SVR =Signaal Verwerking & Ruis

SVR =Signaal Verwerking & Ruis

Martin van Exter

Overzicht eerste collegeOverzicht eerste college

• Hoe wordt SVR gegeven: – hoorcollege, werkcollege, practica

• Waarom SVR?– elektronisch meten

• Wat is SVR precies? – overzicht hoorcolleges (veel stof !)– N.B. Lees stof door voor het hoorcollege

• Elektronica: werken met complexe impedanties

Opbouw SVROpbouw SVR

• Hoorcollege: Martin van Exter (9 x 2 uur)– P.P.L. Regtien, “Instrumentele Elektronica” – Syllabus “Noise & Signal Processing”

• Werkcollege: Peter Lee (5 x 3 uur)– Vraagstukken oefenen + huiswerk

• Practica: Sasha Roussanov

Allard Katan– SVR1-4 (1+1+3+2 dagdelen)

Rooster SVRRooster SVR

SVR

SVR

Organisatorische zakenOrganisatorische zaken

• Tentameneisen:– werkcollege + huiswerk verplicht (40% van cijfer)– practicum verplicht (60% van cijfer)

• Inleveren:– werkcollege opgaven bij volgende werkcollege !– practicumverslagen binnen één week !

• Practica:– Practicum in 2 groepen (zie rooster) – Laat schakeling op practicum altijd aan assistenten zien! – Eén verslag per koppel (op presentielijst voorkeur aangeven)– Verslagen s.v.p. kort (maar volledig) houden

Waarom SVR ?Waarom SVR ?

• Metingen bijna altijd elektronisch

• Signaal/Ruis (S/N) verhouding is vaak essentiëel– Welke sensor?– Welke analoge elektronica?– Welke omzetting en/of bewerking?– Welke aansturing (actuator)?

• Verband met LabVIEW (in practicum SVR4)– Analoog => Digitaal

( Digitaal => Analoog bij “digitale aansturing”)– Meetresultaten worden vaak opgeslagen en/of bewerkt

Opbouw SVR hoorcollegesOpbouw SVR hoorcolleges

• BLOK 1: Analoge signaalverwerking

– Complexe impedanties & wisselstroom

– Fysische principes van elektronische componenten: • diodes, transistoren, OpAmps (Operational Amplifiers)

• BLOK 2: Ruis

– Karakterisatie van ruis (in elektronische circuits)

– Frequentie analyse en Fourier transformaties

– Technieken ter verbetering van de S/N verhouding

– Overgang van analoog naar digitaal

Analoog versus DigitaalAnaloog versus Digitaal

• Signaal = analoog voltage

• Transistoren + RC(L) circuits (ouderwetse electronica)

• Analoge bewerking (gevoelig voor ruis)

• Signaal = 0 of 1 < 0.8 V of > 2.0 V

– TTL (transistor-transistor logic) = 5 V

– CMOS (Complementary Metal On Silicon) = 3-15 V

• Geïntegreerde circuits (moderne IC technologie)

• systeem bevat microprocessor

• Exacte bewerking (ongevoelig voor ruis)

Nobel price in Physics 2000Nobel price in Physics 2000

The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics for 2000 to scientists and inventors whose work has laid the foundation of modern information technology, IT, particularly through their invention of rapid transistors, laser diodes, and integrated circuits (chips).

Zhores I. Alferov (Russia) & Herbert Kroemer (USA) "for developing semiconductor heterostructures used in high-speed- and opto-electronics"

Jack S. Kilby (Texas Instruments, USA) "for his part in the invention of the integrated circuit"

Lineaire systemen (1)Lineaire systemen (1)

Vraag: welke functie-omzettingen voldoen hieraan?

Lineaire systemen (2)Lineaire systemen (2)

is lineaire omzetting, met tijdsinvariantie)}({)( txLty

t ttdtdttxedttxd

dt

xdc

dt

dxbtxaty

...''')"(')'(

...)()(

'

2

2

)()()( xHy Speciale rol van harmonische ejt (eigenfunctie)

Complexe notatieComplexe notatie

• Voltage - reëel

- complex

• Frequentie (angular freq.) = 2 f = 2/T

• Stroom - complex – faseverschil tussen voltage en stroom mogelijk– faseverschil bepaalt mede het gedissipeerde vermogen

• Gemiddeld gedissipeerd vermogen– Leid dit af– Vraag: Hoeveel dissipatie in R, L, C?

)(0

0)( tjeutu

)cos()( 00 tutU

)(0

1)( tjeiti

)}()(Re{ *2

1 tituP

Wetten van KirchhoffWetten van Kirchhoff

• Eerste wet: op knooppunten geldt

• Tweede wet: in kring geldt

(inclusief Vind )

– voorbeelden

0i

0U

Berekening van Rtot kan ook moeilijk zijnBerekening van Rtot kan ook moeilijk zijn

Complexe impedantiesComplexe impedanties

• Weerstand

Z = R

• Spoel

Z = jL

• Condensator

Z = 1/(j C)

u

Spoel Z = jLSpoel Z = jL

• Inductiespanning in spoel bij veranderende stroom dt

IdL

dt

dVind

Z = jL

u

Condensator Z = 1/(jC)Condensator Z = 1/(jC)

• Spanning over geladen condensator

• Veranderende lading

CQV

dt

VdC

dt

Qdi CjZ

1

Verschillende filters nader bekekenVerschillende filters nader bekeken

• Wat is de stapresponse en de frequentiekarakteristiek van:

Regtien-opg3.5

Overdrachtsfunctie H()Overdrachtsfunctie H()

• Transfer function

Vb. RC-filter

)(|)(|)(

)()(

jeH

U

UH

in

out

Overdrachtsfunctie RC filterOverdrachtsfunctie RC filter

Regtien-6.2

Complexe Bode diagram voor H()Complexe Bode diagram voor H()

Regtien-6.5

Tweede-orde filterTweede-orde filter

Vraag: Wat voor eigenschappen zou dit filter hebben?

Samenvatting SVR1 Samenvatting SVR1

• Opzet SVR besproken

• Herhaling wisselstroom

– belang van lineaire systemen en harmonische signalen

– werken met complexe impedanties { R, jL, 1/(jC) }

– verschillende filters (RC, LR, LC)

• Overdrachtsfunctie

• ZELFSTUDIE:

– Regtien Hoofdstukken 1, 3, 4, 6, 8

)(|)(|)(

)()(

jeH

U

UH

in

out