- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiál4. SEMESTR
1. Úvod do elektroniky, historie, časový průběh napětí, elektrické obvody
Úvod do elektroniky – Elektronika je oblast vědy a techniky zabývající se studiem a využíváním jevů elektrické vodivosti ve vakuu, plynech a polovodičích. Obvykle dělíme elektroniku do tří oblastí:
Fyzikální (teoretická) elektronika – zkoumá principy vodivosti ve výše uvedených prostředích.
Technická elektronika – zabývá se teorií a praxí součástek, které vycházejí z těchto principů, tj. využívají ke své funkci fyzikálních jevů pohybu nosičů elektrického náboje ve vakuu (elektronka), nebo v plynech (výbojka) nebo v polovodičích (tranzistor).
Aplikovaná elektronika – zabývá se elektronickými obvody, tj. obvody, které obsahují elektronické součástky (v diskrétním nebo integrovaném provedení) takové látkové struktury, které k účelovému řízení elektrického proudu nebo elektromagnetického záření využívají elektronu. Rychlý rozvoj a rozšiřující se využití elektroniky v nejrůznějších oblastech vedl ke vzniku tzv. hraničních oborů těsně souvisejících s elektronikou. Jedná se např. o optoelektroniku, chemotroniku, magnetoniku. Kvantová elektronika studuje a využívá vzájemné interakce fotonů a elektronů (lasery, tunelový jev), částečně se překrývá s optoelektronikou.
V běžné technické mluvě se pod pojmem elektronika rozumějí nejčastěji různé druhy elektronických obvodů a ty se třídí jednak podle druhu signálu (analogová, impulsová a číslicová elektronika), jednak podle oblasti použití (průmyslová, lékařská, vojenská, … nebo obecněji spotřební a investiční elektronika), jednak podle funkčního hlediska na informační (měřící, řídící, sdělovací, apod.) a na výkonovou (sloužící pro přeměnu a přenos elektrické energie)
Elektrické obvody – jsou konstrukční útvary vzniklé spojením elektronických součástek se zdrojem elektrické energie. Jejich dalším účelově zaměřeným seskupováním jsou vytvářeny útvary vyšší – elektronická zařízení – zpracovávají signály buď analogové nebo číslicové (případně obojí), nebo tyto signály vytvářejí.
Obvodová součástka (elektronický prvek) je neoddělitelná součást obvodu, která má přesně dané elektrické vlastnosti (parametry). Těmito parametry může být např. nejen odpor rezistoru či kapacita kondensátoru, ale i prahové napětí diody či proudové zesílení tranzistoru.
Součástky můžeme posuzovat podle několika hledisek.
podle voltampérové charakteristiky je dělíme na
lineární prvky – jejichž základní parametr (kapacita, indukčnost) nezávisí na procházejícím proudu či napětí, mají lineární V-A charakteristiku a platí zde Ohmův z.
nelineární prvky – u kterých existuje závislost základního parametru na procházejícím proudu nebo přiloženém napětí. Chování těchto prvků se znázorňuje graficky, tzv. voltampérovou charakteristikou; jedná se o křivku závislosti proudu, který prvkem protéká na přiloženém napětí nebo opačně. V-A charakteristika nabývá různých tvarů (dioda, tranzistor, tyristor).
z hlediska množství vývodu, kterými je prvek připojen do obvodu, rozlišujeme
dvojpóly – odpory, diody
čtyřpóly – transformátory
vícepóly – integrované obvody
z energetického hlediska můžeme prvky rozdělit na:-
pasivní – mají elektrické vlastnosti stálé a v širokých mezích nezávislé na přiváděném proudu či napětí. V obvodu se chovají jako spotřebiče elektrické energie (odpor, kondenzátor)
aktivní – jejich elektrické vlastnosti jsou proměnlivé a řiditelné změnou napětí nebo proudu přivedeného na jejich vývody (zprostředkovávají přenos energie ze stejnosměrného napájecího zdroje do střídavého signálu). V obvodu se chovají jako zdroje – do této skupiny řadíme tranzistory, některé druhy diod, atd.
podle frekvenční závislosti
kmitočtově závislé prvky - cívky, kondenzátory
kmitočtově nezávislé prvky - ostatní
Poměry, za kterých je prvek v elektrickém obvodu provozován, označujeme jako pracovní bod. Ten je určen napětím a proudem na prvku při jeho činnosti v obvodu.
Statický odpor – v jistém pracovním bodě je určen jako poměr napětí a proudu, které tomuto bodu odpovídají (neměnící se podmínky v okolí pracovního bodu)
Dynamický odpor – v určitém pracovním bodě je definován jako podíl změny napětí v okolí pracovního bodu a změny proudu odpovídající této změně napětí.
2. Obvodové součástky, dvojpóly, zdroje a spotřebiče, jednobran a dvojbran.
Elektronický obvod může správně, spolehlivě a bezpečně pracovat pouze proto, že jeho součástky (rezistory, kondenzátory, tranzistory), ze kterých se skládá jsou voleny podle určitých charakteristických vlastností (odpor, kapacita, atd.) a vzájemným pospojováním buď do série (za sebou) nebo paralelně (vedle sebe).
Obvodové součástky - zajišťují požadovanou činnost elektrického obvodu a jsou dále nedělitelné.Můžeme rozdělit na klasické a SMD. Při klasické montáži se vývody součástek nejprve vytvarují dle otvorů na desce plošných spojů (DPS), pak jsou umístěny na jednu stranu DPS a připájeny z druhé strany. Pájení je buď ruční a nebo strojní – pájecí vlnou.
Součástky SMD(Surface Mount Device) – součástky pro povrchovou montáž. Svým charakterem a provedením se odlišují od klasických součástek. Mají menší rozměry, jejich přívody se nezasouvají do děr ale pájejí se na DPS ze strany spojů. na svém povrchu jsou schopny bez poškození odolávat teplotám kolem 260°C po dobu nejméně 10 s a tím jsou určeny pro pájení v pájecích automatech. V současnosti se touto technologií osazuje kolem 60 – 70 % DPS, a to pro její nesporné výhody (zmenšuje se rozměr a hmotnost DPS, zmenšuje se počet prokovaných děr, zvětšuje se montážní hustota s možností oboustranné montáže,…) Součástky SMD jsou osazovány automatem. Tento automat musí být schopen osazovat různé součástky, přičemž jeho výkon při osazování musí být 10 tis. – 500 tis. součástek za hodinu.
Rozdělení elektronických součástek
1) Podle počtu vývodů, kterými se elektronická součástka zapojuje do elektronického obvodu (dvojpóly – rezistor, dioda; vícepóly - tranzistor)2) Podle počtu dvojic svorek (bran), které slouží k přivedení signálu do elektronické součástky a k následnému odvedení do další části elektronického obvodu (brány)3) Podle využití energie v elektronickém obvodě (aktivní (tranzistor) x pasivní(rezistor))a zdroje4) Podle závislosti obvodových veličin (lineární(rezistor) a nelineární (dioda))5) Podle frekvenční závislosti (odporové a reakční)Rezistor je pasivní (spotřebovává elektrickou energii, přesněji řečeno jí přeměňuje na teplo, které vyřazuje do prostoru) odporový lineární jednobran.Tranzistor je aktivní nelineární dvojbran a v elektronickém obvodu se stejnosměrným proudem (napájeným z monočlánku, baterie, napájecího zdroje s usměrňovačem) se chová jako spotřebič, tudíž je součástkou odporovou (v obvodech se stejnosměrným proudem).Naopak kondenzátory se při "nabíjení" chovají jako spotřebiče a při "vybíjení" naopak jako zdroje.Z toho pramení, že součástky musíme hodnotit vždy podle situace, ve které sledujeme jejich vlastnosti.
Dvojpóly – jedná se o elektrické obvody sestavené z různých elektronických prvků, které znázorňujeme jednoduchým čtvercem s vyvedenými svorkami. Toto zjednodušení nám umožňuje matematické řešení obvodů bez ohledu na to, jaké je tvoří obvodové součástky. Vlastnosti se posuzují podle vnějších obvodových veličin proudu a napětí. Z energetického hlediska je můžeme rozdělit na:
aktivní – obsahuje-li dvojpól kromě základních elektronických součástek i zdroj elektrické energie
pasivní – obsahuje-li dvojpól pouze pasivní součástky, které nemají vazby s vnějšími členy
Podle závislosti obvodových veličin, tj. podle A-V charakteristiky, se jednobrany rozdělují na:
lineární – skládají se z lin. součástek, tj. součástek, jejichž závislost mezi proudem a napětím lze vyjádřit lineární rovnicí U = Z * I.
nelineární – stačí aby alespoň jeden prvek tvořící jednobran byl nelineární a tím je celý jednobran nelineární.
Dvojpóly můžeme mezi sebou spojovat sériově nebo paralelně. Tímto spojením dostaneme nový dvojpól, jehož vlastnosti jsou dány vlastnostmi jednotlivých spolu spojených dvojpólů.
sériové spojení – oběma dvojpóly prochází stejný proud a celkové napětí je dáno součtem napětí na jednotlivých dvojpólech. Pro nově vzniklý dvojpól platí vztahy U = U1 + U2I = I1 = I2 = konstantní
Voltampérová charakteristika nově vzniklého dvojpólu se zjišťuje graficky z dílčích charakteristik dvojpólů 1 a 2 tak, že se bod po bodu při konstantním proudu sečítají napětí.
paralelní spojení – vznikne nový dvojpól, pro které platí vztahy I = I1 + I2U = U1 = U2 = konstantní
Nová voltampérová charakteristika se opět zjistí graficky součtem dílčích proudů dvojpólů 1 a 2 při konstantním napětí. V elektronic
Součástky, které zapojujeme dvěma vývody (svorkami) do elektronického obvodu jsou dvojpóly (např. rezistory).Po zapojení dvojpólu začne procházet elektrický proud právě zapojenou součástkou a na svorkách se vytvoří napětí (je závislé na proudu) a říká se mu svorkové. Konkrétní průběhy napětí a proudu charakterizují určitou součástku a podle charakteristiky můžeme určit zda se jedná o rezistor, kondensátor či jinou elektronickou součástku.Matematické vyjádření vztahu mezi proudem a napětím se nazývá: "Charakteristická rovnice součástky".Grafické vyjádření vztahu mezi proudem a napětím se nazývá: "Voltampérová charakteristika součástky". Voltampérová charakteristika se značí V-A charakteristika.Jednotlivé dvojpólové elektronické součástky se od sebe liší právě průběhem jejich charakteristik a podmínkami, při kterých můžeme dosáhnout určitých průběhů (např. frekvencí).Vícepólové elektronické součástky (např. tranzistory) zapojujeme do elektronického obvodu více než dvěma vývody.Tranzistor je trojpól, protože má tři elektrody (kolektor, editor a bázi).Transformátor je čtyřpól, protože primární cívka má dvě svorky a sekundární cívka má také dvě svorky (jedná-li se o transformátor jednofázový) a dohromady to tvoří čtyři svorky, tedy čtyř pól.Integrovaný obvod může mít vývodů "nespočetně", např. mikroprocesory do počítačů můžou až 300 vývodů ("nožiček") a proto se těmto součástkám přiřadil název vícepóly.U více pólu nelze chování elektronické součástky popsat jednou Voltampérovou charakteristikou. K vyjádření vlastností obecného npólu je nutné znát n nezávislých rovnic popř. V-A charakteristik
Jednobrany, dvojbrany a vícebrany
V některých vícepólových elektronických součástkách můžeme najít svorku, do které se uzavírají proudy procházející alespoň dvěma dalšími svorkami. Její potenciál slouží zpravidla jako pro určení napětí ostatních svorek. Jednotlivé svorky tvoří s touto společnou svorkou "dvojice", kterým se říká brány.Dvojice svorek, které slouží ke vstupu (přivedení) signálu se nazývají vstupní svorky (vstupní brána) a svorky odvedení signálu do další části elektronického obvodu se nazývají výstupní svorky (výstupní brána).Vícepóly, které splňují tyto vlastnosti nazýváme nbrany.Je zřejmé, že i vícepól s lichým vývodů (svorek) je tímto způsobem doplněn na nbran (např. tranzistor na dvojbran).Zřejmé je, že dvojpól můžeme ztotožnit s jednobranem (svorky dvojpólu tvoří jednu bránu).Termín čtyřpól již nemůžeme zaměňovat s termínem dvojbraň, protože dvojbrany jsou jen učitou skupinou obecnějších obvodů nazývaných čtyřpóly. Podobný vztah je mezi npóly a nbrany.
Součástky lineární a nelineární
Je-li grafem V-A charakteristiky dané elektronické součástky (např. rezistoru) přímka jde o přímou lineární úměrnost mezi napětím na součástce a proudem procházejícím elektronickou součástkou.Je zřejmé že zvětšíme-li stejnosměrné napětí 2x, 3x, nkrát, zvětší se i procházející stejnosměrný proud 2x, 3x, nkrát. Přivedeme-li mezi vývody součástky napětí, které má harmonický průběh. Při stálé frekvenci bude opět platit lineární úměrnost mezi okamžitými hodnotami napětí a proudu. Příčinou tohoto chování je skutečnost, že elektronická součástka má stále stejné vlastnosti, nezávislé na obvodových veličinách. Součástky, které splňují výše uvedené podmínky nazýváme lineární.Nelineární součástky mají V-A charakteristiku zakřivenou. Proto se u nelineární součástek udává V-A charakteristika grafem, místo hodnot v "tabulce", protože by byla značně rozsáhlá. Graf je sestaven z naměřených hodnot. Konkrétní průběh V-A charakteristiky závisí opět na druhu součástky a na podmínkách, při kterých byla V-A charakteristika zjištěna.Přivedeme-li mezi vývody nelineární součástky napětí harmonického průběhu bude mít procházející proud neharmonický, nelineárně (tvarově) zkreslený průběh, protože vlastnosti nelineární součástky jsou závislé na velikosti, popřípadě i na orientaci obvodových veličin.
Součástky odporové a reakční
Vlastnosti odporových elektronických součástek nejsou v širokých mezích závislé na frekvenci procházejícího proudu. Proto mají odporové součástky pro proud stejnosměrný i střídavý stejný průběh V-A charakteristiky.Vlastnosti reakčních součástek jsou na frekvenci závislé. Proto dostáváme pro každou frekvenci jiný průběh V-A charakteristiky. Kdybychom zjišťovali V-A charakteristiku cívky bez jádra, získali bychom opět přímkovou závislost produ na napětí. Při nulovém proudu je i svorkové napětí nulové a proto hledaná přímka prochází počátkem souřadnic. Sklon (směrnice) zjištěné přímky však závisí na frekvenci procházejícího proudu. Při nízké frekvenci vykazuje cívka malý odpor a při určitém napětí prochází vinutím cívky větší proud než při stejném napětí, avšak vyšší frekvenci, při které má cívka větší odpor.Vlastnosti nelineárních reakčních součástek jsou závislé na hodnotách působících obvodových veličin i na frekvenci. V-A charakteristiky jsou nelineární a jejich průběh je jinný pro každou frekvenci.
Náhradní schéma součástek
Znázorňuje všchny vlastnosti součástky, které se projevují činně, ale i skrytě (rezistivita, parazitní indukčnost či kapacitance).
Charakteristiky součástek
Graficky znázorňují závislost jedné veličiny na druhé veličině.Nejčastěji se jedná o Volt-Ampérovou charakteristiku (VA), při které je na ose X "vyneseno" napětí a na ose Y proud a "křivka" mezi jednotlivými osami vyjadřuje nejčastěji odpor či vodivost.
3. Řešení lineárních obvodů, lineární prvky, rezistory, kondensátory, cívky
Lin. obvod – obsahuje pouze lineární obvodové prvky
při jejich řešení používáme KZ a metody z nich vyplývající:
zákon – smyčkových proudů
- uzlových napětí
- lineární superpozice
hledáme-li napětí nebo proud na prvku elektrického obvodu. lze řešení značně zjednodušit použitím Théveninovy nebo Nortonovy poučky. Při řešení složitějších obvodů se někdy označuje Théveninova poučka jako Pollardův teoem. Pro řešwní el. obvodů používáme :
Théveninovu poučku
Nortonovu poučku
ekvivalenci zdrojů
Théveninova poučka – používá se pro řešení obvodů obsahujících pouze lineární prvky. Libovolný obvod složený z řady lineárních členů a mající 2 výstupní svorky se chová k zatěžovacímu rezistoru, který je připojen k těmto svorkám tak, jako by byl celý obvod tvořen jednoduchým ideálním zdrojem s napětím U0 spojeným v sérii s rezistorem představujícím vnitřní odpor Ri. Napětí náhradního zdroje U0 se rovná napětí na svorkách daného obvodu při odpojení zátěži (napětí naprázdno).
Vnitřní odpor Ri v náhradním obvodu se rovná odporu naměřeném mezi výstupními svorkami daného obvodu při odpojené zátěži, jsou-li všechny napěťové zdroje zkratovány a proudové zdroje vyřazeny.
Nortonova poučka – libovolný obvod složený z řady lineárních členů lze nahradit náhradním obvodem tvořeným zdrojem konstantního proudu I0, ke kterému je paralelně připojen rezistor představující vnitřní odpor Ri. Proud I0 náhradního zdroje se rovná proudu mezi svorkami obvodu, jsou-li spojeny nakrátko.
Vnitrní odpor Ri v náhradním obvodu určujeme obdobně jako při řešení pomocí Theveninovy poučky, tj. jako odpor, který bychom naměřili mezi výstupním svorkami původního obvodu při podpojené zátěži jsou-li všechny zdroje proudu v obvodu odpojeny a všechny zdroje napětí zkratovány.
1.KZ algebraický součet proudů v libovolnm místě elektrického obvodu se rovná nule.
2.KZ alg. součet všech svorkových napětí zdrojů a všech úbytků napětí na spotřebičích se rovná nule.
Rezistor je pasivní, elektrický, symetrický jednobran, který realizuje fyzikální veličinu elektrický odpor.
Vodič má odpor 1 tehdy, protýká-li jím stejnosměrný proud o velikosti 1 A při napětí 1 V.
Dělení :
podle počtu vývodů :
2 vývody (pevná nebo nastavitelná hodnota)
3 a více vývodů (pevná nebo nastavitelná hodnota)
Technologie :
drátové – na izolované kostře (válcové, keramické ) je navinut odporový drát z Konstantinu nebo manganinu. Slouží pro vyšší výkonové zatížení. Jsou konstruovány i s odbočkou či nastavitelné
vrstvené – jsou nejrozšířenější. Na keramickém tělísku je napařená odporová vrstva, je opatřena čepičkami, ke kterým se připojí vývody a celek se zalakuje velikost odporu se dostaví prodlužením odporové cesty např.spirálou.
tmelené – podobná konstrukce.
Kondenzátor je dvoupólová pasivní lineární symetrická součástka, která je nositelem fyzikální veličiny kapacity.
Jednotkou kapacity je Farad [F].Dělení :Podle dielektrika :vzduchové –
Vloženo: 26.04.2009
Velikost: 1,13 MB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Copyright 2024 unium.cz