Effektutveckling mikrokontroller - skoluppgift

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
SirSkorpan
Inlägg: 6
Blev medlem: 13 maj 2010, 13:36:27

Effektutveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av SirSkorpan »

Hej,

Sitter och pluggar elektroteknik och har kört fast på en fråga. Jag ska beräkna effektutvecklingen i mikrokontrollern och summan av strömförbrukningen i kopplingen nedan:

Bild

HT1 är en högtalare, resistans i spole 10 ohm.
Högtalaren drivs av transistorn T1, som bottnar hårt då den leder
Basströmmen till T1 kommer från mikrokontrollerns PWM-utgång,
via resistorn R2 = 3,3 kohm, och består av ett pulståg med hög nivå 50% av tiden, så att högtalaren ger en ton.
Pulstågets frekvens är 1 kHz.
Lysdioden matas med ström via resistorn R1 = 430 ohm och lyser med fast sken då högtalaren tjuter.

Sen har man fått ett datablad för mikrokontrollern:
Bild

När jag räknar ska jag utgå från att alla kringkomponenter är aktiverade av mikrokontrollern.

Jag tänkte mig först att jag räknar först effekten i grenen med dioden och R1 strömmen i grenen borde jag få med ohms lag och effekten för R1 borde vara strömmen i kvadrat gånger R1's resistans. Effekten för dioden borde bli spänningen över den gånger strömmen i grenen.

Sen räknade jag effekten i nästa gren (pwm0 fram till transistorn) när spänningen är som högst. Jag tolkade databladet att spänningen som man får ut är 4.2V (när Vcc=5V) då borde spänningen över R2 vara 4.2-Ube, och strömmen i grenen fick jag ut med ohms lag. Effekten i grenen blev summan av de två komponenternas effekt R2 på samma sätt som R1 och transistorn Ube*strömmen i grenen.

Den sista grenen (med högtalaren på) den drar väl ingen effekt från mikrokontrollern? Den styrs väl bara av transistorn (som styrs av MC)? Eller har jag fel?

Strömmen tänkte jag mig att den borde gå att beräkna på liknande sätt, som summan av grenarnas strömmar. Fast här tänkte jag mig att grenen med högtalaren borde vara med eftersom de frågar om hela koppligen?

Är så gott som nybörjare i ämnet och vore mycket tacksam för hjälp, så jag hoppas det finns någon kunnig vänlig själ här på forumet.
Väl Mött!
/Skorpan
Senast redigerad av SirSkorpan 13 maj 2010, 17:34:02, redigerad totalt 1 gång.
sodjan
EF Sponsor
Inlägg: 43288
Blev medlem: 10 maj 2005, 16:29:20
Ort: Söderköping

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av sodjan »

Glöm inte spänningsfallet över lysdioden då du beräknar strömmen där.

> Den sista grenen (med högtalaren på) den drar väl ingen effekt från mikrokontrollern?

Jo, det går ström genom R2 och genom B-E övergången (fungerar i princip
som en diod med 0.7 V spänningsfall). Räkna strömmen efter det.

Lysdioden samt bas-motståndet ger en ström ström till/från mikrokontrollern,
men det spelar ju ingen roll igentligen. Det blir samma totalström oavsett
om lysdioden kopplas till PE.0 eller om du lägger den direkt till GND direkt.

Du får 4 strömmar att summera.
- Mikrokontrollerns egen strömförbrukning.
- Strömmen genom lysdioden.
- Strömmen genom bas-motståndet.
- Strömmen genom högtalaren.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26786
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Starup (Haderslev), Danmark

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av Icecap »

Får jag bara inflika att detta inlägg verkar vara mönsterupplägget av skolarbete. :bravo: :tumupp:

Bra beskrivning, uträkningar och förklaringar samt en önskan om ledtrådar, att sedan vissa delar är fel antagit är en annan sak.

Att min. Vh är 4,2V betyder att "1" inte kan vara under 4,2V, alltså ska man egentligen räkna 5V för att ha "worst case".
sodjan
EF Sponsor
Inlägg: 43288
Blev medlem: 10 maj 2005, 16:29:20
Ort: Söderköping

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av sodjan »

För att komplettera Icecap's inlägg lite...

> Jag tolkade databladet att spänningen som man får ut är 4.2V (när Vcc=5V)

*OCH* då det som står under "Conditions" gäller !!
D.v.s då du belaster porten/pinnen med 20 mA. Jag tror inte att
du ens kommer i närheten av 20mA genom bas-motståndet...
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11108
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av prototypen »

Hur ni är räknar så måste ni räkna effekten på 5 V för det blir ju en lite förlust i den övre transistorn inne i µC också. Effekten blir VOH-VBE / R2 * 5V. Enklast vore om man fick veta Rdson för den övre transistorn i µC.

Protte
bearing
Inlägg: 11687
Blev medlem: 2 mars 2006, 01:01:45
Ort: Ängelholm

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av bearing »

Rds-on_max för övre transistorn borde ju vara (5-4.2)/0.020 ohm = 40 ohm vid 5V. Jag har en gång mätt Rds-on för övre switchen på en ATmega till 25 ohm.
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11108
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av prototypen »

Men då har vi 40Ω + R2 + den dynamiska resistansen i transistorn. Vi skulle behöva få veta den ideala bas-emitter diodens spänningsfall.

Fy så mycket räknande för en skoluppgift, sätt dit en 1 A 7805 så räcker det.

Protte
SirSkorpan
Inlägg: 6
Blev medlem: 13 maj 2010, 13:36:27

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av SirSkorpan »

Oj, här hade det ju kommit flera stycken svar, tackar för det! :D
Glöm inte spänningsfallet över lysdioden då du beräknar strömmen där.
Jag trodde att det var det som var Uf. I början av grenen har vi väl 5V efter resistansen har väl potentialen sjunkit ytterligare och Uf är väl sista fallet ner till 0?
Att min. Vh är 4,2V betyder att "1" inte kan vara under 4,2V, alltså ska man egentligen räkna 5V för att ha "worst case".
ok 4,2V är alltså minsta spänningen man får ut när man skickar ett från/till kontrollern?! Men hur vet jag att det är 5V som är värsta? kommer det sig av att Vcc=5?

Alltså jag tänker mig så att jag delar upp det i tre grenar som nedan. Där jag tänker mig att gren 1 och 2 är de som drar effekt från kontrollern (utgångsidan på transistorn (gren 3) tänker jag mig att den inte borde spela roll för effekten från kontrollern eller?)
Bild

Om jag gör så får jag alltså i gren 1:
If = (5-Uf)/R1
P1 = If² * R1+If*Uf

I gren 2:
Ib = (5-Ube)/R2
P2 = Ib^2*R2+Ib*Ube

Och då tänker jag mig att total effektutvecklingen i mikrokontrollern är:
Ptot=P1+P2

Det verkar inte stämma så jag missar uppenbarligen nått men jag är inte säker på vad.

Tack igen för alla svar!
Väl Mött!
/Skorpan
sodjan
EF Sponsor
Inlägg: 43288
Blev medlem: 10 maj 2005, 16:29:20
Ort: Söderköping

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av sodjan »

> Och då tänker jag mig att total effektutvecklingen i mikrokontrollern är:
> Ptot=P1+P2

Plus effekten från mikrokontrollerns *egen* strömförbrukning.
Alltså Icc i det som du postade i första inlägget.

> Det verkar inte stämma...

Hur vet du det ? Stämma mot vadå ? Har du "facit" ?
SirSkorpan
Inlägg: 6
Blev medlem: 13 maj 2010, 13:36:27

Re: Effektuveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av SirSkorpan »

inte facit däremot en sida där man kan posta sitt svarsförslag och så talar den om ifall det är rätt eller fel.

så Icc*Vcc är den effekten som mikrokontrollern själv förbrukar?
sodjan
EF Sponsor
Inlägg: 43288
Blev medlem: 10 maj 2005, 16:29:20
Ort: Söderköping

Re: Effektutveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av sodjan »

Ja, vid de förhållanden som är specade (8 Mhz och 5 V).
Användarvisningsbild
Swech
EF Sponsor
Inlägg: 4765
Blev medlem: 6 november 2006, 21:43:35
Ort: Munkedal, Sverige (Sweden)
Kontakt:

Re: Effektutveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av Swech »

Vart är beräkningen att effekten = processor + (total effekt för led+tuta) /2 eftersom du kör fyrkantsvåg 50% ?

Swech
SirSkorpan
Inlägg: 6
Blev medlem: 13 maj 2010, 13:36:27

Re: Effektutveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av SirSkorpan »

Hejsan igen,

Skrev tentan på detta idag och kom på att jag aldrig skrev hur det gick med uppgiften. Fick den, till stor del, förklarad av professorn ett par dagar efter att jag ställt frågan här. Han pekade ut att man måste se det som en krets (måste och måste men det vart väldigt klart då i alla fall). Alltså bilden nedan visar hur man kunde se på problemet. Den lilla fyrkanten är en spänningskälla vilken som helst som ger 5V.

Bild

Alltså, strömmen som går genom kretsen delas upp i fyra grenar. Spänningsfallet genom kretsen (om man följer I3) är 5V och I3 är 19mA så effekten förbrukad i själva mikrokontrollern är: P3=5V*19mA=95mW
strömmen I2 beräknas som U2/R2. U2 = 4,2-0,7=3,5V
I2=3,5V/3,3kohm=1.06mA

spänningsfallet från Vcc till PWM0 är 5-4.2=0.8V effekten förbrukad i mikrokontrolern blir: P2=0.8V*1.06mA/2=0.42mW delar på 2 eftersom vi har 50% fyrkantsvåg.

I1 beräknas på samma sätt som I2 (fast såklart över R1):
I1=(5-1.5-0.7)V/0.430kohm=6.51mA

(Här är jag inte riktigt säker dock någon får gärna förklara, ska kontakten PE0 (inringad) kopplas in på samma ledning som I2 och I3 går i eller kommer den nån annanstans ifrån? Den skickar ju ut spänning men strömmen går åt andra hållet). Här gör man ju inte riktigt som tidigare dvs man tar inte spänningsfallet från Vcc utan man tar spänningen direkt från kontakten hur kommer det sig?

Effekten blir i alla fall P1=0.7*6.51mA=4.56mW (delas inte med 2 då dioden skulle lysa stadigt).

så Ptot=P1+P2+P3=4,56+95+0,42=100mW (i mikrokontrollern)
I4=(5-0,2)/0.01kOhm=480mA (genom högtalaren)
strömmen blir Itot =I1+I2+I3+I4=6.51+19+1.06/2+480/2=266mA
(delar strömmen genom R2 och högtalaren på 2 pga fyrkantsström 50%)

Det skulle alltså vara rätt svar. Om nån skulle kunna förklara min lilla fundering om PE0 och P1 (varför man använder 0.7V och inte skillnaden 5-0.7V) så vore det jätte schysst. Tack för all hjälp och alla svar!

Väl Mött!
/Skorpan
Senast redigerad av SirSkorpan 28 maj 2010, 14:35:24, redigerad totalt 1 gång.
Mindmapper
Inlägg: 7231
Blev medlem: 31 augusti 2006, 16:42:43
Ort: Jamtland

Re: Effektutveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av Mindmapper »

Strömmen I1 flyter från +5V genom resistorn och dioden. För att få en sluten krets måste stömmen komma tillbaka till batteriets - pol. Strömmen går alltså genom PE.0 när den är låg, och leds då ner till GND inne i MCU. Du har ett litet spänningsfall mellan PE.0och GND. Titta i databladet. Tycker dock 0,7V var mycket men ok "vorst case".

För P1 ser jag ej frågan.

Titta på sidan 5 här

http://inghome.hj.se/~enk_bygg/logik.pdf
SirSkorpan
Inlägg: 6
Blev medlem: 13 maj 2010, 13:36:27

Re: Effektutveckling mikrokontroller - skoluppgift

Inlägg av SirSkorpan »

Ah ok så man kan tänka sig att I1 har en egen kabel från PE.0 till jord och att 0.7V är den spänning som är kvar efter 5V efter att I1 gått igenom R1 och dioden, alltså är spänningsfallet i mikrokontrollern 0.7V (eftersom den går ner till 0V (jord)). Och det är därför man använder 0.7*I1 när man vill ha effektutvecklingen i mikrokontrollern (det var det som var min fundering angående P1, förtydligade lite ovanför nu). Jag tror jag är med :)

Tack så mycket Mindmapper (och alla andra som tagit sig tid och skrivit i tråden)!! :)

Väl Mött!
/Skorpan
Skriv svar