AZ ANALÓG JELFELDOLGOZÁS FOLYAMATÁBRÁJA

Átírás

1 Á E AZ AALÓG JELFELDLGZÁ FLYAMATÁBÁJA ÉZÉKELŐ EŐÍTŐ ZŰŐK MEGJELEÍTŐ elektromos jellé alakítja a mérendő biológiai jelet az elektromos jelet torzítatlanul felerősíti szűri az alacsony- és magas frekvenciájú zajokat vizuálisan megjeleníti a feldolgozott jelet V ELLEÁLLÁ É KDEZÁT VÁLTÓÁAMÚ KÖBE Frekvenciaátviteli karakterisztika: FELÜLÁTEEZTŐ ZŰŐ Lineáris frekvenciaátviteli karakterisztika: n (db) ÁVÁTEEZTŐ ZŰŐ ALLÁTEEZTŐ ZŰŐ Logaritmikus n (db) frekvenciaátviteli karakterisztika: f (Hz) A 0 nem ábrázolható! (0 a mínusz végtelenn van!) lg lg lg lg f (Hz) Azonos arányok, azonos távolságok oktávok dekád 0 f / f 0 zármaztatás: ellenállás feszültségosztóból: A feszültségosztó felső tagját kapacitású kondenzátorral helyettesítjük FELÜLÁTEEZTŐ ZŰŐ. (ALLVÁGÓ ZŰŐ, HGH A FLTE) Mivel a kondenzátor váltóáramú ellenállása: + Mivel a kondenzátor árama 90º-al siet a feszültségéhez képest, + π f X 90 π f t + X ( + X ) EEDŐ + X az összegzést vektoriálisan kell elvégezni: X a pontos átviteli függvény: π f 3 ( π f ) +. közelítés: π f ( π f ) + s frekvencián: Mivel: (π f ) << π f π f 0 + ( ) n (db) 0lg konst. + lg f Tehát a pontos átviteli függvény: FELÜLÁTEEZTŐ ZŰŐ. (ALLVÁGÓ ZŰŐ, HGH A FLTE) n(db) 0 frekvenciaátviteli karakterisztika meredekség: +0 db/dekád pozitív meredekségű (ferde) egyenes zérus meredekségű (vízszintes) egyenes lg f a töréspont helye a τ időállandótól függ. közelítés: nagy frekvencián : Mivel: (π f ) >> π f π f + 0 nagy frekvencián a kondenzátor rövidzárral helyettesíthető! ( ) ( ) rövidzár () 0 n(db) 0lg 4

2 zármaztatás: ellenállás feszültségosztóból: A feszültségosztó alsó tagját kapacitású kondenzátorral helyettesítjük ALLÁTEEZTŐ ZŰŐ. (FELÜLVÁGÓ ZŰŐ, LW A FLTE) + Mivel a kondenzátor árama 90º-al siet a feszültségéhez képest, π f π f Mivel a kondenzátor váltóáramú ellenállása: + 90 X t π f X X + + X ( X + ) EEDŐ X + az összegzést vektoriálisan kell elvégezni: a pontos átviteli függvény: 5 ( π f ) + n (db) 0lg ( π f ) s frekvencián: Mivel: (π f ) << n(db) 0 Tehát a pontos átviteli függvény:. közelítés: ( + ( 0) ) ALLÁTEEZTŐ ZŰŐ. (FELÜLVÁGÓ ZŰŐ, LW A FLTE) n(db) 0 zérus meredekségű (vízszintes) egyenes frekvenciaátviteli karakterisztika lg f meredekség: -0 db/dekád negatív meredekségű (ferde) egyenes s frekvencián a kondenzátor szakadással helyettesíthető! a töréspont helye a τ időállandótól függ nagy frekvencián : Mivel: (π f ) >> ( 0) + ( π f ) π f. közelítés: szakadás 6 n(db) konst. lg f Felüláteresztő szűrő (High ass filter) H ÁVÁTEEZTŐ ZŰŐ (bandpass filter) Aluláteresztő szűrő (Low ass filter) + L áváteresztő szűrő (Band ass filter) A HATÁFEKVEÁK LLEZTÉE A JEL FEKVEATATMÁYÁHZ sávszűrő átviteli sávja túl keskeny! JELVEZTEÉG!!! H L n(db) 0-3 Együttes frekvenciaátviteli karakterisztika: ÁVZÉLEÉG a High ass töréspont helye a τ H H H időállandótól függ lgf a Low ass töréspont helye a τ L L L időállandótól függ f L alsó (Low) határfrekvencia f H felső (High) határfrekvencia 7 8

3 A HATÁFEKVEÁK LLEZTÉE A JEL FEKVEATATMÁYÁHZ A HATÁFEKVEÁK LLEZTÉE A JEL FEKVEATATMÁYÁHZ sávszűrő átviteli sávja túl széles! MEGŐTT A ZAJ!!! sávszűrő átviteli sávja illesztett ptimális JEL / ZAJ viszony 9 0 Á E AZ AALÓG JELFELDLGZÁ FLYAMATÁBÁJA ÉZÉKELŐ EŐÍTŐ ZŰŐK MEGJELEÍTŐ elektromos jellé alakítja a mérendő biológiai jelet az elektromos jelet torzítatlanul felerősíti szűri az alacsony- és magas frekvenciájú zajokat vizuálisan megjeleníti a feldolgozott jelet V E ZGETELŐK, FÉLVEZETŐK, VEZETŐK Térli szerkezet: i, Ge: 4 vegyérték GYÉMÁTÁ

4 T (TZTA) FÉLVEZETŐK ZEYEZETT (ADALÉKLT) FÉLVEZETŐK. -TÍ EXTÉM AGY TZTAÁG (kb: 0 0 i, v. Ge, szennyező atom) HBÁTLA KTÁLYZEKEZET -típus pl: i, v. Ge + Arzén adalék As: 5 vegyérték, felesleges elektron (kb: 0 6 i, v. Ge As) abszolút nulla hőmérsékleten T 0K elektron kevés ELEKT szobahőmérsékleten T 90K abszolút nulla hőmérsékleten T 0K szabad elektronok ELEKT- VEZETÉ szobahőmérsékleten T 90K ugyanannyi ELEKTHÁY (LYK) ZTÍV TÖLTÉHDZÓ 3 D nívó (As) ugyanannyi helyhezkötött pozitív As ion 4 ZEYEZETT (ADALÉKLT) FÉLVEZETŐK. -TÍ -típus pl: i, v. Ge + ndium adalék (kb: 0 6 i, v. Ge n) n: 3 vegyérték, elektronhiány abszolút nulla hőmérsékleten T 0K szobahőmérsékleten T 90K ntrinsic i: T É ZEYEZETT FÉLVEZETŐK (szobahőmérsékleten, külső feszültséggel) smértékű elektronés lyukvezetés (vezetésiés vegyérték sáv) ugyanannyi helyhezkötött negatív n ion AKET nívó (n) szabad lyukak LYK- VEZETÉ -típusú i: -típusú i: jelentős ELEKTvezetés (vezetési sáv) jelentős LYKvezetés (vegyérték sáv) 5 6

5 - ÁTMEET (külső feszültség nélkül) - ÁTMEET (ún. záróirányú külső feszültséggel) még szétválasztva -típus diffúzió, rekombináció -típus KZÉLEEDETT KÜÍTETT ÉTEG em folyhat áram! az összeérintés pillanatában - ÁTMEET elektronok és lyukak diffúziója KÜÍTETT ÉTEG FÉMVEZETÉK - ÁTMEET FÉMVEZETÉK EGYEÚLY n, As ionok ellentétes irányú töltése (nincs töltéshordozó! ZGETELŐ!) 7 FÉM-FÉLVEZETŐ ÁTMEET FÉM-FÉLVEZETŐ ÁTMEET 8 - ÁTMEET (ún. nyitóirányú külső feszültséggel) - ÁTMEET MT EGYEÁYÍTÓ (DÓDA) ELKEKEYEDETT KÜÍTETT ÉTEG Még mindig nem folyhat áram! félvezető dióda - ÁTMEET < küszöb ELEGEDŐE AGY YTÓÁYÚ FEZÜLTÉGÉL A KÜÍTETT ÉTEG ELTŰK Ún. nyitóirányú áram folyik! A dióda rajzjele: + - vezet - + nem vezet > küszöb rekombináció Biológiai analógia: ZAZ lyukáram elektronáram 9 0

6 DÓDAKAAKTEZTKÁK (az ideális dióda) DÓDAKAAKTEZTKÁK (valóságos félvezető dióda) (A) EM FLYHAT ÁAM FLYHAT ÁAM 0 (V) Váltóáram egyenirányítása: szinuszjel egyenirányított szinuszjel 0,3 V 0,7 V Ennél a küszöbfeszültségnél fogy el a ürített réteg TÉVEZÉLÉŰ TAZZT. ( FET Field Effect Transistor ) TÉVEZÉLÉŰ TAZZT. ( FET Field Effect Transistor ) (nyelő) (nyelő) KÜÍTETT ÉTEG nagy áram KÜÍTETT ÉTEG s áram (kapu) (kapu) A vezető csatorna keresztmetszete, így ellenállása is a GATE feszültséggel változtatható (forrás) ρ s drain-source ellenállás: l A nagy 3 A vezető csatorna keresztmetszete, így ellenállása is a GATE feszültséggel változtatható (forrás) ρ nagy drain-source ellenállás: l A csi 4

7 TÉVEZÉLÉŰ TAZZT. ( FET Field Effect Transistor ) A FET ELLEÁLLÁA FEZÜLTÉGGEL VEZÉELHETŐ, EŐÍTŐKÉT HAZÁLHATÓ zimbóluma: Képe: D 5 mm G Más elven működő ún. rétegtranzisztorok: ajnálatosan minden eddig feltalált erősítő eszköz nemlineáris átviteli függvénnyel rendelkezik kollektor bázis Egyéb erősítő építőelemek: elektroncső emitter 5 tranzisztor integrált áramkör 6 () AZ ELEKTM EŐÍTŐ JELLEMZŐ EMLEÁ EŐÍTŐ torzított menőjel Erősítő az az áramkör, amelynél: > A TZÍTÁ ÖKKETÉE EGATÍV VZAATLÁAL. A + hő teljesítménytöbblet külső energiaforrásból származik. Teljesítményerősítés: Feszültségerősítés: k i A A Erősítésszint: (decil, db) n ( db) A teljesítmény egy része hővé alakul. 0lg n( db) 0lg 7 (ha ) E G A T Í V V Z A A T L Á 3. majd vonjuk a menőjelből. visszacsatoljuk EMLEÁ EŐÍTŐ visszacsatoló hurok VZA- ATLÓ ÁAMKÖ. a menőjel egy részét torzítatlan menőjel 8

8 A TZÍTÁ ÖKKETÉE EGATÍV VZAATLÁAL. HA A HKEŐÍTÉ ELÉG AGY, A EGATÍVA VZAATLT EŐÍTŐ EŐÍTÉÉT (A ) A VZAATLÓ ÁAMKÖ EŐÍTÉE (β ) HATÁZZA MEG. β konst. + Feszültségosztó mint HA A VZAATLÓ ÁAMKÖ LEÁ (L. ELLEÁLLÁ FEZÜLTÉGZTÓ), A VZAATLT EŐÍTŐ LEÁ LEZ. A β ( β) A ha a hurokerősítés elég nagy: A β >> A' A + A β A' β 9 A EGATÍVA VZAATLT EŐÍTŐ TLAJDÁGA: AGYBB TABLTÁ (az A változásával, vagy a meneten ható külső zavarokkal szemn) TZÍTATLA JELÁTVTEL ZÉLEEBB ÁTVTEL ÁV KEBB EEDŐ EŐÍTÉ (A ) több negatívan visszacsatolt erősítő sorbakapcsolása (pl.: A A A 3 ) 30 EGATÍV VZAATLÁ AZ ÉLŐ ZEVEZETBE (HMEZTÁZ) ZABÁLYZÁK: DFFEEÁLEŐÍTŐ (BLÓGA EŐÍTŐ) Testhőmérséklet Vércukorszint Vérnyomás Hormonszint menőjel erősítő LLAEFLEX A LLA ÁTMÉŐJÉEK AGY ZABÁLYZÁA külső zavar 0V ( ) ( ) A' menőjel a szem jutó fény állandó intenzitású lesz 3 3

9 EKG EŐÍTŐ (a hálózati 50 Hz-es zaj elnyomása) ÉTÉVÉDELM ZEMTK AZ EKG EŐÍTŐBE pl. 3mV áramjárta vezeték a falban 30V 50 Hz pl. 3V 50 Hz-es zaj 40 mm 50 Hz-es zaj 500 V átütési szilárdság A HÁLÓZAT 50 Hz-es ZAJ MDKÉT (+,-) BEMEETE EGYFMÁ HAT, É MT KÖZÖ MÓDÚ JEL KEK Á E AZ AALÓG JELFELDLGZÁ FLYAMATÁBÁJA ÉZÉKELŐ EŐÍTŐ ZŰŐK MEGJELEÍTŐ elektromos jellé alakítja a mérendő biológiai jelet az elektromos jelet torzítatlanul felerősíti szűri az alacsony- és magas frekvenciájú zajokat vizuálisan megjeleníti a feldolgozott jelet V keresztezett irányú polarizátorok LD (Liquid rystal Display) MEGJELEÍTŐK. A fény polarizációs síkja elcsavarodik A fény léphet (folyadékkristályos jelző) VLÁG ELLA az elemi cella (XEL) 35 36

10 LD (Liquid rystal Display) MEGJELEÍTŐK. (folyadékkristályos jelző) az elemi cella (XEL) LD MEGJELEÍTŐK. a színes pixel (GB) ZÍDAGAM az emri szem érzékenysége keresztezett irányú polarizátorok ed Green Blue G B A fény polarizációs síkja elcsavarodik A fény léphet VLÁG ELLA ÖTÉT ELLA A fény polarizációs Az GB színek síkja nem tud súlyozott összeadásával elcsavarodni az összes szín előállítható A fény nem léphet LD MEGJELEÍTŐK. (a mátrix áramkör) LD MEGJELEÍTŐK V. (Monitor, TV) a képernyő részlete 39 40