Elektronika

Maturitní otázky

PASIVNÍ SOUČÁSTKY PRO ELEKTRONIKU (R,L,C), PASIVNÍ SOUČÁSTKY S NELINEÁRNÍ VA CHARAKTERISTIKOU

2.PASIVNÍ SOUČÁSTKY PRO ELEKTRONIKU (R,L,C), PASIVNÍ SOUČÁSTKY S NELINEÁRNÍ VA CHARAKTERISTIKOU

Rezistory

Vlastností je elektrický odpor žádané velikosti , respektive vodivost o velikosti , kde S – průřez;  l – délka vodiče

Ohmův zákon - udává vztah mezi proudem I a napětím U měřeným mezi koncovými průřezy vodiče pomocí veličiny, která vyjadřuje vlastnost vodiče a nazývá se odpor (rezistence).

Závislost odporu na teplotě - odpor se mění v závislosti na oteplení podle vzorce , kde R₁ je odpor při 20^oC.

Vlastnosti rezistorů:

Jmenovitý odpor - výrobcem předpokládaný odpor. Existují normalizované řady rezistorů E6, E12, E24, E48. Většinou se používá řada E12: 1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2

Tolerance - odchylka od jmenovité hodnoty.

Jmenovité zatížení - výkon, který se za určitých podmínek stanovených normou smí přeměnit na teplo aniž by teplota povrchu překročila přípustnou velikost.

Provozní zatížení - je určeno nejvyšší teplotou povrchu, při které ještě nenastávají trvalé změny jejího odporu a krácení jejího života.

Nejvyšší dovolené napětí - napětí mezi vývody. Při překročení napětí může dojít k poškození.

Teplotní součinitel - dovoluje určit změnu odporu způsobenou změnou teploty.

Šumové napětí - vzniká nerovnoměrným pohybem elektronů v materiálu, vlivem toho vznikají mezi vývody rezistoru malé, časově nepravidelné změny potenciálu - tzv. elektronický šum obvodu.

Povrchové šumové napětí - závisí na velikosti stejnosměrného napětí, přiloženého na rezistor.

-          podle hodnoty odporu:

-          pevné

-          proměnné (potenciometry)

-          podle technologie:

-          vrstvové

-          drátové

-          podle počtu vývodů:

-          se dvěma vývody

-          více než s dvěma vývody: otočné (jednoduché, dvojité (dva systémy v jednom pouzdře), tandemové (dva systémy ovládané současně)) a posuvné

Značky rezistorů:

Kondenzátory

Princip:

Po přivedení napětí na desky kondenzátoru, se atomy dielektrika se polarizují. Elektrony na desce se mezi sebou vzájemně odpuzují elektromagnetickými silami. Čím blíže jsou desky u sebe, tím více jsou elektrony přitahovány opačným pólem druhé desky a snaží se přeskočit na druhou stranu ® nemají už tolik síly se na desce mezi sebou odpuzovat ® na desku se vejde vedle sebe více elektronů ® větší kapacita. Desky kondenzátoru musí být alespoň minimálně tak daleko, aby se mezi ně elektrony vůbec vešly. Velikost kapacity je dána vztahem  ,  kde S – plocha desek; d – jejich vzdálenost

Vlastnosti kondenzátorů:

Jmenovitá kapacita - výrobcem udávaná kapacita

Provozní napětí - je největší napětí, které může být trvale na kondenzátoru připojeno, nepřesáhne-li teplota okolí 40°C, rovná se jmenovitému. Při vyšších teplotách je nutné napětí snížit.

Izolační odpor - odpor mezi elektrodami kondenzátoru měřeném při stejnosměrném napětí a teplotě 20°C

1GW¸100-ky GW

Tolerance – v % u vzdušných písmenem ±1% až ±20%, v pikofaradech, elektrolitická – je nesymetrická –10+30% Q, -20+80% Z

Jmenovité napětí

Provozní napětí – závislé na teplotě okolí

Poměrné provozní napětí -

Indukčnost – řádově jednotky až desítky mH – parazitní

Ideální kondenzátor - j = -90^o

Skutečný kondenzátor –            Sériově – fg d = U_r/U_c = wR_sC_s (ztrátový činitel), tg j = Q = 1/tg d ( činitel jakosti )

                                                         Paralelně – tg d = I_r/I_c = 1/wR_pC_p (ztrátový činitel)

Druhy kondenzátorů:

- Podle technologie:

- vzduchové: malá kapacita – dnes s nepoužívají

- papírové: baleno tak, aby kondenzátor měl co nejmenší indukčnost, malá odolnost vůči vysokému napětí

- metalizované: do 1mF

- slídové: elektrody napařené na tenké destičky z jakostní slídy (výborné dielektrikum), spojeny paralelně pro požadovanou kapacitu, malé ztráty, úzké tolerance, časová i teplotní stabilita), nelze je tvarovat ® příliš velké

- plastové: velká elektrická pevnost, malý ztrátový činitel, velký izolační odpor, nestálá kapacita vzhledem k teplotě

- keramické: teplotně stálé - nahradily slídové kondenzátory, nemůžou se vyrábět velké hodnoty pro VF, stálá ale menší kapacita řádově 1pF až 100pF (jednotky až stovky), dielektrikum tvoří keramika

- elektrolytické:

-          elektroda polarizována kladně, elektrolyt záporně

-          desky jsou hliníkoví (Al), dielektrikum je oxid desky kondenzátoru (Al₂O₃) -

-          elektrolit se nesmí napěťově namáhat a nesmí se přepólovat

-          většinou se přemosťují keramickým kondenzátorem kvůli setrvačnosti elektrolitu

-          keramický sbírá napěťové špičky.

-          málo přesné (±20%) a časem vysychají – proto se vyrábějí řady E6

-          mají poměrně velkou kapacitu

-          parazitní indukčnost L ® 0

-          parazitní odpor R je velmi malý ® velký svodový proud (nežádoucí)

- elektrolytické tantalové: - místo hliníku je tantal má velké ε_r

-          velmi malé rozměry

-          lepší časová i teplotní stabilita

-          větší odolnost vůči vysokému napětí, ale choulostivý na špičky

-          mají mnohonásobnou životnost

Podle použití:

- ladící - opakované změny kapacity, ( často,10-100 pF, vzduchové dielektrikum,jedna elektroda se zasouvá do

druhé )

- dolaďovací - občasné doladění obvodů ( nastavení,1-ky pF, trubičkové )

Paralelní spojení:                                                                Sériové spojení:

U =  U₁ = U₂ = ... U_n                                                           U = U₁ + U₂ + ... U_n

Q =  Q₁ + Q₂ + ... Q_n                                                             Q = Q₁ = Q₂ = ...Q_n

C  = C₁ + C₂ + ... C_n                                                  1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + ... 1/C_n

Cívky

Vytváří vlastní indukčnost definované velikosti.

               µ – magn. permeabilita µ = µ0.µr

                N – počet závitů

                l   – délka cívky

Skin efekt - povrchová vodivost. Při průchodu střídavého proudu vodičem vzniká v jeho okolí časově proměnné magnetické pole, toto pole vstupuje rovněž do téhož vodiče a indukuje v něm napětí, které při konstantní frekvenci proudu je tím větší, čím větším magnetickým polem je vodič obklopen. Indukované napětí je největší k ose vodiče a směrem k jeho povrchu se zmenšuje. Vlivem toho vznikají uvnitř vodiče proudy, které podle Lencova pravidla se snaží zmenšit změny, které je vyvolaly. Výsledkem je nerovnoměrné rozložení proudové hustoty ve vodiči. V prostředku vodiče je téměř nulová, na povrchu maximální.

 Jelikož je cívka tvořena smotaným drátem, má i určitý nezanedbatelný odpor, který způsobuje ztráty.

Proto u cívky určujeme tzv. činitel jakosti:  

Pro velkou jakost cívky a pro vysoké frekvence se používá stříbro, zlato a platina.

Značky cívek:

Druhy cívek:  - bez jádra - z pevného drátu (bez kostry, s kostrou), plošné cívky, 1-ky mH ® 1-ky mH (vyjímečně)

jednovrstvové a vícevrstvové

                       - s jádrem - nízkofrekvenční ( tlumivky, 1-ky H, jádra z transformačních plechů, pásků, které jsou oddělené lakem) a vysokofrekvenční (100-ky mH, feritové jádra – Fe, Co, Ni)

Indukčnost           - a) statická definice - magnetickým spřažením cívky a proudem L = y/I = N.f/I, H – Henry  ( změna 1A za 1S vyvolá indukované napětí 1V = 1H )

- b) dynamická definice - napětím indukovaným na cívce a časovou změnou proudu - L = m / (Di /Dt)

Jako jádra se používají materiály:

                               - železo (Fe) – do 1kHz

                               - mosaz – špatné feromagnetikum, ale lze ho použít i na vyšší frekvence

                               - feroty – do 100MHz

Ž = R + jwL

wL = reaktance, samostatná se vyskytuje jen u ideálních cívek

R_ss – stejnosměrný odpor

R_j – ztráty v jádře cívky

R_v – ztráty vyzářené do okolí

R_d – dielektrické ztráty

R_sk – přihlíží ke zvětšování odporu vodiče při zvýšení frekvence, skinefekt

U cívek bez jádra ( vzduch ) platí : R = R_ss

Ideální cívka - j = 90^o

Skutečná cívka – paralelně – tg j = I_l/I_r = R_p/wL_p = Q = 1/tg u - činitel jakosti

                                        sériově – Q = tg j = U_l/U_r = wL_s/R_s - činitel jakosti

Řazení jako u odporů.

Transformátory

Transformátor je elektrický netočivý stroj. Má jádro, primární vynutí a minimálně jedno sekundární vynutí. Má dvě funkce – transformace obvodových veličin ( proud,napětí a impedance ) a galvanické oddělení dvou obvodů. Transformují napětí podle poměru závitů. Skládají se z magnetických obvodů, ze vstupní (primární) cívky a z jedné nebo několika cívek výstupních (sekundárních).

Tvary jader transformátorů:

  1) typ Ei                                   2) typ M                                     3) typ C                                                4) typ Q

účinnost:               

max. 45%                               max. 50%                               max. 75%                                      až 90%

Tvar Ei a M se v minulosti používal nejčastěji, ale pro svoje vysoké ztráty a malou účinnost byly nahrazeny jádrem typu „C“.

5) Toroidní jádro

-          nemá žádný rozptyl magn. pole ® účinnost > 90%

-          lze ho použít pro vyšší frekvence

-          nelze navinou automatem ® musí se navíjet ručně ® větší cena

-          je velice malé (oproti stejně výkonným předchozím jádrům) a lze ho snadno přichytit

Funkce transformátoru:

Transformátorová rovnice: U_ef = 4,44.N.f.S_fe.B_max

             S_ž – průřez jádra

             N₁ – počet závitů

Ideální transformátor: S₁ = S₂

U₁I₁ = U₂I₂

1)       Transformace napětí

                Pozn: Na primární cívku se běžně dává na Ei jádra 10 závitů na 1 Volt.

2)       Transformace proudu

3)       Transformace impedance

                Impedance je přímo úměrná počtu závitů.

                      Z₁ ~ N₁            - vstupní impedance

                      Z₂ ~ N₂            - výstupní impedance

4)       Galvanické oddělení výstupního obvodu od vstupního

                Většinou na „C“ jádře.