JELFELDOLGOZÁS FESZÜLTSÉGGENERÁTOR ÁRAMGENERÁTOR

Átírás

1 A eszültséggenerátor által szolgáltatott eszültség konstans, árama a rákapcsolt ellenállástól ügg. = = Pl: = 2 = konstans p = ρ g h = konstans Ha = Ω, akkor = / = 2 / Ω = 2 A (pl. ényszóró) Ha = Ω, akkor = / = 2 / Ω =,2 A (pl. indexlámpa) A eszültséggenerátort nem szabad rövidre zárni (zérus ellenállású vezetővel terhelni), hiszen így végtelen nagy áram olyhat! Jele: FEZÜLTÉGGEEÁT konstans Állandó h szintkülönbség, állandó nyomás A terheléstől (vízkivételtől) üggően különböző olyadékáramok lehetségesek = = Hidrosztatikai analógia: hidrosztatikai nyomás ( p) = elektromos eszültség () olyadékáram = elektromos áram () a nyílás áramlási ellenállása = elektromos ellenállás () (=) rövidzár = gátszakadás! A gyakorlatban a legtöbb generátor eszültséggenerátor. Az áramgenerátor által szolgáltatott áram konstans, eszültsége a rákapcsolt ellenállástól ügg. = = konstans Pl: = A = konstans ÁAMGEEÁT Ha = Ω, akkor = = A Ω =. Ha = Ω, akkor = = A Ω = Az áramgenerátort nem szabad terheletlenül (ogyasztó nélkül, áramlás nélkül lezárva) hagyni, hiszen sarkain végtelen nagy eszültség keletkezhet! Jele: (= ) = = állandó olyadékáram Laboratóriumi analógia: ecskendő pl. dugulás = törés! állandó sebesség a kiömlőnyílás nagyságától üggően különböző nyomások alakulhatnak ki 2 KDEZÁT: két émlemez közé helyezett szigetelőréteg töltéselhalmozó tulajdonságot mutat. émlemezek töltés kapacitás, mint arányossági tényező eszültség Q = JELFELDLGZÁ Hírek, vagy adatok izikai ábrázolása Hidrosztatikai analógia: hidrosztatikai nyomás ( p) = elektromos eszültség () A olyadék térogata ( ) = elektromos töltés (Q) Az edény keresztmetszete = kondenzátor kapacitása () kis keresztmetszetű edény nagy keresztmetszetű edény KAPATÁ: a kondenzátor kapacitása a szigetelő anyagától, és geometriai alakjától üggő paramétere. Jele: - szigetelő réteg A (elület) l (távolság) A = ε l ( arad,f) szigetelőanyagtól üggő dielektromos állandó nagy nyomás kis nyomás 3 4

2 M A J E L? A JEL olyan (izikai) mennyiség, amely inormációt hordoz, továbbít vagy tárol. azt a jelet, amely számunkra nem hordoz inormációt, zavaró jelnek, ZAJ-nak nevezzük statikus (időben állandó) A JELEK ZTÁLYZÁ LEHETŐÉGE pl. akkumulátor dinamikus (időben változó) pl. izotóp tárolási görbe szinuszos periodikus (ismétlődő) nemszinuszos (pl. EKG) aperiodikus (nem ismétlődő, tranziens) pl. kopogás hangja TZTA JEL ZAJ = ZAJ JEL A JEL / ZAJ viszony maximalizálására törekszünk. Pl.: előadóterem: megértendő beszéd / a hallgatók beszélgetése (hangzavar), zotópdiagnosztika: a vizsgálandó izotópból eredő jel / egyéb sugárorrások jelei (háttérzaj), EEG: kiváltott potenciál jele / az egyéb agytevékenység jele (háttérzaja) A JEL nemcsak inormációt hordoz, hanem egyben energia transzport is. 5 determinisztikus (pillanatérték kiszámítható) olytonos (megszakítás nélküli jel) pl. aaa hang pl. sugárzásintenzitás gyengülése anyagban véletlenszerű (sztochasztikus) (pillanatérték nem, de az átlag, szórás kiszámítható) impulzusszerű (jelek csak megszakításokkal) pl. ehérzaj pl. sugárzásmérő jele 6 idő-amplitudó üggvény M A FE TÉTEL? Minden periodikus jel elbontható amplitúdójukkal súlyozott szinuszos jelek összegére (alapharmonikus elharmonikusok). BE tiszta szinuszos hang (pl. ütty) FE TAZFMÁT (ekete doboz) K periodikus hang (pl. aaaa-hang) HAMKK: -szeres, 2-szeres, 3-szoros, stb. rekvenciájú szinuszos rezgések PEKTM rekvencia-amplitudó üggvény Fourierkomponensek FE AALZ Az analizálandó üggvény alapharmonikus 2. harmonikus 3. harmonikus k. harmonikus Pl. az aaaa hang jelentősebb Fourier komponensei: 2sin 2π 29t 3sin () t aaaa = (t)= A sin ωt A 2 sin 2ωt ( ) ( 2π 2 29t) FE ZTÉZ A 3 sin 3ωt A k sin kωt 8sin( 2π 3 29t)K Minden periodikus jel előállítható amplitúdójukkal súlyozott szinuszos jelek összegeként (alapharmonikus elharmonikusok) Fourier sor ω = 2π idő-amplitudó üggvény K A szintetizálandó üggvény EZ FE TAZFMÁT (ekete doboz) BE PEKTM rekvencia-amplitudó üggvény 7 (t)= A sin ωt A 2 sin 2ωt A 3 sin 3ωt A k sin kωt Fourier sor 8

3 ÉGYZÖGFÜGGÉY ZTÉZE ALAP- É FELHAMKK ÖZEGZÉÉEL (EZ FE T.) időüggvények a kívánt spektrumok négyszögüggvény. közelítés 2. közelítés alapharmonikus alapharm. 3. elharm. 3. elharm. 5. elharm. 3. közelítés 3. elharm. 5. elharm. 7. elharm időüggvények 4. közelítés 3. elharm elharm. 5. közelítés 6. közelítés 3. elharm..... elharm. 3. elharm elharm. 7. közelítés 3. elharm elharm. spektrumok időüggvények 8. közelítés spektrumok v.ö. konvergens üggvénysor k = =... =... = 2 k elharm elharm számegyenes közelítés = négyszögv. 3. elharm..... elharm

4 AZ AALÓG JELFELDLGZÁ FLYAMATÁBÁJA BLÓGA JELEK FEKEA É AMPLTÚDÓ ZYA P Á E ÉZÉKELŐ EŐÍTŐ ZŰŐK MEGJELEÍTŐ elektromos jellé alakítja a mérendő biológiai jelet az elektromos jelet torzítatlanul elerősíti kiszűri az alacsony- és magas rekvenciájú zajokat vizuálisan megjeleníti a eldolgozott jelet 3 4 AZ EKG JEL FEKEA, AMPLTÚDÓ É ZAJZYA AZ EKG JEL FEKEA, AMPLTÚDÓ É ZAJZYA ideális átviteli sáv reeális átviteli sáv reális zajszűrés ideális zajlevágás 5 6

5 A JELFELDLGZÁ ALAPÁAMKÖE FEZÜLTÉGZTÓ (rekvenciaüggetlen) FEZÜLTÉGZTÓ PAZÍ AKTÍ (külső energiát használ) 2 be = 2 be 2 EŐÍTŐ be ki ki PTEMÉTE ÁAM- KÖÖK (D) T - - TAZZT -ZŰŐK (A) ~ be ~ MŰELET EŐÍTŐ ki 7 máshogyan rajzolva be 2 ki = ki LEÁ FÜGGÉY ki = 2 y = a x be 8 PTEMÉTE (rekvenciaüggetlen, lineáris eszültségosztó) ELLEÁLLÁ É KDEZÁT EGYEÁAMÚ KÖBE TÖLTETLE KDEZÁT FELTÖLTÉE ELLEÁLLÁ KEEZTÜL: T - - hidrodinamikai analógia: hidrosztatikai nyomás = elektromos eszültség olyadékáram = elektromos áram a lyuk áramlási ellenállása = elektromos ellenállás D-áramorrás (pl. akkumulátor) T e = τ t időállandó: τ = pl. t =s t =s t 2 =2s t 3 =3s t= T 9 2

6 ELLEÁLLÁ É KDEZÁT EGYEÁAMÚ KÖBE T FEZÜLTÉGE FELTÖLTÖTT KDEZÁT KÜTÉE ELLEÁLLÁ KEEZTÜL: rövidzár = T e t τ - időállandó: τ = T pl. t =s hidrodinamikai analógia: hidrosztatikai nyomás = elektromos eszültség olyadékáram = elektromos áram a lyuk áramlási ellenállása = elektromos ellenállás t =s t 2=2s t 3=3s t= 2 P Á E AZ AALÓG JELFELDLGZÁ FLYAMATÁBÁJA ÉZÉKELŐ EŐÍTŐ ZŰŐK MEGJELEÍTŐ elektromos jellé alakítja a mérendő biológiai jelet az elektromos jelet torzítatlanul elerősíti kiszűri az alacsony- és magas rekvenciájú zajokat vizuálisan megjeleníti a eldolgozott jelet 22 ELLEÁLLÁ É KDEZÁT ÁLTÓÁAMÚ KÖBE ÁÁTEEZTŐ ZŰŐ (bandpass ilter) FELÜLÁTEEZTŐ ZŰŐ ALLÁTEEZTŐ ZŰŐ Felüláteresztő szűrő (High Pass ilter) HP Aluláteresztő szűrő (Low Pass ilter) = LP áváteresztő szűrő (Band Pass ilter) Frekvenciaátviteli karakterisztika: Lineáris rekvenciaátviteli karakterisztika: n (db) ÁÁTEEZTŐ ZŰŐ Logaritmikus n (db) rekvenciaátviteli karakterisztika: (Hz) A nem ábrázolható! ( a mínusz végtelenben van!) lg = lg = 2 lg = lg (Hz) 23 Azonos arányok, azonos távolságok oktávok dekád = / = n(db) -3 be HP Együttes rekvenciaátviteli karakterisztika: ÁZÉLEÉG a High Pass töréspont helye a τ HP = HP HP időállandótól ügg L alsó (Low) határrekvencia LP ki lg a Low Pass töréspont helye a τ LP = LP LP időállandótól ügg H első (High) határrekvencia 24

7 A HATÁFEKEÁK LLEZTÉE A JEL FEKEATATMÁYÁHZ sávszűrő átviteli sávja túl keskeny! JELEZTEÉG!!! A HATÁFEKEÁK LLEZTÉE A JEL FEKEATATMÁYÁHZ sávszűrő átviteli sávja túl széles! MEGŐTT A ZAJ!!! A HATÁFEKEÁK LLEZTÉE A JEL FEKEATATMÁYÁHZ AZ AALÓG JELFELDLGZÁ FLYAMATÁBÁJA sávszűrő átviteli sávja illesztett ptimális JEL / ZAJ viszony P Á E ÉZÉKELŐ EŐÍTŐ ZŰŐK MEGJELEÍTŐ elektromos jellé alakítja a mérendő biológiai jelet az elektromos jelet torzítatlanul elerősíti kiszűri az alacsony- és magas rekvenciájú zajokat vizuálisan megjeleníti a eldolgozott jelet 27 28

8 ZGETELŐK, FÉLEZETŐK, EZETŐK T (TZTA) FÉLEZETŐK E EXTÉM AGY TZTAÁG (kb: i, v. Ge, szennyező atom) HBÁTLA KTÁLYZEKEZET abszolút nulla hőmérsékleten T = K = elektron kevés ELEKT szobahőmérsékleten T = 29K ugyanannyi ELEKTHÁY (LYK) Térbeli szerkezet: i, Ge: 4 vegyérték GYÉMÁTÁ 29 PZTÍ TÖLTÉHDZÓ 3 ZEYEZETT (ADALÉKLT) FÉLEZETŐK. -TÍP ZEYEZETT (ADALÉKLT) FÉLEZETŐK. P-TÍP -típus pl: i, v. Ge Arzén adalék As: 5 vegyérték, elesleges elektron (kb: 6 i, v. Ge As) P-típus pl: i, v. Ge ndium adalék n: 3 vegyérték, elektronhiány (kb: 6 i, v. Ge n) abszolút nulla hőmérsékleten T = K szobahőmérsékleten T = 29K abszolút nulla hőmérsékleten T = K szobahőmérsékleten T = 29K szabad elektronok ELEKT- EZETÉ D nívó (As) ugyanannyi helyhezkötött negatív n ion ugyanannyi helyhezkötött pozitív As ion AKEPT nívó (n) szabad lyukak LYK- EZETÉ 3 32

9 T É ZEYEZETT FÉLEZETŐK (szobahőmérsékleten, külső eszültséggel) P- ÁTMEET (külső eszültség nélkül) ntrinsic i: kismértékű elektronés lyukvezetés (vezetésiés vegyérték sáv) még szétválasztva P-típus diúzió, rekombináció -típus -típusú i: jelentős ELEKTvezetés (vezetési sáv) az összeérintés pillanatában P- ÁTMEET elektronok és lyukak diúziója KÜÍTETT ÉTEG P-típusú i: jelentős LYKvezetés (vegyérték sáv) 33 EGYEÚLY n, As ionok ellentétes irányú töltése (nincs töltéshordozó! ZGETELŐ!) 34 P- ÁTMEET (ún. záróirányú külső eszültséggel) P- ÁTMEET (ún. nyitóirányú külső eszültséggel) ELKEKEYEDETT KÜÍTETT ÉTEG Még mindig nem olyhat áram! KZÉLEEDETT KÜÍTETT ÉTEG em olyhat áram! < küszöb P P ELEGEDŐE AGY YTÓÁYÚ FEZÜLTÉGÉL A KÜÍTETT ÉTEG ELTŰK Ún. nyitóirányú áram olyik! FÉMEZETÉK FÉM-FÉLEZETŐ ÁTMEET P- ÁTMEET FÉM-FÉLEZETŐ ÁTMEET FÉMEZETÉK > küszöb P rekombináció 35 lyukáram elektronáram 36

10 P- ÁTMEET MT EGYEÁYÍTÓ (DÓDA) TÉEZÉLÉŰ TAZZT. ( FET = Field Eect Transistor ) élvezető dióda P (nyelő) A dióda rajzjele: P- ÁTMEET - vezet KÜÍTETT ÉTEG (kapu) nagy áram Biológiai analógia: ZAPZ - nem vezet 37 A vezető csatorna keresztmetszete, így ellenállása is a GATE eszültséggel változtatható (orrás) = ρ kis drain-source ellenállás: l A nagy 38 TÉEZÉLÉŰ TAZZT. ( FET = Field Eect Transistor ) TÉEZÉLÉŰ TAZZT. ( FET = Field Eect Transistor ) (nyelő) zimbóluma: Képe: KÜÍTETT ÉTEG kis áram D 5 mm A vezető csatorna keresztmetszete, így ellenállása is a GATE eszültséggel változtatható (kapu) (orrás) = ρ nagy drain-source ellenállás: l A kicsi 39 G Más elven működő ún. rétegtranzisztorok: kollektor bázis emitter 4

11 A FET ELLEÁLLÁA FEZÜLTÉGGEL EZÉELHETŐ, EŐÍTŐKÉT HAZÁLHATÓ AZ ELEKTM EŐÍTŐ JELLEMZŐ Erősítő az az áramkör, amelynél: P ki > P be A P ki P be P hő teljesítménytöbblet külső energiaorrásból származik. A teljesítmény egy része hővé alakul. Egyéb erősítő építőelemek: elektroncső ajnálatosan minden eddig eltalált erősítő eszköz nemlineáris átviteli Pk i üggvénnyel rendelkezik Teljesítményerősítés: AP = Pk i Pbe n( db) = lg Erősítésszint: Pbe (decibel, db) ki ki Feszültségerősítés: A = n( db) = 2lg be be tranzisztor integrált áramkör 4 () 42 (ha ki = be ) be EMLEÁ EŐÍTŐ ki torzított kimenőjel A TZÍTÁ ÖKKETÉE EGATÍ ZAATLÁAL. A TZÍTÁ ÖKKETÉE EGATÍ ZAATLÁAL. E G A T Í Z A AT L Á be 3. majd kivonjuk a bemenőjelből 2. visszacsatoljuk EMLEÁ EŐÍTŐ visszacsatoló hurok ZA- ATLÓ ÁAMKÖ ki. a kimenőjel egy részét torzítatlan kimenőjel 43 β = = be ki ki = konst. 2 = A β ( β) A ki = be ki ha a hurokerősítés elég nagy: A β >> A' = ki be Feszültségosztó mint A = A β A' β 44

12 HA A HKEŐÍTÉ ELÉG AGY, A EGATÍA ZAATLT EŐÍTŐ EŐÍTÉÉT (A ) A ZAATLÓ ÁAMKÖ EŐÍTÉE (β ) HATÁZZA MEG. HA A ZAATLÓ ÁAMKÖ LEÁ (PL. ELLEÁLLÁ FEZÜLTÉGZTÓ), A ZAATLT EŐÍTŐ LEÁ LEZ. EGATÍ ZAATLÁ AZ ÉLŐ ZEEZETBE (HMEZTÁZ) ZABÁLYZÁK: bemenőjel Testhőmérséklet ércukorszint érnyomás Hormonszint erősítő PPLLAEFLEX A PPLLA ÁTMÉŐJÉEK AGY ZABÁLYZÁA külső zavar A EGATÍA ZAATLT EŐÍTŐ TLAJDÁGA: - AGYBB TABLTÁ (az A változásával, vagy a kimeneten ható külső zavarokkal szemben) TZÍTATLA JELÁTTEL ZÉLEEBB ÁTTEL Á KEBB EEDŐ EŐÍTÉ (A ) több negatívan visszacsatolt kimenőjel erősítő sorbakapcsolása a szembe jutó ény (pl.: A A 2 A 3) állandó intenzitású lesz DFFEEÁLEŐÍTŐ (BLÓGA EŐÍTŐ) EKG EŐÍTŐ (a hálózati 5 Hz-es zaj elnyomása) pl. 3m áramjárta vezeték a alban b e b e2 ki pl. 3 5 Hz-es zaj 2 ( ) = ( ) ki = A' be be2 be be Hz-es zaj A HÁLÓZAT 5 Hz-es ZAJ MDKÉT (,-) BEMEETE EGYFMÁ HAT, É MT KÖZÖ MÓDÚ JEL KEK 48

13 P Á E AZ AALÓG JELFELDLGZÁ FLYAMATÁBÁJA ÉZÉKELŐ EŐÍTŐ ZŰŐK MEGJELEÍTŐ elektromos jellé alakítja a mérendő biológiai jelet az elektromos jelet torzítatlanul elerősíti kiszűri az alacsony- és magas rekvenciájú zajokat vizuálisan megjeleníti a eldolgozott jelet keresztezett irányú polarizátorok LD (Liquid rystal Display) MEGJELEÍTŐK. A ény polarizációs síkja elcsavarodik A ény kiléphet (olyadékkristályos kijelző) LÁG ELLA az elemi cella (PXEL) 49 5 LD (Liquid rystal Display) MEGJELEÍTŐK. (olyadékkristályos kijelző) az elemi cella (PXEL) LD MEGJELEÍTŐK. a színes pixel (GB) ZÍDAGAM az emberi szem érzékenysége keresztezett irányú polarizátorok ed Green Blue G B A ény polarizációs síkja elcsavarodik A ény kiléphet LÁG ELLA ÖTÉT ELLA A ény polarizációs Az GB színek síkja nem tud súlyozott összeadásával elcsavarodni az összes szín előállítható A ény nem léphet 5 ki 52

14 LD MEGJELEÍTŐK. (a mátrix áramkör) LD MEGJELEÍTŐK. (Monitor, T) a képernyő részlete 53 54