E-materiały do kształcenia zawodowego

Podstawy elektrotechniki i elektroniki w medycynie

MED.07. Montaż i eksploatacja urządzeń elektronicznych i systemów informatyki medycznej - Technik elektroniki i informatyki medycznej 311411

bg‑azure

Schematy i symbole elektryczne, elektroniczne, blokowe, ideowe

PLANSZA INTERAKTYWNA

RHN7eOsn94u4K
Nagranie dźwiękowe tożsame z poniższą treścią.

Na planszach interaktywnych przedstawiono schematy i symbole elektryczne, elektroniczne, blokowe, ideowe i montażowe analogowych układów elektronicznych: obwodów prądu zmiennego RLC, układów wzmacniaczy tranzystorowych, układów wzmacniaczy operacyjnych, układów filtrów pasywnych i aktywnych, modulatorów AM, FM, PM, generatorów, zasilaczy, komparatorów - elementów logiki (układy cyfrowe).

W niniejszym materiale znajdują plansze interaktywne przedstawiające głównie układy elektryczne. Na każdej planszy znajduje się ilustracja i punkty interaktywne, po których kliknięciu pojawia się ramka z tekstem.

Spis treści

1
2

Analogowe układy elektroniczne

Obwód RLC w stanie rezonansu

1
R10YrnIRvTU2l1
Obwód RLC w stanie rezonansu
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Obwód szeregowy RLC

Obwód szeregowy RLC składa się z elementów biernych: rezystora R, cewki indukcyjnej L, kondensatora C połączonych szeregowo i zasilanych napięciem sinusoidalnym. Przy spełnieniu określonych warunków występuje zjawisko nazywane rezonansem napięć, inaczej rezonansem szeregowym. Warunkiem wystąpienia rezonansu napięć w obwodzie RLC jest równość częstotliwości napięcia zasilającego i częstotliwości drgań własnych obwodu LC.

W stanie rezonansu występują przepięcia - pożądane w układach telekomunikacyjnych oraz układach zapłonowych samochodów z silnikiem benzynowym, a niepożądane w układach elektrycznych. W tych ostatnich przepięcia mogą doprowadzić do zniszczenia układu lub urządzenia elektrycznego, gdyż napięcie na elementach LC znacznie przekracza wartość napięcia zasilania. Stanowi również zagrożenie dla życia człowieka.

Obwód przedstawiono za pomocą prostokąta, na którego obwodzie zaznaczono jego poszczególne elementy. Są to:

  • Źródło napięcia sinusoidalnego zaznaczone na lewym boku obwodu. Symbol graficzny to pozioma falka w okręgu. Źródło opisano wartością (herców) oraz symbolem .

  • Rezystor zaznaczono z lewej strony górnej podstawy. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omów) oraz symbolem .
    Opis: Rezystor to element bierny stosowany w celu ustalania wartości prądu płynącego w obwodzie elektrycznym, odpowiedniej wartości napięcia, właściwej polaryzacji elementów półprzewodnikowych, stabilizacji punktu pracy elementów półprzewodnikowych.

  • Cewkę zaznaczono na środku górnej podstawy. Symbol graficzny to pozioma falka. Cewkę opisano wartością (Henr) oraz symbolem .
    Opis: Cewka jest to element bierny, zdolny do gromadzenia energii elektrycznej w polu magnetycznym.

  • Kondensator zaznaczono z prawej strony górnej podstawy. Symbol graficzny to dwie pionowe kreski równej długości, które rozdzielają górną podstawę prostokąta. Kondensator opisano wartością (mikro farad) oraz symbolem .
    Opis: Kondensator jest elementem biernym, który na zdolność do gromadzenia ładunku elektrycznego pod wpływem przyłożonego napięcia.

Obwód szeregowy RLC zasilany źródłem napięcia sinusoidalnego o różnych częstotliwościach

1
RzvelTKdI1r8J1
Obwód szeregowy RLC zasilany źródłem napięcia sinusoidalnego o różnych częstotliwościach
Obwód szeregowy RLC zasilany źródłem napięcia sinusoidalnego o różnych częstotliwościach
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Obwód szeregowy RLC zasilany źródłem napięcia sinusoidalnego o różnych częstotliwościach

Obwód szeregowy RLC

Przy stałych parametrach cewki i kondensatora przy zbyt niskiej lub zbyt wysokiej częstotliwości źródła napięcia sinusoidalnego w obwodzie szeregowym złożonym z elementów RLC zjawisko rezonansu napięć nie wystąpi.

  • Obwód szeregowy RLC o częstotliwości mniejszej od rezonansowej
    Obwód przedstawiono za pomocą prostokąta, na którego obwodzie zaznaczono jego poszczególne elementy. Są to:

    • Źródło napięcia sinusoidalnego zaznaczone na lewym boku obwodu. Symbol graficzny to pozioma falka w okręgu. Źródło opisano wartością (herców) oraz symbolem .

    • Rezystor zaznaczono z lewej strony górnej podstawy. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omów) oraz symbolem .

    • Cewkę zaznaczono na środku górnej podstawy. Symbol graficzny to pozioma falka. Cewkę opisano wartością (Henr) oraz symbolem .

    • Kondensator zaznaczono z prawej strony górnej podstawy. Symbol graficzny to dwie pionowe kreski równej długości, które rozdzielają górną podstawę prostokąta. Kondensator opisano wartością (mikro farad) oraz symbolem .

  • Obwód szeregowy RLC o częstotliwości większej od rezonansowej
    Graficznie identyczny jak poprzedni z tą różnicą, że wartość dla źródła napięcia wynosi (herców).

  • Obwód szeregowy RLC w stanie rezonansu napięć
    Graficznie identyczny jak poprzedni z tą różnicą, że wartość dla źródła napięcia wynosi (herców).

Obwód szeregowy RLC w stanie rezonansu napięć wraz z przebiegami napięcia

1
RCsYIInlMx5zr1
Obwód szeregowy RLC w stanie rezonansu napięć wraz z przebiegami napięcia
Obwód szeregowy RLC w stanie rezonansu napięć wraz z przebiegami napięcia
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Obwód szeregowy RLC w stanie rezonansu napięć wraz z przebiegami napięcia

Obwód przedstawiono za pomocą prostokąta, na którego obwodzie zaznaczono jego poszczególne elementy. Przy każdym dopisano wartość odczytaną przez woltomierz. Graficzny symbol woltomierza to litera V w okręgu, a obok okręgu znak plus. Elementy obwodu to:

  • Źródło napięcia sinusoidalnego zaznaczone na lewym boku obwodu. Symbol graficzny to pozioma falka w okręgu. Źródło opisano wartością (herców) oraz symbolem .
    Odczyt z woltomierza:

  • Rezystor zaznaczono z lewej strony górnej podstawy. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omów) oraz symbolem .
    Odczyt z woltomierza:

  • Cewkę zaznaczono na środku górnej podstawy. Symbol graficzny to pozioma falka. Cewkę opisano wartością (Henr) oraz symbolem .
    Odczyt z woltomierza:

  • Kondensator zaznaczono z prawej strony górnej podstawy. Symbol graficzny to dwie pionowe kreski równej długości, które rozdzielają górną podstawę prostokąta. Kondensator opisano wartością (mikro farad) oraz symbolem .
    Odczyt z woltomierza:

Opis: Obwód szeregowy RLC
Woltomierze w układzie RLC mierzą spadki napięć w stanie rezonansu.
Woltomierz, to przyrząd pomiarowy mierzący napięcie elektryczne. Wielkość tę podaje się w jednostkach zwanych woltami, stąd nazwa urządzenia.

Na dole planszy znajdują się trzy grafiki.

  1. Ilustracja przedstawia sinusoidę, którą przecina pionowa linia w punkcie, w którym przyjmowana jest środkowa wartość.
    Podpis:
    Opis: Wykres przebiegu napięcia na kondensatorze wraz z jego wartością. Wartość napięcia jest wielokrotnie większa od napięcia źródła zasilania.

  2. Ilustracja przedstawia sinusoidę, którą przecina pionowa linia w punkcie, w którym przyjmowana jest maksymalna wartość.
    Podpis:
    Opis: Wykres przebiegu napięcia na cewce wraz z jego wartością. Wartość napięcia jest wielokrotnie większa od napięcia źródła zasilania.

  3. Ilustracja przedstawia sinusoidę, którą przecina pionowa linia w punkcie, w którym przyjmowana jest minimalna wartość.
    Podpis:
    Opis: Wykres przebieg napięcia na rezystorze wraz z jego wartością. Wartość napięcia jest równa wartości napięcia źródła zasilania.

Właściwości układu RLC w stanie rezonansu napięć:

Obwód szeregowy RLC w stanie rezonansu ma następujące właściwości:

  • częstotliwość rezonansowa f0 drgań własnych obwodu LC jest równa częstotliwości napięcia zasilającego:

    f0=12πLC=41,1Hz,
  • napięcie skuteczne zasilania jest równe napięciu skutecznemu na rezystorze:

    U=UR=3,5 V,

    przy czym wartość maksymalna napięcia jest równa wartości skutecznej pomnożonej przez pierwiastek z dwóch

    Umax=2 Urms,
  • napięcie na cewce i na kondensatorze ma taką samą wartość skuteczną:

    UL=UC=91,2 V,
  • napięcia chwilowe na cewce i kondensatorze mają przeciwne znaki, dlatego wzajemnie się znoszą, więc suma napięć chwilowych równa się zeru,

  • reaktancja indukcyjna (opór bierny indukcyjny) XL ma taką samą wartość, jak reaktancja pojemnościowa (opór bierny pojemnościowy) XC, więc pomimo obwodu złożonego z elementów RLC obwód widziany z zacisków źródła napięcia ma charakter rezystancyjny:

    XL=2πfL=258 Ω
    XC=12πfC=258 Ω
    XL=XC,
  • impedancja obwodu Z (całkowity opór w obwodzie prądu przemiennego) równa się rezystancji R, a więc prąd osiąga maksymalną wartość równą

    Imax=UR,
  • przesunięcie fazowe φ (różnica faz początkowych dwóch przebiegów sinusoidalnych o tej samej częstotliwości) pomiędzy wektorami napięcia zasilania i prądu wynosi 0, mówimy wtedy, że napięcie jest w fazie z prądem.

Obwód równoległy RLC – rezonans prądów

1
R1diaMeppu82R1
Obwód równoległy RLC – rezonans prądów
Obwód równoległy RLC – rezonans prądów
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Obwód równoległy RLC - rezonans prądów

Opis: Obwód równoległy RLC
W obwodach składających się z elementów biernych: rezystora R, cewki L, kondensatora C – połączonych równolegle i zasilanych napięciem sinusoidalnym przy spełnieniu określonych warunków – występuje zjawisko nazywane rezonansem prądów, inaczej rezonansem równoległym. Warunkiem wystąpienia rezonansu prądów w obwodzie RLC jest równość częstotliwości napięcia zasilającego i częstotliwości drgań własnych obwodu LC.

Obwód przedstawiono za pomocą prostokąta, na którego obwodzie zaznaczono jego poszczególne elementy. Są to:

  • Źródło napięcia sinusoidalnego zaznaczone na lewym boku obwodu. Symbol graficzny to pozioma falka w okręgu. Źródło opisano wartością (herców) oraz symbolem .

  • Rezystor pierwszy zaznaczono z lewej strony dolnej podstawy. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omów) oraz symbolem .
    Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

  • Rezystor pierwszy zaznaczono na pionowym odcinku oddzielającym z lewej strony w prostokątnym obwodzie jedną trzecią. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omy) oraz symbolem .
    Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

  • Cewkę zaznaczono na pionowym odcinku oddzielającym z prawej strony w prostokątnym obwodzie jedną trzecią. Symbol graficzny to pionowa falka. Cewkę opisano wartością (Henr) oraz symbolem .
    Opis: Cewka to element bierny zwany zwojnicą, służący do gromadzenia energii pola magnetycznego.

  • Kondensator zaznaczono na prawym boku obwodu. Symbol graficzny to dwie poziome kreski równej długości, które rozdzielają górną podstawę prostokąta. Kondensator opisano wartością (mikro farad) oraz symbolem .
    Opis: Kondensator to element bierny, służący do gromadzenia energii pola elektrycznego.

Obwód równoległy RLC zasilany źródłem napięcia sinusoidalnego o różnych częstotliwościach

1
Rko1mxP6bhAU91
Obwód równoległy RLC zasilany źródłem napięcia sinusoidalnego o różnych częstotliwościach
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Obwód równoległy RLC zasilany źródłem napięcia sinusoidalnego o różnych częstotliwościach

Opis: Obwód równoległy RLC
Przy stałych parametrach cewki i kondensatora przy zbyt niskiej lub zbyt wysokiej częstotliwości źródła napięcia sinusoidalnego w obwodzie równoległym złożonym z elementów RLC zjawisko rezonansu prądów nie wystąpi.

Na planszy przedstawiono trzy obwody.

  1. Obwód równoległy RLC o częstotliwości mniejszej od rezonansowej.
    Obwód przedstawiono za pomocą prostokąta, na którego obwodzie zaznaczono jego poszczególne elementy. Są to:

    • Źródło napięcia sinusoidalnego zaznaczone na lewym boku obwodu. Symbol graficzny to pozioma falka w okręgu. Źródło opisano wartością (herców) oraz symbolem .

    • Rezystor pierwszy zaznaczono z lewej strony dolnej podstawy. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omów) oraz symbolem .

    • Rezystor drugi zaznaczono na pionowym odcinku oddzielającym z lewej strony w prostokątnym obwodzie jedną trzecią. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omy) oraz symbolem .

    • Cewkę zaznaczono na pionowym odcinku oddzielającym z prawej strony w prostokątnym obwodzie jedną trzecią. Symbol graficzny to pionowa falka. Cewkę opisano wartością (Henr) oraz symbolem .

  • Kondensator zaznaczono na prawym boku obwodu. Symbol graficzny to dwie poziome kreski równej długości, które rozdzielają górną podstawę prostokąta. Kondensator opisano wartością (mikro farad) oraz symbolem .

  1. Obwód równoległy RLC o częstotliwości większej od rezonansowej przedstawiono graficznie jak poprzedni z tą różnicą, że wartość dla źródła napięcia wynosi (herców).

  2. Obwód równoległy RLC o częstotliwości rezonansowej przedstawiono graficznie jak poprzedni z tą różnicą, że wartość dla źródła napięcia wynosi (herców).

Obwód równoległy RLC w stanie rezonansu prądów wraz z przebiegami prądu

1
R1V7M3NyoVBu41
Obwód równoległy RLC w stanie rezonansu prądów wraz z przebiegami prądu
Obwód równoległy RLC w stanie rezonansu prądów wraz z przebiegami prądu
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Obwód równoległy RLC w stanie rezonansu prądów wraz z przebiegami prądu

Opis: Amperomierz to przyrząd pomiarowy, mierzący natężenie prądu elektrycznego. Wielkość tę podaje się w jednostkach zwanych amperami, stąd nazwa urządzenia. Amperomierze w układzie RLC mierzą prąd płynący w gałęziach obwodu w stanie rezonansu.

Obwód przedstawiono za pomocą prostokąta, na którego obwodzie zaznaczono jego poszczególne elementy. W czterech miejscacg obwodu zaznaczono amperomierz. Graficzny symbol amperomierza to litera A w okręgu. Elementy obwodu to:

  • Amperomierz na górnej podstawie po lewej stronie. Wartość wskazywana w miliamperach wynosi .

  • Źródło napięcia sinusoidalnego zaznaczone na lewym boku obwodu. Symbol graficzny to pozioma falka w okręgu. Źródło opisano wartością (herców) oraz symbolem .

  • Rezystor pierwszy zaznaczono z lewej strony dolnej podstawy. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omów) oraz symbolem .

  • Rezystor drugi zaznaczono na pionowym odcinku oddzielającym z lewej strony w prostokątnym obwodzie jedną trzecią. Symbol graficzny to prostokąt. Rezystor opisano wartością (omy) oraz symbolem .

  • Nad rezystorem drugim oznaczono amperomierz. Wartość wskazywana w miliamperach wynosi .

    • Cewkę zaznaczono na pionowym odcinku oddzielającym z prawej strony w prostokątnym obwodzie jedną trzecią. Symbol graficzny to pionowa falka. Cewkę opisano wartością (Henr) oraz symbolem .

  • Nad cewką oznaczono amperomierz. Wartość wskazywana w miliamperach wynosi .

  • Kondensator zaznaczono na prawym boku obwodu. Symbol graficzny to dwie poziome kreski równej długości, które rozdzielają górną podstawę prostokąta. Kondensator opisano wartością (mikro farad) oraz symbolem .

  • Nad kondensatorem oznaczono amperomierz. Wartość wskazywana w miliamperach wynosi .

Na dole planszy znajdują się trzy grafiki.

  1. Ilustracja przedstawia sinusoidę, którą przecina pionowa linia w punkcie, w którym przyjmowana jest środkowa wartość.
    Podpis:
    Opis: Przebieg prądu źródła i jego wartość. Wartość prądu źródła jest równa wartości prądu płynącemu przez rezystor.

  2. Ilustracja przedstawia sinusoidę, którą przecina pionowa linia w punkcie, w którym przyjmowana jest minimalna wartość.
    Podpis:
    Opis: Przebieg prądu cewki i jego wartość. Wartość prądu cewki jest wielokrotnie większa od prądu źródła zasilania.

  3. Ilustracja przedstawia sinusoidę, którą przecina pionowa linia w punkcie, w którym przyjmowana jest maksymalna wartość.
    Podpis:
    Opis: Przebieg prądu kondensatora i jego wartość. Wartość prądu kondensatora jest wielokrotnie większa od prądu źródła zasilania.

Właściwości układu RLC w stanie rezonansu prądów

Obwód równoległy RLC w stanie rezonansu ma następujące właściwości:

  • częstotliwość f0 drgań własnych obwodu LC jest równa częstotliwości napięcia zasilającego:

    f0=12πLC=41,1Hz,
  • prąd skuteczny zasilania jest równy prądowi skutecznemu na rezystorze:

    I=IR=1,683mA,

    przy czym wartość maksymalna prądu jest równa wartości skutecznej pomnożonej przez pierwiastek z dwóch

    Imax=2 Irms,
  • prąd płynący przez cewkę i przez kondensator ma taką samą wartość skuteczną:

    IL=IC=13,04mA,
  • prądy chwilowe na cewce i kondensatorze mają przeciwne znaki, dlatego wzajemnie się znoszą. W związku z tym suma prądów chwilowych równa się zeru:

    iL+iC=0,
  • susceptancja indukcyjna (przewodność bierna indukcyjna) BL ma taką samą wartość, jak susceptancja pojemnościowa (przewodność bierna pojemnościowa) BC. Wynika z tego, że pomimo obwodu złożonego z elementów RLC obwód widziany z zacisków źródła napięcia ma charakter rezystancyjny:

    BC=2πfC=3,87mS
    BL=12πfL=3,87mS
    BL=BC,
  • admitancja obwodu Y (odwrotność impedancji – całkowita przewodność elektryczna w obwodach prądu przemiennego) równa się konduktancji G, a więc prąd osiąga minimalną wartość równą:

    Imin=U·G,
  • przesunięcie fazowe φ pomiędzy wektorami napięcia zasilania i prądu wynosi 0, mówimy wtedy, że napięcie jest w fazie z prądem.

Schemat wzmacniacza tranzystorowego w układzie wspólnego emitera

1
R15CIv5XTNImd1
Schemat wzmacniacza tranzystorowego w układzie wspólnego emitera
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat wzmacniacza tranzystorowego w układzie wspólnego emitera

Opis: Schemat wzmacniacza tranzystorowego
Zadaniem układów wzmacniających jest zwiększenie inaczej wzmocnienie poziomu mocy sygnału podanego do zacisków wejściowych wzmacniacza bez zmiany kształtu tego sygnału.
Podstawowym elementem wzmacniającym w układzie wzmacniacza małych sygnałów jest element elektroniczny - tranzystor bipolarny lub unipolarny (aktywny element półprzewodnikowy w którym transport ładunków odbywa się za pośrednictwem jednego rodzaju nośnika: elektronów lub dziur). Tranzystor jest tak spolaryzowany, aby pracował w zakresie liniowym charakterystyki. Mówimy wtedy, że wzmacniacz pracuje w klasie A. Klasa A gwarantuje przenoszenie sygnału wzmacnianego bez zniekształceń. Aby zrealizować zadanie wzmacniania przez układ wzmacniacza musi on być zasilony napięciem stałym.

Obwód przedstawiono w formie rozgałęzionej. Zaznaczono jego poszczególne elementy. Są to kolejno:

  • Źródło sygnału analogowego oznaczone .

  • Źródło napięcia sinusoidalnego. Symbol graficzny to pozioma falka w okręgu. Wartość: (herców), symbol .

  • Kondensator pierwszy. Symbol graficzny to dwie pionowe kreski. Wartość (mikro farad), symbol .
    Opis: Kondensator to element bierny służący do gromadzenia energii pola elektrycznego.

  • Czarna kropka oznaczająca rozgałęzienie. Są trzy rozgałęzienia.

  • Rozgałęzienie pierwsze:

    • Rezystor pierwszy. Symbol graficzny to prostokąt. Wartość (omów), symbolem .

    • Czarna kropka.

      • Rozgałęzienie lewe prowadzi do okręgu (pusta kropka). Podpis: (woltów).

      • Rozgałęzienie prawe prowadzi do rezystora . Wartość (kilo omów). Prowadzi do czarnej kropki.

  • Rozgałęzienie drugie za kondensatorem pierwszym , wartość :

    • Rezystor drugi. Symbol graficzny to prostokąt. Wartość (kilo omów), symbolem .
      Podpis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.
      prowadzi do rozgałęzienia.

      • W dół do trzech poziomych kresek, gdzie każda położona niżej jest krótsza od poprzedniej. To symbol uziemienia.

      • Rezystor . Symbol graficzny to prostokąt. Wartość (kilo om). Dalej na przewodzie zaznaczono grot strzałki skierowany do . Dalej znajduje się pionowa kreska. Do niej dochodzi trzecie rozgałęzienie. Kreska totranzystor bipolarny npn. Jest to element czynny posiadający właściwości wzmacniające.
        Za kreską kolejne rozgałęzienie. Prowadzi do rozgałęzienia 1 oraz do do kondensatora , wartość (mikro faradów). Stąd prowadzi rozgałęzienie do rezystora , wartość (mega om) i dalej do uziemienia.
        Podpis: Masa układu.
        Drugie rozgałęzienie prowadzi do pustego kółka, podpis .

Schemat wzmacniacza tranzystorowego w układzie wspólnego emitera WE i jego parametry

1
RWhTydjwRKufY1
Schemat wzmacniacza tranzystorowego w układzie wspólnego emitera (WE) i jego parametry
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Układ wspólnego emitera

Opis: Układ wspólnego emitera oznaczany jest jako WE lub OE. Ma średnią wartość rezystancji wejściowej i średnią wartość rezystancji wyjściowej, a także duże wzmocnienie napięciowe i prądowe, a tym samym wzmocnienie mocy. Wzmacniacz w układzie wspólnego emitera wprowadza przesunięcie fazowe o 180° między sygnałem wejściowym a wyjściowym (tu zaznaczenie linia na przebiegach). Wadą układu WE jest mała częstotliwość graniczna, stąd znajduje on zastosowanie głównie we wzmacniaczach akustycznych.

Schemat jest następujący:

  • uziemienie,

  • źródło: wartość (herców), oznaczenie: ,

  • kondensator pierwszy: wartość (mikro faradów), oznaczenie: ,
    Opis: Służy do odseparowania składowej stałej z sygnału wejściowego.

  • rozgałęzienie 1:

    • rezystor pierwszy: wartość (omów), symbol ,
      Opis: Dzielnik napięcia służący do polaryzacji bazy tranzystora tzn. określają prąd bazy w punkcie pracy.

    • rozgałęzienie 1 A: sygnał oznaczony małym okręgiem: wartość (woltów), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 1 B: rezystor: wartość (kilo omów), oznaczenie: ,
      Opis: Rezystancja kolektorowa, ogranicza prąd kolektora zadając jego wartość w punkcie pracy.

  • rozgałęzienie 2 (od kondensatora ):

    • rezystor drugi: wartość (kilo omów), symbol ,
      Opis: Dzielnik napięcia służący do polaryzacji bazy tranzystora tzn. określają prąd bazy w punkcie pracy.

    • rozgałęzienie 2 A: uziemienie,

    • rozgałęzienie 2 B: uziemienie,

    • rozgałęzienie 2 C: rezystor: wartość (kilo om), symbol ,
      Opis: Służy do stabilizacji punktu pracy, aby uniezależnić jego położenie od zmian temperatury (tworzy ujemne sprzężenie zwrotne).

  • rozgałęzienie 3 pomiędzy 1 i 2: tranzystor, łączy się dalej w obieg z 1 i 2,

  • kondensator drugi: wartość (mikro faradów), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie A:

      • rezystor: wartość (mega om), symbol ,
        Opis: Służy do odseparowania składowej stałej z sygnału wyjściowego.

      • uziemienie,

    • rozgałęzienie B:

      • wyjście, oznaczenie: .

Do podstawowych parametrów wzmacniaczy należą:

  1. Wielkości wejściowe, takie jak: impedancja wejściowa Zwe, napięcie wejściowe Uwe, które spełniają wymagane warunki techniczne do uzyskania na obciążeniu wzmacniacza właściwy poziom napięcia.

  2. Wielkości wyjściowe, takie jak: napięcie wyjściowe Uwy, moc wyjściowa Pwy, impedancja wyjściowa Zwy.

  3. Współczynnik wzmocnienia napięciowego Ku, który jest stosunkiem napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego:

    Ku=UwyUwe=4,89 V0,5 V=9,78.
  4. Charakterystyka amplitudowo‑częstotliwościowa pokazująca pasmo wzmocnienia wzmacniacza na tzw. paśmie trzydecybelowym 3dB.

  5. R13T5GT1neB19
    Charakterystyka amplitudowo‑częstotliwościowa pokazująca pasmo wzmocnienia wzmacniacza na tzw. paśmie trzydecybelowym 3dB
    Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Charakterystyka amplitudowo‑częstotliwościowa

1
RLL9ZFyqM6iE11

Plansza pod tytułem Amplituda sygnału wzmocnionego (80 Hz)

Grafika przedstawia wykres ilustrujący charakterystykę amplitudowo‑częstotliwościowa. Wskazuje ona amplitudę sygnału wzmocnionego. Oś pozioma przedstawia częstotliwość f w hercach od zera do 90 z podziałką co 10, oś pionowa przedstawia amplitudę w decybelach. Ma podpisane wartości w górnej części: 22 i 25 decybeli. Wykres ma początek w punkcie (0; 0) i jest nieregularną sinusoidą o wartościach dodatnich. Między 77 a 83 herce następuje wyraźny i odbiegający od reszty wykresu szybki wzrost i równie szybki spadek wartości. Za nim wykres powraca do nieregularnej sinusoidy. Tę odbiegającą część wykresu zrzutowano na obie osie i zaznaczono na osi poziomej wartości 77 i 83 herce oraz na osi pionowej 22 i 25 decybeli.

Opis: Pasmo przenoszenia wzmacniacza mieści się w zakresie od około 77 do około 83 Hz, czyli w tym paśmie amplituda jest wzmacniana. Pozostałe częstotliwości (mniejsze od 77 Hz, większe od 83 Hz) są tłumione.

Podstawowa cechą wzmacniacza WE jest odwracanie fazy sygnału wyjściowego w stosunku do sygnału wejściowego o 180°.

Przebieg napięcia wejściowego i wyjściowego

1
Rf0dQcp6waRbG1
Przebieg napięcia wejściowego i wyjściowego
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Przebieg napięcia wejściowego i wyjściowego

Na planszy przedstawiono dwie grafiki ilustrujące wykresy przebieg napięcia wejściowego i wyjściowego. Oba wykresy są podobne - są to regularne łamane układające się jak sinusoida (czyli wykresy mają postać poziomych zygzaków). Wykres drugi osiąga jednak dwa razy większe wartości, niż pierwszy.

Wykres pierwszy podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres w jednym z maksimów.

Opis: Przebieg napięcia źródła sinusoidalnego i jego wartość. Wartość maksymalna napięcia źródła sinusoidalnego wynosi 5 V.

Wykres drugi podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres w jednym z minimów.

Opis: Przebieg napięcia wyjściowego i jego wartość. Wartość minimalna napięcia wyjściowego wynosi 500 V.

Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego – wzmacniacz małych sygnałów odwracający fazę

1
RCHOs7LXwOdnr1
Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego – wzmacniacz małych sygnałów odwracający fazę
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego - wzmacniacz małych sygnałów odwracający fazę

Opis: Wzmacniacz operacyjny jest analogowym układem elektronicznym w postaci układu scalonego, charakteryzującym się dużym wzmocnieniem napięciowym, dużą rezystancją wejściową, małą rezystancją wyjściową oraz szerokim pasmem częstotliwości. Jest to układ o sprzężeniu bezpośrednim, przeznaczony do budowania układów z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego. Zewnętrzny obwód sprzężenia zwrotnego ma bezpośredni wpływ na właściwości całego układu elektronicznego.
Wykorzystując wzmacniacze operacyjne, które są powszechnie są stosowane w elektronice, możemy projektować szereg układów elektronicznych realizujących operacje na sygnałach analogowych. Jednym z tych układów jest wzmacniacz małych sygnałów odwracający fazę.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców), oznaczenie: ,
    Opis: Źródło sygnału analogowego.

  • rozgałęzienie 1: uziemienie,
    Opis: Masa układu.

  • rozgałęzienie 2: wzmacniacz operacyjny oznaczony trójkątem rownobocznym z wpisanym plusem i munisem; na rysunku to rogałęzienie łączy się z minusem,
    Opis: Wzmacniacz operacyjny to analogowy układ elektroniczny posiadający duże wzmocnienie napięciowe oraz dużą impedancję wejściową i małą impedancję wyjściową.

  • rozgałęzienie 3: rezystor pierwszy: wartość (kilo om), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 3 A: rezystor drugi: wartość (kilo omy), oznaczenie: ,
      Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

    • rozgałęzienie 3 B: wzmacniacz operacyjny, połączenie przy plusie,

  • rozgałęzienia: 3 A, 3 B i 2 łączą się i dalej łączą się z wyjściem .

Schemat wzmacniacza odwracającego fazę zbudowanego ze wzmacniacza operacyjnego

1
REYYYwbITEmmm1
Schemat wzmacniacza odwracającego fazę zbudowanego ze wzmacniacza operacyjnego
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat wzmacniacza odwracającego fazę zbudowanego ze wzmacniacza operacyjnego

Plansza przedstawia schemat oraz dwa wykresy przebiegu napięcia wejściowego i wyjściowego.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,

  • rozgałęzienie 1: uziemienie,

  • rozgałęzienie 2: wzmacniacz operacyjny oznaczony trójkątem rownobocznym z wpisanym plusem i munisem; na rysunku to rogałęzienie łączy się z minusem,

  • rozgałęzienie 3: rezystor pierwszy: wartość (kilo om), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 3 A: rezystor drugi: wartość (kilo omy), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 3 B: wzmacniacz operacyjny, połączenie przy plusie,

  • rozgałęzienia: 3 A, 3 B i 2 łączą się i dalej łączą się z wyjściem .

Wykresy

Na planszy przedstawiono dwie grafiki ilustrujące wykresy przebieg napięcia wejściowego i wyjściowego. Oba wykresy są podobne - są to regularne łamane układające się jak sinusoida (czyli wykresy mają postać poziomych zygzaków). Wykres drugi osiąga jednak niemal dwa razy większe wartości, niż pierwszy.

Wykres pierwszy podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres w jednym z minimów.

Opis: Na wejściu przebieg napięcia źródła sinusoidalnego i jego wartość. Wartość maksymalna napięcia źródła sinusoidalnego wynosi 5V.

Wykres drugi podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres w jednym z maksimów.

Opis: Na wyjściu przebieg napięcia sinusoidalnego na wyjściu wzmacniacza i jego wartość. Wartość maksymalna napięcia wyjściowego wynosi 15V.

Wzmocnienie układu wzmacniającego:

Ku=UwyUwe=15 V5 V=3,

w praktyce wzmocnienie ustalamy poprzez dobór R1R2, korzystając ze wzoru:

Ku=-R2R1=-3 1 =-3.

Przy R1=R2 wzmocnienie wzmacniacza odwracającego wynosi Ku=-1, układ taki nazywamy inwerterem. Znak minus - oznacza, że faza sygnału wyjściowego jest odwrócona o 180° w stosunku do fazy sygnału wejściowego.

Sygnał wzmacniany podawany jest na wejście odwracające oznaczone znakiem minus -.

Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego – wzmacniacz małych sygnałów nieodwracający fazy

1
REAN8CLY7M7TM1
Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego – wzmacniacz małych sygnałów nieodwracający fazy
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego – wzmacniacz małych sygnałów nieodwracający fazy

Opis: Wzmacniacz operacyjny jest analogowym układem elektronicznym w postaci układu scalonego, charakteryzującym się dużym wzmocnieniem napięciowym, dużą rezystancją wejściową, małą rezystancją wyjściową oraz szerokim paśmie częstotliwości. Jest to układ o sprzężeniu bezpośrednim, przeznaczony do budowania układów z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego. Zewnętrzny obwód sprzężenia zwrotnego ma bezpośredni wpływ na właściwości całego układu elektronicznego.
Wykorzystując wzmacniacze operacyjne, które powszechnie są stosowane w elektronice, możemy projektować szereg układów elektronicznych, realizujących operacje na sygnałach analogowych. Jednym z tych układów jest wzmacniacz małych sygnałów nieodwracający fazy.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,
    Opis: Źródło sygnału analogowego.

  • rozgałęzienie 1: uziemienie,
    Opis: Masa układu.

  • rozgałęzienie 2: wzmacniacz operacyjny oznaczony trójkątem rownobocznym z wpisanym plusem i minusem; na rysunku to rogałęzienie łączy się z plusem,
    Opis: Wzmacniacz operacyjny to analogowy układ elektroniczny posiadający duże wzmocnienie napięciowe oraz dużą impedancję wejściową i małą impedancję wyjściową).

  • rozgałęzienie 3: rezystor pierwszy: wartość (kilo om), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 3 A: rezystor drugi: wartość (kilo omy), oznaczenie: ,
      Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

    • rozgałęzienie 3 B: wzmacniacz operacyjny, połączenie przy minusie,

  • rozgałęzienia: 2 i 3 łączą się i dalej łączą się z wyjściem .

Schemat wzmacniacza nieodwracającego fazy zbudowanego ze wzmacniacza operacyjnego

1
RKXe6imz6LZWl1
Schemat wzmacniacza nieodwracającego fazy zbudowanego ze wzmacniacza operacyjnego
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat wzmacniacza nieodwracającego fazy zbudowanego ze wzmacniacza operacyjnego

Plansza przedstawia schemat oraz dwa wykresy przebiegu napięcia wejściowego i wyjściowego.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,

  • rozgałęzienie 1: uziemienie,

  • rozgałęzienie 2: wzmacniacz operacyjny oznaczony trójkątem rownobocznym z wpisanym plusem i minusem; na rysunku to rogałęzienie łączy się z plusem,

  • rozgałęzienie 3: rezystor pierwszy: wartość (kilo om), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 3 A: rezystor drugi: wartość (kilo omy), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 3 B: wzmacniacz operacyjny, połączenie przy minusie,

  • rozgałęzienia: 2 i 3 łączą się i dalej łączą się z wyjściem .

Wykresy

Na planszy przedstawiono dwie grafiki ilustrujące wykresy przebieg napięcia wejściowego i wyjściowego. Oba wykresy są podobne - są to regularne łamane układające się jak sinusoida (czyli wykresy mają postać poziomych zygzaków). Wykres drugi osiąga jednak niemal dwa razy większe wartości, niż pierwszy.

Wykres pierwszy podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres w jednym z maksimów.

Opis: Na wejściu wzmacniacza, przebieg napięcia źródła sinusoidalnego i jego wartość. Wartość maksymalna napięcia źródła sinusoidalnego wynosi 5V.

Wykres drugi podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres w jednym z maksimów.

Opis: Na wyjściu wzmacniacza, przebieg napięcia sinusoidalnego na wyjściu wzmacniacza i jego wartość. Wartość maksymalna napięcia wyjściowego wynosi 15V.

Wzmocnienie układu wzmacniającego:

Ku=UwyUwe=15 V5 V=3,

w praktyce wzmocnienie ustalamy poprzez dobór R1R2, korzystając ze wzoru:

Ku=R1+R2R1=3 1 =3.

Sygnał wzmacniany podawany jest na wejście nieodwracające oznaczone znakiem plus +, co oznacza, że sygnał wejściowy ma taką samą fazę jak sygnał wyjściowy.

Jeżeli w układzie wzmacniacza nieodwracającego odłączymy rezystor R1 z obwodu sprzężenia zwrotnego to otrzymamy układ nazywany wtórnikiem napięciowym o dużej rezystancji wejściowej i małej rezystancji wyjściowej. Wzmocnienie napięciowe wtórnika wynosi 1.

Filtr pasywny górnoprzepustowy RC

1
R1IeqtNNlxHNh1
Filtr pasywny górnoprzepustowy RC
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Filtr pasywny górnoprzepustowy RC

Opis: Filtr pasywny dolnoprzepustowy RC

Filtr służy do wydzielania pożądanego sygnału z widma podanego na jego wejście.
Filtry dolnoprzepustowe są układami elektronicznymi przepuszczającymi bez zmian sygnały o częstotliwościach poniżej częstotliwości granicznej, a tłumiącymi sygnały powyżej tej częstotliwości.
Filtry pasywne RC zbudowane są jedynie z elementów biernych: rezystora i kondensatora.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,
    Opis: Źródło sygnału analogowego.

  • kondensator: wartość (mikro faradów), oznaczenie ,
    Opis: Kondensator to element bierny służący do gromadzenia energii pola elektrycznego.

  • rozgałęzienie 1:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,
      Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2: wyjście .

Schemat filtru górnoprzepustowego RC wraz z przebiegami: wejściowymi i wyjściowymi

1
R1Xl9y9CfZxf91
Schemat filtru górnoprzepustowego RC wraz z przebiegami: wejściowymi i wyjściowymi
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat filtru górnoprzepustowego RC wraz z przebiegami: wejściowymi i wyjściowymi

Plansza przedstawia schemat oraz dwa wykresy przebiegu wejściowego i wyjściowego.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,

  • kondensator: wartość (mikro faradów), oznaczenie ,

  • rozgałęzienie 1:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2: wyjście .

Wykresy

Na planszy przedstawiono dwie grafiki ilustrujące wykresy przebiegi: wejściowy i wyjściowy. Oba wykresy są podobne - są to coraz łamane układające się jak sinusoida (czyli wykresy mają postać poziomych zygzaków). Im bardziej w prawo, tym bardziej wykres się zagęszcza (czyli zygzak jest coraz bardziej ściśnięty). Wykres pierwszy osiąga jednak niemal dwa razy większe wartości, niż drugi.

Wykres pierwszy podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres z prawej strony w jednym z maksimów.

Opis: Przebieg napięcia źródła sinusoidalnego na wejściu filtru dla częstotliwości 950 Hz.

Wykres drugi podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres z prawej strony w jednym z maksimów.

Opis: Przebieg napięcia sinusoidalnego Vpp na wyjściu filtru dla częstotliwości 950 Hz.

Właściwości filtru RC:

  1. Częstotliwość graniczna dla tego filtru wynosi

    fo=12πRC=12π·35 Ω·10 μF=454,73 Hz.
  2. Im większy iloczyn oporności rezystora R i pojemności kondensatora C, tym niższa częstotliwość graniczna, od której filtr zacznie działać.

  3. Górnoprzepustowy filtr RC używany jest jako układ sprzęgający. Wykorzystywany jest we wzmacniaczach audio, w systemach głośnikowych i sterowania muzyką. Stosowany jest jako układ różniczkujący.

Filtr pasywny dolnoprzepustowy RC

1
R10dRujCVOnDs1
Filtr pasywny dolnoprzepustowy RC
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Filtr pasywny dolnoprzepustowy RC

Opis: Filtr pasywny dolnoprzepustowy RC text=Filtr służy do wydzielania pożądanego sygnału z widma podanego na jego wejście.
Filtry dolnoprzepustowe są układami elektronicznymi przepuszczającymi bez zmian sygnały o częstotliwościach poniżej częstotliwości granicznej, a tłumiącymi sygnały powyżej tej częstotliwości.
Filtry pasywne RC zbudowane są jedynie z elementów biernych: rezystora i kondensatora.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,
    Opis: Źródło sygnału analogowego.

  • rezystor wartość (omów), oznaczenie: ,
    Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

  • rozgałęzienie 1:

    • kondensator: wartość (mikro faradów), oznaczenie ,
      Opis: Kondensator to element bierny służący do gromadzenia energii pola elektrycznego.

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2: wyjście .

Schemat filtru górnoprzepustowego RC wraz z przebiegami: wejściowymi i wyjściowymi

1
RMFUq5rrISogR1
Schemat filtru górnoprzepustowego RC wraz z przebiegami: wejściowymi i wyjściowymi
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat filtru górnoprzepustowego RC wraz z przebiegami: wejściowymi i wyjściowymi

Plansza przedstawia schemat oraz dwa wykresy przebiegu wejściowego i wyjściowego.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,

  • rezystor wartość (omów), oznaczenie: ,

  • rozgałęzienie 1:

    • kondensator: wartość (mikro faradów), oznaczenie ,

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2: wyjście .

Wykresy

Na planszy przedstawiono dwie grafiki ilustrujące wykresy przebiegi: wejściowy i wyjściowy. Oba wykresy są podobne - są to zagęszczające się w prawo sinusoidy (czyli im bardziej w prawo, tym wykres jest coraz bardziej ściśnięty). Wykres pierwszy osiąga jednak na całej swej długości takie same wartości. Wykres drugi natomiast im bardziej się ściska, tym mniejsze wartości osiąga (czyli osiąga coraz mniejsze wartości, inaczej - wygasa).

Wykres pierwszy podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres z lewej strony w jednym z maksimów.

Opis: Przebieg napięcia źródła sinusoidalnego na wejściu filtru.

Wykres drugi podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres z lewej strony w jednym z lokalnych maksimów.

Opis: Przebieg napięcia sinusoidalnego na wyjściu filtru.

Właściwości filtru RC

  1. Częstotliwość graniczna dla tego filtru wynosi

    fo=12πRC=12π·187 Ω·10 μF=85,11 Hz
  2. Im większy iloczyn oporności rezystora R i pojemności kondensatora C, tym niższa częstotliwość graniczna, od której filtr zacznie działać.

  3. Dolnoprzepustowy filtr RC używany jest jako układ eliminujący drgania styków, stosowany jest w przetwornikach analogowo‑cyfrowych do eliminowania zakłóceń oraz jako układ kształtujący impulsy – układ całkujący, układ uśredniający.

Filtr aktywny dolnoprzepustowy RC

1
Rvz5aT9xXR3UZ1
Filtr aktywny dolnoprzepustowy RC
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Filtr aktywny dolnoprzepustowy RC

Opis: Filtr służy do wydzielania pożądanego sygnału z widma podanego na jego wejście.
Filtry dolnoprzepustowe są układami elektronicznymi przepuszczającymi bez zmian sygnały o częstotliwościach poniżej częstotliwości granicznej, a tłumiącymi sygnały powyżej tej częstotliwości.
Filtry aktywne RC zbudowane są z elementów biernych: rezystorów i kondensatora oraz wzmacniacza operacyjnego, który pełni w tym układzie funkcję elementu aktywnego.
Do zalet filtrów aktywnych możemy zaliczyć stabilność pracy, stosunkowo proste przestrajanie częstotliwości granicznych, dużą dokładność, brak tłumienia sygnału wejściowego a nawet możliwość jego wzmocnienia w określonym paśmie. Filtry aktywne pozwalają na wyeliminowanie z układów elektronicznych wykorzystanie drogich elementów indukcyjnych, które dodatkowo są często bardzo niewygodne z powodu dużych rozmiarów. Filtry aktywne pracują w szerokim zakresie częstotliwości od tysięcznych części Hz nawet do kilkuset kHz. Graniczna górna częstotliwość pracy filtru aktywnego jest jedynie ograniczona pasmem przenoszenia wzmacniacza operacyjnego wykorzystanego do budowy filtru.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,
    Opis: Źródło sygnału analogowego.

  • rozgałęzienie 1:

    • woltomierz,

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

  • rozgałęzienie 2 A:

    • kondensator: wartość (nano faradów), oznaczenie ,
      Opis: Kondensator to element bierny służący do gromadzenia energii pola elektrycznego.

    • uziemienie,
      Opis: Masa układu.

  • rozgałęzienie 2 B: wzmacniacz operacyjny, połączenie z plusem.

  • wzmacniacz operacyjny,
    Opis: Wzmacniacz operacyjny to analogowy układ elektroniczny posiadający duże wzmocnienie napięciowe oraz dużą impedancję wejściową i małą impedancję wyjściową.

  • przewód od wzmacniacza od minusa (oznaczmy go numerem 3):

    • rozgałęzienie 3 A:

      • rezystor drugi: wartość (kilo omów), oznaczenie: ,
        Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

      • uziemienie,

    • rozgałęzienie 3 B:

      • rezystor drugi: wartość (kilo omów), oznaczenie: - połączony z drugim przewodem idącym od wzmacniacza;

  • drugi przewód od wzmacniacza: - wyjście .

Dolnoprzepustowy aktywny filtr RC

1
R1ZdXMeoOwuJD1
Dolnoprzepustowy aktywny filtr RC
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Dolnoprzepustowy aktywny filtr RC

Plansza przedstawia schemat oraz dwa wykresy przebiegu wejściowego i wyjściowego.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (herców),oznaczenie: ,

  • rozgałęzienie 1:

    • woltomierz,

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

  • rozgałęzienie 2 A:

    • kondensator: wartość (nano faradów), oznaczenie ,

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2 B: wzmacniacz operacyjny, połączenie z plusem.

  • wzmacniacz operacyjny,

  • przewód od wzmacniacza od minusa (oznaczmy go numerem 3):

    • rozgałęzienie 3 A:

      • rezystor drugi: wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

      • uziemienie,

    • rozgałęzienie 3 B:

      • rezystor drugi: wartość (kilo omów), oznaczenie: - połączony z drugim przewodem idącym od wzmacniacza;

  • drugi przewód od wzmacniacza: - wyjście .

Wykresy

Na planszy przedstawiono dwie grafiki ilustrujące wykresy przebiegi: wejściowy i wyjściowy. Oba wykresy są podobne - są to zagęszczające się w prawo sinusoidy (czyli im bardziej w prawo, tym wykres jest coraz bardziej ściśnięty). Wykres pierwszy osiąga na całej swej długości takie same wartości. Wykres drugi natomiast osiąga dwa razy większe wartości, ale im bardziej się ściska, tym mniejsze wartości osiąga (czyli osiąga coraz mniejsze wartości, inaczej - wygasa).

Wykres pierwszy podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres z pośrodku w jednym z maksimów.

Opis: Przebieg napięcia źródła sinusoidalnego na wejściu filtru dla częstotliwości 660 Hz.

Wykres drugi podpisano: . Naniesiono na niego pionową linię przecinającą wykres pośrodku w jednym z lokalnych maksimów.

Opis: Przebieg napięcia sinusoidalnego na wyjściu filtru dla częstotliwości 660 Hz.

Właściwości filtru RC

  1. Częstotliwość graniczna dla tego filtru wynosi

    fo=12πRC=12π·100 Ω·159 μF=100Hz.
  2. Im większy iloczyn oporności rezystora R i pojemności kondensatora C, tym niższa częstotliwość graniczna, od której filtr zacznie działać.

  3. Dolnoprzepustowy filtr RC używany jest jako układ eliminujący drgania styków, stosowany jest w przetwornikach analogowo‑cyfrowych do eliminowania zakłóceń oraz jako układ kształtujący impulsy – układ całkujący, układ uśredniający.

  4. Aktywny filtr daje na wyjściu sygnał wzmocniony względem wejściowego w zakresie pasma przepustowego.

Modulator AM

1
R1OXBLrb7MsIH1
Modulator AM
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Modulator AM

Opis: Modulator AM (AM z ang. Amplitude Modulation) jest układem elektronicznym realizującym modulację amplitudową. Modulacja amplitudowa jest najprostszym rodzajem modulacji fali. Chwilowa wartość amplitudy przebiegu zmodulowanego w.cz ulega zmianie w czasie zgodnie z chwilowymi wartościami sygnału modulującego m.cz, którym jest mowa ludzka lub muzyka. Prezentowany modulator wykonany jest w układzie wzmacniacza tranzystorowego z modulacją w obwodzie emitera. Sygnał w.cz doprowadzony jest do bazy tranzystora, a sygnał modulujący jest doprowadzony do emitera tranzystora. Sygnał napięciowy modulujący o określonej wartości doprowadzony do emitera wywołuje zmianę amplitudy napięcia w.cz w obwodzie kolektora.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (kilo herców), brak oznaczenia,
    Opis: Źródło fali nośnej.

  • rozgałęzienie 1:

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2:

    • kondensator: wartość (nano faradów), oznaczenie - stąd trzy rozgałęzienia: 3, 4 i 5,

  • rozgałęzienie 3:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 3 A:

      • wyjście: ,

    • rozgałęzienie 3 B:

      • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: - stąd rozgałęzienie do tranzystora bipolarnego npn i do kondensatora ,

  • rozgałęzienie 4 bezpośrednio do tranzystora bipolarnego npn,

  • rozgałęzienie 5:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

  • rozgałęzienie 5 A:

    • uziemienie,

    • kondensator: wartość (nano faradów), oznaczenie ,

  • rozgałęzienie 5 AA - bezpośrednio do tranzystora bipolarnego npn,

  • rozgałęzienie 5 BB:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

    • źródło sygnału analogowego,

    • uziemienie z przewodu 5 A,

  • tranzystor bipolarny npn, do którego dochodzą przewody 3, 4 i 5, a z którego wychodzi przewód 6,
    Opis: Tranzystor bipolarny npn to element czynny posiadający właściwości wzmacniające.

  • kondensator: wartość (nano faradów), oznaczenie ,
    Opis: Kondensator to element bierny służący do gromadzenia energii pola elektrycznego.

  • rezystor: wartość (kilo om), oznaczenie: ,
    Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

  • uziemienie.
    Opis: Masa układu.

1
R1R9hV0lFHZUT1
Schemat układu modulatora AM w układzie wzmacniacza tranzystorowego z modulacja w obwodzie emitera
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat układu modulatora AM w układzie wzmacniacza tranzystorowego z modulacja w obwodzie emitera

Plansza przedstawia schemat oraz trzy wykresy przebiegu napięcia.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście: wartość (kilo herców), brak oznaczenia,

  • rozgałęzienie 1:

    • uziemienie,

  • rozgałęzienie 2:

    • kondensator: wartość (nano faradów), oznaczenie - stąd trzy rozgałęzienia: 3, 4 i 5,

  • rozgałęzienie 3:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

    • rozgałęzienie 3 A:

      • wyjście: ,

    • rozgałęzienie 3 B:

      • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: - stąd rozgałęzienie do tranzystora bipolarnego npn i do kondensatora ,

  • rozgałęzienie 4 bezpośrednio do tranzystora bipolarnego npn,

  • rozgałęzienie 5:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

  • rozgałęzienie 5 A:

    • uziemienie,

    • kondensator: wartość (nano faradów), oznaczenie ,

  • rozgałęzienie 5 AA - bezpośrednio do tranzystora bipolarnego npn,

  • rozgałęzienie 5 BB:

    • rezystor wartość (kilo omów), oznaczenie: ,

    • źródło sygnału analogowego,

    • uziemienie z przewodu 5 A,

  • tranzystor bipolarny npn, do którego dochodzą przewody 3, 4 i 5, a z którego wychodzi przewód 6,

  • kondensator: wartość (nano faradów), oznaczenie ,

  • rezystor: wartość (kilo om), oznaczenie: ,

  • uziemienie.

Wykresy

Na planszy przedstawiono trzy grafiki ilustrujące wykresy przebiegi napięcia.

Wykres pierwszy jest regularną, gęstą sinusoidą.

Opis: Przebieg napięcia źródła sinusoidalnego – sygnał modulowany. Amplituda fali nośnej
Umax=10 mV.

Wykres drugi jest regularną, dość gęstą sinusoidą i przyjmuje wartości około dwa razy większe, niż wykres pierwszy.

Opis: Przebieg napięcia źródła sinusoidalnego – sygnał modulujący. Amplituda sygnału modulującego
Umax=5 V.

Wykres trzeci wyznacza zakolorowaną część płaszczyzny, która przypomina leżącą butelkę skierowaną szyjką w prawo. Wykres od lewej jest szeroki, zwęża się i delikatnie poszerza się z prawej strony. Jest symetryczny poziomo.

Opis: Przebieg napięcia zmodulowanego amplitudowo

Właściwości modulatora AM:

  • prosty układ modulatora,

  • duża wrażliwość na zakłócenia atmosferyczne, np. na uderzenie pioruna.
    (Piorun jako impuls elektromagnetyczny indukuje w instalacjach i przewodach zakłócenia, które zmieniają amplitudę sygnału zmodulowanego, w którym zapisana jest informacja).

Schemat blokowy modulatora FM z diodą pojemnościową

1
RFHzItG1RYLxr1
Schemat blokowy modulatora FM z diodą pojemnościową
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat blokowy modulatora FM z diodą pojemnościową

Opis: Modulator FM (ang. Frequency Modulation) jest układem elektronicznym realizującym modulację częstotliwościową. W modulatorze następuje kodowanie informacji w fali nośnej przez zmiany chwilowej częstotliwości sygnału modulowanego. Amplituda sygnału pozostaje stała. W podstawowym układzie modulatora najczęściej stosuje się diodę pojemnościową w obwodzie rezonansowym generatora, gdzie poprzez zmianę jej pojemności w takt zmian sygnału modulującego zmienia się częstotliwość generowanej fali nośnej - sygnału modulowanego.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście modulatora - napięcie małej częstotliwości (okrąg),

  • rezystor (prostokąt),
    Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

  • rozgałęznienie 1 od rezystora:

    • dioda pojemnościowa (dwie równoległe kreski i trójkąt skieroway wierzchołkiem do jednej z linii,
      Opis: Dioda pojemnościowa to element półprzewodnikowy, który zmienia swoją pojemność złącza pn w zależności od doprowadzonego napięcia.

    • masa układu (trzy ukośne równoległe kreski połączone jedną poziomą na górze - jak grabki),

  • rozgałęznienie 2 od rezystora:

    • kondensator (dwie pionowe kreski), od kondensatora odchodzą dalej dwa rozgałęzienia: 3 i 4,
      Opis: Kondensator to element bierny służący do gromadzenia energii pola elektrycznego.

  • rozgałęzienie 3 od kondensatora:

    • rezonator kwarcowy (dwie równoległe linie, a między nimi prostokąt o podstawach dłuższych niż te linie, obok litera X,
      Opis: Rezonator kwarcowy jest elementem piezoelektrycznym wykorzystującym właściwości kwarcu.
      Rezonator kwarcowy to kryształ kwarcu w postaci cienkich oszlifowanych płytek, które można pobudzić do drgań mechanicznych. Taka płytka ma dwie elektrody. Jeżeli do jednej elektrody doprowadzimy sygnał o określonym widmie częstotliwości, to na drugiej elektrodzie pojawi się sygnał o częstotliwości rezonansowej kwarcu.

    • rozgałęzienie 3 A:

      • generator w. cz.,

    • rozgałęzienie 3 B:

      • uziemienie,

  • rozgałęzienie 4 od kondensatora:

    • generator w. cz.,

  • z generatora poprowadzony jest przewód do wyjścia; na przewodzie znajduje się grot strzałki w stronę wyjścia: wyjście modulatora (okrąg) - zmodulowane częstotliwościowo napięcie wielkiej częstotliwości.

Schemat modulatora FM z obwodem generatora LC

1
R18HDiclCK0O71
Schemat modulatora FM z obwodem generatora LC
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat modulatora FM z obwodem generatora LC

Opis: Modulację częstotliwości można zrealizować stosując przestrajanie generatora napięciem modulującym. Napięcie modulujące Um.cz doprowadzone do diody pojemnościowej będzie powodować zmianę jej pojemności, a to będzie wpływało na częstotliwość obwodu rezonansowego LC.

Schemat rozgałeziony składa się z następujących elementów:

  • wejście modulatora - napięcie małej częstotliwości - odchodzą od niego dwa przewody: do kondensatora i do rezystora ,

  • ma trzy rozgałęzienia:

    1. rezystor :

      • rezystor ,

      • rezystor ,

      • napięcie zasilania: ,

    2. dioda pojemnościowa :

      • rozgałęzienie: kondensator i cewka ,

    3. rezystor :

      • łączy się z cewką ,

  • kondensator ma trzy rozgałęzienia:

    1. rezystor ,

    2. rezystor , przewód od niego jest rozgałęziony do cewki , do uziemienia i do kondensatora ,

    3. kondensator ,

  • kondensator ma cztery rozgałęzienia:

    1. tranzystor,

    2. kondensator połączony z rezystorem (pętla),

    3. rezystor ,

    4. kondensator ,

  • tranzystor, kondensator i rezystor łączą się w przewód biegnący do kondensatora , stąd ujście - w .cz.

Przebiegi czasowe modulatora FM

1
RSCA2FQY5RBkf1
Przebiegi czasowe modulatora FM
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Przebiegi czasowe modulatora FM

Na ilustracji przedstawiono dwa wykresy.

Grafika pierwsza przedstawia sygnał modulowany oraz sygnał modulujący np. mowa ludzka lub muzyka. Nałożono tu na siebie dwa wykresy. Jeden to ściśnięta, regularna sinusoida przyjmująca duże wartości. Wykres opisany jest jako nośnik. Drugi to nieregularna wypłaszczona pozioma fala opisana jako sygnał.

Grafika przedstawia sygnał zmodulowany częstotliwościowo. Jest to zagęszczona sinusoida, która osiąga równe maksima i minima na całej swej długości, ale nie jest regularna względem osi poziomej (ma nieregularnie usytuowane miejsca zerowe). Wykres opisano jako wyjście.

Właściwości modulatora FM:

  • modulatory FM są odporne na zakłócenia amplitudowe,

  • sygnał zmodulowany częstotliwościowo zajmuje szersze pasmo sygnału,

  • sygnał zmodulowany częstotliwościowo ma zdolność tłumienia słabszych sygnałów na korzyść mocniejszych,

  • budowa modulatorów FM jest bardziej skomplikowana niż modulatorów AM, co generuje wyższy koszt.

Schemat blokowy modulatora PM

1
RplSKjoBJrGAB1
Schemat blokowy modulatora PM
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat blokowy modulatora PM

Opis: Modulator PM (z angielskiego Phase Modulation) jest układem elektronicznym realizującym modulację fazową, w której kodowanie informacji w fali nośnej następuje przez zmianę chwilowej wartości w zależności od fazy sygnału modulującego. Modulacja PM jest modulacją rzadko stosowaną do modulowania sygnałów analogowych z uwagi na bardziej skomplikowane modulatory PM. Modulacja ta utrzymuje również stałą amplitudę, podobnie jak modulacja FM, ale przesuwa kształt sygnału o fazę.

Schemat blokowy składa się z prostokątów reprezentujących elementy oraz ze strzałek pomiędzy nimi.

Schemat jest skonstruowany następująco:

Generator kwarcowy.
Strzałka 1: Modulator fazy (do tego prostokąta dopisano wyżej: sygnał modulujący U m. cz. i narysowano strzałkę do prostokąta.
Strzałka 2: Pośrodku strzałki znajduje się dodatkowy prostokąt opisany jako przesuwnik fazowy .
Opis: Przesuwnik fazowy realizuje przesunięcie fazy sygnału wyjściowego względem sygnału wejściowego bez zmiany amplitudy.
Strzałka 3: prowadzi od modulator fazy do układu sumującego. Nad strzałką zapisano: .
Strzałka 2 i strzałka 3 prowadzą do jednego prostokąta podpisanego: układ sumujący.
Opis: Układ sumujący realizuje funkcję algebraicznego sumowania napięć.
Strzałka 4: prowadzi od układu sumującego do prostokąta podpisanego: ogranicznik amplitudy. Nad strzałką zapisano: .
Opis: Ogranicznik amplitudy to układ służący do przenoszenia bez zniekształceń sygnału wejściowego w pewnym ustalonym przedziale i silnego stłumienia części sygnału wykraczających poza ten przedział.
Strzałka 5: Prowadzi od ogranicznika amplitudy do tekstu (nie zapisanego w prostokącie): sygnał zmodulowany U w. cz.

Przebiegi czasowe modulatora PM

1
RYTyeztiP6caM1
Przebiegi czasowe modulatora PM
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Przebiegi czasowe modulatora PM

Na ilustracji przedstawiono dwa wykresy.

Grafika przedstawia sygnał modulowany oraz sygnał modulujący np. mowa ludzka lub muzyka. Nałożono tu na siebie dwa wykresy. Jeden to ściśnięta, regularna sinusoida przyjmująca duże wartości. Wykres opisany jest jako nośnik. Drugi to nieregularna wypłaszczona pozioma fala opisana jako sygnał.

Grafika przedstawia sygnał analogowy zmodulowany fazowo. Jest to zagęszczona sinusoida, która osiąga równe maksima i minima na całej swej długości, ale nie jest regularna względem osi poziomej (ma nieregularnie usytuowane miejsca zerowe). Wykres opisano jako wyjście.

Właściwości modulatora PM:

  • modulatory PM są bardziej skomplikowane niż modulatory FM,

  • modulatory PM są odporne na zakłócenia amplitudowe, podobnie jak modulatory FM,

  • sygnał zmodulowany fazowo zajmuje takie samo pasmo sygnału jak sygnał FM.

Generator RC

1
RUEC2gE9Fna0Q1
Generator RC
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat układu generatora RC zbudowanego z wykorzystaniem wzmacniacza operacyjnego

Opis: Generator RC
Prezentowany generator RC zbudowany jest ze wzmacniacza operacyjnego w układzie wzmacniacza odwracającego fazę oraz drabinki filtrów górnoprzepustowych. Jest to układ generatora RC z przesuwnikami fazowymi, który tworzą filtry RC. Wartość wzmocnienia możemy regulować poprzez zmianę wartości rezystorów R1 lub R2.

Plansza przedstawia schemat oraz wykres przebiegu napięcia.

Schemat jest pętlą, która z jednej strony jest rozgałęziona.

Elementy układu:

  • kondensator , wartość (nano faradów);
    Opis: Kondensator to element bierny służący do gromadzenia energii pola elektrycznego.
    kondensator ma trzy rozgałęzienia:

    1. wyjście ,

    2. rezystor , wartość (kilo omów) połączony z uziemieniem (masa układu),
      Opis: Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

    3. kondensator , wartość (nano faradów),

  • kondensator ma dwa rozgałęzienia:

    1. rezystor , wartość (kilo om) połączony z uziemieniem,

    2. kondensator , wartość (nano faradów), który połączony jest dalej z rezystorem ,

  • rezystor ma dwa rozgałęzienia:

    1. wzmacniacz operacyjny (minus) połączony z uziemieniem (plus),
      Opis: Wzmacniacz operacyjny to analogowy układ elektroniczny posiadający duże wzmocnienie napięciowe oraz dużą impedancję wejściową i małą impedancję wyjściową.

    2. rezystor , wartość (kilo omów), połączony pętlą z przewodem łączącym dalej wzmacniacz i kondensator ; przewód ten prowadzi do wyjścia.

Ilustracja pod schematem przedstawia dwa wyresy naniesione jeden nad drugim. Oba zaczynają się od poziomej krótkiej linii, a dalej są zygzakowatymi regularnymi sinusoidami i są swoimi odbiciami względem osi poziomej. Po lewej stronie zapisano: .

Schemat układu generatora RC zbudowanego z wykorzystaniem wzmacniacza operacyjnego

1
R5KEZy4yD3c4j1
Schemat układu generatora RC zbudowanego z wykorzystaniem wzmacniacza operacyjnego
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat układu generatora RC zbudowanego z wykorzystaniem wzmacniacza operacyjnego

Plansza przedstawia schemat oraz wykres przebiegu napięcia.

Schemat jest pętlą, która z jednej strony jest rozgałęziona.

Elementy układu:

  • kondensator , wartość (nano faradów); kondensator ma trzy rozgałęzienia:

    1. wyjście ,

    2. rezystor , wartość (kilo omów) połączony z uziemieniem (masa układu),

    3. kondensator , wartość (nano faradów),

  • kondensator ma dwa rozgałęzienia:

    1. rezystor , wartość (kilo om) połączony z uziemieniem,

    2. kondensator , wartość (nano faradów), który połączony jest dalej z rezystorem ,

  • rezystor ma dwa rozgałęzienia:

    1. wzmacniacz operacyjny (minus) połączony z uziemieniem (plus),

    2. rezystor , wartość (kilo omów), połączony pętlą z przewodem łączącym dalej wzmacniacz i kondensator ; przewód ten prowadzi do wyjścia.

Ilustracja pod schematem przedstawia dwa wyresy naniesione jeden nad drugim. Oba zaczynają się od poziomej krótkiej linii, a dalej są zygzakowatymi regularnymi sinusoidami i są swoimi odbiciami względem osi poziomej. Po lewej stronie zapisano: .

  1. Wykres górny za linią poziomą najpierw rośnie (zygzak idzie do góry).
    Opis: Wykres: przebieg napięcia na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego.

  2. Wykres dolny za linią poziomą najpierw maleje (zygzak idzie do dołu).
    Opis: Wykres: przebieg napięcia sinusoidalnego na wyjściu wzmacniacza.

Właściwości generatora RC:

  • charakteryzują się dużymi zniekształceniami przebiegu sinusoidalnego,

  • posiadają małą stabilność częstotliwości,

  • są trudne do przestrajania,

  • są tanie,

  • stosuje się je w zakresie małych i średnich częstotliwości.

Zasilacz 12 V

1
RhhAokDERhUHF
Zasilacz 12 V
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Zasilacz 12 V

Opis: Zasilacz 12 V text=Układ elektroniczny przetwarzający napięcie przemienne na napięcie stałe o danej wartości wymaganej przez zasilane urządzenie nazywamy zasilaczem. Prezentowany układ zasilacza jest układem elektronicznym zawierającym:

  • transformator służący do obniżenia napięcia przemiennego do wymaganej wartości,

  • prostownik dwupołówkowy złożony z 4 diod prostowniczych służących do zamiany napięcia przemiennego na napięcie jednokierunkowe,

  • filtr mający za zadania wyeliminowanie składowej zmiennej przebiegu napięcia, a tym samym zmniejszenie tętnień napięcia,

  • stabilizator napięcia zapewniający stałą wartość napięcia na wyjściu zasilacza, niezależnie od jego obciążenia, zmian napięcia zasilającego oraz temperatury pracy zasilacza.

Uzupełnienie pojęć do schematu:

  • Stabilizator napięcia to układ elektroniczny służący do utrzymywania stałej wartości napięcia na jego wyjściu.

  • Transformator to urządzenie przetwarzające energię elektryczną bez zmiany częstotliwości.

  • Potencjometr to rezystor nastawny o zmiennej regulowanej rezystancji.

  • Rezystor to element bierny służący do ustalania wartości prądu w obwodzie lub jako dzielniki napięcia.

Schemat składa się z następujących elementów:

  • transformator , na rysunku są to dwie pionowe falki, a pomiędzy nimi dwie pionowe linie;
    Transformator jest połączony z diodami - na rysunku jest to romb. Na każdym boku rombu znajduje się przecinająca go prostopadła kreska, do której skierowana jest strzałka. Patrząc na strzałki, wskazują one ruch w prawą stronę, zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Lewy górny bok to dioda , prawy górny to , prawy dolny to , lewy dolny to . Wewnątrz rombu znajduje się napis: . Transformator połączony jest z górnym i dolnym wierzchołkiem rombu. Z dwóch pozostałych poprowadzone są przewody do kondensatora .

  • kondensator elektrolityczny to na rysunku prostokąt i osobna linia pod dolną podstawą oraz plus po lewej stronie prostokąta; wartość (mikro faradów); kondensator ma dwa rozgałęzienia:

    1. potencjometr, czyli rezystor , wartość: (kilo omy)

    2. pętla z diodą półprzewodnikową prostowniczą , nad którą zapisano , Pętla biegnie od kondensatora , przez potencjometr , przez rezystor , wartość (kilo omów) do diody i do kondensatora . Pętla znajduje się na schemacie wokół stabilizatora napięcia dodatniego .

  • potencjometr i rezystor łączą się z kondnsatorem , wartość . Za nim znajdują się dwa równoległe wyjścia.

Przebiegi zasilacza stabilizowanego z regulowanym napięciem wyjściowym

1
RPbsPrj3cjNs31
Przebiegi zasilacza stabilizowanego z regulowanym napięciem wyjściowym
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Przebiegi zasilacza stabilizowanego z regulowanym napięciem wyjściowym

Ilustracja przedstawia dwa wykresy.

Wykres pierwszy: przebieg napięcia źródła sinusoidalnego i jego wartość

Wykres pierwszy to zygzakowata regularna sinusoida. Naniesiono na nią trzy pinowe kreski. Pierwsz przechodzi przez jedno z maksimów. Dwie kolejne wyznaczają rzut odległości na osi poziomej między maksimum a minimum. Oba ekstrema są podpisane:

  • (wolty),

  • (wolty).

Wykres drugi: przebieg napięcia stałego na wyjściu zasilacza i jego wartość.

Wykres drugi to łamana w kształcie przypominająca niskie i długie schodki. Im dalej w prawo, tym wyższe wartości osiąga funkcja. Początek wykresu podpisano (wolty), a koniec (wolty).

Opis: Napięcie wyjściowe możemy regulować w zakresie od 0 do 14 V poprzez zmianę wartości potencjometru R1. Na przebiegu napięcia wyjściowego widzimy skokowe zmiany napięcia.

Właściwości zasilacza:

  • zasilacz zapewnia regulowane napięcie stałe w zakresie 0-14 VDC,

  • niski współczynnik tętnień,

  • stabilizacja napięcia wyjściowego.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

3

Cyfrowe układy elektroniczne

Bramki logiczne (układy kombinacyjne)

1
R1PIPLKV7Mcx71
Układy kombinacyjne
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Układy kombinacyjne

Opis: Najprostszymi układami kombinacyjnymi są bramki logiczne. Realizują one funkcje logiczne dla jednej, dwóch lub wielu zmiennych. Zmienne logiczne, czyli sygnały logiczne podawane są na wejścia bramek, mogą one przyjmować dwa stany: niski L, któremu odpowiada poziom logiczny 0, oraz wysoki H, któremu odpowiada poziom logiczny 1. Działanie bramek logicznych opisuje się za pomocą tzw. Tabel prawdy, które zawierają zestawienie stanów logicznych wejściowych i odpowiadający im stan logiczny wyjściowy.
Bramki logiczne to układy elektroniczne wykonane najczęściej z tranzystorów w postaci układu scalonego.

Właściwości bramek logicznych

  • Bramki logiczne są fundamentem elektroniki cyfrowej.

  • Bramki można dowolnie łączyć kaskadowo, tworząc bardziej złożone układy cyfrowe.

  • Realizują operacje logiczne zgodnie z prawami Algebry Boole’a.

  • Bramki mogą być w różnych technologiach: TTL raczej kiedyś stosowaną i CMOS najczęściej dziś stosowana.

  • Bramki logiczne są głównymi elementami układów kombinacyjnych wykorzystywanych w technice cyfrowej.

Na planszy przedstawiono symbole i oznaczenia.

  • Bramka NOT
    Układ kombinacyjny o jednym wejściu, realizujący funkcję negacji sygnału wejściowego.
    Symbol, od lewej: pozioma kreska, trójkątny pusty grot strzałki skierowany w prawo, mały okrąg, pozioma kreska.

  • Bramka NAND
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję negacji iloczynu logicznego.
    Symbol, od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą, kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrągleniem w prawą stronę, mały okrąg, pozioma kreska.

  • Bramka NOR
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję negacji sumy logicznej.
    Symbol, od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą, kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrąglenie jest lekko zaostrzone, jest skierowane w prawą stronę, dalej mały okrąg, pozioma kreska.

  • Bramka AND
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję iloczynu logicznego.
    Symbol, od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą, kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrągleniem w prawą stronę, pozioma kreska.

  • Bramka OR
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję sumy logicznej.
    Symbol, od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą, kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrąglenie jest lekko zaostrzone, jest skierowane w prawą stronę, dalej pozioma kreska.

  • Bramka X‑OR
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję nierównoważności.
    Symbol, od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą, pionowy łuk wybrzuszony w prawo, kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrąglenie jest lekko zaostrzone, jest skierowane w prawą stronę, dalej pozioma kreska.

Symbole i tablice prawdy dla bramek logicznych

1
RiyrWfBYyWmjM1
Symbole i tablice prawdy dla bramek logicznych
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Symbole i tablice prawdy dla bramek logicznych

Opis: Przy pomocy powyższego układu kombinacyjnego możemy sprawdzić prawdziwość działania bramek w zależności od kombinacji stanów sygnałów wejściowych. Tabela przedstawia wyrażenie algebraiczne jakie realizują poszczególne bramki wraz z tabelą prawdy danej bramki.

  1. Funkcja logiczna: and (po polsku i).
    Symbol graficzny: Od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą. Przy górnej litera A, przy dolnej B. Dalej kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrągleniem w prawą stronę, pozioma kreska, obok niej litera Y.
    Wyrażenie algebraiczne:
    Wartości logiczne: input: A, B, output: Y.

  2. Funkcja logiczna: or (po polsku lub).
    Symbol graficzny: Od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą. Przy górnej litera A, przy dolnej B. Dalej kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrągleniem w prawą stronę. Zaokrąglenie ma lekki szpic, a lewy bok figury jest wybrzuszony w prawo. Dalej pozioma kreska, obok niej litera Y.
    Wyrażenie algebraiczne:
    Wartości logiczne: input: A, B, output: Y.

  3. Funkcja logiczna: not (po polsku nie prawda, że).
    Symbol graficzny: Od lewej: pozioma kreska, przy niej litera A. Dalej kształt trójkątnego grota strzałki wskazującego w prawą stronę. Dalej mały okrąg, za nim pozioma kreska, obok niej litera A.
    Wyrażenie algebraiczne:
    Wartości logiczne: input: A

    • jeśl , to output to ,

    • jeśl , to output to .

  4. Funkcja logiczna: nand (po polsku zaprzeczenie iloczynu).
    Symbol graficzny: Od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą. Przy górnej litera A, przy dolnej B. Dalej kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrągleniem w prawą stronę, mały okrąg, pozioma kreska, obok niej litera Y.
    Wyrażenie algebraiczne:
    Wartości logiczne: input: A, B, output: Y.

  5. Funkcja logiczna: nor (po polsku zaprzeczenie sumy).
    Symbol graficzny: Od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą. Przy górnej litera A, przy dolnej B. Dalej kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrągleniem w prawą stronę. Zaokrąglenie ma lekki szpic, a lewy bok figury jest wybrzuszony w prawo. Dalej mały krąg, pozioma kreska, obok niej litera Y.
    Wyrażenie algebraiczne:
    Wartości logiczne: input: A, B, output: Y.

  6. Funkcja logiczna: xor (po polsku alternatywa wykluczająca, inaczej potocznie albo - albo).
    Symbol graficzny: Od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą. Przy górnej litera A, przy dolnej B. Dalej pionowy łuk wybrzuszony w prawo. Następnie kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrągleniem w prawą stronę. Zaokrąglenie ma lekki szpic, a lewy bok figury jest wybrzuszony w prawo. Dalej pozioma kreska, obok niej litera Y.
    Wyrażenie algebraiczne:
    Wartości logiczne: input: A, B, output: Y.

Komparator

1
R1RrUsHBe2hZo1
Komparator
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Komparator

Opis: Komparatorem nazywamy kombinacyjny układ cyfrowy porównujący stany logiczne na jego wejściu, czyli dwóch liczb binarnych 0 lub 1.

Rysunek: Od lewej: dwie poziome kreski jedna nad drugą. Przy górnej litera A, przy dolnej B. Dalej kształt zamkniętej podkowy ustawionej poziomo, zaokrągleniem w prawą stronę, pozioma kreska, obok niej litera Y. W trójkącie przy wierzchołku obok litery A znajduje się znak plus, a przy wierzchołku obok litery B minus.

Tabela 1. Tabela prawdy dla komparatora

 Inputs

 Outputs

A

B

Y

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

0

0

Tabela 1. Tabela prawdy dla komparatora

Input A

Input B

Outputs Y

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

0

0

Przy jednakowych liczbach na wejściu AB na wyjściu otrzymamy stan wysoki.

Przy różnych sygnałach wejściowych na AB otrzymamy stan niski.

Schemat komparatora dwubitowego

1
R1XCr8JQinXMj1
Schemat komparatora dwubitowego
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat komparatora dwubitowego

Schemat przedstawia kombinacje funkcji dla różnych wartości A i B.

Funkcje wykorzystane w schemacie.

  • Bramka NOT
    Układ kombinacyjny o jednym wejściu, realizujący funkcję negacji sygnału wejściowego.

  • Bramka X‑OR
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję nierównoważności.

  • Bramka OR
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję sumy logicznej.

  • Bramka NAND
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję negacji iloczynu logicznego.

  • Bramka NOR
    Układ kombinacyjny o dwóch lub więcej wejściach, realizujący funkcję negacji sumy logicznej.

  • Stan logiczny wysoki (ang. high) dla

  • Stan logiczny niski (ang. low) dla i dla .

Przykład dla : przechodzi przez bramkę not, dalej przez bramkę nand, ponownie przez bramkę nand, po czym trafia do stanu logicznego L do .

W zależności od stanów sygnałów na wejściu AB komparator porównuje je i na wyjściu pokazuje stan wysoki H w jednej z trzech możliwych sytuacji:

  1. Kiedy sygnał A = sygnał B.

  2. Kiedy sygnał A < sygnał B.

  3. Kiedy sygnał A > sygnał B.

Właściwości układu komparatora

  • Najprostszym komparatorem jest bramka logiczna XNOR, stan wysoki na wyjściu tej bramki jest tylko wtedy, gdy obydwa sygnały wejściowe są sobie równe.

  • Komparatory występują w układzie analogowym zbudowanym ze wzmacniacza operacyjnego oraz w układzie cyfrowym zbudowanym z bramek logicznych.

Schemat i parametry bramek logicznych

1
RNFfoXg4K2YRZ1
Schemat i parametry bramek logicznych
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat i parametry bramek logicznych

Opis: Układ kombinacyjny złożony z bramek logicznych wraz ze stanami logicznymi wyjść, służący do sprawdzenia prawdziwości działania bramek logicznych. Wykresy na wyjściu pokazują, jaki jest aktualnie stan poszczególnych bramek logicznych na wyjściu.

Układ składa się ze stanu logicznego L przerobionego przez funkcje i tego, co otrzymujemy przy wyjściu. Obok znajdują się wykresy ilustrujące funkcje.

Przykład: L  not H.

Wykresy to różne kombinacje w oparciu o następujacy kształt wykresu: łamana w kształcie płotku, czyli poziomy odcinek na górze, od jego prawego końca pionowy odcinek w dół. Od jego prawego końca poziomy odcinek. Od jego prawego końca pionowy odcinek w górę. Od jego prawego końca poziomy odcinek i tak dalej.

  • not: reguralna łamana, pionowa linia przecina w połowie górny poziomy odcinek, podpis: 5 V (woltów).

  • or: niereguralna łamana, pionowa linia przecina dolny poziomy odcinek, podpis: 0 V (wolty).

  • nor: niereguralna łamana, pionowa linia przecina górny poziomy odcinek, podpis: 5 V (woltów).

  • and: niereguralna łamana, pionowa linia przecina dolny poziomy odcinek, podpis: 0 V (woltów).

  • nand: niereguralna łamana, pionowa linia przecina w górny poziomy odcinek, podpis: 5 V (woltów).

  • xor: niereguralna łamana, pionowa linia przecina dolny poziomy odcinek, podpis: 0 V (woltów).

Koder – symbol ogólny

1
R1S7bZn8lxQBh1
Koder – symbol ogólny
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Koder - symbol ogólny

Opis: Koder jest kombinacyjnym układem cyfrowym przekształcającym słowo zapisane w kodzie 1n w słowo w innym kodzie wyjściowym.

Schemat od lewej:

Napis kod 1 z n. Za napisem kilka poziomych strzałek skierowanych w prawo. Kwadrat, a w nim napis koder. Za kwadratem kilka poziomych strzałek skierowanych w prawo. Za nimi napis kod wyjściowy.

Schemat i parametry kodera 18

1
R1QPd9kYKw9AR1
Schemat i parametry kodera 18
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat i parametry kodera 1 z 8

Opis: Zawsze w koderze jest jedno wejście ze stanem wysokim odpowiadającym liczbie trzybitowej zakodowanej na wyjściu kodera. Koder mający osiem wejść ma trzy wyjścia.
Przy jednym wejściu w stanie wysokim na wyjściu pojawia się zakodowany sygnał trzybitowy. Koder działa zgodnie z przedstawioną tabelą prawdy.

Przykład: X7 funkcja or Y2

1
Tabela 2. Tabela prawdy dla kodera 18

X7

X6

X5

X4

X3

X2

X1

X0

Y2

Y1

Y0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

Dekoder

1
RRv4mxgNAAHK31
Dekoder
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Dekoder

Opis: Dekoderami są układy cyfrowe kombinacyjne przekształcające określony kod wejściowy na kod wyjściowy 1n. W dekoderze liczbie wejść n odpowiada 2n wyjść. Każdemu słowu wejściowemu zawsze przyporządkowany jest jeden bit wyjściowy ze stanem wysokim, pozostałe bity wyjściowe przyjmują stan niski.

Schemat przedstawia prostokąt z przekątną poprowadzoną z lewego dolnego wierzchołka do prawego górnego. Z lewego boku poprowadzono w lewą stronę dwie poziome kreski jedna nad drugą. Leżąca wyżej była podpisana literą A, poniżej B. Od dolnej podstawy poprowadzono analogicznie cztery pionowe linie. Od lewej linie podpisano: Y3, Y2, Y1, Y0.

Schemat i parametry dekodera 14

1
R1RBQ4xn5WnPW
Schemat i parametry dekodera 14
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plansza pod tytułem Schemat i parametry dekodera 1 z 4

Opis: Zawsze w dekoderze jest jedno wyjście ze stanem wysokim odpowiadającym liczbie zakodowanej na wejściu dekodera.
Dekoder mający dwa wejścia ma cztery wyjścia.
Dekoder mający trzy wejścia ma osiem wyjść zgodnie z zależnością Y=2n.
Przy pomocy powyższego układu dekodera 14 możemy sprawdzić prawidłowość działania układu w zależności od kombinacji stanów sygnałów wejściowych A, B.

Schemat składa się z określonych wartości logicznych: 1 i 0. Od nich poprowadzono linie do bramek. Zarówno przy wartości 1, jak i 0 są ścieżki zwykłe i negacje. Dalej ścieżki biegną do funkcji and, następnie znajdują się wartości L i H oraz od Y3 do Y0.

Przykład: 1 suma Y3.

1
Tabela 3. Tabela prawdy dla dekodera 14

N

A

B

Y3

Y2

Y1

Y0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

0

2

1

0

0

1

0

0

3

1

1

1

0

0

0

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Powiązane ćwiczenia