Multimediálny CBT kurz pre distančné vzdelávanie DIPLOMOVÁ PRÁCA ŠTEFAN ČUPKA

Transcript

1

2 Mltimediálny CBT krz pre distančné vzdelávanie DIPLOMOVÁ PÁCA ŠTEFAN ČUPKA ŽILINSKÁ UNIVEZITA V ŽILINE Elektrotechnická faklta Katedra telekomnikácií Štdijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE Vedúci diplomovej práce: doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD. Stpeň kvalifikácie: inžinier (Ing.) Dátm odovzdania diplomovej práce: ŽILINA 006

3 ABSTAKT Diplomová práca sa zaoberá mltimediálnym CBT krzom pre distančné vzdelávanie formo e-learning. Projekt je realizovaný ako dynamické HTML s Flash animáciami. Diplomová práca slúži ako štdijný krz Elektroniky.

4 Žilinská niverzita v Žiline, Elektrotechnická faklta, Katedra telekomnikácií ANOTAČNÝ ZÁZNAM - DIPLOMOVÁ PÁCA Priezvisko, meno: Čpka Štefan školský rok: 005/006 Názov práce: Mltimediálny CBT krz pre distančné vzdelávanie Počet strán: 67 Počet obrázkov: 53 Počet tabliek: 3 Počet grafov: 0 Počet príloh: Požitá lit.: 4 Anotácia: Diplomová práca sa zaoberá mltimediálnym CBT krzom pre distančné vzdelávanie formo e-learning. Projekt je realizovaný ako dynamické HTML s Flash animáciami. Diplomová práca slúži ako štdijný krz Elektroniky. Anotácia v cdzom jazyk: This theses deals with mltimedia CBT corse for distance edcation shape of e-learning. Project is realised as dynamic HTML with Flash animations. Thesis is made like a stdy corse Electronics. Kľúčové slová: CBT krz, bipolárne tranzistory, operačné zosilňovače, preklápacie obvody Vedúci práce: doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD. ecenzent práce: Ing. Anton Maslák Dátm odovzdania práce: 9. mája 006

5 OBSAH ÚVOD E-LEANING. Vyžívanie e-learning pre distančné vzdelávanie. Efektivita e-learning 3.3 LMS (Learning Management System) 4 3 POSTUP PI TVOBE CBT KUZU 6 3. Definovanie minimálnej konfigrácie osobného počítača 6 3. Definovanie obsah Požívanie mltimediálnych prvkov Jednotné grafické prostredie Kontrola štúdia Nástroje na tvorb krz Vytváranie animácií 9 4 CBT KUZ 4.5 ZÁKLADNÉ OBVODY S BIPOLÁNYMI TANZISTOMI 4.5. Nastavenie pracovného bod Model tranzistora Analýza zosilňovača s bipolárnym tranzistorom Vlastnosti tranzistora v zapojení SE, SC, SB Koncové stpne Spínače s bipolárnymi tranzistormi Tranzistory JFET Tranzistory MOSFET Hypertextové odkazy Testovanie vedomostí Zoznam požitej literatúry OPEAČNÉ ZOSILŇOVAČE História operačných zosilňovačov Základné vlastnosti operačných zosilňovačov Ideálny operačný zosilňovač Vnútorná štrktúra OZ 3

6 4.0.5 Operačný zosilňovač a spätná väzba Zapojenia OZ so záporno spätno väzbo eálne operačné zosilňovače Zapojenia bez spätnej väzby Zapojenia s kladno spätno väzbo Hypertextové odkazy Testovanie vedomostí Zoznam požitej literatúry PEKLÁPACIE OBVODY Bistabilný klopný obvod Schmittov klopný obvod Monostabilný klopný obvod Astabilný klopný obvod Hypertextové odkazy Testovanie vedomostí Zoznam požitej literatúry 66 5 ZÁVE 67 Zoznam požitej literatúry Prílohová časť

7 ZOZNAM OBÁZKOV A TABULIEK Obr.. Vzťah mltimediálnych aplikácii k žívateľovi Obr.. Väzba systém LMS na podsystémy 4 Obr Základné zapojenia tranzistora Obr Možné varianty zapojení SE, SC, SB bez nastavenia pracovného bod Obr Pracovný tranzistora bod v sieti výstpných charakteristík v zapojení SE 3 Obr Ukážka grafického riešenia tranzistorového stpňa 4 Obr Tranzistor ako lineárny dvojbrán 5 Obr Náhradný lineárny obvod pre zosilňovač v konfigrácii spoločný emitor 5 Obr Vplyv C b na napäťové zosilnenie zosilňovača 7 Obr Koncový stpeň v triede A 8 Obr Dvojčinný koncový stpeň v triede B a triede AB 9 Obr Tranzistor ako spínač s odporovo záťažo 9 Obr Tranzistor JFET ako zdroj konštantného prúd 0 Obr Zosilňovač s tranzistorom JFET v zapojení SS a jeho NLO Obr a) Zapojenie sledovača (SD), b)náhrada S zdrojom konštantného prúd Obr Diódové zapojenie MOSFET 3 Obr Nastavenie U GS = 0 MOSFET so zabdovaným kanálom N a P 3 Obr Nastavenie pracovného bod invertora pre U GS 0 3 Obr Tranzistor v zapojení SC a jeho náhradný lineárny obvod 5 Obr Tranzistor v zapojení SB a jeho náhradný lineárny obvod 6 Obr Určenie medzných frekvencií zosilňovača v zapojení SE 6 Obr Elektrónkový operačný zosilňovač z rok Obr Typické púzdra operačných zosilňovačov 30 Obr Zapojenie vývodov operačného zosilňovača MAA 74 3 Obr Vlastnosti ideálneho operačného zosilňovača 3 Tab Parametre ideálneho OZ a reálneho OZ 3 Obr Bloková schéma operačného zosilňovača 33 Obr a) Symetrické napájanie OZ b) Značenie napájania v schémach 33

8 Obr Zosilnenie OZ a) bez spätnej väzby b) so spätno väzbo 34 Obr Invertjúci zosilňovač s ideálnym OZ 35 Obr Neinvertjúci zosilňovač s ideálnym OZ 36 Obr Operačný zosilňovač zapojený ako sledovač napätia 37 Obr Prevodové napäťové charakteristiky ideálneho OZ 38 Obr Prevodové napäťové charakteristiky komparátora s ideálnym OZ 39 Obr Komparátor s hysterézio 40 Obr Zjednodšená schéma OZ MAA 74 4 Obr Neinvertjúce zapojenie OZ 4 Obr Invertjúce zapojenie OZ 43 Tab Zosilnenie neinvertjúceho zapojenia reálneho a ideálneho OZ 44 Tab Zosilnenie invertjúceho zapojenia reálneho a ideálneho OZ 45 Obr Vstpné kľdové prúdy OZ 45 Obr Vstpné ofsetové napätie a) ideálneho OZ b) reálneho OZ 46 Obr Amplitúdovo frekvenčná charakteristika OZ s otvoreno slčko spätnej väzby pre: a) ideálny OZ b) reálny OZ 48 Obr Zníženie zosilnenia zavedením spätnej väzby rezistorom 49 Obr Praktické zapojenie komparátora 49 Obr Zapojenie kompáratora (bez ) a komparátora s hysterezio (s ) 50 Obr Všeobecné zapojenie klopného obvod 53 Obr Principiálna schéma bistabilného klopného obvod 53 Obr Tranzistorový bistabilný klopný obvod 54 Obr Vplyv vstpnej kapacity C BE na rýchlosť preklápania 59 Obr Ovládanie bistabilného klopného obvod 6 Obr Schmittov klopný obvod 55 Obr Principiálna schéma monostabilného klopného obvod 56 Obr Monostabilný preklápací obvod 57 Obr Principiálna schéma atabilného klopného obvod 58 Obr Astabilný klopný obvod 59

9 ZOZNAM SKATIEK A SYMBOLOV Ai A A IN A N A CL A OL B BW β C CBT C V, C b CMM CSS DIF DIL E h, h, h, h HTML I B, I C, I E I BP, I CP I D, I G I DSS I VST I IO I IB I Z prúdové zosilnenie zosilňovača napäťové zosilnenie zosilňovača napäťové zosilnenie inertjúceho reálneho operačného zosilňovača napäťové zosilnenie neinertjúceho reálneho operačného zosilňovača zosilnenie s zatvoreno slčko spätnej väzby (Closed Loop Gain) zosilnenie s otvoreno slčko spätnej väzby (Open Loop Gain) báza (base) šírka frekvenčného pásma (Band Width) prúdový zosilňovací činiteľ v SE, zosilnenie napätia spätnej väzby kolektor (collector) počítačom podporovaná výka (Compter Based Training) väzobný kapacitor, premosťovací kapacitor (baypass capacitor) činiteľ potlačenia súhlasného signál (Common Mode ejection atio) kaskádové štýly (Cascade Style Sheet) diferenciálny zosilňovač nožičky OZ miestnené v dvoch radoch (Dal in Line) emitor (emiter) hybridné parametre tranzistora jazyk pre tvorb internetových stránok (HyperText Markp Langage) prúd bázy, kolektora, emitora, bipolárneho tranzistora prúd bázy, kolektora v pracovnom bode tranzistora prúd kolektora (Drain), hradla (Gate) nipolárneho tranzistora maximálny prúd tranzistora JFET medzi kolektorom a emitorom pri U GS = 0 vstpný prúd ofsetový prúd (Inpt Offset Crent) vstpný kľdový prúd (Inpt Bias Crent) zaťažovací prúd

10 i, i vstpný, výstpný striedavý prúd KS koncový stpeň LMS program zabezpečjúci riadenie a správ systém vzdelávania (Learning Managment System) NLO náhradný lineárny obvod tranzistora OZ operačný zosilňovač B, C, E odpor bázy, kolektora a emitora tranzistora g S Z D VST, VÝST r BE SMT SB, SC, SE SD, SG, SG T i odpor generátora vstpného napätia nastavovací odpor zaťažovací odpor odpor kolektora (Drain) nipolárneho tranzistora vstpný, výstpný odpor dynamický odpor medzi bázo a emitorom tranzistora povrchová montážna technológia súčiastok (Srface Montage Technology) zapojenie bipolárneho tranzistora so spoločno bázo, kolektorom, bázo, emitorom zapojenie nipolárneho tranzistora so spoločným kolektorom (Drain), hradlom (Gate), emitorom (Sorce) šírka výstpného implz U, jednosmerné, striedavé napätie U CC, U EE kladné, záporné napájacie napätie U DS U GS U D U IO U T U SAT+, U SAT- U EF U VST, U VÝST, U BE U CE napätie medzi kolektorom a emitorom nipolárneho tranzistora napätie medzi hradlom a emitorom nipolárneho tranzistora vstpné rozdielové napätie operačného zosilňovača vstpné ofsetové napätie operačného zosilňovača prierazné napätie kladné, záporné satračné napätie referenčné napätie vstpné, výstpné napätie vstpné, výstpné striedavé napätie napätie medzi bázo a emitorom bipolárneho tranzistora napätie medzi kolektorom a emitorom bipolárneho tranzistora y s, y s, y s, y s admitančné parametre tranzistora

11 ŽILINSKÁ UNIVEZITA V ŽILINE Elektrotechnická faklta Katedra telekomnikácií Mltimediálny (CBT) krz pre distančné vzdelávanie Štefan Čpka 006

12 ÚVOD V posledných rokoch dochádza k masívnem rozvoj informačných technológii a internet. Počet žívateľov internet a počítačov narastá a rozširjú sa aj možnosti slžieb ponúkaných na internete. Najvyžívanejšo slžbo sa stáva WWW (World Wide Web), ktorá ponúka metód zobrazenia informácií rôznych formátov spôsobom rýchlym, výkonným, konzistentným a ľahko pochopiteľným. Preto internet nachádza svoje miesto aj v procese vzdelávania. Vzdelávanie na diaľk nazývané distančné vzdelávanie sa vyžívalo aj v minlosti najmä vo forme korešpondenčných krzov. Distribúcia týchto krzov a spätná väzba štdentov trvala dlho. Pri dnešnom rýchlom tempe života a zmien sa stáva jedným z najperspektívnejším spôsobom získavania nových informácii distančné vzdelávanie formo e-learning. E-learning ako elektronickými médiami podporovaný proces výčby vyžíva všetky mltimediálne možnosti počítačov (obrázky, animácie, zvky, videosekvencie...), požitím týchto prvkov získavajú vzdelávacie krzy pútavosť a veľkú efektivit pri pochopení preberaného čiva. Požívateľ racionálne vyžíva čas a získava vždy aktálne informácie. Komnikácia medzi štdjúcim a čiteľom prebieha väčšino elektronicky, preto je potrebná veľká sebadisciplína na strane štdenta pre úspešné zvládntie krz. Cieľom diplomovej práce je návrh metodológie a realizácia mltimediálneho CBT krz pre distančné vzdelávanie. ealizoval som tri kapitoly zadané vedúcim diplomovej práce, názvy kapitol sú v obsah. Metodológia krz je zvolená rovnako pri všetkých kapitolách s ohľadom na to, že po spracovaní všetkých kapitol bdú tvoriť jeden kompaktný celok. Umiestnenie krz bde vo vzdelávacom systéme LMS Moodle Žilinskej niverzity, kde je možnosť monitorovať jeho vyžívanie. K vytvoreni najdôležitejšej časti krz a to animácií som vyžil program Macromedia Flash MX., ktorý sa stáva neodmysliteľno súčasťo moderného web. Mnoho krzov je vytvorených iba v prostredí Flash a dokáž pútať skvelými efektami, ale je to na úkor ich poslania vyčovať. Na tvorb krz preto vyžívam Flash v kombinácii s HTML. Toto prostredie je pre žívateľa známe z bežného požívania internet a nenúti ho čiť sa pracovať s novými ovládacími prvkami. Snaho tohto CBT krz nie je nahradenie klasických kníh, ale skvalitnenie výkového proces vyžitím nových foriem výčby.

13 E-LEANING. Vyžívanie e-learning pre distančné vzdelávanie E-Learning je v súčasnosti veľmi často požívaný výraz na riešenie problémov vo vzdelávaní tým, že požijeme informačné a komnikačné technológie. Písmenom e sa vyjadrje elektronické spracovanie informácií a ich prenos po elektronických komnikačných sieťach. Ponechanie anglického názv zvýrazňje svetový trend tejto novej formy vzdelávania. [] Pojem e-learning neznamená len prepisovanie klasických čebníc do elektronickej formy. Možnosti techniky v súčasnosti nás posúvajú k kvalitatívne iným formám vzdelávania. Na konci minlého tisícročia sa medzi iné formy vzdelávania zaradilo i distančné vzdelávanie. Pod distančným vzdelávaním rozmieme mltimediáln form riadeného vzdelávania, pri ktorom sú vyčjúci resp. konzltanti v priebeh vzdelávania trvale, alebo prevažne separovaní od štdentov, je to štúdim na diaľk (angl. distance). Na sprostredkovanie čiva sa vyžívajú distančné komnikačné prostriedky, môž to byť počítačové programy na CD nosičoch, rozhlasové, alebo televízne prenosy, , internet. [] V súčasnosti sú čebné programy veľmi dobre prepracované, keďže pracjú na báze mltimediálnych systémov poskytjúcich rôzne typy mltimédii. Medzi základné mltimediálne prvky patria texty, obrázky, zvky, animácie a videosekvencie. Obr.. Vzťah mltimediálnych aplikácii k žívateľovi Dnes tieto programy vytvárajú tímy zložené zo psychológov, pedagógov, programátorov, grafikov a iných odborníkov z daných oblasti. Výhody a možnosti mltimediálnych

14 prvkov vyžívajú aj CBT krzy. CBT je skratko z anglického Compter Based Training, čo by sa dalo preložiť ako počítačom podporovaná výka. Štdent si pritom sám volí rýchlosť postp, ktorá závisí od jeho čas a schopností absorbovať preberanú látk. Pokročilejší štdenti môž preskočiť niektoré časti čiva, alebo ich preštdovať rýchlejšie, kým pomalší štdenti môž štdovať vlastno rýchlosťo bez toho, aby obmedzovali svojich kolegov a sebe navodili nepríjemný pocit, že sú pomalší. Ďalšo výhodo je, že štdent je v nestálom kontakte nielen s vyčjúcim, ale aj so svojimi spolžiakmi, ktorí v tom istom čase absolvjú daný krz. Komnikácia môže prebiehať niekoľkými spôsobmi. Klasicky om, kde štdent v prípade potreby kontaktje vyčjúceho a ten m odpovedá v rámci dohodntého čas, alebo v rámci rčených konzltačných hodín sa môže štdent zapojiť do disksie s vyčjúcim a ostatnými štdentmi v reálnom čase. [3] V poslednom čase, tým že sa rýchlosti prenos dát internetom nestále zvyšjú, sa stále viac vyžívajú aj videokonferencie, kde čiteľ fyzicky prítomný na jednom mieste prednáša v reálnom čase štdentom v rôznych častiach sveta. Distribúcia digitálneho videosignál môže byť pomoco držice, alebo cez internet s garantovano dostatočne veľko prenosovo rýchlosťo. Spätná väzba štdentov, ktorí sa aktívne môž zapájať formo otázok, pripomienok alebo návrhov je pomoco , chat.... Efektivita e-learning V súčastnej dobe je veľmi rýchli rozvoj v rôznych oblastiach, preto mnohé poznatky sú v krátkej dobe zastaralé. Výka formo e-learning je veľmi flexibilná a údaje vo vzdelávacích krzoch je možné rýchlo meniť a prispôsobovať novým trendom. Pri správnom vyžívaní hypertextových odkazov a prepojení na vhodné stránky z celého sveta sa môžeme vyhnúť zdĺhavém hľadani a listovani v knihách. Štdent sa čí vyberať, triediť a spracovávať správne informácie. Distančné vzdelávanie tvára podmienky pre celoživotné vzdelávanie, rýchl rekvalifikáci a rozširovanie si okrh vedomostí pre potreby trh práce. Prínos pri požívaní e-learning E-learning stavia čiteľa do novej pozície poradc a tvorc mltimediálných čebných pomôcok. Pri vyžívaní v dennom štúdi získa viac čas na osobný kontakt so 3

15 štdentmi a na názorné vysvetľovanie, pretože niektoré činnosti sú atomatizované (napr. vyhodnocovanie testov). Odstráni sa závislosť na čase a mieste vzdelávania, štdenti môž pristpovať k svojm vzdelávani kedykoľvek a tak dlho, ako potrebjú. V neformálnom prostredí školy dokáž efektívnejšie a rýchlejšie pochopiť dané čivo. V dnešnej dobe je veľké množstvo informácií, ktoré si štdent nemsí pamätať, ale msí s nimi kreatívne pracovať. Vytváraním e-learningových krzov vznikajú podmienky pre bdovanie niverzitnej, národnej, resp. nadnárodnej databázy vedomostí s možnosťo výmeny krzov. CBT krzy nenahrádzajú klasické formy výky, ale prispievajú k jej skvalitneni. Nevýhody e-learning Pretože štdent je pri štúdi osamostatnený a k kontakt s čiteľom nedochádza často a nie je na neho vyvíjaný dostatočný tlak, je dôležitá silná motivácia k čeni. Lektor e-learningového krz nemá možnosť pracovať s atmosféro: nemôže zajať charizmatickým výkladom a veľmi ťažko môže priamo motivovať. E-learning kladie ďaleko vyššie požiadavky na sebadisciplín. Problémom taktiež môže byť technické vybavenie a pripojenie k internet. Nie všetky krzy je vhodné vyčovať pomoco počítača, niektoré oblasti vzdelávania si vyžadjú medziľdský kontakt. [3].3 LMS (Learning Management System) Systém pomoco ktorého prebieha a pripravje sa výčba pomoco e-learning sa nazýva LMS. Tento systém zabezpečje nástroje pre distribúci vzdelávacieho obsah, nástroje pre komnikáci medzi účastníkmi výčby, systém spätnej väzby, prístp k štdijným materiálom a nástroje pre riadenie a monitorovanie výčby a aktivít požívateľov. Obr.. Väzba systém LMS na podsystémy 4

16 Existje veľa systémov, ktoré vyrábajú profesionálne firmy, ale ich najväčší problém je ich nadobúdacia cena. iešením preto je požiť programy, ktoré sú k dispozícii zadarmo. Tieto programy obyčajne pracjú pod operačným systémom Linx (Unix..). Jedným z takýchto je aj LMS Moodle, ktorý vyžíva aj naša niverzita. Užívateľ systém môže požívať ľbovoľný operačný systém (Windows...), na prehliadanie jednotlivých krzov je potrebný bežný internetový prehliadač (Internet Explorer, Mozila Firefox, Netscape). Výhodo miestnenia krz v takomto systéme je možnosť pozrieť si aktivity vybraného štdenta v konkrétnom dni, prípadne počas celého štúdia. Systém taktiež možňje zobraziť z akého počítača (IP adresa), kto a čo si pozeral v štdijných materiáloch. Umiestniť krz do systém je možné len s prístpovými právami čiteľa. Na miestnenie môjho krz som vyžil práva, ktoré mi poskytol vedúci diplomovej práve. Administrátor systém vytvára priestor pre miestnenie krzov všetkým vyčjúcim. Všetky nastavenia pre krz, začínajúce menom až po deň začatia krz sú realizované na stránke NASTAVENIA. Dostaneme sa tam cez položk ADMINISTÁCIA a klikntím na NASTAVENIA. Nastavenie FOMÁT KUZU je jedno z najdôležitejších a v prípade môjho krz je tematický formát. Prenos samotného súbor s krzom na server z počítača sa realizje linko SÚBOY v ponke Administrácia. [3] 5

17 3 POSTUP PI TVOBE CBT KUZU 3. Definovanie minimálnej konfigrácie osobného počítača Jedno z prvých podmienok pri tvorbe scenára je definovanie technických parametrov počítača a rčenie jeho základného programového vybavenia. Od týchto podmienok sa potom odvíjajú požiadavky na kvalit a zložitosť mltimediálnych prvkov požitých pri vzdelávacích krzoch. Minimálne požiadavky pre optimálne prezeranie krz Elektronika sú Procesor Pentim 33 MHz, 3 MB AM, monitor s rozlíšením 04*768, Internet Explorer 5 a vyšší prípadne iný internetový prehliadač, podpora Java script a nainštalovaný minimálne Flash player 4 alebo vyšší. Prezeranie krz je možné aj pri nižších systémových požiadavkách, ale je ntná podpora Java script. 3. Definovanie obsah Pri definovaní obsah vzdelávacieho krz vychádzame z predpokladaných vedomostí frekventantov a z požiadaviek, ktoré bdú kladené na úspešných absolventov krz. Obsah krz nesmie byť príliš jednodchý, aby dokázal držať pozornosť všetkých frekventantov a zároveň nesmie byť príliš komplikovaný, aby niektorých neodradil. Obsah krz Elektronika je dôležitým základom pre štdentov elektrotechnickej faklty k úspešném pochopeni preberanej problematiky vo vyšších ročníkoch. Materiály, ktoré vyžívam vo vzdelávacom krze možno rozdeliť na: textové súbory, kreslené obrázky, fotky, animácie. Kombinácio viacerých zdrojov som sa snažil vytvoriť čo najprehľadnejši form základných informácií z danej témy. Všetky tieto materiály sú pripravované s ohľadom na konfigráci počítača, snaho je čo najmenšia veľkosť výslednej stránky, aby v prípade pomalého pripojenia na internet krz pracoval čo najlepšie. 3.3 Požívanie mltimediálnych prvkov Počítač možňje mltimediálne spracovanie a vytváranie vzdelávacích krzov a preto vzdelávanie pomoco počítača by nemalo byť zjednodšené na čítanie textov z obrazovky. Množstvo textov je obmedzené na minimáln úroveň, dlhé pasáže text, 6

18 matematické odvodenia sú miestnené mimo hlavnej stránky cez odkazy. Kto sa chce téme venovať obšírnejšie sú pri každej kapitole miestnené odkazy na zajímavé stránky a požitá literatúra na tvorb obsah. V krze som sa zameral na animácie, ktoré dokáž viac pútať a vysvetliť daný problém, prípadne pri opätovnom prezeraní krz neskôr si štdent bez potreby znova čítať text po zhliadntí animácie rýchlo pripomenie fnkci obvod. Všetky animácie sú vytvorené v prostredí Macromedia Flash MX. 3.4 Jednotné grafické prostredie Pred samostatným spracovaním materiálov je treba definovať grafické prostredie, ktoré by malo byť jednotné pre celý vzdelávací krz a pri jeho tvorbe sa treba držať typografických pravidiel. Mnoho krzov je vytvorených ako flashovská aplikácia, nevýhodo týchto krzov je pre žívateľa nové prostredie, ntnosť čítať manál kvôli ovládani a preto mnohý toto prostredie radšej opstia. Vkladanie nových informácií do krz je tiež obtiažnejšie. Výhodo je veľmi graficky pútavé prostredie a ľahšia realizácia. Pútava grafika, ale môže spôsobiť odpútanie pozornosti od štdovanej problematiky. Po dohode s vedúcim diplomovej práce na realizáci požívam dynamické HTML v kombinácii s flash animáciami. Aj požívanie farieb je obmedzené hlavne na bledomodrú a červenú. Farby majú svoj hierarchickú štrktúr, schémy a bežné prvky sú čierne, dôležité prvky a deje na ktoré sa treba zamerať sú modré a najhlavnejšie vlastnosti jednotlivých animácií sú červené. Kvôli jednodchej orientácii sa každá kapitola rolje. Dokment sa stáva prehľadnejší ak do neho implementjeme hypertextové odkazy, ktoré ho prepoja s inými dokmentmi. V týchto odkazoch sú miestnené odvodenia niektorých vzťahov, vysvetlenia a spresnenia rčitých slov, pripadne dlhšie pasáže text, ktoré by hlavnú stránk zbytočne robili neprehľadnú. 3.5 Kontrola štúdia Vzdelávací krz msí frekventantovi poskytnúť možnosť overiť si získané vedomosti. Preto sú zaradené za každo kapitolo testovacie otázky. Na tvorb test som požil Java script. Pri správnej odpovedi na otázk sa táto zafarbí na červeno. Po zodpovedaní na všetky otázky sa po stlačení príslšného tlačítka zobrazí počet správnych odpovedí. Vo verzii kde nie je podporovaní Java script sa zobrazia zakrúžkované správne odpovede. 7

19 3.6 Nástroje na tvorb krz Krz som realizoval pomoco dynamického HTML, čo je kombinácia klasického HTML s inými technológiami. Vyžívam Java script, CSS a Macromedia Flash MX na vytvorenie animácií a obrázkov vo formáte GIF. HTML (Hyper Text Markp Langage) je vyznačovací jazyk, ktorý je základom pre tvorb internetových stránok. Vyvinl ho Tim Berners-Lee a ďalšie zdokonaľovanie je riadené konzorciom W3C. HTML súbor je obyčajný text obalený značkami nazývanými tagy, ktoré prehliadač nezobrazje. Určjú ako bde text vyzerať, jeho form. Tagy sú zatvorené v ostrých zátvorkách <> Poznáme párové tagy, ktoré formátjú element medzi nimi. Napríklad <b>tčný text</b> sa zobrazí: tčný text. Nepárové tagy napr. <OPTION> slúžiace na formátovanie celého dokment. Na tvorb HTML stránky sa môž vyžívať rôzne Wysiwyg editory (Dreamwear, FrontPage000...), do ktorých sa vpíše text, vložia sa obrázky a editor sám doplní všetky html značky (tagy). Ja som pri práci písal kód v poznámkovom blok (Notepad), pretože výsledný kód vytvorený editormi môže byť pri interpretácií v rôznych prehliadačoch (Internet Explorer, Mozilla, Opera...) zobrazený rozdielne. Problém pri zobrazení vytvárajú aj špeciálne znaky ako β, Ω...tieto sú vkladané ako samostatné entity (napr. Ω = Ω). CSS Kaskádové štýly CSS (Cascade Style Sheet) vznikli okolo rok 997. Poskytjú možnosť ako jednotlivým html značkám priradiť vzhľadové atribúty (farba, šírka, výška, typ písma, pozícia na stránke...). Veľmi výhodné je to pri väčšom webe s viacerými stránkami ak požadjeme ich podobný vzhľad. Definícia štýl je priamo v hlavičke dokment, ale častejšie a efektívnejšie je loženie štýl v externom súbore na ktorý je v dokmente odkaz ako je to realizované aj v mojom krze. Tento štýl je potom možné požívať viacerými stránkami. Písmo v krze je zadefinovane v CSS a požité je Arial, ak ho prehliadač nepodporje nahrá písmo Helvetica, prípadne Sans-serif. Veľkosť písma je tiež presne zadefinovaná a nie je j možné v prehliadači Inernet Explorer meniť, pretože nie každý prehliadač má nastavenú strednú veľkosť písma. 8

20 JavaScript Je to skriptovací jazyk na strane klienta, zapisje sa priamo do html kód dokment. Na svoj fnkci potrebje internetový prehliadač, je to interpretovaný jazyk. Často dochádza k zámene s programovacím jazykom Java, ale s ním má len podobný syntax. Javascript je schopný ovplyvňovať správanie sa klientského prehliadača a to: pracovať s dialógovými oknami, kontrolovať formláre a hodnoty v ich poliach, pracovať s cookies, maniplovať s obrázkami...medzi obmedzenia patrí neschopnosť kladať dáta, pristpovať k súborom (okrem cookies) a vypntie Java script žívateľom. Java script je v krze vyžívaný na detekovanie typ prehliadača, detekci prítomnosti Flash player 4, ktorý je súčasťo Internet Explorer od verzie 5.5., zistenie rozlíšenia monitora. Po zistení týchto parametrov nahrá vhodný CSS štýl. V prípade, že prehliadač neobsahje Flash plg-in, JavaScript ponúkne jeho inštaláci. Krz bde fngovať aj bez Flash player, či JavaScript no táto verzia krz obsahje len statické farebné GIF obrázky a tým sa stráca mltimediálna podstata krz. Verzia s GIF obrázkami je optimalizovaná pre rozlíšenie obrazovky 04x768 bodov. Macromedia Flash MX Flash sa stáva neodmysliteľno súčasťo všetkých internetových stránok. Základom flashovských aplikácii je vektorová grafika, ale môž sa v nich skrývať aj importované zvky, videosekvencie a bitové mapy. Vektorová grafika mapje čiary na neviditeľnej mriežke a chováva ich ako sústav inštrkcií. Tieto inštrkcie v sebe nesú informácie o hrúbke čiary, a jej farbe a výplni kreslených objektov. Výhodo vektorovej grafiky je, že pri zmene rozmerov, rotácií objektov, úprave jednotlivých častí nedochádza k skresleni. Informácie sa chovávajú o objektoch nie o každom bode (pixeli) zobrazenia. Správne zobrazenie obrázka je pri rôznych rozlíšeniach obrazovky. Nevýhodné je požitie vektorovej grafiky na zobrazenie fotorealistických detailov a pri zložitých obrázkoch môže byť doba zobrazenia dlhšia. Základom prostredia Flash je časová os na ktorej sú jednotlivé snímky a pri postpnom zobrazovaní snímko sa vytvára dojem plynlej zmeny pozície, alebo tvar objektov. [3][4] 3.7 Vytváranie animácií Pri vytváraní každej animácie je ntné najprv sa dokonale oboznámiť s problémom, ktorý chceme zobraziť. Na vysvetlenie niektorých javov je potreba viacerých obrázkov 9

21 a ich postpný opis, animácia to v niektorých prípadoch dokáže dokonale nahradiť. Všetky prvky danej animácie sú rozkreslené vo viacerých vrstvách, čo je výhodné z hľadiska prehľadnosti pri zložitých projektoch. Jednotlivé vrstvy je možné zamknúť a tým do nich ž nezasahovať, alebo vypnúť ich zobrazovanie. Priorita zobrazenia záleží od miestnenia vrstvy, vyššia vrstva prekryje vrstvy pod sebo. Prvky opakjúce sa vo viacerých projektoch som kladal do knižnice, takto ložené sa nazývajú symboly. Tým som zmenšil veľkosť výslednej animácie a pri opätovnom požití zarčil rovnaký vzhľad. Pri úprave vlastnosti symbol sa zmeny prejavia na všetkých inštanciách symbol v scéne. Každá animácia je zložená z jednotlivých snímkov, ktoré sa zobrazjú jeden po drhom a vytvárajú dojem plynlého pohyb, vyžíva sa nedokonalosť ľdského oka. Animácie som vytváral dvoma spôsobmi. Prvý spôsob je vytvorenie veľkého počt snímkov, kde každý snímok je nakreslený zvlášť. Tento spôsob je pracnejší a nevýhodný z hľadiska neskorších úprav animácií. Drhá možnosť je vyžitie spôsob Tweening, animácia sa vytvára pomoco kľúčových snímkov. Vytvorí sa prvý a posledný snímok animácie a program dopočíta ostatné snímky, ktoré sú vložené medzi kľúčové snímky. Drhý spôsob som vyžíval pri tvorbe plynlých zmien. Pre tvorb príkazov na ovládanie animácií sa vyžíva jednodchý objektovo orientovaný programovací jazyk ActionScript, ktorý bol vytvorený pre Flash. Jednotlivým snímkom animácie, alebo objektom v scéne sa priraďjú akcie a tým sa riadi celý priebeh prehrávania. Písanie scriptov je jednodché, zadávajú sa príkazy vo forme objektov, ktorých sa potom nastavjú ich vlastnosti. Zoznam príkazov je miestnený priamo v rolovaciom men a preto ich netreba poznať naspamäť. Výslednú animáci msíme pblikovať vo formátoch Flash (.svf) a HTML (.html). Tento HTML kód animácie skopírjeme do zdrojového kód krz a zmeníme cest k externém súbor, do ktorého vkladáme animácie vo formáte.swf. Najprv som animácie vytváral s konštantnými rozmermi v pixeloch, no rozmery niektorých boli príliš veľké a zobrazenie v prehliadači nebolo optimálne. Preto som sa rozhodol rozmery zadávať pomerovo, v percentách. Zmenšením okna prehliadača sa rozmery animácie prispôsobjú tejto zmene. Text je taktiež prispôsobený zmenám veľkosti okna prehliadača a jeho zmenšenie nespôsobí jeho nečitateľnosť. [4] 0

22 4 CBT KUZ Žilinská niverzita v Žiline Elektrotechnická faklta CBT krz sa skladá z nasledjúcich kapitol:. EKAPITULÁCIA FYZIKÁLNYCH POZNATKOV O POLOVODIČOCH A PN PIECHODE. POLOVODIČOVÉ DIÓDY 3. BIPOLÁNE TANZISTOY 4. TANZISTOY OVLÁDANÉ ELEKTICKÝM POĽOM 5. ZÁKLADNÉ OBVODY S BIPOLÁNYMI TANZISTOMI 6. NAPÄŤOVÁ A PÚDOVÁ SPÄTNÁ VÄZBA 7. VIACSTUPŇOVÉ A KOMBINOVANÉ ZOSILŇOVAČE 8. VÝKONOVÉ ZOSILŇOVAČE 9. DIFEENČNÉ ZOSILŇOVAČE 0. OPEAČNÉ ZOSILŇOVAČE. VIACVSTVOVÉ SPÍNACIE SÚČIASTKY. OPTOELEKTONICKÉ SÚČIASTKY 3. TANZISTOOVÉ SPÍNAČE 4. NAPÁJACIE ZDOJE 5. LOGICKÉ OBVODY 6. ANALÓGOVÉ SPÍNAČE A MULTIPLEXOY 7. PEKLÁPACIE OBVODY 8. ČÍSLICOVO-ANALOGOVÉ A ANALOGOVO-ČÍSLICOVÉ PEVODNÍKY 9. POGAMOVATEĽNÉ LOGICKÉ SÚČIASTKY 0. POLOVODIČOVÉ PAMÄTE. ÚVOD K MIKOPOCESOOM A MIKOPOČÍTAČOM. SPOĽAHLIVOSŤ ELEKTONICKÝCH SÚČIASTOK A OBVODOV 3. ELEKTOMAGNETICKÁ KOMPATIBILITA 4. PINCÍPY ELEKTÓNIEK Mojo úloho bolo spracovanie troch kapitol, ktoré mi navrhol vedúci diplomovej práce. Z dôvod zachovania číslovania kapitol aké bolo požité pre CBT krz, som sa po vzájomnej dohode s vedúcim diplomovej práce rozhodol, že toto číslovanie sa ponechá a celá tlačená podoba sa orientje na štrktúr, aká sa požila v krze.

23 4.5 ZÁKLADNÉ OBVODY S BIPOLÁNYMI TANZISTOMI Poznáme tri základné obvodové zapojenia tranzistora. Tranzistor má 3 svorky B (báz), C (kolektor), E (emitor) a podľa toho, ktorá z nich bde spoločná pre vstp aj výstp z hľadiska striedavého signál dostaneme zapojenia so spoločným emitorom SE, kolektorom SC, alebo bázo SB. Toto prepojenie realizjeme na obr pomoco kapacitora C b (bypass capacitor). ezistorom ktorý takto premostíme preteká iba jednosmerný prúd pre nastavenie pracovného bod. Jednosmerný pracovný bod je nastavený rezistormi B, B, C a E. Na jednosmerné oddelenie zosilňovača slúžia kapacitory C V a C V. Pre frekvenci privádzaného vstpného signál sa volí hodnota kapacity C V, C V, C b tak, aby sme tieto kapacitory mohli považovať za skrat. Obr Základné zapojenia tranzistora Obr Možné varianty zapojení SE, SC, SB bez nastavenia pracovného bod Pri zapojení SE je pre striedavý signál emitor pripojený na spoločný vodič (zemnený) pomoco C b a táto svorka je spoločná pre vstp aj výstp. Do bázy je privádzaný vstpný signál a v kolektore na zaťažovacom odpore C je odoberaný

24 výstpný signál. V zapojení SC je zemnený kolektor pomoco kapacitora C b cez kladný pól zdroja U CC. Pre striedavý signál predstavje jednosmerný zdroj so svojím malým vnútorným odporom skrat. Pre zapojenie SB je báza striedavo zemnená cez C b a do emitora privádzame napätie a napätie odoberáme z kolektor. Najjednodchšie varianty zapojení SE, SC, SB sú na obr [5.] 4.5. Nastavenie pracovného bod Pracovný bod tranzistora nastavíme pomoco jednosmerných obvodových veličín. Vhodnými obvodovými prvkami zosilňovača zabezpečíme požadované hodnoty prúdov elektród a napätí priechodov tranzistora. Na obr je potrebné nastaviť v sieti výstpných charakteristík pracovného bod P s nasledjúcimi súradnicami: P(I CP, U CEP ) Tomto bod môžeme priradiť bod v sieti vstpných charakteristík: P(U BEP, I BP ) Obr Pracovný bod tranzistora v sieti výstpných charakteristík v zapojení SE Následkom zmien parametrov tranzistora, kolísania napájacieho napätia, kolísaním teploty okolia atď. dochádza k posv pracovného bod. Pre dosiahntie stabilných parametrov zosilňovacieho stpňa msíme držať nezmenenú poloh pracovného bod 3

25 danú súradnicami jednosmerných napätí tranzistora t.j. stabilizovať pracovný bod. Jednodchý príklad nastavenia pracovného bod. Ak nepoznáme tvar charakteristík tranzistora, tak pre nastavenie pracovného prúd bázy môžeme vyžiť vzťah pre prevod prúdov. I I = CP BP (4.5.) β Pre kvalitatívny odhad vlastnosti vyhovje menej presné, ale prehľadné grafické riešenie. Môžeme odčítať U, U a dostaneme napäťové zosilnenie: [5.] A U U = (4.5.) Obr Ukážka grafického riešenia tranzistorového stpňa 4.5. Model tranzistora Ak na vstp tranzistora privádzame signál s tako amplitúdo, aby tranzistor pracoval v lineárnej aktívnej oblasti, potom ho možno považovať za lineárny prvok. Poznáme množstvo lineárnych modelov, najviac sa pri bipolárnych tranzistoroch osvedčil hybridný model (h - model). Jeho prvky majú rôzne fyzikálne rozmery. Dvojico lineárnych rovníc môžeme opísať vzťah medzi neznámymi. = + (4.5.3) h.i h. 4

26 i = + (4.5.4) h.i h. Obr Tranzistor ako lineárny dvojbrán Jednotlivé prvky predstavjú: h [Ω] Vstpný dynamický odpor tranzistora h [-] Spätnoväzobný napäťový prenosový činiteľ tranzistora h [-] Dopredný prúdový zosilňovací činiteľ tranzistora h [S] Vstpná dynamická vodivosť tranzistora Dôvody prečo sa najviac osvedčil h model. [5.3] Analýza zosilňovača s bipolárnym tranzistorom Obr Náhradný lineárny obvod pre zosilňovač v konfigrácii spoločný emitor 5

27 Analýz zosilňovača malého signál si kážeme v zapojení SE. Celý postp môžeme rozdeliť na dve časti a to: Jednosmerná analýza. Nájdeme ekvivalentný jednosmerný obvod v ktorom kapacitory predstavjú odpojený obvod C. V ekvivalentnom jednosmernom obvode nájdeme pracovný bod P(I CP, U CEP ) Striedavá analýza 3. Prekreslíme obvod ako ho vidí striedavý signál. Kapacitory a jednosmerný zdroj sa chová ako skrat. 4. Nahradíme tranzistor hybridným h modelom a dostaneme náhradný lineárny obvod (NLO) 5. Vypočítame želané parametre A i, A, Z VST, Z VÝST Po odvodení jednotlivých parametrov pre obvod v zapojení SE na obr dostaneme: Prúdové zosilnenie: A i h e i = = ak h L <<, potom A i = h e (4.5.5) i + h L Napäťové zosilnenie: A h L = = ak h >> D h L potom h + D h L A L = = (4.5.6) h h Vstpná impedancia: Z h + D h L VST = = ak h >> D h L a >> h L, potom Z VST h (4.5.7) i + h L Výstpná impedancia: Z + h g = = kde D VÝST h = h h - h h (4.5.8) i D h + h g Na obr môžeme porovnať zmen hodnoty napäťového zosilnenia pri nezapojenom a zapojenom kapacitore C b. [5.][5.4][5.5] 6

28 Obr Vplyv C b na napäťové zosilnenie zosilňovača Vlastnosti tranzistora v zapojení SE, SC, SB Analogicky môžeme pomoco NLO pre SC a NLO pre SB odvodiť odpovedajúce výrazy. Medzi jednotlivými zapojeniami SB, SE, SC možno previesť prepočet. h h e b = (4.5.9) k h e + h e h = (4.5.3) h h h b b b D h he e = (4.5.0) hk he + h e h e = (4.5.) h k ( + h e ) + h e h e = (4.5.) k h e + h e = (4.5.4) = (4.5.5) h = (4.5.6) Zapojenie so spoločno bázo SB sa chová ako veľmi kvalitný prúdový zdroj, ktorý opakje vstpný prúd snímaný cez malý vstpný odpor. Toto zapojenie má výrazne lepšie vysokofrekvenčné vlastnosti, pretože na vstpe je len parazitná kapacita prechod báza emitor C BE. Znakom zosilňovača so spoločným kolektorom SC je napäťový zisk blízky, prúdový zisk veľký. Impedancia na vstpe je veľmi veľká a výstpná impedancia veľmi malá. Pre tieto vlastnosti sa zapojenie SC vyžíva hlavne ako impedančný transformátor. 7

29 Najčastejšie požívané je zapojenie so SE. Signál na výstpe je fázovo natočený k vstpném o 80 (je v protifáze). Toto zapojenie má vysoké výkonové zosilnenie. Kapacity v obvode rčjú frekvenčné vlastnosti zosilňovačov. [5.][5.5] Koncové stpne Koncové stpne majú za úloh dodať veľký výkon s minimálnym skreslením signál a to do záťaže tvorenej nízko impedancio. Je vhodné vyžiť zapojenie SC s malým vstpným odporom (obr.4.5.8) Obr Koncový stpeň v triede A Bdič koncového stpňa je v zapojení SE ( vstp do bázy, výstp v kolektore) s tranzistorom T, ktorý pracje ako invertor so záťažo C. Nevýhody tohto zosilňovača sú: T pracje v triede A, dochádza k trvalo veľkej spotrebe aj bez vstpného signál, ktorá sa zväčšje s klesajúco hodnoto E, E >> Z obmedzje rozkmit záporného výstpného napätia pre prípad I Z < 0 na hodnot U EE. Z /( Z + E ). Tieto problémy odstránime požitím koncového stpňa s komplementárnymi tranzistormi T a T 3. Spotreba bez vstpného signál je skoro nlová pretože I BT = I BT3 = 0. Tranzistory pracjú v triede B. Vstpné harmonické napätie tranzistor T zosilní a invertje. Kladnú polvln na kolektore T spracje T a zápornú polvln T 3. Vo vedení prúd sa tranzistory striedajú, preto hovoríme o dvojčinnom zapojení. V okolí počiatk prevodovej charakteristiky 8

30 existje mŕtva zóna (dead band) o veľkosti.u BE. Vzniknté prechodové skreslenie (crossover distortion) je dôsledkom toho, že tranzistory T a T 3 sú v tejto oblasti v nevodivom stave. Na odstránenie tohto nedostatk požijeme diódy D a D. [5.][5.4] Obr Dvojčinný koncový stpeň v triede B a triede AB Spínače s bipolárnymi tranzistormi Obr Tranzistor ako spínač s odporovo záťažo 9

31 Vyžitie tranzistorov je taktiež v úlohe spínačov pre spracovanie číslicového signál, alebo riadenie výkon. Poloha pracovného bod v stálenom stave je bď v nevodivom režime (P na obr.4.5.0), kedy je medzi kolektorom a emitorom veľký odpor. V drhej stabilnej polohe je v satrácii, prípadne v normálnom aktívnom režime blízko satrácie (P ). Medzi kolektorom a emitorom je malý odpor. Pre dobré spínanie je dôležitá vhodná voľba I B. [5.] Tranzistory JFET Prúd I D (I DSS ) je nezávislý na napätí U DS pre U DS > U DSat čo sa dá vyžiť na konštrkci jednodchých zdrojov prúd, kedy záťažo Z tečie konštantný prúd I D = I DSS. Tranzistory JFET sa vyrábajú s dosť veľkým rozptylom parametrov a teda aj hodnôt I DSS (napr. 0-0 ma). Pre presné nastavenie prúd volíme zapojenie s rezistorom S (Obr. 4.5.). Obr Tranzistor JFET ako zdroj konštantného prúd Zaradením rezistor S dochádza k zmene napätia U GS z nly na zápornú hodnot z dôvod platnosti vzťahov: U GS + U s = 0, U s = S. I D U GS = - S.I D (4.5.35) 0

32 Ak hodnota S rastie tak dochádza k pohyb pracovného bod po zaťažovacej priamke smerom k vyšším hodnotám U GS a nižším hodnotám I D. Túto vlastnosť vyžívame aj pre nastavenie pracovného bod zosilňovača v triede A, pre ktorý platí U DS = U CC /. ezistor S t zároveň pôsobí ako záporná spätná väzba. JFET ako zosilňovač malých signálov Zapojenia s tranzistormi JFET sú analogické zapojeniam s bipolárnymi tranzistormi. Podľa toho, ktorá elektróda je spoločná pre vstp aj výstp rozoznávame zapojenia SS, SD a SG. Prúd do hradla G je prakticky nlový a preto i vstpný odpor je obrovský. Na obr je zosilňovač SS (invertor). ezistor G v tomto zapojení možňje privedenie signál na vstp zosilňovača pri zachovaní jednosmernej polarizácie podľa rovnice U GS + U s = 0 a čo najväčší vstpný odpor. Kapacitor C B blokje rezistor S pre striedavý signál. Obr Zosilňovač s tranzistorom JFET v zapojení SS a jeho NLO Výhodné je požiť náhradný lineárny obvod (NLO) s parametrami y, ktorý prináša nlové hodnoty parametrov y s a y s. Na obr je NLO celého obvod z ktorého môžeme písať rovnice vedúce na napäťové zosilnenie A. = D.y s. GS y (4.5.36) s = (4.5.37) GS

33 A = = y s. D A = y s. D pre y s D << (4.5.38) y s Výraz pre napäťové zosilnenie tranzistor JFET v zapojení SS je zhodný s výrazom pre bipolárny tranzistor v zapojení SE. V číselnom vyjadrení sa prejaví rozdiel vplyvom požitého tranzistora z dôvod rozdielnej strmosti y s. Výsledkom je aspoň o rád väčšie napäťové zosilnenie bipolárnych tranzistorov oproti nipolárnym pri rovnakom rezistore C, resp. D. JFET nájdeme v úlohe zosilňovača tam, kde sa platnia jeho prednosti. Obr a) Zapojenie sledovača (SD), b)náhrada S zdrojom konštantného prúd V zapojení SD na obr je výhodo veľký vstpný odpor. Napäťové zosilnenie bde: y. = y. kde s S A = = + y s. S s VÝST VÝST S = (4.5.39) + y s. S Ak S >> /y s, bde na základe (4.5.39) platiť, že A a bdeme mať dobrý sledovač napätia. Veľká hodnota S znamená aj veľký výstpný odpor a výsledkom je malá zaťažiteľnosť. Odstránime to požitím zdroja záporného konštantného prúd. (4.5.3b). [5.] Tranzistory MOSFET Na obr je najjednodchšie nastavenie pracovného bod MOSFET s indkovaným kanálom N. Ak U DS = U GS < U T potom je prúd I D = 0, a preto sa toto

34 zapojenie označje ako diódové zapojenie MOSFET. Pre prípad U DS = U GS > U T je I D > 0 a tranzistor je v satrácii. Toto zapojenie sa vyžíva v IO. Obr Diódové zapojenie MOSFET Nastavenie pracovného bod MOSFET so zabdovaným kanálom pre kanál N a P je na obr Ak do hradla netečie prúd (I G = 0), leží pracovný bod na zaťažovacej priamke pretínajúcej výstpnú charakteristik pre U GS = 0. Ak chceme nastaviť pracovný bod s U GS 0, požijeme niektoré zo zapojení na obr [5.] Obr Nastavenie U GS = 0 MOSFET so zabdovaným kanálom N a P Obr Nastavenie pracovného bod invertora pre U GS 0 3

35 4.5.9 Hypertextové odkazy < príklad > Na obrázk napätie zdroja U CC a rezistory B, C rčjú prúdy a napätia v pracovnom bode. Ak je známa hodnota napätia zdroja U CC a súradnice pracovného bod, potom môžeme napísať rovnic: U =.I + U (4.5.7) CC C Hodnota kolektorového rezistora vyplýva z rovnice(4.5.7): Podľa drhého Kirchoffového zákona môžeme napísať: Hodnota bázového rezistora bde: CC B BP C U CP U CP CEP CC CEP = (4.5.8) BEP I U =.I + U (4.5.9) B U U CC BEP = (4.5.0) Ak si vedomíme, že platí U BEP << U CC, potom sa posledná rovnica zjednodší: U I BP CC B = (4.5.) I BP < h model > Dôvody prečo sa medzi rôznymi lineárnymi modelmi (impedančný, admitančný, kaskádny atď.) najviac osvedčil h-model vyplývajú z toho, že jeho parametre obsahjú najľahšie poznateľné prírastkové parametre tranzistora. Takými sú vstpný dynamický odpor h = r BE a prúdový zosilňovací činiteľ h = β. Výstpná vodivosť h rčje strmosť výstpných charakteristík. Závisí od rôznych fyzikálnych mechanizmov medzi kolektorom a emitorom tranzistora. Spätnoväzobný prenosový činiteľ h dáva aká časť výstpného napätia tranzistora sa prenesie na vstp cez parazitné prvky v jeho fyzikálnej štrktúre. [5.3] < A i > = i (4.5.). L i = h i + h ( i ) (4.5.3) e e L 4

36 i + = (4.5.4) i Lh e h ei i + = (4.5.5) ( + Lh e ) ih e < A > A i i i i e = = (4.5.6) i A h + h L L = =. (4.5.7) i A i = + (4.5.8) i h h = (4.5.9) h.. h h L + h L + h L = h.. h L h (4.5.30) hh L h( + h L ) = h L (4.5.3) L (hh hh ) h = h L (4.5.3) h + D h L = (4.5.33) h L < NLO pre SC > A L = = (4.5.34) h h + D h L Obr Tranzistor v zapojení SC a jeho náhradný lineárny obvod 5

37 < NLO pre SB > Obr Tranzistor v zapojení SB a jeho náhradný lineárny obvod < frekvenčné vlastnosti zosilňovačov > Frekvenčné vlastnosti zosilňovačov dávajú kapacity v obvode. C člen tvorený väzobnými kapacitormy a vstpným odporom ( VST ) alebo zaťažovacím ( Z ) dáva dolnú medznú frekvenci f d. Horná medzná frekvencia je daná C článkom tvoreným vstpno (parazitno) kapacito C a vnútorným odporom zdroja signál. Čím je nižšia vstpná kapacita, tým je vyššia horná medzná frekvencia f h. V zapojení SE msí zdroj vstpného signál nabíjať kapacit C BE a kapacit C BC, ktorá má po pretransformovaní na vstp veľkosť C BC = (+ A.C BC ).[5.] Obr Určenie medzných frekvencií zosilňovača v zapojení SE 6

38 <D a D > Požijeme diódy s rovnakými vlastnosťami diód priechod B E tranzistorov T a T 3. Aj v kľdovom stave nimi preteká prúd a vzniká na nich úbytok.u BE. Takéto nastavenie pracovného bod sa nazýva trieda AB. < Vhodná voľba I B. > Pre bezpečné zopntie do satrácie volíme prúd bázy pre istot väčší, napr. I B = k S. I C /h E. Činiteľ nasýtenia k S je volený až 3, čo sa prejaví v úmerne veľkom znížení B. Zaplatíme za to však pomalším vypínaním. < prednosti. > Nižší šm na nízkych frekvenciách (adio technika), veľký vstpný odpor (operačné zosilňovače) a schopnosť zosilňovať signál zo zdrojov o veľkom výstpnom odpore (VHF zosilňovače, oscilátory, zmiešavače) Testovanie vedomostí. Na obrázk je tranzistor v zapojení : a) SB b) SC c) SE d) Astabilný klopný obvod. Pracovný bod v sieti výstpných charakteristík má súradnice: a) P( U BEP, I BP ) b) P( I CP, U CEP ) c) P( I CP, I BP ) d) P(U BEP, U CEP ) 7

39 3. Ak nepoznáme tvar charakteristiky tranzistora tak v zapojení SE môžeme vyžiť vzťah pre prevod prúdov: a) I BP = I CP. β b) I BP = I CP - β c) I BP = I CP / β d) I BP = I CP + β 4. Parameter h [ - ] h model tranzistora je: a) Vstpný dynamický odpor tranzistora b) Spätnoväzobný napäťový prenos tranzistora c) Vstpná dynamická vodivosť tranzistora d) Dopredný prúdový zosilňovací činiteľ 5. Pri rčovaní polohy pracovného bod pre jednosmerné napätie kapacitory : a) Nahradíme zdrojom konštantného prúd b) Nahradíme zdrojom napätia c) Predstavjú skrat d) Predstavjú rozpojený obvod 6. Na obrázk je : a) Zosilňovač v triede C b) Jednočinný koncový stpeň v triede A c) Dvojčinný koncový stpeň v triede B d) Dvojčinný koncový stpeň v triede AB 7. Najlepšie vysokofrekvenčné vlastnosti má zapojenie: a) SE b) SB c) SC 8

40 8. Pre bezpečné zopntie tranzistora zapojeného ako spínač volíme bázový prúd a) Menší a činiteľ nasýtenia je -0 až -30 b) Menší a činiteľ nasýtenia je - až -3 c) Väčší a činiteľ nasýtenia je až 3 d) Väčší a činiteľ nasýtenia je 0 až Horná medzná frekvencia f h zosilňovača s tranzistorom je rčená -C článkom: a) tvoreným vstpno (parazitno) kapacito C a vnútorným odporom zdroja signál b) tvoreným väzobným kapacitorom C V a vstpným odporom VST zosilňovača c) tvoreným väzobným kapacitorom C V a vnútorným odporom zdroja signál d) tvoreným vstpno (parazitno) kapacito C a vstpným odporom VST zosilňovača 0. Na obrázk je zosilňovač s tranzistorom JFET v zapojení a) SG b) SD c) SS 4.5. Zoznam požitej literatúry [5.] Vobecký J., Záhlavá V.: Elektronika Sočástky a obvody, princípy a příklady Grada Pblishing, a. s., Praha 7, 005 [5.] Čntala J., Hrianka M., Kejzlar M. : Elektronika, Žilinská niverzita EDIS, 999 [5.3] Michaeli L.: Základy elektroniky, Učebný text pre poslcháčov Faklty elektrotechniky a informatiky Technickej niverzity v Košiciach, dokment pdf [5.4] ichard C. Jaeger: Microelectronic Circit Design, The McGraw-Hill Companies, Inc., 997 [5.5] Hottmar V. : Analógové obvodové systémy - prednášky, Žilinská niverzita 9

41 4.0 OPEAČNÉ ZOSILŇOVAČE 4.0. História operačných zosilňovačov Obr Elektrónkový operačný zosilňovač z rok 95 [0.6]. Operačný zosilňovač pôvodne skonštrovaný z elektroniek G.A. Philbrickom bol na začiatk štyridsiatich rokov minlého storočia požívaný v analógových počítačoch. Meno operačný zosilňovač bolo vybrané pretože obvod sa vyžíval ako zosilňovač s vysokým ziskom na matematické operácie. Neskôr v rok 958 boli vyvinté polovodičové integrované operačné zosilňovače, ktoré ž našli veľké platnenie. [0.] 4.0. Základné vlastnosti operačných zosilňovačov Operačné zosilňovače vedia sčítať, odčítať, meniť znamienko, vytvárať rôzne časové priebehy, tvarovať signál. Patria medzi najrozšírenejši skpin analógových obvodov. Základným parametrom operačných zosilňovačov napätia (prúd) je to, že ich výstpné napätie je úmerné rozdiel vstpných napätí (prúdov). Vyrábajú sa požitím monolitickej technológie (na jednom čipe), čo zabezpečje ich relatívne nízk cen. Obr Typické púzdra operačných zosilňovačov 30

42 Typický OZ je miestnený v malom metalickom, alebo plastovom púzdre s primeraným počtom nožičiek miestnených v dvoch radoch tkz. DIL (Dal in Line) púzdro. Uchytenie na plošný spoj je pomoco SMT (Srface Montage technology) technológie, alebo klasicky prechodom cez dierky. [0.][0.] Obr Zapojenie vývodov operačného zosilňovača MAA Ideálny operačný zosilňovač Ideálny operačný zosilňovač (OZ) predstavje napätím riadený zdroj napätia s otvoreno slčko spätnej väzby A OL (Open Loop Gain). Obr Vlastnosti ideálneho operačného zosilňovača Vlastnosti ideálneho OZ sú : - nekonečne veľké zosilnenie A - nekonečne veľký vstpný odpor VST (nlové vstpné prúdy) 3

43 - nlový výstpný odpor VÝST (nekonečne veľký výstpný prúd) - nekonečná rýchlosť nábeh S (Slow ate) - nekonečne veľký rozsah výstpného napätia (nie obmedzené U EE < U< +U CC ) - veľká šírka frekvenčného pásma BW (Band Width) Zmena napätia na neinvertjúcom (invertjúcom) vstpe spôsobí zmen výstpného napätia v rovnakom (opačnom) zmysle. Ak hodnota napätia na neinvertjúcom (+) vstpe smerje do kladnejších hodnôt ako na invertjúcom(-) vstpe potom napätie na výstpe smerje do kladných hodnôt. Fáza výstpného napätia sa nemení. Ak priložíme harmonické napätie na invertjúci vstp fáza výstpného napätia sa zmení o 80. V praxi sa reálne OZ svojimi parametrami ideálnym OZ len približjú. Typické hodnoty základných parametrov dosahovaných reálnych OZ dáva tabľka. [0.5][0.3] Parameter Ideálny OZ eálny OZ A OL (-) vst (Ω) výst (Ω) 0-00 BW (Hz) S (V/µs) 0, Tab Parametre ideálneho OZ a reálneho OZ Vnútorná štrktúra OZ Operačný zosilňovač sa skladá z troch hlavných blokov a to diferenciálneho, napäťového a výstpného zosilňovača (obr.4.0.5). Kombinácio týchto obvodov dosahje kľúčové vlastnosti: vysokú vstpnú impedanci, vysoké zosilnenie a nízk výstpnú impedanci. Diferenciálny (rozdielový) zosilňovač DIF nám na vstpe zabezpečje veľké zosilnenie rozdielového vstpného napätia (medzi neinvertjúcim a invertjúcim vstpom), veľký vstpný odpor a čo najväčšie potlačenie súčtového ( sfázového ) vstpného napätia. 3

44 Napäťový zosilňovač ZOS zabezpečje viac ako polovic hodnoty A OL celého operačného zosilňovača. Koncový stpeň KS chráni pred prúdovým preťažením výstp ( skrat ) a vytvára malý výstpný odpor. [0.][0.3] Zjednodšená schéma zapojenia. Obr Bloková schéma operačného zosilňovača Napájanie operačných zosilňovačov Napájanie sa realizje symetricky, čo znamená požitie dvoch zdrojov napätia U CC a U EE (obr.4.0.6a ), v schémach sa požíva značenie podľa obrázk (obr.4.0.6b ). Výhodo symetrického napájania je možnosť spracovávať vstpné napätie, ktoré sa pohybje v kladných i záporných hodnotách vzhľadom k spoločném vodič, ktorý je obvykle tvorený zemo. Nevýhodo tohto zapojenia je potreba dvoch zdrojov napätia. Možno požiť aj nesymetrické napájanie z jedného zdroja napätia, ale msíme praviť dané zapojenie ( melý stred, väzobný kapacitor na vstpe..) a každý OZ nemsí byť k tom vhodný. Vhodnosť označje výrobca v katalóg. [0.3] Obr a) Symetrické napájanie OZ b) Značenie napájania v schémach Operačný zosilňovač a spätná väzba OZ bez spätnej väzby má veľké zosilnenie A OL, zosilnenie s otvoreno slčko. Na zlepšenie parametrov obvodov s OZ sa požíva spätná väzba, t.j. časť výstpného 33

45 napätia sa privedie späť na vstp. Zosilnenie (prenos) spätnoväzobného činiteľa β nám dáva aká veľká časť napätia sa prenesie na vstp. Pri zapojení s otvoreno slčko spätnej väzby je hodnota výstpného napätia daná: U = (4.0.) A OL. U Napäťové zosilnenie obvod s otvoreno slčko spätnej väzby A OL (Open Loop Gain) U A OL = (4.0.) U Pri obvodoch s zatvoreno slčko spätnej väzby A CL (Closed Loop Gain) dostávame odvodením. [0.3] A CL U A OL = = (4.0.3) U ( + β.a ) OL Obr Zosilnenie OZ a) bez spätnej väzby b) so spätno väzbo Môž nastať tri prípady spätnej väzby: - Záporná spätná väzba ak : (β. A OL > 0) - Kladná spätná väzba ak: (β. A OL < 0) - Samovoľné kmity zosilňovača (Oscilátor) ak: (β. A OL = 0) Zapojenia OZ so záporno spätno väzbo Na vytvorenie zápornej spätnej väzby v obvodoch s OZ privedieme výstpné napätie do invertjúdeho vstp (-). Môžeme tak robiť pomoco rezistora ak požadjeme stále hodnoty parametrov. Vyžívajú sa aj frekvenčne závislé súčiastky (kapacitor, indktor) pre mnohé aplikácie (napr. Aktívne filtre). Požitím nelineárnych 34

46 súčiastok (diódy, tranzistory) získame obvody s nelineárno závislosťo výstpného napätia (logaritmické zosilňovače, smerňovače...). Podľa toho do ktorého vstp OZ privedieme vstpné napätie dostaneme: Invertjúce zapojenie napätie privádzame do invertjúceho vstp OZ, výstpné napätie je oproti vstpném fázovo posnté o 80, Neinvertjúce zapojenie napätie privádzame do neinvertjúceho vstp OZ, nedochádza k fázovém posnti medzi výstpným harmonickým napätím a vstpným napätím. Invertjúce zapojenie operačného zosilňovača Pre opis činnosti OZ zapojeného so záporno spätno väzbo sa vyžívajú dve základne pravidlá: Pravidlo : Vstpné rozdielové napätie je nlové U D = 0. OZ sa stále snaží na svojom výstpe nastaviť také napätie aby cez zápornú spätnú väzb došlo k nastaveni nlového vstpného rozdielového napätia. Pravidlo : Vstpné prúdy sú nlové I VST = 0. Do vstpov OZ netečie prúd. Obr Invertjúci zosilňovač s ideálnym OZ Invertjúce zapojenie (meniace fáz signál) OZ je na obr Požitím pravidla dostávame, že vstpné rozdielové napätie je rovné nle D =0. Neinvertjúci vstp (+) je zemnený preto sa OZ bde snažiť na invertjúcom (-) vstpe taktiež vytvoriť nlové napätie, tkz. virtáln nl na invertjúcom vstpe. Celé vstpné napätie 35

47 je potom na rezistore a celé výstpné napätí na rezistore. Z pravidla vyplýva, že vstpný prúd i pretekajúci rezistorom sa na výstp OZ dostáva celý cez spätnoväzobný rezistor. Teda prúd i = i. Z Ohmovo zákona vyplýva: = (4.0.4) Potom napäťové zosilnenie A U = A CL A U = = (4.0.5) Odvodené vzťahy platia aj v prípade ak požijeme jednosmerný zdroj napätia na vstpe pretože v ceste signál na obr nie sú žiadne väzobné kapacitory. Neinvertjúce zapojenie operačného zosilňovača Obr Neinvertjúci zosilňovač s ideálnym OZ Požitím pravidla ( D = 0) na daný obvod získame podmienk, že napätie na oboch vstpoch (invertjúcom aj neinvertjúcom) sú rovnaké. Takže napätie na rezistore je rovné vstpném napäti. Z pravidla (i vst = 0) vyplýva, že totožný prúd i preteká oboma rezistormi a, tvoria delič napätia. Potom + = ( ).i. Zosilnenie neinvertjúceho operačného zosilňovača dostaneme: =. i a 36

48 + A + U = = = (4.0.6) Vstpné napätie sa privádza na neinvertjúci vstp, preto je výstpné napätie vo fáze s vstpným napätím, zosilňovač neinvertje. Ak = ( nie je zapojený) potom A = a takýto obvod nazývame sledovač napätia (Follower). Vyžíva sa ako oddeľovač obvodov pre jeho vysoký vstpný odpor vst, nízky výstpný odpor výst a veľkú šírk frekvenčného pásma BW. Poznáme dva spôsoby jeho zapojenia (obr ). [0.][0.3] Obr Operačný zosilňovač zapojený ako sledovač napätia eálne operačné zosilňovače Neinvertjúce zapojenie reálneho (neideálneho) OZ Zosilnenie reálnych OZ je konečné (menšie ako nekonečno). Potom ani napätie D nie je nlové, ale platí: = D A (4.0.7) Po ďalšom odvodení získame zosilnenie neinvertjúceho zapojenia OZ : A N + = = (4.0.8) + + A Menovateľ výraz predstavje chyb neinvertjúceho zapojenia s reálným OZ. Invertjúce zapojenie reálneho (neideálneho) OZ Opäť napätie D je nenlové. Jeho hodnota je: = D A (4.0.9) 37

49 Po odvodení dostaneme zosilnenie invertjúceho zosilňovača s neideálnym OZ: A IN = = (4.0.0) + + A Menovateľ predstavje chyb spôsobenú konečným zosilnením A, je rovnako veľká ako v neinvertjúcom zapojení s OZ. Porovnajme na jednodchých príkladoch vplyv nízkeho zosilnenia reálneho OZ na celkové zosilnenie. [0.][0.3][0.5] Ďalšie parametre reálnych OZ - Vstpný a ofsetový prúd OZ - Vstpné ofsetové napätie U IO - Výstpné napätie a prúdové obmedzenie - ýchlosť nábeh S(Slew ate) - Činiteľ potlačenia súhlasného signál (CMM) - Frekvenčná charakteristika OZ - Šírka pásma a záporná spatná väzba Zapojenia bez spätnej väzby Obr Prevodové napäťové charakteristiky ideálneho OZ Pri tomto drh zapojení neplatia pravidlá požité v kapitole (4.0.6). Obvod má iné vlastnosti, výstp OZ sa nachádza sa v kladnej, alebo zápornej satráci (U VÝST = U SAT+ 38

50 alebo U VÝST = U SAT- ). Mimo týchto dvoch stavov je obvod len v prípade prechod z kladnej do zápornej satrácie a naopak. U ideálneho OZ ak invertjúci vstp (-) je pripojený k zemi, na neinvertjúci (+) privádzame vstpné napätie U VST, ktoré spĺňa podmienk U VST < 0 potom výstp je v zápornej satrácí U SAT-. V prípade U VST > 0 výstp je v kladnej satrácii U SAT+. Vyžitie tohto obvod je na sledovanie polarity vstpného napätia. eálny OZ má A OL dostatočne veľké na to, aby sa výstp stále nachádzal v jednej zo satrácii, prevodová charakteristika je strmšia a vyskytje sa hysterézia. Obr Prevodové napäťové charakteristiky komparátora s ideálnym OZ Doplnením zapojenia o referenčné napätie U EF získavame komparátor, ktorý porovnáva či vstpné napätie je väčšie, alebo menšie ako referenčné. Na základe toho sa výstp prepína medzi dvoma stavmi. Podľa obrázk (Obr.4.0..a) pokiaľ napätie U VST > U EF výstp OZ prechádza zo zápornej do kladnej satrácie. Pre prípad na obr.4.0..b ak U VST < U EF výstp prechádza z kladnej do zápornej satrácie. Odlišnosť obvodov je v polarite výstpného napätia. Praktické zapojenie komparátora. [0.3] Zapojenia s kladno spätno väzbo Pri kladnej spätnej väzbe zmena napätia na neinvertjcom (+) vstpe spôsobí zmen výstpného napätia v zhodnom zmysle. Kladnú spätnú väzb realizjeme privedením výstpného napätia na neinvertjúci vstp pomoco napäťového deliča realizovaného rezistormi na obr

51 Obvod na obr sa nachádza v kladnej satrácii ak (U VÝST = U SAT+ ). Napätie na neinvertjúcom vstpe je kladné, jeho veľkosť je: U 3 = USAT+. (4.0.) + Obr Komparátor s hysterézio Pre prechod výstp OZ do zápornej satrácie msíme toto napätie prekonať U VST > U 3. Ak sa obvod nachádza v zápornej satrácii (U VÝST = U SAT- ) napätie na neinvertjúcom vstpe bde záporné, jeho veľkosť je: U 3 = USAT. (4.0.) + Pre prevod výstp OZ späť do kladnej satrácie msíme priviesť na vstp U VST menšie ako U 3. (U VST < U 3 ). Na prevodovej charakteristike vzniká hysterézná slčka. [0.3] Hypertextové odkazy < odvodením > Cez spätnoväzobný člen sa prenáša na vstp napätie: U Z = β. U (4.0.3) Toto napätie sa od vstpneho U odpočíta a na vstpe sa zmení hodnota vstpného rozdielového napätia: 40

52 U Po zosilnení na výstpe dostaneme: V U = U U = U β. U (4.0.4) Z A OL. U V U = (4.0.5) U OL β = A (U.U ) (4.0.6) A OL.U A OL. β. U = (4.0.7) Z vzťah (4.0.7) dostaneme napäťové zosilnenie s zatvoreno slčko spätnej väzby: A CL U A OL = = (4.0.8) U ( + β.a ) OL < Záporná spätná väzba ak > Pri zápornej spätnej väzbe sa spätnoväzobné napätie odčíta od vstpného napätia a celkové zosilnenie sa znižje (A CL < A OL ). Pre ideálny prípad A OL a teda / A OL 0 z tohto vyplýva zosilnenie obvod: A OL A CL = = = (4.0.9) ( + β.a OL ) β A OL + β Tento výraz je závislý iba na prenose spätnej väzby β. Záporná spätná väzba sa vyžíva pre jej dobré vlastnosti a tie sú: - znižje zosilnenie, ale zväčšje stabilit zosilnenie voči vplyv zmien parametrov aktívnych súčiastok (pôsobenie teploty, starntie, kolísanie napájacieho napätia...), - znižje nelineárne skreslenie, - zväčšje šírk frekvenčného pásma, - modifikje vstpný a výstpný odpor. < Kladná spätná väzba ak > Pri kladnej spätnej väzbe sa spätnoväzobné napätie pripočíta k vstpném napäti a celkové zosilnenie sa zväčšje (A CL > A OL ).Požitie kladnej spätnej väzby si kážeme na príklade komparátora s hysterézio.[0.3] 4

53 < schéma zapojenia > Obr Zjednodšená schéma OZ MAA 74 < odvodení > Obr Neinvertjúce zapojenie OZ Napätie D nie je nlové, ale platí: = D A (4.0.0) Napätie - na rezistore, t.j. invertjúceho vstp je oproti o hodnot D menšie: = D (4.0.) 4

54 Prúd i cez rezistor má hodnot: i D = = (4.0.) Predpokladáme, že do invertjúceho vstp OZ netečie prúd, celý prúd i prechádza aj rezistorom, vzniká na ňom úbytok:.i = ( D ) (4.0.3) Súčtom napätí - na rezistore a úbytk napätia na rezistore dostávame výstpné napätie : = + (4.0.4). i Požitím rovníc (4.0. až 4.0.4) získame: = D + ( D ) (4.0.5) V rovnici pre výstpné napätie pribdlo rozdielové napätie D, ktoré je pri ideálnom OZ nlové. Úpravo a požitím rovnice(4.0.0) dostaneme: =.( + ).( ) (4.0.6) A + Z rovnice (4.0.6) získame zosilnenie neinvertjúceho zapojenia s OZ: A N + = = (4.0.7) + + A Menovateľ výraz predstavje chyb neinvertjúceho zapojenia s reálným OZ. < odvodení > Obr Invertjúce zapojenie OZ 43

55 Na rezistore vzniká úbytok rovný súčt napätí a D, potom pre prúd i platí: i + D = (4.0.8) Cez rezistor msí tiež pretekať tento prúd, ešte však msíme pripočítať nenlové napätie D. Dostávame: D = i. + (4.0.9) + + D = ( D ) (4.0.30) Z rovníc (4.0.9 a ) získame zosilnenie invertjúceho zosilňovača s neideálnym OZ: A IN = = (4.0.3) + + A < príkladoch > Neinvertjúce zapojenie reálneho OZ Pri každej hodnote zosilnenia sú rezistory vždy rovné: = kω, = 9 kω; Dosadením,, A do rovnice (4.0.7) dostávame: (4.0.3) Výsledky zaznamenajme do tabľky: A A N , ,90099 Tab. 0. Zosilnenie neinvertjúceho zapojenia reálneho a ideálneho OZ 44

56 Invertjúce zapojenie reálneho OZ Pri invertjúcom zapojení sú rezistory rovné: =0 kω, =00 kω Dosadením do rovnice (4.0.3) dostávame: (4.0.33) Výsledky opäť postpne zaznamenajme do tabľky: A A IN , ,89 Tab. 0.3 Zosilnenie invertjúceho zapojenia reálneho a ideálneho OZ Na príklade pre oba prípady (invertjúce aj neinvertjúce zapojenie s OZ) vidno, že vzťahy pre ideálne operačné zosilňovače možno požiť za predpoklad ak zosilnenie operačného zosilňovača A je omnoho väčšie ako podiel rezistorov : < Vstpný a ofsetový prúd OZ > Obr Vstpné kľdové prúdy OZ Pre správn fnkci tranzistorov zapojených v vstpnom rozdielovom stpni je potrebná rčitá veľkosť vstpného prúd, vstpný odpor je konečný (nie je nekonečný) a preto do vstpov OZ tečú prúdy. Smer prúdov je závislý na štrktúre zosilňovača (PNP, NPN, PMOS, NMOS). Vstpný kľdový prúd I IB (Inpt Bias Crent) je definovaný výrobcom ako aritmetický priemer prúdov tečúcich do vstpov pri nlovom vstpnom signále. 45

57 (4.0.34) ozdiel medzi prúdmi I B a I B nazývame ofsetový prúd I IO (Inpt offset Crent). I IO = I I (4.0.35) B Jeho veľkosť je 0 krát menšia ako vstpný kľdový prúd I IB, preto jeho existencia je drhoradý problém. B < Vstpné ofsetové napätie U IO > Obr Vstpné ofsetové napätie a) ideálneho OZ b) reálneho OZ Keď bdú obidva vstpy zemnené (nlové), bde na výstpe operačného zosilňovača rčité zvyškové napätie. Môžeme si to predstaviť podľa obr b ako keby sme na neinvertjúci vstp pripojili zdroj jednosmerného napätia o hodnote U IO a toto napätie nám zosilňovač zosilní a na výstpe bdeme mať hodnot nášho zvyškového napätia. Napätie U IO definjeme nasledovne: U U IO = (4.0.36) AOL < Výstpné napätie a prúdové obmedzenie > Operačné zosilňovače majú obmedzené hodnoty výstpného napätia a logicky nemôž presiahnť napájacie napätie. Väčšina operačných zosilňovačov nie je schopná úplne dosiahnť úplne hodnot napájacieho napätia, ale maximálne výstpné napätie je menšie o niekoľko voltov oproti napájaciem. Napríklad (U EE -) V U 0 (U CC -)V. Komerčné operačné zosilňovače tiež obsahjú obvody na obmedzenie výstpného prúd napríklad, aby zabránili zničeni pri prípadnom skratovaní výstp. Prúdové obmedzenie sa dáva nepriamo, pomoco minimálnej záťaže pripojenej na výstpe. 46

58 Napríklad zosilňovač garantje výstpné napätie ±0V, ale len pre záťaž väčši ako 5 kω. Toto je ekvivalentné, že výstpný prúd je limitovaný 0 I 0 = ma (4.0.37) 5000 < ýchlosť nábeh S (Slew ate) > Pretože, vo vnútornej štrktúre operačného zosilňovača existjú parazitné kapacity, ktoré sú nabíjané konečným množstvom prúd odozva operačného zosilňovača nie je okamžitá, ale je t rčité oneskorenie výstpného signál oproti vstpném. ýchlosť nábeh S dáva maximáln zmen výstpného napätia operačného zosilňovača a môže j rčiť podľa vzťah : U VÝST S = (4.0.38) t kde U VÝST je zmena výstpného napätia za čas t. Typické hodnoty S sú 0, V/µs S 0V/ µs. Avšak špeciálne operačné zosilňovače dosahjú oveľa väčšie hodnoty. < Činiteľ potlačenia súhlasného signál (CMM) > Ideálny OZ zosilňje len rozdielové napätie. Ak spojíme nakrátko invertjúci a neinvertjúci vstp, potom ľbovoľné vstpné napätie je zosilňované zosilnením nazývaným súhlasný zosilňovací činiteľ A CM, na výstpe je malé napätie. U ideálnych OZ by malo byť na výstpe nlové napätie. CM je činiteľ potlačenia súhlasného signál (common-mode rejection ratio) a je definovaný: A CM = (4.0.39) A CM CM je často vyjadrený v decibeloch: A CM db = 0log (4.0.40) A CM Ideálny zosilňovač má A CM = 0 a preto nekonečné CM. Súčasné operačné zosilňovače majú A >> A CM a CM typicky 60 db CM db 0 db. Vo všeobecnosti je polarita A CM neznáma. 47

59 < Frekvenčná charakteristika OZ > Obr Amplitúdovo frekvenčná charakteristika OZ s otvoreno slčko spätnej väzby pre: a) ideálny OZ b) reálny OZ U ideálneho OZ važjeme s nekonečno šírko frekvenčného pásma (BW = ). Napäťové zosilnenie s otvoreno slčko spätnej väzby A OL je potom nekonečné pre každú hodnot frekvencie vstpného napätia. U reálneho OZ má však hodnota A OL konečnú veľkosť. Pri rčitej frekvencii vstpného napätia A OL plynle klesá. Hodnota frekvencie pri ktorej modl napäťového prenos A OL je menší o 3dB oproti svojej maximálnej hodnote sa nazýva medzná frekvencia f M. ozsah frekvencí kedy prenos zosilňovača neklesne pod maximáln hodnot A OL o viac ako 3dB sa označje ako šírka frekvenčného pásma BW (Band Width). < Šírka pásma a záporná spätná väzba > Pri zapojení OZ s otvoreno slčko spätnej väzby má A OL amplitúdovo frekvenčná charakteristika tvar podľa obr a. Ak zavedieme zápornú spätnú väzb ovplyvní nám to vlastnosti obvod a to hlavne: - zmenší sa zosilnenie zosilňovača o hodnot A L = A OL - A CL, - medzná frekvencia f M sa zvýšila o niekoľko radov, väčšia šírka frekvenčného pásma. 48

60 Ak chceme zvýšiť stabilit obvod, zväčšiť šírk frekvenčného pásma dosiahneme to za cen zníženia zosilnenia zavedením zápornej spätnej väzby. Obr Zníženie zosilnenia zavedením spätnej väzby rezistorom < komparátora > Obr Praktické zapojenie komparátora < hysterézná slčka. > Pretože vstpné napätie potrebné pre prechod zo zápornej do kladnej satrácie (-U 3 ) je menšie ako napätie potrebné pre prechod z kladnej do zápornej satrácie (U 3 ), vzniká na prevodovej charakteristike hysterézna slčka. ozdiel týchto napätí dáva veľkosť hysterézie, nie je závislá na referenčnom napätí. 49

61 U H = U SAT+. USAT. (USAT USAT ). = (4.0.4) + + Podľa obr.4.0. hysterézi nastavjeme rezistormi a. Vstpné napätie obsahje šm, vďaka hysterézii však nedochádza k zakmitávani výstp OZ. Obr Zapojenie kompáratora (bez ) a komparátora s hysterezio (s ) 4.0. Testovanie vedomostí. Ideálny operačný zosilňovač má vstpný odpor [Ω]: a) 0 b) c) - d). Operačný zosilňovač sa skladá z troch základných blokov a) súčtový zosilňovač, napäťový zosilňovač, koncový stpeň b) diferenciálny (rozdielový) zosilňovač, napäťový zosilňovač, koncový stpeň c) diferenciálny (rozdielový) zosilňovač, prúdový zosilňovač, koncový stpeň d) medzifrekvenčný zosilňovač, prúdový zosilňovač, koncový stpeň 50

62 3. Ak OZ s zatvoreno slčko spätnej väzby má zosilnenie A CL = A OL /(+βa OL ), tak kladná spätná väzba nastane ak: a) βa OL < 0 b) βa OL > 0 c) βa OL = 0 4. Ak zavedieme zápornú spätnú väzb zosilnenie obvod sa : a) zväčší b) nezmení c) zmenší d) rovná 5. Zapojenie na obrázk má parametre = 00Ω, = kω a predpokladáme ideálny operačný zosilňovač potom zosilnenie obvod bde: a) b) 9 c) -0 d) -0, 6. Zapojenie na obrázk má parametre = 00Ω, = kω a predpokladáme ideálny operačný zosilňovač potom zosilnenie obvod bde: a) b) 9 c) -0 d) -0, 7. Kladnú spätnú väzb realizjeme privedením výstpného napätia na : a) zem b) invertjúci vstp OZ c) kladný pól zdroja obvod d) neinvertjúci vstp OZ 5

63 8. Vstpné napätie komparátora na obrázk je U VST > U EF a potom dióda: a) nesvieti b) svieti c) bliká 9. Jednotlivé svorky označjú: a) () invertjúci vstp () neinvertjúci vstp (3) výstp b) () neinvertjúci vstp () invertjúci vstp (3) výstp c) () výstp () invertjúci vstp (3) neinvertjúci vstp d) () výstp () neinvertjúci vstp (3) invertjúci vstp 0. Na obrázk je: a) násobič napätia b) sledovač napätia c) integrátor d) derivátor 4.0. Zoznam požitej literatúry [0.] Nigel P. Cook: First corse in digital electronics, Prentice-Hall, Inc., 999 [0.] Čntala J., Hrianka M., Kejzlar M. : Elektronika, Žilinská niverzita EDIS, 999 [0.3] Vobecký J., Záhlavá V.: Elektronika Sočástky a obvody, princípy a příklady Grada Pblishing, a. s., Praha 7, 005 [0.4] Neil Storey : Electrical & Electronic systems, Pearson Edcation Limited, 004 [0.5] Matia J.: Diplomová práca, Elektrotechnická faklta Žilinskej niverzity, 004 [0.6] 5

64 4.7 PEKLÁPACIE OBVODY Pod pomenovaním preklápacie, alebo klopné obvody rozmieme také obvody, ktoré môž nadobúdať najmenej dva fyzikálne rôzne stavy, pri prvom priblížení dochádza pri týchto obvodoch k zmene stav skokom. Klasické zapojenie je na obr. 4.7., dva zosilňovacie stpne so zosilnením A prepojené väzobnými impedanciami Z a Z. Drh impedancie ( alebo C) rčje chovanie príslšného obvod. Spätná väzba je kladná, každý stpeň pracje v klopnom režime ( zapntý - vypntý, on - off ). Obr Všeobecné zapojenie klopného obvod Vyžívame ich na generovanie implzov rčitej dĺžky, amplitúdy a frekvencie, dokáž si pamätať rčité stavy, alebo deliť frekvenci signál Bistabilný klopný obvod Obr Principiálna schéma bistabilného klopného obvod Bistabilný klopný (BKO) obvod zotrváva ľbovoľne dlho v jednom z dvoch stabilných stavov. Zmena nenastane pokiaľ neprivedieme do vstp V alebo V implz vhodnej polarity k preklopeni. Výstpy obvod Y a Y sú vzájomne komplementárne. 53

65 Väzba medzi stpňami je zabezpečená pomoco odporov, kapacitory C U len rýchľjú dynamik preklápania. [7.][7.] Obr Tranzistorový bistabilný klopný obvod Požime zapojenie BKO podľa obrázk , nazýva sa tiež flip-flop, alebo binárny obvod. Napätie U P je pomocné predpätie rčené k dokonalém zatvoreni tranzistora. Predpokladáme symetrický obvod, t.j. teoreticky T a T sú rovnaké a zhodné sú aj odporové prvky. Kľdové prúdy tranzistorov by mali byť tiež rovnaké, ale v sktočnosti vplyvom veľkej kladnej spätnej väzby (βa > ) v obvode je jeden tranzistor v oblasti nevodivej a drhý v oblasti nasýtenia. Predpokladajme, že v obvode sa vyskytne z nejakého dôvod nepatrné zvýšenie kolektorového prúd tranzistora T, zväčší sa úbytok napätia na rezistore k a napätie v bode Y poklesne. Pomoco odporového deliča a B sa táto zmena prenesie do bod V, spôsobí zatvorenie tranzistora T a teda zmenšenie jeho kolektorového prúd. Napätie na jeho výstpe, bod Y sa zvýši a cez odporový delič a B sa táto zmena prenesie do bod V, kde spôsobí ďalšie otváranie T a zvyšovanie jeho kolektorového prúd. Tento proces sa opakje až tranzistor T bde v stave nasýtenia a T v stave zavretia. [7.][7.3] Urýchlenie preklápania BKO. Ovládanie bistabilného klopného obvod. 54

66 4.7. Schmittov klopný obvod Často požívaný a zajímavý BKO je tzv. Schmittov obvod na obr Odlišnosť od základného zapojenia BKO je v tom, že väzba z výstp tranzistora T je realizovaná odporovým deličom a a väzba z výstp T na vstp tranzistora T je prevedená spoločným emitorovým rezistorom E. Tento obvod predstavje dvojstpňový zosilňovač s emitorovo spätno väzbo. Existencia jedného z dvoch stabilných stavov v obvode je podmienená kladno spätno väzbo a potrebo splnenia podmienky prenos otvorenej spätnoväzobnej slčky βa >. Pre vysvetlenie činnosti najprv predpokladajme dva stavy: βa < βa =, Obr Schmittov klopný obvod V prípade, že prenos otvorenej slčky βa >, potom prevodová charakteristika bde mať tvar písmena S. Zvyšovaním vstpného napätia od nly zostáva v svojej najnižšej úrovni pokiaľ napätie nedosiahne prahovú hodnot U V, jej prekročením sa výstpné napätie zmení skokom na hodnot = U. V prípade ak počiatočná hodnota > U V a klesáme smerom k nle pri dosiahntí U V ktoré je menšie ako U V sa zmení výstp skokom na najnižši úroveň. Tomto chovani obvod hovoríme hysterézia a je to jav, kedy pri zmene vstpného napätia jedným smerom sa prechádza cez hodnot vstpného napätia, pri ktorej sa realizje skoková zmena výstpného napätia pri opačnej zmene 55

67 vstpného napätia. Hysterézii odpovedá U H = U V U V. Keď chceme hysterézi obmedziť tak zvolíme prenos A blízky hodnote. Schmittov klopný obvod sa vyžíva ako komparátor, generátor napätia obdĺžníkového tvar, alebo na získanie nespojitého signál zo spojitého. [7.] Monostabilný klopný obvod Pre tento obvod je charakteristický jeden stabilný stav, z ktorého prechádza na dob T i do kvázistabilného stav po privedení vhodného vstpného implz. Medzi jednotlivými stpňami je väzba realizovaná pomoco kapacitora C a rezistora. Doba preklopenia je daná parametrami vlastného monostabilného klopného obvod. Obr Principiálna schéma monostabilného klopného obvod V kľdovom stave (bez vstpného signál) otvorenie T zabezpečíme rezistorom a zavretie tranzistora T a spätnú väzb získame deličom a. MKO na obr je s väzbo kolektor báza medzi tranzistormi T a T realizovano kapacito C. Pre optimáln fnkci msia byť parametre obvod také, aby sa obvod mohol sám dostať do svojho stabilného stav v ktorom tranzistor T je nevodivý a tranzistor T je v oblasti nasýtenia. Pre prechod obvod do kvázistabilného stav privedieme kladný spúšťací implz na báz T. 56

68 Obr Monostabilný preklápací obvod Správna fnkcia obvod môže byť zabezpečená aj bez pomocného zdroja predpätia U P, treba však požiť kremíkové tranzistory, kde hodnota prahového napätia priechod báza emitor Uγ je väčšia. Popis činnosti Kapacita C je v stabilnom stave nabitá na hodnot C = U U BE. U BE je satračné napätie prechod báza emitor, pre kremík približne 0,7 V. Na svork V privedieme kladný spúšťací implz, otvorí sa tranzistor T a pripojí kapacitor C kladným pólom na zem a záporným na báz tranzistora T a tým ho zavrie. Napätie na kapacitore C bde exponenciálne klesať s konštanto τ = C a smerovalo by k hodnote C = -U. Priebeh napätia BE na báze tranzistora T sa exponenciálne mení z hodnoty (U U BE ) k hodnote +U, akonáhle však dosiahne hodnot prahového napätia Uγ priechod báza emitor tranzistora T (malá kladná hodnota), T sa otvorí a vplyvom spätnej väzby sa T zavrie. Týmto spôsobom sa MKO dostane z kvázistabilného stav opäť do stabilného (kľdového stav). Pre MKO môžeme rčiť matematické vzťahy. [7.] [7.3] 57

69 4.7.4 Astabilný klopný obvod Tento obvod je charakteristický dvoma kvázistabilnými stavmi, ktoré sa vzájomne striedajú a na jeho výstpoch Y a Y sú priebehy napätí v tvare periodického približne pravohlého signál. Väzba medzi stpňami je realizovaná pomoco kapacitorov C a C, ktoré svojo veľkosťo ovplyvňjú parametre obvod. Astabilné klopné obvody (AKO) nazývané tiež mltivibrátory sa vyžívajú ako zdroje pravohlého periodického signál s požadovano frekvencio f. Pre optimálne fngovanie obvod msí byť splnená podmienka, že prenos otvorenej spätnoväzobnej slčky βa >. Obr Principiálna schéma atabilného klopného obvod Najprv predpokladajme stav, že spínač S je otvorený až do časového okamžik t = t 0. V reálnych zapojeniach sa spínač nepožíva, slúži len pre zadefinovanie východzích podmienok a lepšie pochopenie činnosti obvod. Bázový prúd tranzistorov T a T je dostatočne veľký k tom, aby mohli byť v nasýtenom stave. Msí byť splnená podmienka pre prúd I B. Časové priebehy jednotlivých obvodových veličín sú na obr V momente zopntia spínača sa napätie k zmení skokom z hodnoty U na nl. Kapacitor C je v momente zopntia spínača nabitý na hodnot C = U, čo sa prejaví na báze T ako BE = -U. Cez otvorený tranzistor T sa kapacitor C kladným pólom pripojí na zem zemní sa a záporným na báz tranzistora T. Napätie na jeho báze bde BE = -U a zavrie ho. Priebeh tohto napätia BE sa bde exponenciálne zvyšovať od hodnoty U so snaho stáliť sa na hodnote +U. Pri dosiahntí prahového napätia priechod báza emitor (malá kladná hodnota) sa však tranzistor T otvorí a prechodový jav je preršený v čase t. Matematicky možno priebeh napätia BE vyjadriť. 58

70 Obr Astabilný klopný obvod Akonáhle sa tranzistor T otvorí, napätie na jeho kolektore poklesne skokom na nl a táto zmena sa prenesie cez kapacitor C na báz tranzistora T rovnakým spôsobom ako sa predtým preniesla zmena napätia z výstp tranzistora T na vstp tranzistora T. Tranzistor T sa zavrie a dej, ktorý platil pre tranzistor T teraz platí pre tranzistor T. V čase keď je T zavretý môžeme vyjadriť hodnoty napätí rovnako ako v časovom intervale zavretia tranzistora T, ale je potrebné zmeniť indexy obvodových veličín. Perióda T preklápania obvod je daná: T = t + (4.7.) + t = 0,7 BC 0,7 BC V prípade symetrického obvod C = C = C a B = B = B, potom perióda T T,4 C (4.7.) Výstpné priebehy napätia nie sú dokonale pravohlé, súvisí to s tým, že oba výstpy sú ovplyvňované nabíjaním a vybíjaním kapacít zapojených v obvode. V dobe zatvárania tranzistora je na kolektore vidieť nabíjanie príslšného kapacitora cez kolektorový odpor s časovo konštanto k.c resp. k.c. Ak potrebjeme ostrosť nábežných hrán je potrebné prevádzať korekci. [7.] [7.] [7.4] B 59

71 4.7.5 Hypertextové odkazy < Urýchlenie preklápania BKO > Doba preklopenia je rčená časovým intervalom behom ktorého sa stavy oboch tranzistorov vzájomne vymenia. Túto dob môžeme zmenšiť pripojením relatívne malých rýchľovacích kapacít paralelne k rezistorom, ako je znázornené na obr Predpokladajme ako východzí stav taký, že tranzistor T je vo vodivom stave (nasýtený) a tranzistor T je nevodivý. Ak privedieme do bod V kladný spúšťací implz, alebo do bod V záporný spúšťací implz dochádza k zatvárani tranzistora T. Napätie na jeho kolektore, v bode Y vzrastie. Táto zmena sa prenesie aj do bod V. Na vstpe tranzistora T važjme vstpnú kapacit C BE potom náhradné zapojenie tohto obvod predstavje nekompenzovaný delič napätia (rýchľovacia kapacita C U je nezapojená). Obr Vplyv vstpnej kapacity C BE na rýchlosť preklápania Pri skokovej zmene napätia v bode Y, bde napätie v bode V exponenciálne stúpať s časovo konštanto:. B τ =.C BE (4.7.3) + B ýchlosť narastania napätia v bode V zväčšíme ak k rezistor paralelne zapojíme rýchľovaci kapacit C U a dostaneme kompenzovaný delič napätia. Hodnota kapacity C U pre prípad optimálnej kompenzácie msí splniť podmienk:.c =. C (4.7.4) U B BE 60

72 Veľkosť vstpnej kapacity sa mení podľa Millerovho teorém v závislosti od zosilnenia tranzistora, preto si treba vedomiť, že podmienka nie je splniteľná v celom rozsah činnosti tranzistorov vo fnkcii klopných obvodov. Pre správn fnkci klopného obvod msí byť doba trvania spúšťacieho signál dlhšia ako je doba preklopenia obvod z jednej stabilnej polohy do drhej. Celková doba preklopenia je rčená súčtom doby potrebnej pre zmen fnkcie oboch tranzistorov a z doby potrebnej k vzájomnej zmene nábojov na kapacitách C U. < Ovládanie bistabilného klopného obvod > Klopný obvod sa ovláda vhodne polarizovaným spúšťacím implzom o dostatočnej amplitúde a šírke. Lepšie je zatvárať otvorený tranzistor, pretože sa odčerpáva nadbytočný náboj z bázy. Tak je zatváranie a aj preklopenie obvod rýchlejšie. Môžeme požiť: Nesymetrické ovládanie BKO, vyžíva sa vo fnkcii pamäte. Pri tomto ovládaní nemožno vrátiť obvod do východzieho stav, obvod reagje len na jeden implz. Na derivačnom C člene získavame záporný implz a pomoco diódy D ho privádzame na vstp V. Symetrické ovládanie BKO, pri každom spúšťacom implze obvod reagje preklopením. Vyžíva sa na delenie frekvencie, výstpné implzy majú polovičnú hodnot frekvencie ako je frekvencia spúšťacích implzov. Na derivačnom C člene získame záporný implz a cez rezistor zabezpečíme vhodné polarizovanie diód D, takže záporný implz sa dostane len na vstp otvoreného tranzistora. Obr Ovládanie bistabilného klopného obvod 6

73 < βa < > Najprv predpokladajme, že prenos má hodnot βa <, dosiahneme to malo hodnoto odpor k. V obvode sa nedá sktočniť regeneratívny proces a zapojenie sa chová ako dvojstpňový zosilňovač. Na jeho vstpné svorky je pripojené napätie. Nech tranzistor T sa nachádza vo vodivom stave a prúd tečúci emitorom vytvorí úbytok napätia U E. Pokiaľ vstpné napätie je menšie ako U E bde tranzistor T v nevodivom stave (zavretý). Tranzistor T bde otvorený a výstpné napätie môžeme vyjadriť: U I k. k = (4.7.5) Ak zväčšjeme vstpné napätie tak v prípade ak je vstpné napätie V rovné úbytk napätia U E na rezistore E začne sa T dostávať do aktívnej oblasti, preteká nim prúd a celý obvod zosilňje v pomere prírastk výstpného a vstpného napätia /, ktorý je kladný a výstpne napätie rastie so zvyšjúco sa hodnoto napätia na vstpe. Pri ďalšom zvyšovaní vstpného napätia bde napätie na kolektore T klesať a cez napäťový delič, a C U sa bde pokles prenášať aj na báz tranzistora T. Tranzistor T sa dostáva do aktívnej oblasti a pri rčitej hodnote vstpného napätia sa zavrie a na jeho kolektore (výstpe) sa objaví napätie = U. Ďalšie zvyšovanie napätia nasycje tranzistor T ale tranzistor T je ž zavretý, preto výstpné napätie sa ž nemení. < βa = > Ak predpokladáme vzrast hodnoty prenos otvorenej slčky βa následkom zväčšenia hodnoty k, bde sa zväčšovať aj celkový zisk zosilňovača /. Ak dosiahne βa =, obvod nadobúda regeneračný charakter a napätie sa pri dosiahntí prahovej hodnoty U V skokom zmení na maximáln úroveň, tj. na napätie napájacieho zdroja U. < vzťahy > Časová konštanta: τ = C (4.7.6) Šírka výstpného implz T i je podmienená dosiahntím prahového napätia Uγ, kedy BE (T i ) = Uγ. Vzťah pre trvanie kvázistabilného stav je : U BE U Ti = Cln (4.7.7) Uγ U 6

74 V praxi stačí vzťah zjednodšiť, ak predpokladáme U BE <<.U a Uγ <<U potom: T i = Cln 0,7C (4.7.8) Pre správn fnkci obvod nesmie prísť nový vstpný implz skôr ako je doba (3 5).τ r. Kde τ r = k C čo je časová konštanta regenerácie < podmienka > teda A taktiež I I = CN B > IBN (4.7.9) BN U U = (4.7.0) B. B N k B B N > (4.7.) k Z dôvod zjednodšenia važjme, že napätia na priechodoch báza emitor na oboch tranzistoroch bdú nlové ( BE = 0), až do okamžik zopntia spínača t = t 0. Pre napätia na kapacitách platí: C k BE = = = (4.7.) C k BE = = = U 0 U (4.7.3) < vyjadriť > BE B ( ) ( ) t / B.C t /. C U U e = U e = U + (4.7.4) Na kolektore T sa napätie k nezmení skokom, ale vplyvom nabíjania kapacity C cez rezistor k sa bde meniť podľa vzťah : k ( ) t / k. C e = U (4.7.5) Tranzistor T bde zatvorený pokiaľ priechod báza emitor T nedosiahne prahovú hodnot BE (t ) = Uγ. Trvanie kvázistabilného stav kedy tranzistor T je zatvorený a T otvorený vyjadríme : t BC ln( U) /(Uγ U) 0,7 BC = (4.7.6) Predpokladajme Uγ << U. 63

75 4.7.6 Testovanie vedomostí. Bistabilný klopný obvod: a) sa vyžíva ako komparátor b) zotrváva ľbovoľne dlho v jednom z dvoch stabilných stavov c) je charakteristický jedným stabilným stavom d) je charakteristický dvoma kvázistabilnými stavmi, ktoré sa striedajú. Na obrázk je ovládanie bistabilného klopného obvod: a) nesymetrické b) symetrické c) kombinované 3. Ak chceme rýchliť preklápanie BKO zapojíme rýchľovacie kapacitory: a) paralelne k rezistorom k a k b) paralelne k rezistorom B a B c) sériovo k rezistorom d) paralelne k rezistorom 4. Pre správn fnkci Schmittovho klopného obvod msí platiť: c) βa < d) βa > e) βa = f) βa = 0 5. Hysterézia je jav ktorý vzniká pri: a) BKO b) MKO c) Schmittovom klopnom obvode 64

76 d) AKO 6. Na obrázk je principiálna bloková schéma : a) BKO b) MKO c) Schmittovho klopého obvod d) AKO 7. Pre fnkci astabilného klopného obvod (AKO) : a) je potrebný kladný spúšťací implz b) je potrebný záporný spúšťací implz c) je potrebný kladný, alebo záporný spúšťací implz, podľa aktálneho stav obvod d) nie je potrebný spúšťací implz, obvod sám periodicky kmitá 8. Väzba medzi stpňami AKO je realizovaná a) pomoco kapacitorov C a C b) pomoco rezistorov c) pomoco rezistora a kapacitora C d) pomoco indktorov L a L 9. Na obrázk je MKO a v stabilnom stave sú tranzistory T a T a) T nevodivý stav T v oblasti nasýtenia b) T v oblasti nasýtenia T nevodivý stav c) T v oblasti nasýtenia T v oblasti nasýtenia d) T nevodivý stav T nevodivý stav 65

77 0. Na delenie frekvencie sa požíva: a) AKO b) BKO c) MKO d) Schmittov klopný obvod Zoznam požitej literatúry [7.] Bayer J., Šimek T.: Elektronické systémy II, ČVUT Praha, 987 [7.] Čntala J., Hrianka M., Kejzlar M. : Elektronika, Žilinská niverzita EDIS, 999 [7.3] Keller V.: Obvody implsové techniky, SNTL/ALFA Praha, 976 [7.4] 66

78 5 ZÁVE Žilinská niverzita v Žiline Elektrotechnická faklta Úloho diplomovej práce bolo navrhntie metodológie a realizácia mltimediálneho CBT krz pre distančné vzdelávanie. Vytvoril som čebnú pomôck, CBT krz pre predmet elektronika, ktorý bol následne miestnený do systém LMS Moodle Žilinskej niverzity ( ) Pri tvorbe krz som sa snažil čo najefektívnejšie zobraziť daný problém pomoco animácie, s požitím minimálneho množstva text k správnem opis problematiky. Vyžité sú výhody počítačov oproti klasickým tlačeným skriptám. Snaho nie je nahradenie klasických foriem výčby, ale doplnenie o nové spôsoby získavania informácií z danej problematike. Každá kapitola je doplnená o testové otázky pomoco ktorých štdent okamžite zistí ako zvládol štdovanú problematik. Po končení a priebežne pri tvorbe bol krz otestovaný na niekoľkých štdentoch a výsledky boli pozitívne, prípadné pripomienky počas tvorby boli odstraňované. Každá kapitola krz obsahje zoznam požitej literatúry a odkazy na webové stránky zaoberajúce sa témo elektroniky. Môž to vyžiť štdenti ktorých téma zajala a chcú sa dozvedieť čo najviac. Pri súčastnom rýchlom rozvoji internet si e-learning nachádza svoje miesto pri vzdelávaní nielen nás, ale na celom svete. Nezávislosť na mieste a časová flexibilita distančného vzdelávania formo e-learning ponúka jedinečnú alternatív vo vzdelávaní a má predpoklad v bdúcnosti stať sa prioritno formo vzdelávania. 67

79 ZOZNAM POUŽITEJ LITEATÚY [] Drozdová M., Dado M.: E-Learning je e-commerce vo vzdelávacích inštitúciach, zborník E-learn 003, Žilina 003 [] Ožvoldová M.: Je e-learning, perspektívne vzdelávanie na Slovensk?, zborník E-learn 00, Žilina 00 [3] Mikš Ľ.: Efektívna tvorba CBT krzov, Žilinská niverzita EDIS, 003 [4] Fotr J., Schneider Z.: Flash 5 Prúvodce živatele, Compter Press Praha, 000 [0.] Nigel P. Cook: First corse in digital electronics, Prentice-Hall, Inc., 999 [0.] Čntala J., Hrianka M., Kejzlar M. : Elektronika, Žilinská niverzita EDIS, 999 [0.3] Vobecký J., Záhlavá V.: Elektronika Sočástky a obvody, princípy a příklady Grada Pblishing, a. s., Praha 7, 005 [0.4] Neil Storey : Electrical & Electronic systems, Pearson Edcation Limited, 004 [0.5] Matia J.: Diplomová práca, Elektrotechnická faklta Žilinskej niverzity, 004 [0.6] [7.] Bayer J., Šimek T.: Elektronické systémy II, ČVUT Praha, 987 [7.] Čntala J., Hrianka M., Kejzlar M. : Elektronika, Žilinská niverzita EDIS, 999 [7.3] Keller V.: Obvody implsové techniky, SNTL/ALFA Praha, 976 [7.4] [5.] Vobecký J., Záhlavá V.: Elektronika Sočástky a obvody, princípy a příklady Grada Pblishing, a. s., Praha 7, 005 [5.] Čntala J., Hrianka M., Kejzlar M. : Elektronika, Žilinská niverzita EDIS, 999 [5.3] Michaeli L.: Základy elektroniky, Učebný text pre poslcháčov Faklty elektrotechniky a informatiky Technickej niverzity v Košiciach, dokment pdf [5.4] ichard C. Jaeger: Microelectronic Circit Design, The McGraw-Hill Companies, Inc., 997 [5.5] Hottmar V. : Analógové obvodové systémy - prednášky, Žilinská niverzita

80 Čestné vyhlásenie Vyhlasjem, že som zadanú diplomovú prác vypracoval samostatne, pod odborným vedením vedúceho diplomovej práce doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD. a požíval som len literatúr vedenú v práci. Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce. V Žiline 9.mája 006 Štefan Čpka

81 POĎAKOVANIE Na tomto mieste by som sa chcel poďakovať doc. Ing. Miroslavovi Hriankovi, PhD., za ochot, poskytntú literatúr,odbornú pomoc a cenné rady, ktoré mi pomohli v tvorení a písaní tejto diplomovej práce. Poďakovanie patrí aj rodičom a ich podpore pre moje štúdim na vysokej škole.

82 ŽILINSKÁ UNIVEZITA V ŽILINE Elektrotechnická faklta Katedra telekomnikácií Mltimediálny CBT krz pre distančné vzdelávanie Prílohová časť Štefan Čpka 006

83 ZOZNAM PÍLOH Príloha č. Ukážka krz v Internet Explorer 6 Príloha č. CD-OM s CBT krzom a diplomovo práco

84 Príloha č.: Ukážka krz v Internet Explorer 6