web viewelektronika és méréstechnika. bagoly, zsolt. varga, dezső. elektronika...
If you can't read please download the document
TRANSCRIPT
Elektronika s mrstechnika
Elektronika s mrstechnika
Elektronika s mrstechnika
Bagoly, Zsolt
Varga, Dezs
Elektronika s mrstechnika
rta Bagoly, Zsolt s Varga, Dezs
Publication date 2013
Szerzi jog 2013 Bagoly Zsolt, Varga Dezs
Created by XMLmind XSL-FO Converter.
Created by XMLmind XSL-FO Converter.
Created by XMLmind XSL-FO Converter.
Tartalom
Elektronika s mrstechnika 0
1. 1 Elektronikai alapfogalmak 0
1.1. 1.1 Az elektronika szerepe a mrstechnikban 0
1.2. 1.2 Az elektronikai kapcsolsok mkdsnek fizikai httere 0
1.2.1. 1.2.1 A Maxwell-egyenletek 0
1.2.2. 1.2.2 Idealizlt elektronikus alkatrszek 0
1.2.3. 1.2.3 A Kirchoff-trvnyek 0
1.2.4. 1.2.4 Feszltsg- s rammrs 0
1.3. 1.3 Egyenfeszltsg kapcsolsok, karakterisztikk 0
1.4. 1.4 Nemlineris rendszerek kis perturbcik esetn 0
1.5. 1.5 Lineris ramkrk 0
1.5.1. 1.5.1 Lineris ramkrk elemei 0
1.5.2. 1.5.2 Az alapvet lineris alkatrszek ram- s feszltsgviszonyai llandsult jelekre 0
1.5.3. 1.5.3 Egyszer szrramkrk 0
1.5.4. 1.5.4 A lineris hlzatok ltalnos jellemzi 0
1.5.5. 1.5.5 Bekapcsolsi jelensgek, tranziensek 0
1.5.6. 1.5.6 RLC ramkrk 0
1.5.7. 1.5.7 Transzformtorok 0
2. 2 Flvezet eszkzk 0
2.1. 2.1 A flvezet anyagok fizikai tulajdonsgai 0
2.2. 2.2 PN tmenet: a dida 0
2.3. 2.3 Egyenirnyts didval 0
2.4. 2.4 Tranzisztorok 0
2.4.1. 2.4.1 FET 0
2.4.2. 2.4.2 Bipolris tranzisztorok 0
2.5. 2.5 Tranzisztoros lineris erstkapcsolsok 0
2.6. 2.6 Tranzisztoros digitlis inverter kapcsolsok 0
3. 3 Mveleti erstk s visszacsatolsok 0
3.1. 3.1 Mveleti erstk tulajdonsgai 0
3.1.1. 3.1.1 Mveleti erstk felptse 0
3.1.2. 3.1.2 A mveleti erst mint kompartor 0
3.2. 3.2 Negatv visszacsatols 0
3.2.1. 3.2.1 Az idelis mveleti ersts kapcsolsok szablyai 0
3.2.2. 3.2.2 Nem-invertl erstkapcsols 0
3.2.3. 3.2.3 Invertl erstkapcsols 0
3.2.4. 3.2.4 sszead ramkr 0
3.2.5. 3.2.5 Differencil s integrl ramkr 0
3.2.6. 3.2.6 Nem-lineris tviteli karakterisztikk megvalstsa 0
3.3. 3.3 Pozitv visszacsatols 0
3.3.1. 3.3.1 A Schmitt-trigger kapcsols 0
3.3.2. 3.3.2 A hiszterzis szerepe elektronikai rendszerekben 0
3.4. 3.4 Oszcilltorok s visszacsatolsok 0
3.4.1. 3.4.1 Visszacsatols hatsa az tvitelre 0
3.4.2. 3.4.2 Wien-hidas oszcilltor 0
3.4.3. 3.4.3 Schmitt-triggeres oszcilltor 0
3.5. 3.5 Modulci s jelkdols 0
3.5.1. 3.5.1 Amplitd-modulci 0
3.5.2. 3.5.2 Frekvencia-modulci 0
3.5.3. 3.5.3 Fzis-modulci 0
4. 4 Digitlis elektronika 0
4.1. 4.1 Digitlis eszkzk mkdse 0
4.1.1. 4.1.1 A Boole-algebra 0
4.1.2. 4.1.2 ltalnos Boole fggvnyek 0
4.1.3. 4.1.3 Digitlis szabvnyok 0
4.1.4. 4.1.4 Logikai jelszintek 0
4.1.5. 4.1.5 Jelszintek s zajtrs 0
4.1.6. 4.1.6 Hromllapot kimenet s buszvonal 0
4.1.7. 4.1.7 Digitlis kapuk 0
4.1.8. 4.1.8 Egyszerstsek s helyettestsek lehetsgei 0
4.2. 4.2 Kombincis logikai hlzatok 0
4.2.1. 4.2.1 Kdolk s dekdolk 0
4.2.2. 4.2.2 Demultiplexer s multiplexer 0
4.2.3. 4.2.3 Programozhat logikai hlzatok: PLA, FPGA 0
4.2.4. 4.2.4 sszead ramkr 0
4.2.5. 4.2.5 Logikai hazrdok 0
4.3. 4.3 Bels llapottal rendelkez hlzatok 0
4.3.1. 4.3.1 RS trol 0
4.3.2. 4.3.2 Az engedlyez bemenet 0
4.3.3. 4.3.3 Engedlyezett D trol 0
4.3.4. 4.3.4 lvezrls: a hazrdok kikszblse 0
4.3.5. 4.3.5 Az lvezrelt JK flip-flop trol 0
4.4. 4.4 Szekvencilis ramkrk 0
4.4.1. 4.4.1 Shift regiszterek 0
4.4.2. 4.4.2 Binris szmllk 0
4.4.3. 4.4.3 Digitlis memria ramkrk 0
4.4.4. 4.4.4 Vges llapot automata 0
4.4.5. 4.4.5 Aritmetikai-logikai egysg 0
4.4.6. 4.4.6 Szmtgpek felptsnek vzlata 0
4.4.7. 4.4.7 Informcitvitel 0
4.5. 4.5 Analg s digitlis mrsek elvei 0
4.5.1. 4.5.1 Digitlis mrtalaktk 0
4.5.2. 4.5.2 Digitlis s analg jelek talaktsa 0
4.5.3. 4.5.3 Digitlis-analg konverterek 0
4.5.4. 4.5.4 Analg-digitl konverterek 0
4.5.5. 4.5.5 Vltoz jelek mrse, mintavtelezsi trvny 0
4.6. 4.6 Informci mrse, tmrts 0
4.6.1. 4.6.1 Shannon-fle informcimennyisg 0
4.6.2. 4.6.2 Tmrtsi eljrsok 0
5. 5 Elektronikai kapcsolsok fizikai megvalstsa 0
5.1. 5.1 Az ramkr mint grfelmleti problma 0
5.1.1. 5.1.1 Az ramkri rajz konvencii 0
5.1.2. 5.1.2 Fldpont: az ramkri nulla potencil rgztse 0
5.2. 5.2 Nyomtatott ramkrk kialaktsa 0
5.2.1. 5.2.1 Nyomtatott ramkrk gyrtsa 0
5.2.2. 5.2.2 Furat- s felletszerelt alkatrszek 0
5.2.3. 5.2.3 Nagysebessg ramkrk szempontjai 0
5.3. 5.3 Integrlt flvezet eszkzk felptse 0
5.3.1. 5.3.1 Flvezet chip-ek gyrtstechnolgija 0
5.3.2. 5.3.2 A szmtgp kzponti feldolgozegysgnek fejldse 0
5.3.3. 5.3.3 Memria ramkrk felptse 0
5.4. 5.4 Elektronikai jelek mrse: az oszcilloszkp 0
Elektronika s mrstechnika
Elektronika s mrstechnika
Created by XMLmind XSL-FO Converter.
Created by XMLmind XSL-FO Converter.
Created by XMLmind XSL-FO Converter.
Elektronika s mrstechnika
1. 1 Elektronikai alapfogalmak
1.1. 1.1 Az elektronika szerepe a mrstechnikban
A termszettudomnyi megismers alapja a mrs. A mrs mint a krnyezetrl val informciszerzsi forrs a tudomnyos ignyeken jelentsen tlmutat: tgabb rtelemben mrsnek tekinthet pl. a fnykpezs is, de mrs trtnik az olyan htkznapi kommunikcik sorn, mint pl. egy elektronikus kapunyits vagy akr a telefonls. Az elmlt vtizedek technolgiai fejldsvel az elektronikus eszkzk rendkvli slyt kaptak az ilyen, igen ltalnosan mrsnek tekinthet folyamatokban.
Jelen jegyzet elssorban fizikusok szmra kszlt, s ennek megfelelen ad kpet a modern mrstechnikai eszkzk felptsrl. Egy kutat szmra elengedhetetlen, egy laikus szmra akr a mindennapokban is hasznos ezen rendszerek mkdsi elveinek megismerse, mg akkor is, ha a teljes rendszer rszleteirl nem lehetsges, s nem is igazn idhatkony mindent megtudni.
Egy mrsi folyamatot hrom szakaszra rdemes osztani, melyek ltalban jl elklnthetk:
A mrend mennyisg elektronikus jell val alaktsa. Ezt a feladatot az gynevezett szenzorok oldjk meg, amelyek rendkvli fejldsen mentek keresztl az elmlt vtizedekben. A szenzorok a mrend fizikai mennyisget (pl. hmrsklet) tipikusan egy vagy tbb feszltsgszint alaktjk: ezek a szintek akr idben gyorsan vltozak is lehetnek, s bonyolultan fgghetnek a mrend mennyisg(ek)tl s egyb kls (pl. kalibrcis) paramterektl. Gyakran a szenzorokat igen nagy szmban, egy idben hasznljk.
A szenzorok ltal adott elektromos jelet fel kell dolgozni, ami rszben a kalibrci figyelembe vtelt jelenti. A mrberendezs ismeretben a mrs sorn kapott nyers adatokbl megprblunk kvetkeztetni az eredeti rtkre, lehetsg szerint kikszblve a mrberendezs s a mrsi folyamat torztst. Ez nem mindig sikerl tkletesen, hiszen pl. a mindig jelenlv zajt sem lehet tkletesen eltntetni. Az adatok feldolgozsa e mellett jelenti az adatok redukcijt, az esetlegesen nagy mennyisg adatbl val, sszetett mveletekkel trtn lnyegi informci kinyerst is.
Harmadik lps az ember szmra hasznlhat formra alakts, ami egyszerbb esetben mint egy szmot mutat kijelz valsul meg, bonyolult esetben mint vizualizlhat kp vagy bra.
A fenti lpsek kzl teljes egszben kimaradhat a (B), ha nem elektronikus mrsrl van sz. Mi az oka mgis annak, hogy mostanra elektronikus mrsek helyettestik a klasszikus eszkzk legnagyobb rszt?
A vlasz sszetett. Egyik ok, hogy a modern szenzorok kivlak: nemcsak fny, hang, hmrsklet, elmozduls, nyoms, mgneses tr vagy elektromos vezetkpessg rzkelsre alkalmas, pontos s apr eszkzk vannak, de akr zek, szagok, a gravitci vagy vltozatos tpus sugrzsok mrse is megoldhat. Msik ok, hogy ha az sszetett szenzorokbl jv nagy mennyisg, bonyolultan rtelmezhet adatokkal kell dolgoznunk, akkor annak (B) pont szerinti feldolgozsa modern szmtgpes eszkzkkel szintn kezelhetv vlik. Harmadik ok, hogy a kapott eredmnyek tovbbtsa, prezentcija szintn standard mdon megoldhat: akr a szmtgp kpernyjn, akr hangjelzs vagy egyb elektromos vezrls formjban.
A kutatsi s fejlesztsi alkalmazsokban a mrstechnika kivtel nlkl mindig kapcsolatban van a szmtgpes rendszerekkel, a szmtstechnikai eszkz valjban a mrsi berendezs rszv vlik.
A hmrsklet mrse klasszikus feladat, s klasszikus megoldsa a folyadkok htgulsn alapul, kapillrisban felfut folyadkszl helyzetnek vizulis leolvassn alapul. Modern hmrk digitlis kijelzvel rendelkeznek, ami pontosabb s gyorsabb leolvasst tesz lehetv. Mivel a szenzor itt sokflekppen vlaszthat, elterjedt vltak pldul az olyan hmrk is, amelyek rints nlkl, infravrs sugrzs alapjn mrnek: ezzel maga a mrs is knyelmesebb tehet.
A fnykpezs szintn klasszikus mrsnek tekinthet. A digitlis fnykpezgpek elterjedsvel alig emlksznk mr vissza az elhvs s rgzts problmira, nem is beszlve arrl hogy a prezentcis mdszerek is nagyban megvltoztak: krlmnyes lenne egy paprkp kzzttele egy internetes kzssgi oldalon. A modern digitlis fnykpezgpek lelke a film helyett a j minsg, tbb tzmilli homogn egyedi elembl ll fnyrzkel szenzor.
A hangtvitel rdisugrzssal val megoldsa is beleillik a mrsek fenti kivitelezsi smjba: a mikrofonnal elektronikuss alaktott jelet feldolgozzuk, alkalmass tve rdisugrzssal val tovbbtsra. Antennk segtsgvel kisugrozzuk illetve rzkeljk a jelet, majd jabb feldolgozsi lpssel visszalltjuk az eredetihez kzeli elektronikus formjban. Ez utbbit hangszr teszi prezentlhat