E L E K T R O N I K A B I O E L E K T R O N I K A

Átírás

1 E L E K T O N K A AZ ALKALMAZOTT FZKA AZON SZAKTEÜLETE, AMELY AZ ELEKTONOK KÖLCSÖN- HATÁSÁN ALAPLÓ JELENSÉGEK GYAKOLAT HASZNOSÍTÁSÁVAL FOGLALKOZK Gyana (borosyán) = η λ ε κ τ ρ ο ν Ókori görögök, Thales: ie 6 A megdörzsöl borosyán magához vonzoa a száraz alevele, madárolla elekron W Gilber: 6 A névadó: elekromos és nemelekromos anyagokra oszoa az anyagoka Ch Duay, B Franklin: 773 Feledezik a kééle elekromosságo, bevezeik a poziív ill a negaív ölés ogalmá J J Thomson: 897 Az elekromos ölés elemi és oszhaalan egysége a negaív elekron B O E L E K T O N K A AZ ÉLŐ SZEVEZETTEL KAPCSOLATOS ELEKTONKA L Galvani: 79 Kísérlee: különböző émek + békacomb= =összehúzódás GALVÁNELEM W Einhoven: 9 Az első elekrokardiogram (EKG) Millikan: 99 9 Megméri az elekron ölésé:,6 coulomb AZ ELEKTONKA ALAPFOGALMA (ismélés) ELEKTOMOS- TÖLTÉS: szubaomi részecskék ulajdonsága (pl elekron, proon) makroszkópikus jelenség: vonzás (+ -), aszíás (++, --) Jele: Q (coulomb, C) C = 6,4 8 elemi ölés TÉEŐSSÉG: Ké ölés közö erőhaás kelekezik melye az elekromos ér közveí Ábrázolása: erővonalakkal poziív ölés negaív ölés erővonalak graviációs erőér analógia: ELEKTOMOSmagasabb poenciál hegycsúcs (legmagasabb POTENCÁL: egy ölés az erővonalak menén graviációs mozgaunk, munká végzünk, miközben a ölés poenciál) magasabb poenciálú helyre kerül A poenciál jele: (vol, V) elekromos energia E J elekromos poenciál: e = = V Q C poenciálkülönbség ölés alacsonyabb poenciál erővonalak ölések QQ F = k r erő ávolság konsans F E = Q elekromos érerősség N V = C m DPÓLS vonzás aszíás 3 ekvipoenciális elüleek vonalak szinvonalak POTENCÁLKÜLÖNBSÉG (FESZÜLTSÉG): a eszülség jele: (vol, V) 4

2 VEZETŐ: olyan anyag, amelyen kereszül a ölések áramolhanak (émek, élvezeők, elekroliok) SZGETELŐ: olyan anyag, amelyen kereszül a ölések nem áramolhanak (szigeelőanyagok, műanyagok, levegő) VEZETÉK: szigeelővel (műa, levegő) körülve jó vezeő (Cu, Al) elekromos vezeékek római vízvezeék FESZÜLTSÉGFOÁS: (elem, akkumuláor, ápegység, adaper, el hálóza) 5 6 ELEKTOMOS- ÁAM: Tölö részecskék áramlása (elekronok, ionok) Az időegység ala ááramlo ölés ΔQ C A s elekromos áram: = = = amper, A Δ s s EGYENÁAM: az áram csak egy irányban olyik (DC) - + VÁLTÓÁAM:az áram periodikusan ellenées irányban olyik (AC) ELEKTOMOS- ELEKTOMOS- ELLENÁLLÁS: a vezeő anyagáól és geomeriai alakjáól üggő paraméere Jele (ohm, Ω) l hosszúság anyagól üggő ajlagos ellenállás l elekromos ellenállás: = ρ A hengeres A kereszmesze ellenállás es kereszmesze anyagól üggő ajlagos vezeőképesség hosszúság V Ω = A A eszülséggeneráor álal szolgálao eszülség konsans, árama a rákapcsol ellenállásól ügg = = Pl: = V = konsans FESZÜLTSÉGGENEÁTO konsans Állandó h szinkülönbség, állandó nyomás p = ρ g h = konsans A erhelésől (vízkivéelől) üggően különböző olyadékáramok leheségesek Hidroszaikai analógia: hidroszaikai nyomás ( p) = elekromos eszülség () olyadékáram = elekromos áram () a nyílás áramlási ellenállása = elekromos ellenállás () VEZETŐKÉPESSÉG: az ellenállás reciproka A = σ l OHM TÖVÉNY: egy ellenálláson kelekező eszülség arányos a raja áolyó árammal siemens, S = Ω egyszerű áramkör Ha = Ω, akkor = / = V/ Ω = A (pl ényszóró) Ha = Ω, akkor = / = V/ Ω =, A (pl indexlámpa) A eszülséggeneráor nem szabad rövidre zárni (zérus ellenállású vezeővel erhelni), hiszen így végelen nagy áram olyha! = = rövidzár = gászakadás! = ellenállás, min arányossági ényező = Pl: V /, Ω = A (pl indíómoor) = + 7 Jele: (=) A gyakorlaban a legöbb generáor eszülséggeneráor 8

3 Az áramgeneráor álal szolgálao áram konsans, eszülsége a rákapcsol ellenállásól ügg = = konsans Pl: = A = konsans ÁAMGENEÁTO Ha = Ω, akkor = = A Ω = V Ha = Ω, akkor = = A Ω = V Az áramgeneráor nem szabad erhelelenül (ogyaszó nélkül, áramlás nélkül lezárva) hagyni, hiszen sarkain végelen nagy eszülség kelekezhe! Jele: (= ) = = Laboraóriumi analógia: ecskendő pl dugulás = örés! állandó sebesség a kiömlőnyílás nagyságáól üggően különböző nyomások alakulhanak ki 9 KONDENZÁTO: ké émlemez közé helyeze szigeelőréeg öléselhalmozó ulajdonságo mua KAPACTÁS: a kondenzáor kapaciása a szigeelő anyagáól, és geomeriai alakjáól üggő paraméere Jele: C - + szigeelő réeg émlemezek A (elüle) ölés l (ávolság) kapaciás, min arányossági ényező eszülség Q = C Hidroszaikai analógia: hidroszaikai nyomás ( p) = elekromos eszülség () A olyadék érogaa (V ) = elekromos ölés (Q) Az edény kereszmeszee = kondenzáor kapaciása (C) kis kereszmeszeű edény A C = ε l ( arad,f) szigeelőanyagól üggő dielekromos állandó V nagy nyomás nagy kereszmeszeű edény V kis nyomás állandó olyadékáram ELEKTOMOS- ENEGA: munkavégző képesség Jele: E e (joule = J, elekronvol = ev) E ( AsV = Ws J) e = Q = JELFELDOLGOZÁS Hírek, vagy adaok izikai ábrázolása V kaód +V anód elekronok vákuumban Q P = = Ee =,6 As V =,6 AsV =,6 J = ev egy elekron ölése TELJESÍTMÉNY: dőegységre juó energia Jele: P (wa, W) P = = elekromos energia Ee J P = = W s idő P = = (elekronvol)

4 M A J E L? A JEL olyan (izikai) mennyiség, amely inormáció hordoz, ovábbí vagy árol az a jele, amely számunkra nem hordoz inormáció, zavaró jelnek, ZAJ-nak nevezzük saikus (időben állandó) A JELEK OSZTÁLYOZÁS LEHETŐSÉGE pl akkumuláor dinamikus (időben válozó) pl izoóp árolási görbe szinuszos periodikus (ismélődő) nemszinuszos (pl EKG) aperiodikus (nem ismélődő, ranziens) pl kopogás hangja TSZTA JEL + ZAJ = ZAJOS JEL A JEL / ZAJ viszony maximalizálására örekszünk Pl: előadóerem: megérendő beszéd / a hallgaók beszélgeése (hangzavar), zoópdiagnoszika: a vizsgálandó izoópból eredő jel / egyéb sugárorrások jelei (háérzaj), EEG: kiválo poenciál jele / az egyéb agyevékenység jele (háérzaja) A JEL nemcsak inormáció hordoz, hanem egyben energia ranszpor is 3 deerminiszikus (pillanaérék kiszámíhaó) olyonos (megszakíás nélküli jel) pl aaa hang pl sugárzásinenziás gyengülése anyagban vélelenszerű (szochaszikus) (pillanaérék nem, de az álag, szórás kiszámíhaó) impulzusszerű (jelek csak megszakíásokkal) pl ehérzaj pl sugárzásmérő jele 4 A FELDOLGOZOTT JELEK OSZTÁLYOZÁS LEHETŐSÉGE M AZ ABSZOLT DGTÁLS JEL? elekromos nem elekromos digius analóg digiális ujj ( állapo) a jel bármilyen éréke elvehe a jel csak bizonyos érékeke vehe el (pl egész számok) -es számrendszer elekronika ujj (muaja, vagy nem, állapo) D-kép (síkbeli, x, y) 3D-kép (érbeli, x, y, z) 4D-kép (ér és időbeli, x, y, z, ) -es számrendszer 5 6

5 idő-ampliudó üggvény M A FOE TÉTEL? Minden periodikus jel elbonhaó ampliúdójukkal súlyozo szinuszos jelek összegére (alapharmonikus + elharmonikusok) BE isza szinuszos hang (pl üy) SPEKTM FOE TANSZFOMÁTO (ekee doboz) K periodikus hang (pl aaaa-hang) HAMONKSOK: -szeres, -szeres, 3-szoros, sb rekvenciájú szinuszos rezgések SPEKTM rekvencia-ampliudó üggvény SPEKTM Fourierkomponensek FOE ANALZS Az analizálandó üggvény ()= A sin ω alapharmonikus idő-ampliudó üggvény + A sin ω harmonikus 3 harmonikus k harmonikus Pl az aaaa hang jelenősebb Fourier komponensei: sin π 9 + 3sin () aaaa = ( ) ( π 9) FOE SZNTÉZS + A 3 sin 3ω +A k sin kω + NVEZ FOE TANSZFOMÁTO (ekee doboz) + 8sin( π 3 9)K Minden periodikus jel előállíhaó ampliúdójukkal súlyozo szinuszos jelek összegekén (alapharmonikus + elharmonikusok) K A szineizálandó üggvény BE Fourier sor ω = π SPEKTM rekvencia-ampliudó üggvény 7 ()= A sin ω + A sin ω + A 3 sin 3ω + +A k sin kω + Fourier sor 8 NÉGYSZÖGFÜGGVÉNY SZNTÉZSE ALAP- ÉS FELHAMONKSOK ÖSSZEGZÉSÉVEL (NVEZ FOE T) időüggvények a kíván spekrumok négyszögüggvény közelíés közelíés alapharmonikus alapharm + 3 elharm 3 elharm+ 5 elharm 3 közelíés 3 elharm+ 5 elharm+ 7 elharm időüggvények 4 közelíés 3 elharm+ 9 elharm 5 közelíés 6 közelíés 3 elharm+ elharm 3 elharm+ 3 elharm 7 közelíés 3 elharm+ 5 elharm spekrumok

6 időüggvények 8 közelíés spekrumok vö konvergens üggvénysor k = = = = k elharm+ 7 elharm számegyenes 3 közelíés = négyszögv 3 elharm+ elharm M HATÁOZZA MEG A HANGSZÍNT? a uvola spekruma a klariné spekruma A FOE TÉTEL ÁLTALÁNOSÍTÁSA Minden jel (aperiodikus is) előállíhaó ampliúdójukkal súlyozo szinuszos jelek (nem harmonikus) összegekén SPEKTMOK TÁGABB ÉTELEMBEN: rekvencia helye oonenergia, vagy hullámhossz vö emissziós spekrumok Pl: Hg-gőz lámpa ényemissziója: E = h, λ = oon c vonalas spekrum olyonos spekrum 44 Hz 44 Hz alapharmonikus periodikus jel vonalas spekrum 3 4

7 DŐFÜGGVÉNY A A SPEKTM ZENE DŐ-FEKVENCA EPEZENTÁCÓBAN végelen szinusz üggvény T P =/T vonalas spekrum ( vonal) végelen periodikus üggvény néhány szinuszos periódus kicsi öbb szinuszos periódus T B B P C C dp/d T T dp/d =/T =/T D D =/T vonalas spekrum (öbb vonal) sávos spekrum alkalm: pulzus ulrahang sávos spekrum elordío rekvenciaengely 4 harmonikus 3 harmonikus harmonikus HANGLENYOMAT VOCEPNT (az ampliúdó a pon ényességével ordíva kódol) aperiodikus üggvény E E dp/d olyonos spekrum alapharmonikus 5 idő 6 KEJTETT HANGOK HANGLENYOMATA (VOCEPNT) idő rekvencia reprezenáció SZÍVHANGOK DŐ-FEKVENCA EPEZENTÁCÓBAN normális szívhangok időüggvény NŐ VOCEPNT FÉF VOCEPNT időüggvény (s) rekvencia (Hz) VOCEPNT (s) kimondo szó: 7 sisole diasole színkód inenziás idő 8

8 SZÍVHANGOK DŐ-FEKVENCA EPEZENTÁCÓBAN abnormális szívhangok AZ ANALÓG JELFELDOLGOZÁS FOLYAMATÁBÁJA rekvencia (Hz) sisole időüggvény VOCEPNT diasole színkód inenziás idő (s) 9 P Á C E N S ÉZÉKELŐ EŐSÍTŐ SZŰŐK MEGJELENÍTŐ elekromos jellé alakíja a mérendő biológiai jele az elekromos jele orzíalanul elerősíi kiszűri az alacsony- és magas rekvenciájú zajoka vizuálisan megjeleníi a eldolgozo jele 3 O V O S BOLÓGA JELEK FEKVENCA ÉS AMPLTÚDÓ VSZONYA AZ EKG JEL FEKVENCA, AMPLTÚDÓ ÉS ZAJVSZONYA ideális ávieli sáv ideális zajlevágás 3 3

9 AZ EKG JEL FEKVENCA, AMPLTÚDÓ ÉS ZAJVSZONYA A JELFELDOLGOZÁS ALAPÁAMKÖE reeális ávieli sáv FESZÜLTSÉGOSZTÓ PASSZÍV AKTÍV (külső energiá használ) be EŐSÍTŐ ki TANZSZTO reális zajszűrés POTENCOMÉTE C ÁAM- KÖÖK (DC) T + + C - - C C-SZŰŐK (AC) C ~ be ~ MŰVELET EŐSÍTŐ ki FESZÜLTSÉGOSZTÓ (rekvenciaüggelen) POTENCOMÉTE (rekvenciaüggelen, lineáris eszülségoszó) be = + be ki máshogyan rajzolva = ki ki = + be be ki LNEÁS FÜGGVÉNY y = a x 35 36

10 ELLENÁLLÁS ÉS KONDENZÁTO EGYENÁAMÚ KÖBEN TÖLTETLEN C KONDENZÁTO FELTÖLTÉSE ELLENÁLLÁSON KEESZTÜL: T + + C - - DC-áramorrás (pl akkumuláor) T e = τ időállandó: τ = C T pl hidrodinamikai analógia: hidroszaikai nyomás = elekromos eszülség olyadékáram = elekromos áram a lyuk áramlási ellenállása = elekromos ellenállás =s =s =s 3 =3s = ELLENÁLLÁS ÉS KONDENZÁTO EGYENÁAMÚ KÖBEN T FESZÜLTSÉGE FELTÖLTÖTT C KONDENZÁTO KSÜTÉSE ELLENÁLLÁSON KEESZTÜL: rövidzár = T e τ + - C időállandó: τ = C T pl =s hidrodinamikai analógia: hidroszaikai nyomás = elekromos eszülség olyadékáram = elekromos áram a lyuk áramlási ellenállása = elekromos ellenállás =s =s 3 =3s = 37 38