Elektronik Sistemler

Elektronik sistemler, çeşitli miktarlarda bilgiyi bir araya toplayan bileşenlerin veya parçaların fiziksel bir ara bağlantısıdır.

Bunu, bu bilgilere bir şekilde yanıt veren ve daha sonra fiziksel bir işlemi kontrol etmek veya sinyal üzerinde bir tür matematiksel işlem gerçekleştirmek için bir çıkış eylemi şeklinde elektrik enerjisini kullanan sensörler gibi giriş cihazlarının yardımıyla yapar.

Ancak elektronik kontrol sistemleri, istenen sistem yanıtını vermek için bir sinyali diğerine dönüştüren bir süreç olarak da kabul edilebilir. O zaman basit bir elektronik sistemin bir girdi, bir süreç ve sisteme giriş değişkeni ve sistemden çıkış değişkeninin her ikisi de sinyal olan bir çıktıdan oluştuğunu söyleyebiliriz.

Bir sistemi temsil etmenin birçok yolu vardır, örneğin: matematiksel, tanımlayıcı, resimli veya şematik olarak. Elektronik sistemler genellikle şematik olarak, her bloğun kendi giriş ve çıkış setine sahip olduğu bir dizi birbirine bağlı blok ve sinyal olarak temsil edilir.

Sonuç olarak, en karmaşık elektronik kontrol sistemleri bile basit blokların bir kombinasyonu ile temsil edilebilir, her blok ayrı bir bileşen veya komple alt sistemi içerir veya temsil eder. Bir elektronik sistemin veya proses kontrol sisteminin birbirine bağlı bloklar veya kutular olarak temsil edilmesi, genel olarak “blok diyagramı gösterimi” olarak bilinir.

elektronik sistemler
Elektronik Sistemlerin Blok Şeması Olarak Gösterimi

Elektronik sistemler, hem giriş hem çıkış dalgalarının* ve girişlere etki eden işlemlerin bütünüdür. Ayrıca, giriş sinyali/sinyalleri işlemin değişmesine veya sistemin işleyişinin değişmesine neden olabilir. Bu nedenle, bir sisteme girdi(ler) değişikliğin “nedeni” iken, bu nedenin mevcut olması nedeniyle sistem çıktısında meydana gelen sonuçta ortaya çıkan eyleme “etki” denir ve etki, nedenin bir sonucudur.

Başka bir deyişle, bir elektronik sistem, girdisi ile çıktısı arasında doğrudan bir ilişki olduğu için doğası gereği “nedensel” olarak sınıflandırılabilir. Elektronik sistem analizi ve süreç kontrol teorisi genellikle bu Sebep ve Etki analizine dayanır.

Örneğin, bir ses sisteminde, bir mikrofon (giriş aygıtı), amplifikatörün yükseltmesi (bir işlem) için ses dalgalarının elektrik sinyallerine dönüştürülmesine neden olur ve bir hoparlör (çıkış aygıtı) tarafından sürülmenin bir etkisi olarak ses dalgaları üretir.

Ancak bir elektronik sistemin basit veya tek bir işlem olması gerekmez. Aynı zamanda, aynı genel sistem içinde birlikte çalışan birkaç alt sistemin ara bağlantısı da olabilir.

Ses sistemimiz örneğin bir CD çaların veya bir DVD oynatıcının, bir MP3 oynatıcının veya bir radyo alıcısının, hepsi aynı amplifikatöre birden fazla giriş olan ve sırayla bir veya daha fazla stereo veya ev sineması tipini çalıştıran bağlantısını içerebilir.

Ancak bir elektronik sistem sadece giriş ve çıkışların bir toplamı olamaz, sadece bir anahtarı izlemek veya bir ışığı “AÇMAK” için bile olsa “bir şeyler yapması” gerekir. Sensörlerin, gerçek dünya ölçümlerini algılayan veya daha sonra işlenebilecek elektronik sinyallere dönüştüren giriş cihazları olduğunu biliyoruz. Bu elektrik sinyalleri, bir devre içinde voltaj veya akım şeklinde olabilir. Zıt veya çıkış cihazına, işlenen sinyali genellikle mekanik hareket şeklinde bir işlem veya eyleme dönüştüren aktüatör denir.

Elektronik Sistemler

Elektronik sistemler, sürekli zamanlı (CT) sinyaller veya ayrık zamanlı (DT) sinyaller üzerinde çalışır. Sürekli-zamanlı bir sistem, giriş sinyallerinin bir sürekli-zaman sinyali üreterek zaman içinde “devam eden” bir analog sinyal gibi bir zaman sürekliliği boyunca tanımlandığı bir sistemdir.

Ancak sürekli zamanlı bir sinyal aynı zamanda büyüklük olarak değişebilir veya bir T zaman periyodu ile doğası gereği periyodik olabilir. Sonuç olarak, sürekli zamanlı elektronik sistemler, belirli bir süre boyunca referans alınan hem giriş hem de çıkış sinyalleriyle doğrusal bir işlem üreten tamamen analog sistemler olma eğilimindedir.

elektronik sistemler

Örneğin, bir odanın sıcaklığı, soğuktan sıcağa veya Pazartesi’den Cuma’ya iki değer veya ayar noktası arasında ölçülebilen sürekli bir zaman sinyali olarak sınıflandırılabilir. t zamanı için bağımsız değişkeni kullanarak bir sürekli zaman sinyalini temsil edebiliriz ve burada x(t) giriş sinyalini ve y(t) t zaman periyodundaki çıkış sinyalini temsil eder.

Genel olarak, fiziksel dünyada bulunan ve kullanabileceğimiz sinyallerin çoğu, sürekli zamanlı sinyaller olma eğilimindedir. Örneğin, voltaj, akım, sıcaklık, basınç, hız vb.

Öte yandan, bir ayrık zamanlı sistem, giriş sinyallerinin sürekli olmadığı, ancak “ayrık” zaman noktalarında tanımlanan bir dizi veya bir dizi sinyal değeri olan bir sistemdir. Bu, genellikle bir değerler veya sayılar dizisi olarak temsil edilen ayrık zamanlı bir çıktıyla sonuçlanır.

Genellikle ayrık bir sinyal yalnızca ayrık aralıklarla, değerlerde veya zaman içinde eşit aralıklı noktalarda belirtilir. Örneğin, bir odanın sıcaklığı, bu noktalar arasındaki gerçek oda sıcaklığına bakılmaksızın, 13:00, 14:00, 15:00 ve yine 16:00’da ölçülmüştür.

elektronik sistemler

Bununla birlikte, bir sürekli zaman sinyali, x(t), yalnızca ayrık aralıklarla veya “zamandaki anlarda” ayrı bir sinyal kümesi olarak temsil edilebilir. Ayrık sinyaller zamana karşı ölçülmez, bunun yerine ayrık zaman aralıklarında çizilir, burada n örnekleme aralığıdır. Sonuç olarak, ayrık zamanlı sinyaller genellikle girişi temsil eden x(n) ve çıkışı temsil eden y(n) olarak gösterilir.

Daha sonra, bir sistemin giriş ve çıkış sinyallerini, sinyalle birlikte sırasıyla x ve y olarak veya sinyallerin kendileri , genellikle sürekli bir sistem için zamanı temsil eden t değişkeni ve bir tamsayı değerini temsil eden n değişkeni tarafından temsil edilen sinyallerle temsil edebiliriz.

elektronik sistemler
Sürekli-zaman ve Ayrık-zaman Sistemi

Elektronik Sistemlerin Ara Bağlantısı

Elektronik sistemlerin ve blok diyagram gösteriminin pratik yönlerinden biri, çok daha büyük sistemler oluşturmak için seri veya paralel kombinasyonlarda bir araya getirilebilmeleridir. Birçok büyük gerçek sistem, birkaç alt sistemin ara bağlantısı kullanılarak inşa edilir ve her bir alt sistemi temsil etmek için blok diyagramları kullanarak, analiz edilen tüm sistemin grafiksel bir temsilini oluşturabiliriz.

Alt sistemler bir seri devre oluşturmak için birleştirildiğinde, y(t)’ deki toplam çıktı , alt sistemler birlikte kademeli olarak gösterildiği gibi, giriş sinyali x(t)’ nin çarpımına eşdeğer olacaktır.

Seri Bağlantılı Elektronik Sistemler

elektronik sistemler

Seri bağlı sürekli zamanlı bir sistem için, birinci alt sistemin çıkış sinyali y(t) , “A” ikinci alt sistemin giriş sinyali olur, çıkışı üçüncü alt sistemin girişi olan “B” , “C” ve A x B x C vb. veren seri zinciri boyunca böyle devam eder .

Daha sonra orijinal giriş sinyali seri bağlı bir sistem aracılığıyla basamaklandırılır, bu nedenle iki seri bağlı alt sistem için eşdeğer tek çıkış, sistemlerin çarpımına eşit olacaktır, yani, y(t) = G 1 (s) x G 2 ( s) . Burada G , alt sistemin transfer fonksiyonunu temsil eder.

Bir sistemin “Transfer Fonksiyonu” teriminin, sistem girdisi ile çıktısı veya çıktısı/girdisi arasındaki matematiksel ilişki olarak tanımlandığını ve bu şekilde tanımlandığını ve dolayısıyla sistemin davranışını tanımladığını unutmayın.

Ayrıca, dizi halinde bağlanmış bir sistem için, bir dizi işlemi gerçekleştirilir sırası olarak giriş ve çıkış sinyalleri ile ilgili olarak önemli değildir; G 1 x (s ‘) G 2 (ler) ile aynı G 2 (lar) x G 1 (s) . Basit bir seri bağlı devre örneği, bir amplifikatörü ve ardından bir hoparlörü besleyen tek bir mikrofon olabilir.

Paralel Bağlantılı Elektronik Sistemler

elektronik sistemler

Paralel bağlı bir sürekli zamanlı sistem için, her alt sistem aynı giriş sinyalini alır ve bunların bireysel çıktıları, genel bir çıktı, y(t) üretmek için toplanır . Ardından, paralel bağlı iki alt sistem için, eşdeğer tek çıkış, iki ayrı girişin toplamı olacaktır, yani, y(t) = G 1 (s) + G 2 (s) .

Basit bir paralel bağlı devrenin bir örneği, bir amplifikatör ve hoparlör sistemini besleyen bir karıştırma masasına yani mixere beslenen birkaç mikrofon olabilir.

Elektronik Geri Besleme Sistemleri

Kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılan sistemlerin bir diğer önemli ara bağlantısı da “geri bildirim konfigürasyonu”dur. Geri besleme sistemlerinde, çıkış sinyalinin bir kısmı “geri beslenir” ve orijinal giriş sinyaline eklenir veya ondan çıkarılır. Sonuç, sistemin çıktısının, kararlılığı iyileştirmek için bir sistemin tepkisini değiştirmek amacıyla girdisini sürekli olarak değiştirmesi veya güncellemesidir. Bir geri bildirim sistemi, gösterildiği gibi, yaygın olarak “Kapalı Döngü Sistemi” olarak da adlandırılır.

Kapalı Döngü Geri Besleme Sistemi

elektronik sistemler

Geri besleme sistemleri, çoğu pratik elektronik sistem tasarımlarında, sistemi stabilize etmeye ve kontrolünü artırmaya yardımcı olmak için çokça kullanılmaktadır. Geri besleme döngüsü orijinal sinyalin değerini düşürürse, geri besleme döngüsü “negatif geri besleme” olarak bilinir. Geri besleme döngüsü orijinal sinyalin değerine eklenirse, geri besleme döngüsü “pozitif geri besleme” olarak bilinir.

Basit bir geri bildirim sistemine bir örnek, evdeki termostatik olarak kontrol edilen bir ısıtma sistemi olabilir. Ev çok sıcaksa, geri besleme döngüsü, daha serin hale getirmek için ısıtma sistemini “KAPALI” konuma getirecektir. Ev çok soğuksa, geri besleme döngüsü ısıtma sistemini daha sıcak hale getirmek için “AÇAR”. Bu durumda sistem, ısıtma sisteminden, hava sıcaklığından ve termostatik olarak kontrol edilen geri besleme döngüsünden oluşur.

Sistemlerin Transfer Fonksiyonu

elektronik sistemler

Herhangi bir alt sistem, gösterildiği gibi bir giriş ve çıkış içeren basit bir blok olarak temsil edilebilir. Genel olarak, giriş şu şekilde belirlenir: θi ve çıkış: θo . Çıktının girdiye oranı  , alt sistemin kazancını ( G ) temsil eder  ve bu nedenle şu şekilde tanımlanır: G = θo/θi

Bu durumda G , sistemin veya alt sistemin Transfer Fonksiyonunu temsil eder. Elektronik sistemleri transfer fonksiyonları açısından tartışırken, karmaşık operatör, s kullanılır, ardından kazanç denklemi şu şekilde yeniden yazılır: G(s) = θo(s)/θi(s)

Özetle

Basit bir Elektronik Sistemin bir girdi, bir süreç, bir çıktı ve muhtemelen geri beslemeden oluştuğunu gördük. Elektronik sistemler, her bir blok veya alt sistem arasındaki çizgilerin sistem boyunca bir sinyalin hem akışını hem de yönünü temsil ettiği, birbirine bağlı blok diyagramları kullanılarak temsil edilebilir.

Blok diyagramların basit tek bir sistemi temsil etmesi gerekmez, ancak birbirine bağlı birçok alt sistemden oluşan çok karmaşık sistemleri temsil edebilir. Bu alt sistemler, sinyallerin akışına bağlı olarak seri, paralel veya her ikisinin kombinasyonları halinde birbirine bağlanabilir.

Elektronik sinyallerin ve sistemlerin doğası gereği sürekli veya ayrık zamanlı olabileceğini ve analog, dijital veya her ikisi de olabileceğini gördük. Geri besleme döngüleri, daha iyi stabilite ve kontrol sağlayarak belirli bir sistemin performansını artırmak veya azaltmak için kullanılabilir. Kontrol, bir sistem değişkeninin referans değeri olarak adlandırılan belirli bir değere uymasını sağlama sürecidir.