Transcript Diapozitiv 1

Uporaba električne energije
• Primeri
– Sijalka
• Plazma v sijalki? (stran v angleščini)
• Proizvodnja sijalk (film v angleščini)
http://www.youtube.com/watch?v=YwsDvINxA84
– Peč in kuhalnik na indukcijo
Uporaba električne energije
• Primer: delovanje sijalke
1. zažari tlivka
2. kontakt K se ukrivi
in kratko sklene
starter
3. povečanje toka
skozi žarilni nitki
(zažarita)
4. zaradi manjše
napetosti tlivka
ugasne
5. premalo toplote, K
odklopi
6. prekinitev sunkovito
zviša napetost med
elektrodama v plinu
Gustav Büscher, Elektrotehnika v slikah, TZS 1974, str. 218
7. začetek prevajanja
v plinu
Elektriški filtri
• poslušanje enake oblike (sinus,
pravokotnik, trikotnik, žaga) na različnih
frekvencah
• vezje povzroča fazni zamik in
spremembo amplitude (spremembe
impedance filtra)
• Aktivni in pasivni filtri
• Kako imenujemo filter, če je
amplituda signala odziva..
– na eni frekvenci
(pasu frekvenc)
največja/najmanjša?
– če je na nizkih/visokih frekvencah
najmanjša/največja?
• Za kaj rabimo fazno ujete zanke?
delovanje PLL (Fazno ujeta zanka)
Fazni kot φ z vektorji (kazalci)
Na kondenzatorju se tok pojavi pred
napetostjo (tok prehiteva napetost)
Na uporu se tok pojavi skupaj z
napetostjo (tok je v fazi z napetostjo)
iCe
KONDENZATOR
IC
UPOR
φ=90º
φ = 0º
UC
IR
UR
!!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)
A: tok I pri f1 : zaporedna vezava R in C
• Uvh= 440V, R = 90Ω, C = 3μF, f1 = 60Hz
U
I ( f1 )  vh 
Z

U vh
R  XC
2
2
U vh

 1 
R 

2

f
C
1


440V
1Vs


90


  

6
 2 60  3 10 As 
440V
8100 2  7,82 105  2
Z

φ
XC
2
2

2
R

2
440V

8100 2 

12
10
1,13 10 
3
2
2
440V
 0, 495 A
889
Napetost na kondenzatorju:
Uizh  I1 ( f1 )  X C  I1 ( f1 ) 
1
1V s
 0, 495 A 
 438V
3
2 f1C
1,13 10 A s
A: tok I pri f2 : zaporedna vezava R in C
• Uvh= 440V, R = 90Ω, C = 3μF, f2 = 1000Hz
I ( f2 ) 

U vh

Z
U vh
R2  X C 2

U vh
 1 
R 

C
f

2
2


φ
2
440V
1Vs


 90   

6
3
 2 10  3 10 As 
2
2
R

2
XC
Z
440V

8100 
2
10

6
18,8
2
2
440V
 4, 21A


2
3
2
104
8100  2,8110 
440V
Napetost na kondenzatorju:
Uizh ( f 2 )  I ( f 2 )  X C  I ( f 2 ) 
1
1V s
 4, 21 A 
 224V
3
2 f 2C
18,8 10 A s
Še za ostale frekvence…
• za vezje A izračunamo uizh pri vseh frekvencah od 1 do
10 kHz
• za vezje B izračunamo uizh pri vseh frekvencah od 1 do
10 kHz
• obstaja lomna frekvenca filtra vezave RC, pri kateri moč
na izhodnem elementu pade na polovico, napetosti na
obeh elementih R in C pa sta enaki
flomna
1

 589 Hz
2 RC
• ČE želimo lomno frekvenco pri 100 Hz, R pa ostane enak, mora C znašati:
1
1
C

 0,177 103 F  177  F
2 Rflomna 2  90 100 Hz
Odvisnost uizh od frekvence in
vrsta elektriškega filtra
438 V
(A) nizkoprepustni
 u R2  uC2
224 V
(B) visokoprepustni
Nelinearni elementi električnega
tokokroga
• Polprevodniški elementi
– materiali z dodatki (dopanti)
– diode, transistorji, integrirana vezja
TRANZISTORJI
http://colos1.fri.uni-lj.si/ERI/RACUNALNISTVO/RAC_SLOJI/Tranzistor.html
Kakšne posledice je prinesel razvoj tranzistorjev?
Digitalna tehnika
• štetje čas (film v angleščini), kvantizacija () časa
–
številski sistemi ODT, str. 2
• logična vezja
– tehnologija
• mikroelektronika (rezine, tiskanje s svetlobo, izdelava mikroprocesorja
(filmi v angleščini) diskretni elementi – vezja-strukture)
– delovanje digitalnih naprav:
• odločitvena vezja, pomnilniška vezja
– analogno-digitalni pretvorniki za stik avtomata z okolico
http://www.youtube.com/watch?v=LWfCqpJzJYM&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=9x3Lh1ZfggM&NR=1
http://www.youtube.com/watch?v=-GQmtITMdas
•
strukture (Kakšna struktura je avtomat?)
Zanesljivost naprav
–
Čas, ki preteče
medpnevmatike,
dvemaorodja)
zaporednima
okvarama
Objekti, ki se starajo (motorji,
porazdelitev odvisna
od zunanjih vplivov
–
Objekti, ki se ne starajo (elektronski elementi, če niso preobremenjeni!) porazdelitev okvar popolnoma naključna
• Življenjska doba
– s statistično porazdelitvijo
število komponent, ki po času t še delujejo
– verjetnost, da komponenta po času t še ni pokvarjena
str. 731)
začetno št. (Stöcker,
komponent
Pričakovani čas okvare MTTF (Mean Time To Failure) za sisteme, ki jih ob okvari zamenjamo,
• Zanesljivost Z(t)
•
Z (t ) 
ne popravljamo

–
stopnja okvarjenosti:
MTTF   Z (t )dt
0
•
število okvar
-7
stopnja
okvarjenosti

– na primer 10 h (1 okvara na 10 milijonov komponent ur) za ključne procese, ni zadosti vodenje
cestnega, letalskega prometa z GNSS, transakcije
v denarnem
prometu, prenoselektrične
energije
začetno
št. komponent
čas obratovanja
Pričakovani čas med okvarami MTBF (Mean Time Between Failures) za sisteme, ki jih ob
okvari popravljamo
Pomen redundance (nadomestljivosti)
Brezžično širjenje informacij
• Elektromagnetno
valovanje (emv)
– električno in
magnetno polje v
prostoru in času
– naprave
– poti širjenja
– zanesljivost naprav in
prenosa informacij
• Elektromagnetno
sevanje (EMS)
– učinki na okolico
naprav
– učinki na človeka
Širjenje elektromagnetnega
valovanja (emv)
• Generiranje emv
• Več poti širjenja radijskih valov
• Oddajniki in sprejemniki
– osnovni shemi
– usmerjenost, polarizacija anten
– izsevana moč in domet
• Modulacija (informacija + nosilni signal)
• Oddajna moč, impedanca izvora in antene
– Odboj nazaj na spremembah impedance!
250 W
satelit GNSS
Naravni zakoni
(upad zaznane moči z oddaljenostjo)
1W
izvor motenj
Elektromagnetna sevanja (EMS)
Sevanje: oddajanje valov ali delcev, ki se širijo v prostor
(sevanje radijske antene, sevanje radioaktivnega vira,
sevanje svetlobe).
Sevanja karakterizira (nas zanima)
jakost sevanja (potencialna izpostavljenost sevanju) in
absorbirana moč sevanja (dejanski učinek sevanja – na
tkiva)
Izpostavljenost različnim jakostim povzroča sile v
celicah
Učinek: tkiva absorbirajo del izsevane moči EMS
Omejitve seval emv
• Omejitve s stališča uporabnika: specifična
vsrkana moč Specific Absorption Ratio
SAR = ( E2)/
– efektivna vrednost električne poljske jakosti E
– tkivo: specifična prevodnost  in specifična gostota 
(El. praktikum str. 156)
Učinki sevanj: segrevanje tkiv
• Človekovo telo
– proizvaja do 150 W (metabolizem), pri težkem delu do 1000 W,
– absorbira med opoldanskim sončenjem do 200 W, od RF sevanj 5,6 W
energija sevanja
snov absorbira moč
izvori sevanj
naravni, vedno več umetnih
• Biološke učinke EMS ocenjujemo z absorpcijo v telesu, ki je
določena s stopnjo specifične absorpcije (SAR). Koliko moči
absorbira biološka snov (W/kg). SAR se povpreči na 6 minut.
• Za frekvence med 400 in 2000 MHz - meji SAR za okolja:
0,4W/kg delovno
0,08W/kg bivalno
Modulacija
• Zakaj moduliramo?
• Pomembni pojmi:
–
–
–
–
–
pasovna širina
nosilni signal (sinus določene frekvence)
informacijski signal (zvoki v telefoniji ali znaki v telegrafiji)
modulirani nosilni signal
nameni uporabe različnih vrst (katero modulacijo rabi
radio, katero GSM?)
Modulacija
• Splošno
Moduliramo nosilni signal.
Če so nespremenljive:
A .. amplituda
c .. frekvenca
 .. faza
zapišemo modulirani nosilni signal:
u (t )  A cos(c t   )
Ko spreminjamo samo amplitudo (ne frekvence ali faze):
u (t )  f (t )  cos(c t   )
u(t)
Ko spreminjamo samo frekvenco (ne amplitude ali faze):
u (t )  A cos((c  g (t ) )t   )
Ko spreminjamo samo fazo (ne amplitude ali frekvence):
u (t )  A cos(c t  h   (t ))
Pasovna širina
• Podelitev frekvenčnega pasu dovoljuje
uporabo spektra zgolj v določenem
območju


Za posamezne modulacije rabimo…
• ceneni
sprejemnik
kakovostni
sprejemnik
pri AM vplivamo na
pri FM vplivamo na
digitalni *
sprejemnik
pri
 M vplivamo na
*za velike hitrosti prenosa
podatkov; primerjava AM in M
kaže, da na enaki pasovni širini,
M prenaša več podatkov kot
AM
Slabljenje vzdolž poti
razširjanja
• Ko se signal v obliki elektromagnetnega vala razširja v prostor ali ko se
sprememba napetosti razširja po kablu z oddaljevanjem od izvora, se
njegova moč zaradi same razdalje zmanjšuje.
• Ker pa je sredstvo, skozi katerega se signal razširja, realno, nastajajo
izgube, ki jih povzema izraz slabljenje
• Če je sredstvo linearno, je slabljenje sorazmerno razdalji do izvora oz.
dolžini kabla do oddajnika
 Pna koncu 
L  10 log 

P
 na začetku 
Pna koncu .. moč signala na koncu obravnavane poti [W]
Pna začetku .. moč signala ob izvoru [W]
L .. slabljenje [dB]
Razmerje signal / šum (SNR)
•
•
•
Ali bo naprava signal (signal merjene veličine, informacijski signal) lahko rekonstruirala ali ne?
Moč (oddanega) signala, občutljivost sprejemnika
Moč toplotnega šuma elektronskih naprav in okolice
–
a) radijski sistem,
–
b) radar (signal se na razdalji R od oddajnikove antene odbija od prevodne površine k sprejemniku)
•
Psignal
Pšum
razmerje signal/šum med drugim odvisno od frekvence, oddaljenosti, slabljenja
  
PT GT GR 

4

R



kT0 BFn
2
Friis, 1946
PT GT GR  2
Psignal
Pšum
4  LR 4


kT0 BFn
3
kTo .. močnostna gostota frekvenčnega spektra šuma [W/Hz]
B .. efektivna pasovna širina (-3dB) [Hz]
Fn .. šumno število [ ]
PT .. oddajna moč v konici [W]
GT, GR .. dobitka anten oddajnika in sprejemnika [ ]
λ .. valovna dolžina [m]
L .. skupno slabljenje [ ]
R .. oddaljenost antene od odbojne površine [m]
σ .. velikost odbojne površine [m2]
Elektronika v prometu
• Radijske (komunikacijske) naprave
(značilnosti in načini razširjanja emv, smisel modulacije, sevanje)
• Energetska elektronika (gospodarnost izrabe
energetskih virov: goriva, el. energije)
• Krmilja in avtomatske naprave (mikroprocesor,
računalniški sistemi, sistemi vodenja - vključno z navigacijo)
• Stik človek-naprava (senzorji, vmesniki, aktuatorji
(ABS), prikazovalniki)
• Prometna infrastruktura
nadzorna središča,…)
(signalizacija, radar,
Elektronika v prometu
• Vidiki ( obravnavanje informacij, ki omogočajo
nemoten promet)
• Upoštevanje naravnih zakonov za lažje delo in življenje
• Elektronski elementi (generiranje signalov,
analogna in digitalna obdelava signalov,…)
• Postopki (modulacija, ojačevanje, obdelava
informacij)
• Naprave (procesorji, krmilja, števne zanke, radijske
naprave, signalizacija, RFID…)
• Sistemi
(računalniški sistemi, satelitska
radionavigacija (GNSS), pomoč pri vožnji, …)
– težave zapletenih sistemov (npr. večpotje)
Osnovni pojmi regulacije
• Smisel regulacije
(…doseči zanesljivo boljši (varnejši) potek
dogodkov, kot če sistem prepustimo samemu sebi…)
npr. želen
pretok
trenutni pretok
Σ
regulator
prometni sistem
senzorski sistem
• Katere veličine v prometu reguliramo? (informacije vplivajo na
obnašanje voznikov) posredno na količino prometa, uspeh mogoč, če
upoštevamo na kapaciteto ceste
• S katerimi sredstvi prometne avtomatizacije razpolagamo? (semaforji,
dinamični portali, prilagodljive omejitve hitrosti, cestninjenje, …)