Elektronika v avtomatiki

Opis predmeta

Analogna elektronika senzorskih in vgrajenih sistemov.

Operacijski ojačevalniki in z njimi izvedena vezja analognega prevajanja in procesiranja signalov: napetostni primerjalnik, napetostni sledilnik, neinvertirajoči in invertirajoči napetostni ojačevalnik, seštevalnik, odštevalnik, instrumentacijski ojačevalnik, vezja za prilagajanje napetostnih območij, tokovno-napetostni pretvornik, dajalnik temenske napetosti, Schmittov prožilnik, izvedba napetostnih referenc. D/A in A/D pretvorniki: tipi in uporaba v vezjih. Upori, kondenzatorji, vgrajeni in parazitni RC in CR členi ter diode.

Vsa vezja so ilustrirana s primeri uporabe. Obravnava je izrazito neidealizirana, poudarjene so realne karakteristike in njihovi parazitni vplivi na delovanje vezij. Neidealnosti so analizirane in ilustrirane s konkretnimi podatki proizvajalcev. Demonstrirane so razlike med izbranimi modeli operacijskih ojačevalnikov. Podan je zajem signalov napetostnih, tokovnih in uporovnih senzorjev na praktičnih primerih.

Celostno so obravnavane neidealnosti, ki največkrat otežujejo izvedbo preciznih senzorskih sistemov: napetostni premik, vhodni mirovni tok, tokovni premik, vhodna in izhodna notranja upornost, vpliv končnega ojačenja, frekvenčna meja, rejekcijski faktor, nestabilnost napajalne napetosti, omejena hitrost spreminjanja izhodne napetosti, vpliv kapacitivnosti bremena, lezenje, šum, temperaturne odvisnosti. Podani so principi kompenzacije napetostnega premika in vhodnih tokov ter večanje rejekcijskega faktorja. Obravnavana je uporaba dveh operacijskih ojačevalnikov v zanki in popravljanje frekvenčnih karakteristik. Pri neidealnostih AD in DA pretvornikov je poudarek na premiku ničle, premiku polnega območja, napaki ojačenja ter integralni in diferencialni nelinearnosti. Meritve spektrov signalov in opazovanje popačenj.

Analogne lastnosti digitalnih sklopov s poudarkom uporabe pri vgrajenih sistemih. Izhodna notranja upornost, vhodna notranja impedanca, poraba energije v povezavi s frekvenco preklopov, vpliv kapacitivnih bremen, tipi digitalnih izhodov (totem pole, open drain). Izvedbe oscilatorjev za mikroprocesorske sisteme. Analogna stikala in multiplekserji z uporabo in neidealnostmi.

Praktični vidiki realizacije vezij: problem neidealne mase in napajalnih linij, uporaba blokirnih kondenzatorjev, koncept in uporaba sponk FORCE, SENSE in REF, DC in AC sklopitev signalov, osnove linijskih pojavov.

Predmet učimo na programih

Elektrotehnika 1. stopnja

Cilji in kompetence

Osvojitev konceptov in delovanja analognih vezij, ki se uporabljajo pri realizaciji senzorskih in vgrajenih sistemov. Obravnava ni idealizirana, ampak so poudarjena odstopanja realnih karakteristik od idealiziranih ter s tem povezane težave, ki nastopajo v praksi.

Metode poučevanja in učenja

Teoretično znanje obravnavane tematike pridobijo študenti na predavanjih, ki so vsebinsko tesno povezana z vajami. V okviru vaj študenti v praksi spoznajo reprezentativne primere obravnavanih vezij, njihove lastnosti in neidealnosti.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

zasnovati preprosta do srednje zahtevna nizkofrekvenčna analogna vezja senzorskih vgrajenih sistemov,
analizirati preproste do srednje zahtevne sheme obstoječih nizkofrekvenčnih senzorskih vezij,
identificirati glavne neidealnosti elementov senzorskih vezij,
izvesti preprostejše kompenzacije neidealnosti,
analizirati frekvenčno odvisnost vezij,
empirično in analitično oceniti relativno stabilnost vezij,
izvesti preproste kompenzacije frekvenčne odvisnosti.

Temeljni viri in literatura

1. Murovec B., Senzorska elektronika (v izdelavi, študentom je na voljo sproti posodabljana interna verzija, ki odraža trenutno stanje / under construction, students have an access to a frequently updated internal version that reflects the current state).

2. Murovec B., Vezja in signali v senzorski elektroniki (v izdelavi, študentom je na voljo sproti posodabljana interna verzija, ki odraža trenutno stanje / under construction, students have an access to a frequently updated internal version that reflects the current state).

Dokler zgornja učbenika nista dokončana ali kot dopolnilo / until the above textbooks are not completed or a supplement

3. Jung W. , Op Amp Applications Handobook, Analog Devices, 2005.

4. Kester W., The Data Conversion Handbook, Analog Devices, 2005.

5. Zumbahlen H., Linear Circuit Handbook, Analog Devices, 2008.

6. Kitchin C., Counts L., A Designer's Guide to Instrumentation Amplifiers (3rd edition), Analog Devices, 2006.