Pytania pomocnicze - ELM.02

Optoizolacja polega na przekazywaniu sygnału między obwodami za pomocą światła, bez bezpośredniego połączenia elektrycznego. Najczęściej realizuje ją transoptor.

Ponieważ między stroną wejściową i wyjściową nie ma przewodzącego połączenia elektrycznego. Sygnał przechodzi optycznie, np. z diody LED na fototranzystor.

Separacja galwaniczna oddziela elektrycznie dwa obwody. Dopasowanie impedancji służy głównie do efektywnego przekazywania sygnału lub mocy między układami.

Nie jest to jego podstawowe zadanie. Transoptor przede wszystkim izoluje galwanicznie obwody, a do zwiększania wydajności prądowej stosuje się np. tranzystory, bufory lub wzmacniacze.

Stosuje się ją między układami sterującymi a wykonawczymi, np. między mikrokontrolerem a przekaźnikiem, triakiem, falownikiem lub wejściem sterownika PLC.

Ogranicza przenoszenie przepięć, skutki różnicy potencjałów mas oraz ryzyko uszkodzenia delikatnych układów sterujących. Może też poprawiać bezpieczeństwo użytkownika.

ISP oznacza In-System Programming, czyli programowanie układu bez wyjmowania go z urządzenia lub płytki PCB.

Pozwala zaktualizować lub ponownie wgrać program bez wylutowywania mikrokontrolera. Zmniejsza to ryzyko uszkodzenia płytki i elementów.

Typowe linie to MOSI, MISO, SCK, RESET, VCC i GND. Przez nie programator komunikuje się z mikrokontrolerem.

Nie. USB może służyć do połączenia programatora z komputerem, ale ISP jest metodą programowania mikrokontrolera w układzie.

ISP odbywa się w gotowym układzie przez kilka linii programujących. Programowanie równoległe często wymagało wyjęcia układu lub użycia specjalnej podstawki programatora.

Trzeba zapewnić dostęp do właściwych linii mikrokontrolera, masy i zasilania oraz unikać elementów, które mogłyby zakłócać sygnały programujące.

PLD oznacza Programmable Logic Device, czyli programowalne urządzenie logiczne. Jest to cyfrowy układ scalony, którego funkcję można ustalić przez zaprogramowanie.

Ponieważ jego działanie nie jest na stałe określone przez producenta. Użytkownik może zaprogramować strukturę logiczną układu zgodnie z potrzebami projektu.

Typowa bramka logiczna, np. AND lub OR, ma jedną ustaloną funkcję. PLD może zostać skonfigurowany tak, aby realizował różne funkcje logiczne.

Do układów PLD zalicza się między innymi PAL, GAL, CPLD oraz FPGA. Różnią się one stopniem złożoności i możliwościami programowania.

Pamięci dynamiczne i statyczne służą głównie do przechowywania danych. PLD służy przede wszystkim do realizacji zaprogramowanych funkcji logicznych.

Można go użyć do dekodowania sygnałów, sterowania pracą urządzenia, realizacji liczników, rejestrów lub innych bloków logiki cyfrowej.

Fototranzystor ma symbol tranzystora z dodatkowymi strzałkami skierowanymi na element. Strzałki oznaczają padające światło sterujące prądem tranzystora.

Fotodioda jest złączem półprzewodnikowym generującym lub przewodzącym prąd pod wpływem światła. Fototranzystor działa podobnie, ale dodatkowo wzmacnia prąd dzięki strukturze tranzystorowej.

Strzałki oznaczają promieniowanie świetlne padające na element. Ponieważ jest to odbiornik światła, strzałki są skierowane do wnętrza symbolu.

Fotorezystor zmienia rezystancję pod wpływem światła, a fototranzystor zmienia prąd kolektora. Na schemacie fotorezystor wygląda jak rezystor ze strzałkami, a fototranzystor jak tranzystor ze strzałkami.

Fototranzystor jest pojedynczym elementem odbierającym światło. Transoptor zawiera nadajnik światła, zwykle diodę LED, oraz odbiornik, często fototranzystor, w jednej obudowie.

Fototranzystory stosuje się w czujnikach optycznych, barierach świetlnych, enkoderach, licznikach impulsów i odbiornikach podczerwieni.

W wielu fototranzystorach baza nie jest wyprowadzona, ponieważ sterowanie odbywa się światłem. Prąd kolektora zależy wtedy głównie od natężenia oświetlenia.

MOSFET oznacza tranzystor polowy z izolowaną bramką. Jest to element półprzewodnikowy sterowany napięciem między bramką a źródłem.

Najczęściej przedstawia się zależność prądu drenu ID od napięcia bramka–źródło VGS. Taka charakterystyka pokazuje, jak napięcie sterujące wpływa na przewodzenie tranzystora.

Bramka MOSFET-a jest odizolowana od kanału cienką warstwą dielektryka. Dzięki temu prąd bramki jest bardzo mały, a tranzystor jest sterowany napięciowo.

MOSFET jest sterowany napięciem bramka–źródło, natomiast tranzystor bipolarny prądem bazy. W MOSFET-cie główne elektrody to dren i źródło, a w tranzystorze bipolarnym kolektor i emiter.

Jest to napięcie bramka–źródło, przy którym tranzystor zaczyna przewodzić zauważalny prąd drenu. Poniżej tego napięcia MOSFET jest praktycznie wyłączony.

Charakterystyka MOSFET-a zawiera oznaczenia ID, VGS lub VDS. Dioda prostownicza ma charakterystykę prądowo-napięciową zależną od napięcia przewodzenia, zwykle oznaczaną jako IF i UF.

Temperatura wpływa na parametry MOSFET-a, m.in. napięcie progowe i prąd drenu. Dlatego na wykresach często podaje się krzywe dla różnych temperatur, np. 25°C i 150°C.

Po dwóch tranzystorach połączonych jeden nad drugim, gdzie wejście jest podawane na dolny tranzystor, a wyjście pobierane z górnego. Górny tranzystor ma zwykle elektrodę sterującą spolaryzowaną stałym napięciem.

Kaskada to ogólne połączenie kilku stopni wzmacniających jeden po drugim. Kaskoda to konkretny dwutranzystorowy układ wzmacniacza o specjalnym połączeniu tranzystorów.

Kaskoda ogranicza wpływ pojemności pasożytniczych i efektu Millera. Dzięki temu wzmacniacz może pracować w szerszym paśmie częstotliwości.

Dolny tranzystor MOSFET pracuje zwykle jako stopień ze wspólnym źródłem, a górny jako stopień ze wspólną bramką. Razem tworzą układ kaskodowy.

Darlington służy głównie do uzyskania bardzo dużego wzmocnienia prądowego i składa się z dwóch tranzystorów połączonych tak, że prąd jednego steruje drugim. Kaskoda służy głównie do poprawy parametrów wzmacniacza napięciowego, szczególnie pasma i rezystancji wyjściowej.

Górny tranzystor stabilizuje warunki pracy dolnego tranzystora i zmniejsza zmiany napięcia na jego wyjściu. Pomaga to ograniczyć efekt Millera i poprawić pasmo przenoszenia.

Sieć RC przesuwa fazę sygnału w pętli sprzężenia zwrotnego. Dzięki temu sygnał może wrócić do wejścia wzmacniacza w odpowiedniej fazie i podtrzymywać drgania.

Aby powstały drgania, sygnał doprowadzony z wyjścia na wejście musi wzmacniać sam siebie, a nie wygaszać. Oznacza to konieczność spełnienia warunku fazy w pętli sprzężenia zwrotnego.

Musi być spełniony warunek Barkhausena: całkowite przesunięcie fazy w pętli wynosi 0° lub 360°, a wzmocnienie pętli jest co najmniej równe 1.

Układ polaryzacji ustala punkt pracy elementu aktywnego, np. tranzystora lub wzmacniacza. W pokazanym generatorze elementy R i C tworzą tor sprzężenia zwrotnego odpowiedzialny za przesunięcie fazy.

Blokada składowej stałej zwykle przepuszcza sygnał zmienny, a zatrzymuje napięcie stałe, np. przez kondensator sprzęgający. Przesuwnik fazy zmienia kąt fazowy sygnału, co jest kluczowe w generatorze RC.

Częstotliwość zależy głównie od wartości rezystancji R i pojemności C w sieci RC. Zmiana tych elementów zmienia stałą czasową układu, a więc także częstotliwość oscylacji.

Wzmacniacz operacyjny kompensuje tłumienie sieci RC i zapewnia dodatkowe przesunięcie fazy, jeśli pracuje w konfiguracji odwracającej. Dzięki temu możliwe jest podtrzymanie drgań.

Detektor fazy porównuje fazę sygnału wzorcowego z fazą sygnału zwrotnego. Na wyjściu daje sygnał błędu zależny od różnicy faz.

Filtr dolnoprzepustowy wygładza sygnał z detektora fazy i usuwa składowe wysokoczęstotliwościowe. Dzięki temu VCO otrzymuje stabilne napięcie sterujące.

Oznacza to, że sygnał zwrotny ma zgodną fazę i częstotliwość względem sygnału wzorcowego w warunkach ustalonej pracy układu.

VCO generuje sygnał wyjściowy, którego częstotliwość zależy od napięcia sterującego. W PLL jego częstotliwość jest korygowana tak, aby uzyskać synchronizację.

Dzielnik częstotliwości zmniejsza częstotliwość sygnału wyjściowego przed podaniem go na detektor fazy. Umożliwia to uzyskanie częstotliwości wyjściowej będącej wielokrotnością częstotliwości wzorcowej.

W PLL za detektorem fazy potrzebne jest wygładzenie sygnału błędu, czyli przepuszczenie składowej wolnozmiennej. To zadanie filtru dolnoprzepustowego, a nie górnoprzepustowego.

Pętle PLL stosuje się w syntezerach częstotliwości, odbiornikach radiowych, demodulatorach FM, układach zegarowych i systemach telekomunikacyjnych.

Wzmacniacz operacyjny kompensuje spadek napięcia na diodzie. Dzięki temu układ może prostować również małe sygnały, które w zwykłym prostowniku diodowym byłyby zniekształcone.

Zwykły prostownik diodowy ma wyraźny próg przewodzenia diody. Prostownik liniowy dzięki wzmacniaczowi operacyjnemu zachowuje bardziej liniową charakterystykę i dokładniej prostuje małe napięcia.

Typowym znakiem rozpoznawczym jest wzmacniacz operacyjny oraz diody w obwodzie sprzężenia zwrotnego lub przy wyjściu. Układ taki służy do prostowania sygnału, a nie tylko do ograniczania amplitudy.

Diody decydują, dla której polaryzacji sygnału przewodzi dana gałąź układu. Umożliwiają rozdzielenie lub przepuszczenie odpowiednich połówek przebiegu.

Dyskryminator okienkowy porównuje napięcie z dwoma progami i zwykle opiera się na komparatorach. Pokazany układ wykorzystuje wzmacniacz operacyjny i diody do prostowania sygnału.

Tak, to jedna z jego głównych zalet. Wzmacniacz operacyjny zmniejsza wpływ napięcia progowego diody, więc układ działa dokładniej dla małych sygnałów.

Stosuje się je w układach pomiarowych, detektorach amplitudy, miernikach sygnałów zmiennych oraz w analogowych torach przetwarzania sygnałów.

Służy do zamiany sygnału wolnozmiennego lub zakłóconego na wyraźny sygnał dwustanowy. Dzięki histerezie układ nie przełącza się przypadkowo przy małych wahaniach napięcia wejściowego.

Histereza oznacza, że układ ma dwa różne progi przełączania: jeden przy narastaniu napięcia wejściowego, drugi przy jego opadaniu. Zapobiega to niestabilnemu przełączaniu w pobliżu jednego progu.

Rezystor RE uczestniczy w tworzeniu sprzężenia zwrotnego między tranzystorami. Dzięki temu układ wykazuje histerezę.

Usuwanie składowej stałej realizuje się zwykle przez sprzężenie pojemnościowe, np. kondensator szeregowy. Rezystor emiterowy RE w tym układzie odpowiada za sprzężenie zwrotne i progi przełączania.

Zwykły komparator może wielokrotnie przełączać wyjście, gdy sygnał wejściowy oscyluje wokół progu. Przerzutnik Schmitta wymaga przekroczenia osobnego progu powrotu, więc drobne zakłócenia nie zmieniają stanu wyjścia.

Oznacza ono, że zmiana stanu wyjścia wspomaga dalsze przełączanie układu w tym samym kierunku. Powoduje to szybkie i zdecydowane przejście między stanami.

Wyjście pozostaje w dotychczasowym stanie aż do przekroczenia odpowiedniego progu. Po jego przekroczeniu następuje szybkie przełączenie na przeciwny stan.