvs en resistor og en kondensator i serie eller i parallell Større og mer kompliserte kretser kan som regel deles opp i mindre serielle og/eller parallelle kretser som analyseres separat I analog elektronikk er det vanligst å analysere oppførselen for sinussignaler, men bl.a i digitale kretser er oppførselen for pulssignaler viktigere 14.02.2011INF 1411 16

17 2009 2011 Serielle RC-kretser I en ren resistiv krets er strøm og spenning i fase, dvs φ=0 for alle spenninger innbyrdes, og i forhold til strømmen (som er lik gjennom alle elementene) I en seriell RC-krets er dette ikke tilfelle; det vil være fase-forskyvning mellom Spenningen over hvert element i forhold til de andre elementene Elementspenningene i forhold til strømmen Strømmen gjennom alle elementene vil være i fase Avhengig av forholdet mellom resistans og reaktans vil faseforskyvningen ligge mellom 0 o og 90 o 14.02.2011INF 1411 17

18 2009 2011 Serielle RC-kretser (forts) En seriell RC-krets betår av minst én resistor og minst én kondensator 14.02.2011INF 1411 18 Spenningen V R over motstanden R er i fase med strømmen I, og leder over V s, dvs φ>0 V R og V C har 90 o fasedreining For å finne fasedreiningen mellom V S og V C eller mellom V S og I må man beregne den totale impedansen i kretsen

19 2009 2011 Total impedans i seriell RC-krets Impedansen Z er den samlede motstanden mot vekselstrøm i en krets Impedansen består av en frekvensuavhengig resistiv del R (resistans) og en frekvensavhengig reaktiv del (kapasitiv reaktans) X C Den resistive og reaktive delen har en fasedreining på -90 o i forhold til hverandre 14.02.2011INF 1411 19

20 2009 2011 Total impedans i seriell RC-krets (forts) Den totale impedansen er gitt av Z=R+X C, merk fete bokstaver: R og X C er vektorer («phasors»). Z finner man ved vektorsummasjon Siden Z også er en «phasor» har den både en fasevinkel θ og en magnitude Z har fortsatt Ohm Ωsom enhet 14.02.2011INF 1411 20

21 2009 2011 Total impedans i seriell RC-krets (forts) Magnituden er lengden til Z og finnes ved Pythagoras: Fasen θ finnes ved å beregne inverse tangens til vinkelen 14.02.2011INF 1411 21

22 2009 2011 Serielle kretser og Ohms lov, KVL og KCL Når strømmer, spenninger og impedans uttrykkes som «phasors», vil både Ohms lov, KVL og KCL fortsatt gjelde Når man beregner faktiske ampere-, volt- og Ohmverdier samt fasedreining må man huske at disse kun gjelder for en bestemt frekvens Andre frekvenser gir andre Z-, I- og V-verdier og fasedreining φ I tillegg må man være konsekvent i bruk av rms, peak eller maksverdier av strøm og spenning 14.02.2011INF 1411 22

23 2009 2011 Faseforskjell strøm - spenning I en seriell RC-krets er strømmen gjennom resistoren og kondensatoren den samme For å finne sammenhengen mellom V s, V R og V C bruker man KVL og vektoraddisjon (samme som for å finne Z) 14.02.2011INF 1411 23

24 2009 2011 Faseforskjell strøm - spenning (forts) Siden strømmen I og resistorspenning V R er i fase, er fase- dreiningen mellom I og V S lik den mellom V R og V S eller X C og R 14.02.2011INF 1411 24

25 2009 2011 Impedans, fasedreining og frekvens Diagrammet under oppsummerer sammenhengen mellom impedans, frekvens og fasedreining 14.02.2011INF 1411 25

26 2009 2011 RC lead/lag kretser En type RC-krets kalles for faseskiftkrets og er hhv RC «lead»- og RC «lag»-kretser I en RC «lag»-krets er utspenningen V out forskjøvet φ grader i forhold til V in V out er lik V c, V in lik V s og φ=90 o -θ Kretsen kan også ses på som en spenningsdeler hvor 14.02.2011INF 1411 26

27 2009 2011 RC lead/lag kretser (forts) Ved å bytte om på plasseringen av R og C får man en RC- «lead»-krets Utspenningen tas over resistoren og φ og V out er her gitt av R og X C 14.02.2011INF 1411 27

28 2009 2011 Parallell RC-krets En parallell RC-krets består av en resistor og kondensator i parallell koblet til en felles spenningskilde Den samlede impedansen er her gitt av Fasedreiningen mellom V s og I tot er gitt av 14.02.2011INF 1411 28 RC VSVS I tot

29 2009 2011 Analyse av parallelle RC-kretser Parallelle kretser er ofte lettere å analysere hvis man bruker admittans istedenfor impedans Konduktans er definert som det inverse av resistans, dvs G=1/R Kapasitiv susceptans er definert som B C =1/X C Admittans er definert som Y=1/Z (dvs er også «phasor») Samlet admittans finnes på samme måte som for impedans 14.02.2011INF 1411 29

30 2009 2011 Analyse av parallelle RC-kretser Sammenhengen mellom strøm, spenning og admittans er gitt av Totalstrømmen og fasedreiningen er gitt av V S, V C og V R har samme amplitude og fasevinkel i forhold til hverandre, og være i fase med I R 14.02.2011INF 1411 30

31 2009 2011 Konvertering fra parallell til seriell krets To kretser kalles ekvivalente hvis de har lik impedans og fasevinkel En hver parallell RC-krets har en ekvivalent seriell RC-krets for en bestemt frekvens Legg merke til at resistansen og den kapasitive reaktansen vil være forskjellig i de to kretsene, men summen vil være lik 14.02.2011INF 1411 31 Gitt en parallell krets vil den ekvivalente serielle kretsen ha


Laste ned ppt "2009 2011 Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer RC-kretser 14.02.2011INF 1411 1."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google