Fix issue with old repo

main
Øyvind Skaaden 2021-04-25 18:18:10 +02:00
parent 3f129266f2
commit eb83ece462
83 changed files with 61238 additions and 2 deletions

278
.gitignore vendored Normal file
View File

@ -0,0 +1,278 @@
# ---> TeX
## Core latex/pdflatex auxiliary files:
*.aux
*.lof
*.log
*.lot
*.fls
*.out
*.toc
*.fmt
*.fot
*.cb
*.cb2
.*.lb
## Intermediate documents:
*.dvi
*.xdv
*-converted-to.*
# these rules might exclude image files for figures etc.
# *.ps
# *.eps
# *.pdf
## Generated if empty string is given at "Please type another file name for output:"
.pdf
## Bibliography auxiliary files (bibtex/biblatex/biber):
*.bbl
*.bcf
*.blg
*-blx.aux
*-blx.bib
*.run.xml
## Build tool auxiliary files:
*.fdb_latexmk
*.synctex
*.synctex(busy)
*.synctex.gz
*.synctex.gz(busy)
*.pdfsync
## Build tool directories for auxiliary files
# latexrun
latex.out/
## Auxiliary and intermediate files from other packages:
# algorithms
*.alg
*.loa
# achemso
acs-*.bib
# amsthm
*.thm
# beamer
*.nav
*.pre
*.snm
*.vrb
# changes
*.soc
# comment
*.cut
# cprotect
*.cpt
# elsarticle (documentclass of Elsevier journals)
*.spl
# endnotes
*.ent
# fixme
*.lox
# feynmf/feynmp
*.mf
*.mp
*.t[1-9]
*.t[1-9][0-9]
*.tfm
#(r)(e)ledmac/(r)(e)ledpar
*.end
*.?end
*.[1-9]
*.[1-9][0-9]
*.[1-9][0-9][0-9]
*.[1-9]R
*.[1-9][0-9]R
*.[1-9][0-9][0-9]R
*.eledsec[1-9]
*.eledsec[1-9]R
*.eledsec[1-9][0-9]
*.eledsec[1-9][0-9]R
*.eledsec[1-9][0-9][0-9]
*.eledsec[1-9][0-9][0-9]R
# glossaries
*.acn
*.acr
*.glg
*.glo
*.gls
*.glsdefs
*.lzo
*.lzs
# uncomment this for glossaries-extra (will ignore makeindex's style files!)
# *.ist
# gnuplottex
*-gnuplottex-*
# gregoriotex
*.gaux
*.gtex
# htlatex
*.4ct
*.4tc
*.idv
*.lg
*.trc
*.xref
# hyperref
*.brf
# knitr
*-concordance.tex
# TODO Comment the next line if you want to keep your tikz graphics files
*.tikz
*-tikzDictionary
# listings
*.lol
# luatexja-ruby
*.ltjruby
# makeidx
*.idx
*.ilg
*.ind
# minitoc
*.maf
*.mlf
*.mlt
*.mtc[0-9]*
*.slf[0-9]*
*.slt[0-9]*
*.stc[0-9]*
# minted
_minted*
*.pyg
# morewrites
*.mw
# nomencl
*.nlg
*.nlo
*.nls
# pax
*.pax
# pdfpcnotes
*.pdfpc
# sagetex
*.sagetex.sage
*.sagetex.py
*.sagetex.scmd
# scrwfile
*.wrt
# sympy
*.sout
*.sympy
sympy-plots-for-*.tex/
# pdfcomment
*.upa
*.upb
# pythontex
*.pytxcode
pythontex-files-*/
# tcolorbox
*.listing
# thmtools
*.loe
# TikZ & PGF
*.dpth
*.md5
*.auxlock
# todonotes
*.tdo
# vhistory
*.hst
*.ver
# easy-todo
*.lod
# xcolor
*.xcp
# xmpincl
*.xmpi
# xindy
*.xdy
# xypic precompiled matrices and outlines
*.xyc
*.xyd
# endfloat
*.ttt
*.fff
# Latexian
TSWLatexianTemp*
## Editors:
# WinEdt
*.bak
*.sav
# Texpad
.texpadtmp
# LyX
*.lyx~
# Kile
*.backup
# gummi
.*.swp
# KBibTeX
*~[0-9]*
# TeXnicCenter
*.tps
# auto folder when using emacs and auctex
./auto/*
*.el
# expex forward references with \gathertags
*-tags.tex
# standalone packages
*.sta
# Makeindex log files
*.lpz

BIN
D1/CSV/DataDesign1.zip Normal file

Binary file not shown.

8193
D1/CSV/MaxMeasure.csv Normal file

File diff suppressed because it is too large Load Diff

BIN
D1/CSV/MaxMeasure.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 69 KiB

8193
D1/CSV/MinMeasure.csv Normal file

File diff suppressed because it is too large Load Diff

BIN
D1/CSV/MinMeasure.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 132 KiB

BIN
D1/D1_ØyvindSkaaden.pdf Normal file

Binary file not shown.

360
D1/D1_ØyvindSkaaden.tex Normal file
View File

@ -0,0 +1,360 @@
%Dokumentinnstillinger:---------------------------------
%Ved å google flitting kan du finne ut hva de forskjellige tingene her betyr, og hvordan du kan gjøre eventuelle endringer.
\documentclass[11pt,norsk]{elsys-design}
%\documentclass[a4paper,11pt,norsk]{article}
% \usepackage[utf8]{inputenc}
% \usepackage{a4wide}
% \usepackage{lmodern}
% \usepackage[T1]{fontenc}
% \usepackage{babel}
% \setlength{\parindent}{0pt}
% \setlength{\parskip}{2ex}
% \usepackage{fixltx2e}
% \usepackage{amsmath}
% \usepackage[pdftex, pdfborderstyle={/S/U/W 0}]{hyperref}
% \usepackage{graphicx}
% \usepackage[font=small,labelfont=bf]{caption}
% \usepackage{tabularx}
% \usepackage{multirow}
% \usepackage[european, american voltages, american currents]{circuitikz}
\heading{Designnotat}
\title{Variabel nivåregulator (dempeledd)}
\author{Øyvind Skaaden}
\version{2.0}
\date{\today}
\begin{document}
\maketitle
%Automatisk generert innholdsfortegnelse:------------------
\toc
%Selve rapporten:------------------------------------------
\section{Problembeskrivelse}
\label{sec:innledning}
Vi vil ta for oss design av et system som vist i \figref{fig:problem}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{bilder/Design1_Problem.png}
\caption{Blokkdiagram av systemet}
\label{fig:problem}
\end{figure}
Kretsen er et dempeledd med en variabel demping i et gitt område $-A_{min}$ til $ -A_{max} $ dB. Kretsen tar inn et signal $v_1$ og det kommer ut et dempet signal $v_2$. Mengde demping skal kunne styres med en dreibar kontroll.
Enkelt forklart betyr dette at vi skal kunne sende et hvilket som helst signal ($v_1$) og få samme signalet, men dempet (lavere amplitude) ut etter kretsen ($v_2$).
Det realiserte dempeleddet skal ikke avvike fra $A_{min}$ og $A_{max}$ med mer enn $0.1$ dB
\section{Prinsipiell løsning}
\label{sec:prinsipielllosning}
Det vi ønsker å designe er en spenningsdeler som deler med en minimumsverdi og en maximumsverdi.
Løsningen er basert på krets \textbf{c)} i~\cite[Figur 3, s. 2)]{notat}.
Dette er en krets med to motstander og et potentiometer som sett i \figref{fig:utgangspunkt}.
Kretsen tar inn et inngangssignal $v_1$ og det dempede signalet ($v_2$) kommer ut på andre siden.
Utregningene tar utgangspunkt i at potentiometeret velges på forhånd.
Vi kan beskrive dempingen matematisk som i (\ref{eq:utgangspunkt}).
\begin{align}
v_2 = A \cdot v_1 \label{eq:utgangspunkt}
\end{align}
Et skjema for dempeleddet i \figref{fig:utgangspunkt}.
\begin{figure}[h]
\centering
%\includegraphics[height=4cm]{bilder/utgangspunkt.png}
\begin{circuitikz}[scale = 0.8] \draw
(0,6) to [short, *-] (2,6)
to [R, l_=$R_1$] (2,4)
to [potentiometer, l_=$R_P$, n=pot] (2,2)
to [R, l_=$R_1$] (2,0)
to (0,0) to [short, *-] (0,0)
(0,6) to [open, v_=$v_1$] (0,0)
(pot.wiper) to (4,3)
to [short, *-] (4,3)
(2,0) to [short, *-] ++(2,0)
to [short, *-] ++(0,0)
(4,3) to [open, v_=$v_2$] (4,0);
\end{circuitikz}
\caption{Skjema for dempeleddet.}
\label{fig:utgangspunkt}
\end{figure}
Ettersom vi skal gå fra en minimumsdemping til en maksimumsdemping, kan vi se på kretsen i tilfellene da potentiometeret er skrudd helt ned til minimumsmotstand og helt opp til maksimumsmotstand. Vi kan se de to tilfellene i \figref{circ:minPot} og \figref{circ:maxPot}.
\begin{figure}[h]
\centering
\begin{minipage}{0.45\textwidth}
\centering
\begin{circuitikz}[scale = 0.8] \draw
(0,6) to [short, *-] (2,6)
to [R, l_=$R_1$] (2,4)
to [R, l_=$R_P$] (2,2)
to [R, l_=$R_1$] (2,0)
to (0,0) to [short, *-] (0,0)
(0,6) to [open, v_=$v_1$] (0,0)
(2,0) to [short, *-] ++(2,0)
to [short, *-] ++(0,0)
(2,4) to [short, *-] ++(2,0) to [short, *-]
(4,4) to [open, v_=$v_{2}$] (4,0);
\end{circuitikz}
\caption{Krets når potentiometeret er på minimumsverdi.}
\label{circ:minPot}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}{0.45\textwidth}
\centering
\begin{circuitikz}[scale = 0.8] \draw
(0,6) to [short, *-] (2,6)
to [R, l_=$R_1$] (2,4)
to [R, l_=$R_P$] (2,2)
to [R, l_=$R_1$] (2,0)
to (0,0) to [short, *-] (0,0)
(0,6) to [open, v_=$v_1$] (0,0)
(2,0) to [short, *-] ++(2,0)
to [short, *-] ++(0,0)
(2,2) to [short, *-] ++(2,0) to [short, *-]
(4,2) to [open, v_=$v_{2}$] (4,0);
\end{circuitikz}
\caption{Krets når potentiometeret er på maksimumsverdi.}
\label{circ:maxPot}
\end{minipage}
\end{figure}
Her er $v_1$ inngangssignalet, $R_1$ og $R_2$ vanlige motstander, $ R_P $ er potentiometeret. $ v_{2 min} $ er $v_2$ ved minimumsdemping og $ v_{2 max} $ er $ v_2 $ ved maksimumsdemping.
Vi ser da at vi kan lage to likninger for å finne $R_1$ og $R_2$, gitt $v_1$, $R_P$ og ønsket $v_2$ i forhold til $v_1 $i begge tilfeller.
Vi bruker strømmen gjennom $R_1$, $R_P$ og $R_2$ for å koble forholdet mellom $v_2$ og $v_1$, $\tfrac{v_2}{v_1} = A $, til motstandene. Strømmen er gitt ved
\begin{align}
\frac{v_1}{R_1 + R_P + R_2} = i
\end{align}
Dette brukes i \figref{circ:minPot} og \figref{circ:maxPot} for å finne $R_1$ og $R_2$. Vi får formlene for minimumsdemping
\begin{align}
\frac{v_1}{R_1 + R_P + R_2} \cdot (R_P + R_2) &= A_{min} \cdot v_1 \\
\nonumber\\
R_P + R_2 &= A_{min} \cdot (R_1 + R_P + R_2) \label{eq:min}
\end{align}
og maksimumsdeming
\begin{align}
\frac{v_1}{R_1 + R_P + R_2} \cdot R_2 &= A_{min} \cdot v_1 \\
\nonumber\\
R_2 &= A_{min} \cdot (R_1 + R_P + R_2) \label{eq:max}
\end{align}
Kominerer vi (\ref{eq:min}) og (\ref{eq:max}) og finner skjæringspunkt, kan vi finne to likninger for $R_1$ og $R_2$, gitt ved verdien til potentiometeret, $R_P$ og ønsket minimum- og maksimumsdemping ($A_{min}$ og $A_{max}$).
\begin{align}
R_1 = \frac{-A_{min} \cdot R_P + R_P}{A_{min} - A_{max}}
\label{eq:r1}
\end{align}
\begin{align}
R_2 = \frac{A_{max} \cdot R_P}{A_{min} - A_{max}}
\label{eq:r2}
\end{align}
Vi har da to formler, (\ref{eq:r1}) og (\ref{eq:r2}), som sammen med gitt $R_P$ og ønsket område for demping $A_{min}$ og $A_{max}$
\section{Realisering og test}
\label{sec:realisering}
Vi skal ta for oss dempingen $A_{min} = -8\ \text{dB} $ til $A_{max} = -25\ \text{dB}$, med potentiometer $R_p = 10\text{k}\Omega$. Dette er i dB, så vi må konvertere det til et spenningsforhold.
Desibel til spenningsforhold er gitt ved
\begin{align}
A[\text{dB}] = 20\log A \label{eq:dBtoVolt}
\end{align}
Skriver vi om (\ref{eq:dBtoVolt}) får vi (\ref{eq:omdBtoVolt}).
\begin{align}
A = 10^{\frac{A[\text{dB}]}{20}} \label{eq:omdBtoVolt}
\end{align}
Regner ut $A_{min}$ og $A_{max}$ ved hjelp av (\ref{eq:omdBtoVolt}).
\begin{align*}
A_{min} &= 0.398 \\
A_{max} &= 0.056
\end{align*}
Setter dette inn i formlene (\ref{eq:r1}) og (\ref{eq:r2}) sammen med valgt $R_P = 10\text{k}\Omega$ og får
\begin{align*}
R_1 &= 17602.3\ \Omega \\
R_2 &= 1 637.4\ \Omega
\end{align*}
Siden dette ikke er standard motstandsverdier, kan vi legge flere motstander i serie. Valgte motstander er oppgitt i tabell \ref*{tab:resistancePre}
\clearpage
\begin{table}[h]
\centering
\begin{tabular}{|c|c|}
\hline\hline
$R_1$ & $R_2$ \\ \hline
\hline
$15k\Omega$ & $1.5k\Omega$ \\
$2.2k\Omega$ & $120\Omega$ \\
$330\Omega$ & $15\Omega$ \\
$47\Omega$ & $2.2\Omega$ \\
$22\Omega$ & \\
\hline\hline
$17599\Omega$ & $1637.2\Omega$ \\
\hline\hline
\end{tabular}
\caption{Verdier for motstander i serie, sum nederst}
\label{tab:resistancePre}
\end{table}
Etter testing av kretsen i \figref{fig:utgangspunkt} med motstandene som i serie beskrevet i Tabell \ref{tab:resistancePre}, med en amplitude på $1V$ og sinusfrekvens $f=1000$Hz, var ikke kravene oppfylt. Dempingen var mellom $-8.4$dB og $-24.7$dB.
Etter småjusteringer på motstandene, havnet dempingen på mellom $-8.05$dB og $-25,0$dB, som er innenfor kravene.
I tabell \ref{tab:resistancePost} er det oppgitt de motstandene som ble brukt i dempeleddet som var innenfor kravene.
\begin{table}[h]
\centering
\begin{tabular}{|c|c|}
\hline\hline
$R_1$ & $R_2$ \\ \hline
\hline
$150\cdot 10^2 \pm 1\% = 15\text{k}\Omega \pm 1\% $ & $150\cdot 10^1 \pm 1\% = 1.5\text{k}\Omega \pm 1\% $\\
$150\cdot 10^1 \pm 1\% = 1.5\text{k}\Omega \pm 1\% $ & $820\cdot 10^{-1} \pm 1\% = 82\Omega \pm 1\% $ \\
\hline\hline
$16.5\text{k}\Omega \pm 1\% $ & $1582\Omega \pm 1\% $ \\
\hline\hline
\end{tabular}
\caption{Verdier for motstander i serie, sum nederst.}
\label{tab:resistancePost}
\end{table}
I Figur \ref{circ:ferdigMedMotstand} er den skjemaet for den ferdige kretsen med motstande, og Figur \ref{pic:oppkobling} er den fysiske oppkoblingen av skjemaet.
\begin{figure}[h]
\centering
%\includegraphics[height=4cm]{bilder/utgangspunkt.png}
\begin{circuitikz}[scale = 0.8] \draw
(0,10) to [short, o-] (2,10)
to [R, l_=$15\text{k}\Omega$] (2,8)
to [R, l_=$1.5\text{k}\Omega$] (2,6)
to [potentiometer, l_=$10\text{k}\Omega$, n=pot] (2,4)
to [R, l_=$1.5\text{k}\Omega$] (2,2)
to [R, l_=$82\Omega$] (2,0)
to (0,0) to [short, *-] (0,0)
(0,10) to [open, v_=$v_1$] (0,0)
(pot.wiper) to [short, -*] (4,5)
(2,0) to [short, *-o] ++(2,0)
(4,5) to [open, v=$v_2$] (4,0);
\end{circuitikz}
\caption{Skjema for det ferdige dempeleddet med motstandsverdier.}
\label{circ:ferdigMedMotstand}
\end{figure}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{bilder/kobling.jpg}
\caption{Den fysiske oppkonlingen}
\label{pic:oppkobling}
\end{figure}
Målinger av testene kan sees i \figref{fig:pyMin} (min) og \figref{fig:pyMax} (max).
Alle inngangssignalene har en amplitude på $1$V. Den målte spenningsamplituden ved minimumsdemping er $A_{min} = 0.396$V. Den målte spenningsamplituden ved maksimumsdemping er $A_{max} = 0.056$V.
Bruker (\ref{eq:dBtoVolt}), og regner ut dempingen. $A$ i dette tilfellet er $A = \frac{A_\text{målt}}{A_\text{ref}} $.
\begin{align*}
A_{min}[\text{dB}] = -8.05\text{dB}\\
A_{max}[\text{dB}] = -25.0\text{dB}\\
\end{align*}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{Graphs/MinMeasure.png}
\caption{Målinger av minimumsdemping}
\label{fig:pyMin}
\end{figure}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{Graphs/MaxMeasure.png}
\caption{Målinger av maksimumsdemping}
\label{fig:pyMax}
\end{figure}
I vedlegg \ref{app:graphsOsc} er det lagt ved grafer fra oscilloscopet under testingen.
\clearpage
\section{Konklusjon}
\label{sec:konklusjon}
Som beskrevet i realisering og test er dempleleddet innenfor kravene på $0.1$dB. Målte min og max til å være $-8.05$dB og $-25.0$dB.
Motstandene $R_1$ og $R_2$ måtte justeres en del for at kravene skulle bli oppfylt. En feilkilde kan være potentiometeret som ble brukt. Det var lite data på toleransene som fulgte den.
De endelige verdiene er da som følger:
\begin{align*}
R_1 &= 16.5k\Omega \pm 1\% \\
R_P &= 10k\Omega \\
R_2 &= 1582\Omega \pm 1\%
\end{align*}
\section{Takk}
Takk til medstudent Ulrik Bredland for å ha samarbeidet og diskutert rundt dette designprosjektet.
Takker også til Forsterkerkomiteén på Samfundet for å kunne teste dempeleddet i en lydpraktisk situasjon.
%Bibliografi: Legg til flere elementer ved å legge til flere \bibitem:--------
\phantomsection
\addcontentsline{toc}{section}{Referanser}
\begin{thebibliography}{99}
\bibitem{notat}
Lars Lundheim,
\emph{Variabel nivåregulator},
Teknisk notat,
Elsys-2017-LL-1,
NTNU 2017.
\end{thebibliography}
\appendix
%Tillegg. Flere tillegg legges til ved å lage flere sections:-----------------
\clearpage
\section{Grafer fra testing - Oscilloscop}
\label{app:graphsOsc}
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=0.85\textwidth]{bilder/MinMeasure.png}
\caption{Målinger av minimumsdemping, blå er inngangssignalet, og gul er dempet signal}
\label{fig:oscMin}
\end{figure}
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{bilder/MaxMeasure.png}
\caption{Målinger av maksimumsdemping, blå er inngangssignalet, og gul er dempet signal}
\label{fig:oscMax}
\end{figure}
\end{document}

BIN
D1/Graphs/DataDesign1.zip Normal file

Binary file not shown.

8193
D1/Graphs/MaxMeasure.csv Normal file

File diff suppressed because it is too large Load Diff

BIN
D1/Graphs/MaxMeasure.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 98 KiB

BIN
D1/Graphs/MaxPic.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 30 KiB

8193
D1/Graphs/MinMeasure.csv Normal file

File diff suppressed because it is too large Load Diff

BIN
D1/Graphs/MinMeasure.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 114 KiB

BIN
D1/Graphs/MinPic.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 35 KiB

37
D1/Graphs/graphs.py Normal file
View File

@ -0,0 +1,37 @@
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Jan 13 16:30:58 2019
@author: oyvind
"""
import csv
import matplotlib.pyplot as plt
header = []
data = []
filename = "MaxMeasure"
with open(filename + ".csv") as csvfile:
csvreader = csv.reader(csvfile)
header = next(csvreader)
for dataplot in csvreader:
values = [float(value) for value in dataplot]
data.append(values)
time = [p[0] for p in data]
ch1 = [p[1] for p in data]
ch2 = [p[2] for p in data]
plt.plot(time,ch1, time,ch2)
plt.xlabel("Tid (s)")
plt.ylabel("Spenning (V)")
plt.legend(["Dempet signal","Inngangssignal"])
plt.savefig(filename + ".png", dpi=200)
plt.show()

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 62 KiB

BIN
D1/bilder/MaxMeasure.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 69 KiB

BIN
D1/bilder/MinMeasure.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 132 KiB

BIN
D1/bilder/kobling.jpg Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 108 KiB

BIN
D1/bilder/problem.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 59 KiB

BIN
D1/bilder/utgangspunkt.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 19 KiB

358
D1/designnotat.tex Normal file
View File

@ -0,0 +1,358 @@
%Dokumentinnstillinger:---------------------------------
%Ved å google flitting kan du finne ut hva de forskjellige tingene her betyr, og hvordan du kan gjøre eventuelle endringer.
\documentclass[a4paper,11pt,norsk]{article}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage{a4wide}
\usepackage{lmodern}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\setlength{\parindent}{0pt}
\setlength{\parskip}{2ex}
\usepackage{fixltx2e}
\usepackage{amsmath}
\usepackage[pdftex, pdfborderstyle={/S/U/W 0}]{hyperref}
\usepackage{graphicx}
\usepackage[font=small,labelfont=bf]{caption}
\usepackage{tabularx}
\usepackage{multirow}
\usepackage[european, american voltages, american currents]{circuitikz}
\newcommand{\figref}[1]{Figur \ref{#1}}
\begin{document}
%Headingdel:---------------------------------------------
\begin{minipage}[c]{0.15\textwidth}
\includegraphics[width=2.0cm]{elsys_pos_staaende_ntnu}
\end{minipage}
\begin{minipage}[c]{0.85\textwidth}
\renewcommand{\arraystretch}{1.7}
\large
\begin{tabularx}{\textwidth}{|X|X|}
\hline
\multicolumn{2}{|l|}{} \\
\multicolumn{2}{|l|}{\huge \textbf{Designnotat}} \\
\multicolumn{2}{|l|}{} \\
\hline
\multicolumn{2}{|l|}{Tittel:
%Skriv inn tittel her:------------------------------------------
Variabel nivåregulator (dempeledd)
} \\
\hline
\multicolumn{2}{|l|}{Forfattere:
%Skriv inn forfattere her:--------------------------------------
Øyvind Skaaden
} \\
\hline
%Skriv inn versjon og dato her her:-----------------------------
Versjon: 1.0 & Dato: \today
\\
\hline
\end{tabularx}
\end{minipage}
\normalsize
%Automatisk generert innholdsfortegnelse:------------------
\setlength{\parskip}{0ex}
\renewcommand{\baselinestretch}{0.1}\normalsize
\tableofcontents
\renewcommand{\baselinestretch}{1.00}\normalsize
\setlength{\parskip}{2ex}
\rule{\textwidth}{1pt}
\clearpage
%Selve rapporten:------------------------------------------
\section{Problembeskrivelse}
\label{sec:innledning}
Vi vil ta for oss design av et system som vist i \figref{fig:problem}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{bilder/problem.png}
\caption{Blokkdiagram av designproblem}
\label{fig:problem}
\end{figure}
Kretsen skal bli et dempeledd med en variabel demping i et gitt område $-A_{min}$ til $ -A_{max} $ dB. Mengde demping skal kunne styres med en dreibar kontroll.
Enkelt forklart betyr dette at vi skal kunne sende et hvilket som helst signal og få samme signalet, men dempet (lavere amplitude) ut etter kretsen.
Dempeleddet skal funksjonstestes med en signalgenerator meg sinussignal med frekvens $ f = 1000 \text{Hz} $. Vi kan også anta at lastmotstanden er meget stor. $ R_{last} \approx \infty $.
Det realiserte dempeleddet skal ikke avvike fra $A_{min}$ og $A_{max}$ med mer enn $0.1$ dB
\section{Prinsipiell løsning}
\label{sec:prinsipielllosning}
Det vi ønsker å designe er en spenningsdeler som deler med en minimumsverdi og en maximumsverdi. Løsningen er basert på krets \textbf{c)} i~\cite[Figur 3, s. 2)]{notat}. Dette er en krets med to motstander og et potentiometer som sett i \figref{fig:utgangspunkt}. Kretsen tar utgangspunkt i at potentiometeret velges på forhånd.
Vi kan beskrive dempingen matematisk slik
$$ v_2 = A \cdot v_1 $$
Kretsen løsningen tar utgangspunk i
\begin{figure}[h]
\centering
%\includegraphics[height=4cm]{bilder/utgangspunkt.png}
\begin{circuitikz}[scale = 0.8] \draw
(0,6) to [short, *-] (2,6)
to [R, l_=$R_1$] (2,4)
to [potentiometer, l_=$R_P$, n=pot] (2,2)
to [R, l_=$R_1$] (2,0)
to (0,0) to [short, *-] (0,0)
(0,6) to [open, v_=$v_1$] (0,0)
(pot.wiper) to (4,3)
to [short, *-] (4,3)
(2,0) to [short, *-] ++(2,0)
to [short, *-] ++(0,0)
(4,3) to [open, v_=$v_2$] (4,0);
\end{circuitikz}
\caption{Kretsen løsningen tar utgangspunkt i}
\label{fig:utgangspunkt}
\end{figure}
Siden vi skal gå fra en minimumsdemping til en maksimumsdemping, kan vi se på kretsen i tilfellene da potentiometeret er skrudd helt ned til minimumsmotstand og helt opp til maksimumsmotstand. Vi kan se de to tilfellene i \figref{circ:minPot} og \figref{circ:maxPot}.
\begin{figure}[h]
\centering
\begin{minipage}{0.45\textwidth}
\centering
\begin{circuitikz}[scale = 0.8] \draw
(0,6) to [short, *-] (2,6)
to [R, l_=$R_1$] (2,4)
to [R, l_=$R_P$] (2,2)
to [R, l_=$R_1$] (2,0)
to (0,0) to [short, *-] (0,0)
(0,6) to [open, v_=$v_1$] (0,0)
(2,0) to [short, *-] ++(2,0)
to [short, *-] ++(0,0)
(2,4) to [short, *-] ++(2,0) to [short, *-]
(4,4) to [open, v_=$v_{2 min}$] (4,0);
\end{circuitikz}
\caption{Krets når potentiometeret er på minimumsverdi}
\label{circ:minPot}
\end{minipage}\hfill
\begin{minipage}{0.45\textwidth}
\centering
\begin{circuitikz}[scale = 0.8] \draw
(0,6) to [short, *-] (2,6)
to [R, l_=$R_1$] (2,4)
to [R, l_=$R_P$] (2,2)
to [R, l_=$R_1$] (2,0)
to (0,0) to [short, *-] (0,0)
(0,6) to [open, v_=$v_1$] (0,0)
(2,0) to [short, *-] ++(2,0)
to [short, *-] ++(0,0)
(2,2) to [short, *-] ++(2,0) to [short, *-]
(4,2) to [open, v_=$v_{2 max}$] (4,0);
\end{circuitikz}
\caption{Krets når potentiometeret er på maksimumsverdi}
\label{circ:maxPot}
\end{minipage}
\end{figure}
Her er $v_1$ inngangssignalet, $R_1$ og $R_2$ vanlige motstander, $ R_P $ er potentiometeret. $ v_{2 min} $ er $v_2$ ved minimumsdemping og $ v_{2 max} $ er $ v_2 $ ved maksimumsdemping.
Vi ser da at vi kan lage to likninger for å finne $R_1$ og $R_2$, gitt $v_1$, $R_P$ og ønsket $v_2$ i forhold til $v_1 $i begge tilfeller.
Vi bruker strømmen gjennom $R_1$, $R_P$ og $R_2$ for å koble forholdet mellom $v_2$ og $v_1$, $\tfrac{v_2}{v_1} = A $, til motstandene. Strømmen er gitt ved
\begin{align*}
\frac{v_1}{R_1 + R_P + R_2} = i
\end{align*}
Dette brukes i \figref{circ:minPot} og \figref{circ:maxPot} for å finne $R_1$ og $R_2$. Vi får formlene for minimumsdemping
\begin{align*}
\frac{v_1}{R_1 + R_P + R_2} \cdot (R_P + R_2) = A_{min} \cdot v_1
\end{align*}
\begin{align}
R_P + R_2 = A_{min} \cdot (R_1 + R_P + R_2)
\label{eq:min}
\end{align}
og maksimumsdeming
\begin{align*}
\frac{v_1}{R_1 + R_P + R_2} \cdot R_2 = A_{min} \cdot v_1
\end{align*}
\begin{align}
R_2 = A_{min} \cdot (R_1 + R_P + R_2)
\label{eq:max}
\end{align}
Kominerer vi (\ref{eq:min}) og (\ref{eq:max}) og finner kryssningspunkt, kan vi finne to likninger for $R_1$ og $R_2$.
\begin{align}
R_1 = \frac{-A_{min} \cdot R_P + R_P}{A_{min} - A_{max}}
\label{eq:r1}
\end{align}
\begin{align}
R_2 = \frac{A_{max} \cdot R_P}{A_{min} - A_{max}}
\label{eq:r2}
\end{align}
Vi har da to formler, (\ref{eq:r1}) og (\ref{eq:r2}), som sammen med gitt $R_P$ og ønsket område for demping $A_{min}$ og $A_{max}$
\section{Realisering og test}
\label{sec:realisering}
Alle fikk utdelt ulikt område for demping og her vil vi ta for oss demingen $A_{min} = -8\ \text{dB} $ til $A_{max} = -25\ \text{dB}$. Dette er i dB, så vi må konvertere det til et spenningsforhold.
Desibel for spenningsforhold er gitt ved
$$ A[\text{dB}] = 20\log A $$
Skriver vi denne om får vi
$$ A = 10^{\frac{A[\text{dB}]}{20}} $$
Regner da ut
\begin{align*}
A_{min} &= 0.398 \\
A_{max} &= 0.056
\end{align*}
Setter dette inn i formlene (\ref{eq:r1}) og (\ref{eq:r2}) sammen med valgt $R_P = 10k\Omega$ og får
\begin{align*}
R_1 &= 17602.3\ \Omega \\
R_2 &= 1 637.4\ \Omega
\end{align*}
Siden dette ikke er standard motstandsverdier, kan vi legge flere motstander i serie. Valgte motstander er oppgitt i tabell \ref*{tab:resistancePre}
\clearpage
\begin{table}[h]
\centering
\begin{tabular}{|c|c|}
\hline\hline
$R_1$ & $R_2$ \\ \hline
\hline
$15k\Omega$ & $1.5k\Omega$ \\
$2.2k\Omega$ & $120\Omega$ \\
$330\Omega$ & $15\Omega$ \\
$47\Omega$ & $2.2\Omega$ \\
$22\Omega$ & \\
\hline\hline
$17599\Omega$ & $1637.2\Omega$ \\
\hline\hline
\end{tabular}
\caption{Verdier for motstander i serie, sum nederst}
\label{tab:resistancePre}
\end{table}
Etter testing av denne kretsen (som sett i ) med amplitude $1V$ og sinusfrekvens $f=1000$Hz, var ikke kravene oppfylt. Dempingen var mellom $-8.4$dB og $-24.7$dB.
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{bilder/kobling.jpg}
\caption{Den fysiske oppkonlingen}
\label{pic:oppkobling}
\end{figure}
Etter småjusteringer på motstandene, havnet dempingen på mellom $-8.05$dB og $-25,0$dB, som er innenfor kravene.
I tabell \ref{tab:resistancePost} er det oppgitt de motstandene som ble brukt i dempeleddet som var innen for kravene.
\begin{table}[h]
\centering
\begin{tabular}{|c|c|}
\hline\hline
$R_1$ & $R_2$ \\ \hline
\hline
$150\cdot 10^2 \pm 1\% = 15k\Omega \pm 1\% $ & $150\cdot 10^1 \pm 1\% = 1.5k\Omega \pm 1\% $\\
$150\cdot 10^1 \pm 1\% = 1.5k\Omega \pm 1\% $ & $820\cdot 10^{-1} \pm 1\% = 82\Omega \pm 1\% $ \\
\hline\hline
$16.5k\Omega \pm 1\% $ & $1582\Omega \pm 1\% $ \\
\hline\hline
\end{tabular}
\caption{Verdier for motstander i serie, sum nederst}
\label{tab:resistancePost}
\end{table}
\clearpage
De endelige verdiene er da som følger:
\begin{align*}
R_1 &= 16.5k\Omega \pm 1\% \\
R_P &= 10k\Omega \\
R_2 &= 1582\Omega \pm 1\%
\end{align*}
I vedlegg \ref{app:graphsPy} og \ref{app:graphsOsc} er det lagt ved grafer fra testingen, ene settet er generert med Python og det andre er rett fra oscilloscopet.
\section{Konklusjon}
\label{sec:konklusjon}
Som beskrevet i realisering og test er dempleleddet innenfor kravene på $0.1$dB. Målte min og max er $-8.05$dB og $-25,0$dB.
Motstandene $R_1$ og $R_2$ måtte justeres en del for at kravene skulle bli oppfylt. En feilkilde kan være potentiometeret som ble brukt. Det var lite data på toleransene som fulgte den.
\section{Takk}
Takk til medstudent Ulrik Bredland for å ha samarbeidet og diskutert rundt dette designprosjektet.
Takker også til Forsterkerkomiteén på Samfundet for å kunne teste dempeleddet i en lydpraktisk situasjon.
%Bibliografi: Legg til flere elementer ved å legge til flere \bibitem:--------
\phantomsection
\addcontentsline{toc}{section}{Referanser}
\begin{thebibliography}{99}
\bibitem{notat}
Lars Lundheim,
\emph{Variabel nivåregulator},
Teknisk notat,
Elsys-2017-LL-1,
NTNU 2017.
\end{thebibliography}
\appendix
%Tillegg. Flere tillegg legges til ved å lage flere sections:-----------------
\clearpage
\section{Grafer fra testing - Python}
\label{app:graphsPy}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{Graphs/MinMeasure.png}
\caption{Målinger av minimumsdemping}
\label{fig:pyMin}
\end{figure}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{Graphs/MaxMeasure.png}
\caption{Målinger av maksimumsdemping}
\label{fig:pyMax}
\end{figure}
\clearpage
\section{Grafer fra testing - Oscilloscop}
\label{app:graphsOsc}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{bilder/MinMeasure.png}
\caption{Målinger av minimumsdemping, blå er inngangssignalet, og gul er dempet signal}
\label{fig:oscMin}
\end{figure}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{bilder/MaxMeasure.png}
\caption{Målinger av maksimumsdemping, blå er inngangssignalet, og gul er dempet signal}
\label{fig:oscMax}
\end{figure}
\end{document}

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 36 KiB

View File

@ -0,0 +1,338 @@
%Dokumentinnstillinger:---------------------------------
%Ved å google flitting kan du finne ut hva de forskjellige tingene her betyr, og hvordan du kan gjøre eventuelle endringer.
\documentclass[11pt,norsk]{article}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage{a4wide}
\usepackage{lmodern}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\setlength{\parindent}{0pt}
\setlength{\parskip}{2ex}
\usepackage{amsmath}
\usepackage[pdftex, pdfborderstyle={/S/U/W 0}]{hyperref}
\usepackage{graphicx}
\usepackage[font=small,labelfont=bf]{caption}
\usepackage{tabularx}
\usepackage{multirow}
\input{clangTex}
% Electronic drawing
\usepackage[european, american currents, american voltages,siunitx]{circuitikz}
\newcommand{\figref}[1]{Figur \ref{#1}}
\begin{document}
%Headingdel:---------------------------------------------
\begin{minipage}[c]{0.15\textwidth}
\includegraphics[width=2.0cm]{elsys_pos_staaende_ntnu}
\end{minipage}
\begin{minipage}[c]{0.85\textwidth}
\renewcommand{\arraystretch}{1.7}
\large
\begin{tabularx}{\textwidth}{|X|X|}
\hline
\multicolumn{2}{|l|}{} \\
\multicolumn{2}{|l|}{\huge \textbf{Designnotat}} \\
\multicolumn{2}{|l|}{} \\
\hline
\multicolumn{2}{|l|}{Tittel:
%Skriv inn tittel her:------------------------------------------
Turtallsindikator
} \\
\hline
\multicolumn{2}{|l|}{Forfattere:
%Skriv inn forfattere her:--------------------------------------
Øyvind Skaaden
} \\
\hline
%Skriv inn versjon og dato her her:-----------------------------
Versjon: 2.0 & Dato: \today
\\
\hline
\end{tabularx}
\end{minipage}
\normalsize
%Automatisk generert innholdsfortegnelse:------------------
\setlength{\parskip}{0ex}
\renewcommand{\baselinestretch}{0.1}\normalsize
\tableofcontents
\renewcommand{\baselinestretch}{1.00}\normalsize
\setlength{\parskip}{2ex}
\rule{\textwidth}{1pt}
%Selve rapporten:------------------------------------------
\section{Problembeskrivelse}
\label{sec:innledning}
Overvåking og styring av fabrikker og prosessanlegg er et viktig anvendelsesområde for elektronisksystemdesign.
I slike installasjoner finnes ofte motorer og andre roterende innretninger, og det kan være viktig å sørge for at disse operere med riktig turtall.
I dette notatet skal det beskrives en løsning på en turtallsindikator som gir et varsel når turtallet for en innretning er for lavt.
Vi skal ta for oss design av systemet som vist i \figref{fig:blokkskjema}.
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{pics/blokk.png}
\caption{Blokkskjema for kretsen.}
\label{fig:blokkskjema}
\end{figure}
Kretsen skal
\begin{itemize}
\item Ta inn et pulstog med driftssyklus $50\%$$v_1$
\item Ha en lysdiode på utgangen, som begynner å lyse dersom omdreiningshastigheten er lavere enn en oppgitt $\omega$
\end{itemize}
\section{Prinsipiell løsning}
\label{sec:prinsipielllosning}
Det er to hovedmåter å designe en krets som skal måle turtallet.
Den ene baserer seg på en analog krets med elementer som bruker en viss tid på å lade seg opp.
Den andre baserer seg på en digital krets, f.eks. en mikrokontroller, som måler omdreiningshastigheten.
Dette notatet vil ta for seg den analoge måten å gjøre det på, men det blir lagt ved en smakebit på den digitale måten i vedlegg \ref{app:digital}.
Vi ønsker en krets som bruker litt tid på å lade opp et element.
Vi kan da ta utgangspunkt i en kondensator.
Med den kan vi styre hvor lang oppladningstid og utladningstid vi ønsker.
Dersom vi ønsker at kondensatoren skal lade seg raskt opp, kan vi ha en diode, pekende inn mot kondensatoren, i parallell med motstanden i en RC-krets.
Dersom vi ønsker rask utladning, kan vi snu dioden.
Se skjema for kretsen i \figref{circ:utgangspunkt}.
\begin{figure}[ht]
\centering
\begin{circuitikz}
\draw
(0,3) to [open, v=$v_1$] (0,0)
(0,3) to [short,*-] ++(1,0)
to [R, l=$R_1$, *-*] ++(3,0)
to [short,-*] ++(4,0)
++(-3,0) to [C, l=$C_1$, *-*] ++(0,-3)
++(3,0) to [short, *-*] (0,0)
(8,3) to [open, v=$v_2$] (8,0)
(4,3) -- ++(0,1.5)
to [D] ++(-3,0) -- ++(0,-1.5);
\end{circuitikz}
\caption{Foreslått krets for omdreiningsteller}
\label{circ:utgangspunkt}
\end{figure}
Denne kretsen kan ta inn et pulstog med variabel driftssyklus inn på $v_1 $, og det kommer ut et nærmest ``sagtann''-signal ut på $v_2 $, se \figref{graph:pulsetrain}.
Det er fordi kondensatoren lades normalt opp med tidskonstanten tau, $\tau = R\cdot C$, men lades spontant ut ned til ca $0.7$V, som er terskelspenning for dioden. Kondensatoren vil deretter lades normalt ut igen.
Dersom vi deretter kombinerer dette med en transistor, slik at vi kan styre større strømmer vi kretsen se ut som i \figref{circ:analogKrets}.
\begin{figure}
\centering
\begin{circuitikz}
\draw
(0,3) to [open, v=$v_1$] (0,0)
(0,3) to [short,o-] ++(1,0)
to [R, l=$R_1$, *-*] ++(3,0)
to [short,-o] ++(4,0)
++(-3,0) to [C, l=$C_1$, *-*] ++(0,-3)
++(3,0) to [short, o-o] (0,0)
(8,3) to [open, v=$v_2$] (8,0)
(4,3) -- ++(0,1.5)
to [D] ++(-3,0) -- ++(0,-1.5);
\draw
(9,3) node[nmos](nmosA){}
(9,8) node[right]{$V_S$} to [short, o-] ++(0,-0.5)
to [R, l=$R_2$] ++(0,-2)
to [led, *-*] (nmosA.D)
(nmosA.S) to [short, -*] (9,0)
node[ground](){}
(9,0) to [short, -o] (8,0)
(nmosA.G) to [short, o-o] (8,3);
\draw
(9,5.5) node[right] {$D+$}
(9,3.75) node[right] {$D-$};
\end{circuitikz}
\caption{Skjema for omdreinigsmåler med transistor}
\label{circ:analogKrets}
\end{figure}
Dersom omdreiningshastigheten er større enn grenseverdien vil ikke spenningen over $C_1 $, $v_2 $, bli tilstrekkelig for å ``åpne'' transistoren. Når frekvensen er lavere enn grensen, vil kondensatoren kunne lade seg opp til terskelspenningen, $V_T$, til transistoren, og transistoren vil ``åpne'' seg.
Motstanden $R_2 $ har som oppgave å begrense strømmen til led-en. Den trenger ikke å være der om det trengs en større strøm ut fra transistoren.
For å regne ut verdier til $R_1 $ og $C_1 $ må vi først finne ut hvilken tidskonstant vi trenger.
Vi vet at vi trenger en spenning på $v_2$ lik terskelspenningen til transistoren, $v_2 = V_T$, for at transistoren skal åpne seg.
Vi kan bruke dette til å finne en tau, $\tau$, gitt en frekvens, med periode $T$.
Vi kan anta at pulstoget har holdt på en stund, slik at systemet får balansert seg. Dersom vi da tar utgangspunkt i at vi har en diode med en diodespenning $V_D$. Startspenningen for stigningen av spenningen vil være sluttspenningen til utladningen over dioden, sett i \figref{graph:pulsetrain}.
Etter hver høye del av pulstoget vil spenningen $v_2$ raskt bevege seg mot $V_D$.
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{Grafer/EksempelPy.png}
\caption{Eksempel på hvordan spenniger endrer seg i kretsen i \figref{circ:analogKrets}.}
\label{graph:pulsetrain}
\end{figure}
Spenningen $v_2 $ når pulstoget er lavt, og endrer til høy, vil ha en likning som i (\ref{eq:spenningDiode}).
\begin{align}
v_D = V_D\cdot e^{-\frac{T}{2\tau}}
\label{eq:spenningDiode}
\end{align}
Siden vi vet at $v_1 $ varierer fra $v_D$ til en spenning $V_0 $ i et pulstog med periode $T$, med driftssyklus på 50\%, er pulsen $V_0 $ i $\tfrac{1}{2}T$. Vi vet da at spenningen $v_2 $ må nå $V_T$ etter $\tfrac{1}{2}T$ for at transistoren skal åpne seg.
Dersom vi setter dette sammen med hvordan spenningen utvikler seg gjennom perioden av pulstoget som er høyt vil vi få som i (\ref{eq:tauStart}).
Vi bruker formelen for spenning over en kondensator og løser for tidskonstanten $\tau$.
\begin{align}
v_2 = V_T &= V_0\cdot \left(v_D - V_0\right) e^{-\frac{T}{2\tau}} \label{eq:tauStart}\\
V_T &= V_0\cdot \left(V_D\cdot e^{-\frac{T}{2\tau}} - V_0\right) e^{-\frac{T}{2\tau}} \\
0 &= V_D\cdot e^{-\frac{T}{\tau}} - V_0 \cdot e^{-\frac{T}{2\tau}} + (V_0 - V_T) \\
e^{-\frac{T}{2\tau}} &= \frac{V_0 \pm \sqrt{(V_0)^2 - 4 \cdot V_D \cdot (V_0 - V_T)}}{2 \cdot V_D}\\
\tau &= -\frac{T}{2\cdot \ln\left(\frac{V_0 \pm \sqrt{(V_0)^2 - 4 \cdot V_D \cdot (V_0 - V_T)}}{2 \cdot V_D}\right)}
\label{eq:tau}
\end{align}
\textbf{Merk: }\textit{Det må velges den verdien for $\tau$ som gir mening. Vi ser også at $V_0 > V_T$ for at likningen skal gi mening.}
Når vi har funnet en tidskonstant ved (\ref{eq:tau}), velger vi bare en tilstrekkelig liten kondensator for $C_1$ og bruker likning (\ref{eq:RC}) for tidskonstanten $\tau$
\begin{align}
\tau = R_1 \cdot C_1
\label{eq:RC}
\end{align}
for å finne verdien for motstanden $R_1$.
\section{Realisering og test}
\label{sec:realisering}
Grenseverdien for omdreiningshastigheten er gitt ved $f=40000\text{rpm} \approx 666.67$Hz. Vi finner periodetiden ved (\ref{eq:period}).
\begin{align}
T = \frac{1}{f}\Rightarrow T = 1.5\ \text{ms} \label{eq:period}
\end{align}
Pulstoget har en spenning $V_0 = 5$V. Det ble brukt en BS170 transistor. Den har en terskelspenning $V_T \approx 2$V, og dioden som ble brukt har en diodespenning på $V_D \approx 0.7$V.
Vi finner $\tau$ ved hjelp av (\ref{eq:tau}).
\begin{align}
\tau &= -\frac{1.5\ \text{ms}}{2\cdot \ln\left(\frac{5\text{V} \pm \sqrt{(5\text{V})^2 - 4 \cdot 0.7\text{V} \cdot (3\text{V})}}{2 \cdot 0.7\text{V}}\right)} \label{eq:calculateTau}\\
\tau &= \begin{cases}
-0.40128946\ \text{ms}\\
1.81296116\ \text{ms}
\end{cases}
\intertext{Velger den verdien som gir mening}
\tau &= 1.81296116\ \text{ms}
\end{align}
For å koble opp kretsen i \figref{circ:analogKrets} trenger vi kun å regne ut verdiene for $R_1 $ og $C_1 $.
Velger motstand $R_1 = 1\text{M}\Omega$. Bruker (\ref{eq:tau}) for å finne $C_1 \approx 1.8$nF.
Simulering av spenningene med disse forhåndsvalgte verdiene kan sees i \figref{graph:pulsetrainReal}. Kode for simuleringen kan sees i Vedlegg \ref{app:codeSim}.
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{Grafer/SimuleringPy.png}
\caption{Simulering av kretsen.}
\label{graph:pulsetrainReal}
\end{figure}
Etter testing og observasjoner ser vi at spenningen $v_2$ har en topp på rudnt $2$V. Men det er ikke nok til å få dioden til å lyse. Dersom vi ønsker en mer lyssterk diode, kan vi bare endre terskelspenningen i (\ref{eq:calculateTau}) til noe høyere. Finner ut at for at lysdioden vi bruker skal ``lyse'', må vi ha en kondensator på $1$nF.
Den fungerende kretsen har følgende skjema, se \figref{circ:finalAnalog}. Ferdig oppkoblet krets kan sees i \figref{pic:oppkobling}
Dioden vil da begynne å lyse ved terskelfrekvensen og bli sterkere jo lavere frekvensen på pulstoget blir, se \figref{graph:pulsetrainRealLower}, og forsvinner ved frekvenser høyere enn terskelfrekvensen, se \figref{graph:pulsetrainRealHigher}.
\begin{figure}
\centering
\begin{circuitikz}
\draw
(0,3) to [open, v=$v_1$] (0,0)
(0,3) to [short,o-] ++(1,0)
to [R, l=1<\mega\ohm>, *-*] ++(3,0)
to [short,-o] ++(4,0)
++(-3,0) to [C, l=1<\nano\farad>, *-*] ++(0,-3)
++(3,0) to [short, o-o] (0,0)
(4,3) -- ++(0,1.5)
to [D] ++(-3,0) -- ++(0,-1.5);
\draw
(9,3) node[nmos](nmosA){}
(9,8) node[right]{5V} to [short, o-] ++(0,-0.5)
to [R, l=220<\ohm>] ++(0,-2)
to [led] (nmosA.D)
(nmosA.S) to [short, -*] (9,0)
node[ground](){}
(9,0) to [short, -o] (8,0)
(nmosA.G) to [short, o-o] (8,3);
\end{circuitikz}
\caption{Skjema for omdreinigsmåler med transistor, med verdier}
\label{circ:finalAnalog}
\end{figure}
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{pics/krets2.JPG}
\caption{Fysisk oppkobling av krets}
\label{pic:oppkobling}
\end{figure}
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{Grafer/SimuleringPyLower.png}
\caption{Simulering av kretsen ved frekvens lavere enn terskelfrekvens.}
\label{graph:pulsetrainRealLower}
\end{figure}
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{Grafer/SimuleringPyHigher.png}
\caption{Simulering av kretsen ved frekvens høyere enn terskelfrekvens.}
\label{graph:pulsetrainRealHigher}
\end{figure}
\clearpage
\section{Konklusjon}
\label{sec:konklusjon}
Kretsen fungerte innenfor kravene som ble gitt. Dioden begynner å lyse ved gitt omdreiningshastighet på 40000 rpm.
\section{Takk}
Takk til Ulrik Bredland og Magnus Oddstøl for bra samarbeid. Stor takk til lærere på elsys som har tatt seg tiden til å gi en tilbakemelding på dette designnotatet.
% %Bibliografi: Legg til flere elementer ved å legge til flere \bibitem:--------
% \phantomsection
% \addcontentsline{toc}{section}{Referanser}
\clearpage
\appendix
%Tillegg. Flere tillegg legges til ved å lage flere sections:-----------------
\section{Digital måte å måle omdreiningshastighet}
\label{app:digital}
Det er mulig å lage en krets med arduino for å måle frekvensen til et pulstog.
Ta for dere koden under. Pulstoget leses på pinne 8 på arduinoen, og en transistor kan styres på pinnen som heter ``out'' i koden. Frekvensen velges ved å endre variabelen ``rpm''.
\lstinputlisting[style=CStyle]{MeasureFreq/MeasureFreq.ino}
\clearpage
\section{Kode for simulering av didoe-kondensator-krets}
\label{app:codeSim}
\lstinputlisting[style=PyStyle]{Grafer/CapDiode.py}
\end{document}

BIN
D2/D2_ØyvindSkaaden.pdf Normal file

Binary file not shown.

352
D2/D2_ØyvindSkaaden.tex Normal file
View File

@ -0,0 +1,352 @@
%Dokumentinnstillinger:---------------------------------
%Ved å google flitting kan du finne ut hva de forskjellige tingene her betyr, og hvordan du kan gjøre eventuelle endringer.
\documentclass[11pt,norsk]{elsys-design}
% \usepackage[utf8]{inputenc}
% \usepackage{a4wide}
% \usepackage{lmodern}
% \usepackage[T1]{fontenc}
% \usepackage{babel}
% \setlength{\parindent}{0pt}
% \setlength{\parskip}{2ex}
% \usepackage{amsmath}
% \usepackage[pdftex, pdfborderstyle={/S/U/W 0}]{hyperref}
% \usepackage{graphicx}
% \usepackage[font=small,labelfont=bf]{caption}
% \usepackage{tabularx}
% \usepackage{multirow}
\input{clangTex}
% %Headingdel:---------------------------------------------
% \begin{minipage}[c]{0.15\textwidth}
% \includegraphics[width=2.0cm]{elsys_pos_staaende_ntnu}
% \end{minipage}
% \begin{minipage}[c]{0.85\textwidth}
% \renewcommand{\arraystretch}{1.7}
% \large
% \begin{tabularx}{\textwidth}{|X|X|}
% \hline
% \multicolumn{2}{|l|}{} \\
% \multicolumn{2}{|l|}{\huge \textbf{Designnotat}} \\
% \multicolumn{2}{|l|}{} \\
% \hline
% \multicolumn{2}{|l|}{Tittel:
% %Skriv inn tittel her:------------------------------------------
% Turtallsindikator
% } \\
% \hline
% \multicolumn{2}{|l|}{Forfattere:
% %Skriv inn forfattere her:--------------------------------------
% Øyvind Skaaden
% } \\
% \hline
% %Skriv inn versjon og dato her her:-----------------------------
% Versjon: 2.0 & Dato: \today
% \\
% \hline
% \end{tabularx}
% \end{minipage}
% \normalsize
% %Automatisk generert innholdsfortegnelse:------------------
% \setlength{\parskip}{0ex}
% \renewcommand{\baselinestretch}{0.1}\normalsize
% \tableofcontents
% \renewcommand{\baselinestretch}{1.00}\normalsize
% \setlength{\parskip}{2ex}
% \rule{\textwidth}{1pt}
\heading{Designnotat}
\title{Turtallsindikator}
\author{Øyvind Skaaden}
\version{2.0}
\date{\today}
\begin{document}
\maketitle
%Automatisk generert innholdsfortegnelse:------------------
\toc
%Selve rapporten:------------------------------------------
\section{Problembeskrivelse}
\label{sec:innledning}
Overvåking og styring av fabrikker og prosessanlegg er et viktig anvendelsesområde for elektronisksystemdesign.
I slike installasjoner finnes ofte motorer og andre roterende innretninger, og det kan være viktig å sørge for at disse operere med riktig turtall.
I dette notatet skal det beskrives en løsning på en turtallsindikator som gir et varsel når turtallet for en innretning er for lavt.
Vi skal ta for oss design av systemet som vist i \figref{fig:blokkskjema}.
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{pics/blokk.png}
\caption{Blokkskjema for kretsen.}
\label{fig:blokkskjema}
\end{figure}
Kretsen skal
\begin{itemize}
\item Ta inn et pulstog med driftssyklus $50\%$$v_1$
\item Ha en lysdiode på utgangen, som begynner å lyse dersom omdreiningshastigheten er lavere enn en oppgitt $\omega$
\end{itemize}
\section{Prinsipiell løsning