Elektronika

velmi kvalitní, kapacity jednotky až desítky pF
papírové, metalizovaný papír – C = 100 pF až 1(F
plastová fólie – desítky pF až stovky nF
slídové – velmi kvalitní, až jednotky NF
keramické – do 200 nF, pro blokování, kvalitní. deskové
skleněné – pro průchodky, desítky,stovky pF
elektrolytické- (F až 100 mF, nekvalitní POLARIZACE !
tantalové – kvalitnější elektrolytické
Podle konstrukce : pevné, proměnné, dolaďovací
Podle elektrod : svitkové, válcové, deskové, průchodkové, bez drátových vývojů.
Cívka jako obvodová součástka. Definice cívky, sériové a paralelní náhradní schéma, definice hlavních parametrů. Výpočet jednovrstvé a vícevrstvé cívky, lineární cívky s jádrem a cívky s hrníčkovým jádrem.
Cívka je lineární symetrická dvojpólová součástka, která je nositelem fyzikální veličiny indukčnosti.
Mohou být různé konstrukce, ale ve své podstatě jde vždy o mnohonásobně svinutý vodič.
Protože je vinutá z vodiče, který nemá nulový odpor, je u cívek relativně velký parazitní odpor.
Náhradní schéma sériové
Do RS je započítán odpor vodiče, skin efekt,
hysterezní ztráty a všechny činné ztráty.

Náhradní schéma paralelní
pro Q (( 10 platí LS = LP RP = Q2*RS
Skin efekt – jev, který nastává ve vodičích, kterými protéká vysokofrekvenční proud. Nosiče náboje se přesouvají vyžšší rychlostí u povrchu vodiče, a uprostřed neprotéká proud skoro žádný. Odpor vodiče se tedy zvětší.
Konstrukce cívek
Cívky bez jádra-na dielektrické kostře nebo samostatné
mohou být válcové nebo toroidní
Cívky s jádrem – jádro zmenšuje magnetický odpor a rozptyl magnetického pole a zvyšuje indukčnost
Jádra : válcová, toroidní, hrníčková, speciální
Jádra jsou z měkkých feromagnetických materiálů s velkým (r, velkou linearitou a nízkými ztrátami.
Návrh cívek
Z definice indukčnosti vyplývá vztah, kterého lze použít pro návrh jednovrstvé cívky
S uzavřeným feritovým jádrem – hrníčková.
4. Řešení obvodů s nelineárním jednobranem pomocí grafickopočetní metody.
Graficko početní metoda se využívá při řešení obvodů s nelineárními prvky. Obvod skutečného zdroje napětí zobrazíme zatěžovací charakteristikou. Do stejného souřadnicového systému zobrazíme voltampérovou charakteristiku nelineárního prvku jako zátěž. Pracovní bod je v průsečíku lineární části zatěžovací charakteristiky a voltampérové charakteristiky nelineární části.
soustava charakteristik
1. kvadrant – výstupní charakteristika
3. kvadrant - vstupní charakteristika
2. kvadrant – převodní charakteristika
4. kvadrant – zpětná charakteristika
V-A charakteristiky nelineárních jednobranů nebývají dány analytickým předpisem, ale grafem nebo tabulkou. Z tohoto důvodu se řeší grafickopočetními metodami
Nastavení pracovního bodu
Známe pracovní bod a tedy i statické hodnoty proudu a napětí odečtené z grafu. Dále máme určitý zdroj napětí nebo proudu.
Používáme li sériové zapojení, musíme část napětí ztratit na odporu, kterým prochází proud pracovního bodu.
Používáme-li paralelní zapojení, musíme odporem odvést část proudu, na rezistoru je pracovní napětí.
Vyšetření pracovního bodu
a) pomocí zatěžovací charakteristiky – do VA charakteristiky vyneseme zatěžovací charakteristiku zdroje
(nahrazeného Théveninovou větou). Daný pracovní bod pak leží na průsečíku charakteristik.
b) Do v-VA char. zakreslíme VA char. odporu. sestrojíme součtovou charakteristiku. Na této char. najdeme proud I=IP
který odpovídá přiloženému napětí U0. Z průsečíků přímky IP z char. žárovky zjistíme UP, z průsečíku s char. odporu zjistíme UR.
6. Polovodiče; přechod PN; polovodičová dioda (plošné, hrotové, stabilizační) a jejich využití
Polovodič je A1_l%C3%A1tka" \o "Pevná látka" pevná látka, jejíž závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách, a dá se změnou těchto podmínek snadno ovlivnit. Změna vnějších podmínek znamená dodání některého z druhů – nejčastěji nebo , změnu vnitřních podmínek představuje příměs jiného v polovodiči.
Mezi polovodiče patří prvky , , , arsenid galia GaAs, sulfid olovnatý PbS, ad. Většina polovodičů jsou , existují však také polovodiče .
Přechod P-N je oblast na rozhraní typu P a polovodiče typu N. Přechod P-N se chová jako hradlo, tzn. propouští pouze jedním směrem.
Vlastností přechodu P-N se používá v součástkách - , ://cs.wikipedia.org/wiki/Tranzistor" \o "Tranzistor" tranzistoru, a dalších.
Princip činnosti přechodu P-N
Vznik vyprázdněné oblasti
V příměsovém polovodiči typu N je přebytek volných , v polovodiči typu P je přebytek kladných děr. Při spojení těchto polovodičů zaniknou rekombinací elektronu s kladnou dírou na rozhraní volné nosiče nábojů v oblasti určité šířky. Zbylé nepohyblivé zapříčiní vznik na přechodu PN. Směr elektrického pole je přitom takový, že brání zbylým volným nosičům nábojů pronikat přes rozhraní.
Zapojení v propustném směru
Jestliže se kladný pól připojí k polovodiči typu P a záporný pól k polovodiči typu N, dojde k zeslabení elektrického pole na přechodu P-N, případně k jeho úplnému zrušení, takže nosiče nábojů mohou přes rozhraní volně procházet. Přechod P-N propouští elektrický proud.
Zapojení v závěrném směru
Jestliže se kladný pól zdroje připojí k polovodiči typu N a záporný pól k polovodiči typu P, dojde k rozšíření vyprázdněné oblasti a zesílení elektrického pole na přechodu P-N, takže přechod nosičů nábojů přes rozhraní se ztíží. Přechod P-N nepropouští elektrický proud.
dioda se skládá ze dvou - jeden polovodič je typu N (katoda) a druhý polovodič je typu P (anoda). Na rozhraní polovodičů vznikne (hradlová vrstva), který v ideálním případě propouští proud pouze jedním směrem.
Základem diody bývá nebo destička, obohacená z jedné strany o prvek s pěti valenčními (, ), z druhé strany o prvek s třemi valenčními elektrony (, , llium" gallium, ). Vzájemným působením mezi se na přechodu P-N vytvoří vnitřní .
Použití polovodičové diody
Usměrňovací dioda - usměrnění střídavého proudu (samostatně nebo jako součást )
Stabilizační (Zenerova) dioda - vyrovnávání průběhu proudu ve stabilizačních obvodech
LED dioda - signalizace průchodu proudu (s nízkým nárokem na spotřebu) nebo zdroj světla např. v
Fotodioda - součást fotobuněk, polovodičových detektorů záření nebo
Jde o polovodičové součástky, které většinou obsahují jeden přechod PN nebo MS. Existují i diody obsahující více přechodů, ale pro určení vlastností součástky je rozhodující přechod jeden a ostatní mají pomocný význam. Na druhé straně existuje tzv. Gunnova dioda, která neobsahuje žádný přechod PN. Její princip spočívá v nerovnoměrném rozdělení koncentrací příměsí jednoho typu vodivosti (arsenik galia typu N). Při přiložení stejnosměrného napětí velké hodnoty se na ní vytvářejí elektrické kmity. Používá se v směšovačích u družicového přenosu. V praxi se diody rozdělují podle různých hledisek, které se vzájemně překrývají.
Z hlediska konstrukce:
hrotové
plošné (slitinové, difuzní, planární a Schottkyho)
mikroplošné
Podle použití:
usměrňovací (nízkovýkonové a výkonové)
detekční a spínací
stabilizační a referenční (tzv. Tenorový)
tunelové a inverzní
kapacitní (varikapy a varaktory)
luminiscenční (svítivé a laserové)
fotodiody
speciální diody
Jde tedy o polovodičové součástky, obsahující většinou jeden přechod PN opatřený dvojicí vývodů a pouzdrem. Vývod připojený k oblasti s vodivostí P se nazývá anoda a označuje se A, vývod připojený k oblasti s vodivostí N se nazývá katoda a označuje K.
Změny teploty přechodu odpovídající dovolenému rozmezí provozních teplot způsobují změny všech vlastností součástek. V polovodiči je zdrojem tepla přechod PN. Toto teplo se musí odvést do okolí. V běžných aplikacích se teplo odvádí do okolí pomocí hliníkových chladičů. (max. teplota polovodiče z germánia je 85°C, křemíkových asi 175°C. Při překročení těchto teplot dochází k poškození přechodu PN a tím i vlastní součástky)
Hrotové diody – využívají zdánlivě přechodu kov – polovodič. Ovšem jedná se o miniaturní přechod PN. Mezi tyto diody patří i z historie známý galenitový detektor (krystal), který se používal v prvních krystalových přijímačích – krystalkách.
Hrotové germaniové diody se vyrábějí z germánia typu N. Čtvercová, opracovaná destička Ge rozměru asi 1 x 1 x 0,1 mm připájí k držáku, který se umístí do skleněné trubičky. Proti ní se posunuje držák s esovitě zahnutým wolframovým drátkem s hrotem, na jehož konci je oblast s vodivostí typu P. V okamžiku, kdy dojde k přitlačení hrotu do germánia (dojde k elektrickému kontaktu), posut drátku se zastaví a skleněná trubička se na obou koncích zataví. Tato dioda se formuje elektrickým impulsem v propustém směru. Vlivem značné teploty se pod hrotem pozmění krystalická struktura a vznikne přechod PN.
Plošné diody – vyrábějí se několika technologiemi :
slitinová technologie – na základní destičku monokrystalu se položí legující materiál ve tvaru kuličky, válečku, … Destička se uloží do žíhací pece s interní atmosférou a zahřívá se na požadovanou hodnotu. U Ge je to 550°C u Si 1400°C. Legující látka se roztaví a slije se s částí zákl. materiálu, po vychladnutí a rekrystalizaci zůstane část legujícího materiálu v destičce, vytvoří inverzní oblast vůči původní a vznikne přechod PN.
difúzní technologie – jedná se o nejčastější technologii výroby přechodu PN. Spočívá v difúzi příměsí plynné nebo kapalné fáze do základní destičky při vyšších teplotách. Např. Si destička s požadovanou vodivostí N se vloží do plynné atmosféry s teplotou 1200°C a nechá se působit dotující plny (sloučenina fosforu pro P) tak dlouho, až dotující molekuly proniknou do požadované hloubky, která bývá 1 až 15μm. Na rozhraní obou prostředí vznikne přechod PN, který je pozvolný. U této technologie lze přesně řídit hloubku difúze v delsím časovém intervalu.
planární technologie – do krycí oxidové vrstvy se vyleptá otvor, a tím se potom provede na požadovaném místě příslušná difúze. Před leptáním se pokryje oxid fotocitlivou želatinovou emulzí (fotorezistem), ultrafialovou výbojkou se osvětlí přes masku místo, které se nemá leptat. Světlo vytvrdí lak, na neexponovaném místě se rozpouštědlem odstraní fotorezist a leptadlem se vyleptá v kysličníku stabilita jeho parametrů. Otvor se potom překryje napařeným hliníkem a přiboduje se vývodní elektroda (Au drát). Vzniklý přechod je tedy na povrchu chráněný.
Schottkyho dioda je typem plošné diody, která využívá přechodu kov-polovodič. Vedle kovu je polovodič typu N. Většinové elektrony při styku obou látek pronikají z polovodiče do kovu. Zde se vzhledem k jeho vodivosti rozptýlí a nevytvoří oblast prostorového náboje jako u přechodu PN. V polovodiči vznikne v blizkosti kovu tak silné odčerpání elektronů, že převládnou co do počtu menšinové nosiče (díry), dochází ke změně vodivosti z N na P, k tzv. inverzi vodivosti. V polovodiči tedy vznikne přechod s jednosměrným ventilovým účinkem. Po přiložení napětí v propustém směru (kladné napětí na kovu) přecházejí elektrony jako většinové nosiče přechodem do kovu, kde jsou zase většinovými nosiči a vlivem jeho vodivosti se ihned rozpýlí a nevytvoří nadbytečné nosiče.
Stabilizační diody – používáme je ke stabilizaci napětí při kolísání vstupního napětí nebo při proměnné zátěži. Přitom zanedbáváme vliv teploty okolí.
7. Použití plošných polovodičových diod (usměrňovače – jednopulzní, dvojpulzní, můstkové zapojení; zdvojovače a násobiče
Usměrňovač je elektrické zařízení, které se používá k přeměně na . Protože elektronické obvody ke své činnosti obvykle potřebují stejnosměrný proud a k distribuci elektrické energie se využívá proud střídavý, bývá usměrňovač součástí většiny elektrických přístrojů, napájených z .
Výstupní napětí má obvykle zvlněný průběh, proto je nutné jej ještě filtrovat, obvykle pomocí .
V současnosti se používají téměř výhradně polovodičové usměrňovače na bázi křemíku kterými byla ostatní zařízení prakticky vytlačena, i když není vyloučeno že vzniknou nová zařízení založená na silikon-karbidu jehož předpokládanou výhodou je možnost provozu při vyšší teplotě.
Zapojení usměrňovače
Jednocestný usměrňovač (jednopuzní) propouští pouze jednu půlvlnu vstupního napětí. Má tudíž pouze poloviční účinost a používá se především u zařízeních s velmi nízkým odběrem proudu. Jde o nejjednodušší zapojení usměrňovače, které vyžaduje pouze jednu .
Dvoucestný usměrňovač (dvoupulzní)propouští obě půlvlnu vstupního napětí. Pokud je usměrňovač připojen na s dvojitým sekundárním vinutím, je možné jej realizovat pomocí dvou diod.
V současné době se používají téměř výhradně usměrňovače křemíkové.
Pro průmyslové účely se na přeměnu střídavého na stejnosměrný proud používalo dříve také spojení a - (neboli Ward-Leonardovo soustrojí).
Z hlediska principu činnosti rozlišujeme tři typy usměrňovačů:
neřízený usměrňovač (diodový)
řízený usměrňovač (tyristorový, polořízený nebo plně řízený)
aktivní usměrňovač (na bázi IGBT tranzistorů)
Z hlediska připojení na napájecí síť lze rozlišit usměrňovače
jednofázové (jednocestný/jednopulsní, dvoucestný/dvoupulsní)
třífázové (šestipulsní nebo dvanáctipulsní)
vícefázové (v podstatě pouze teoretická možnost)
Nevýhodou klasických diodových nebo tyristorových usměrňovačů je, že odebírají ze sítě zkreslený nesinusový průběh proudu. Tuto nevýhodu řeší aktivní usměrňovače. Aktivní usměrňovače jsou sofistikovaná elektronická zařízení využívající , mají ve srovnání s klasickými usměrňovači vyšší ztráty a vyšší hodnotu usměrněného napětí, ale umožňují .
Nejpoužívanějším typem dvoucestného usměrňovače je Grätzův můstek (můstkové zapojení). Jde o zapojení využívající čtyři diody v můstkovém zapojení.
Násobič napětí je sestavený z a , který mění na o několikanásobně vyšší hodnotě.
Obvod je zapojen tak, aby jedna střídavého proudu nabíjela paralelně, a druhá (opačná) perioda je v sériovém zapojení vybila. Pro jednu dvojici diody s kondenzátorem vznikne na výstupu dvojnásobek vstupního napětí. Tento základní obvod je možno kaskádovitě opakovat a vytvořit tak výstup s mnohonásobně vyšším napětím.
Násobič napětí se využíval jako levná a malá náhražka za tam, kde byl třeba jen malý odběr proudu o vysokém napětí. Příkladem můžou být starší elektronické lapače hmyzu, v nichž se ze síťového napětí (220 V) vyrobilo napětí až několik tisíc , sloužící ke spalování hmyzu. Také některé televizory používají násobič napětí jako zdroj předpětí pro .
Toto zapojení se využívá rovněž ve fyzice a všude tam kde je třeba jednoduše vyrobit stejnosměrné , protože zajišťuje výhodné prostorové rozložení napětí. Na jednom stupni je v ideálním případě napětí odpovídající dvojnásobku amplitudy napětí zdroje ze kterého je napájen.
Obecně se zapojení na podobném principu nazývají ,, používají se v elektronice tam kde je potřeba levný zdroj napětí s nízkým výkonem. Např. může jít o konvertory úrovní pro sériovou linku standardu jako je obvod .
S ohledem na bezpečnost práce není při domácích experimentech vhodné toto zapojení připojovat přímo na síťové napětí.
Zdvojovač napětí
Zdvojovače napětí se používají k získání přibližně dvojnásobně velkého napětí, než které přichází na vstup. Na obr. 12.16 je ukázáno, že jde vlastně o dva jednocestné jednofázové usměrňovače s kapacitní zátěží zapojené svými vstupy paralelně a výstupy sériově. Činnost obvodu by měla být zřejmá z obrázku. Během kladné půlvlny vstupního harmonického napětí se nabíjí horní kapacitor, během záporné druhý. Na výstupu se napětí obou nabitých kapacitorů sčítají. Časové průběhy jsou odpovídající výše probraným typům usměrňovačů. Výstupní napětí a proud jsou zvlněné s dvojnásobně velkým zvlněním (sčítají se nejen napětí, ale i zvlnění). Návrh je analogický jednotlivým usměrňovačům, diody se dimenzují stejným způsobem. V závěrném směru pak platí (opět raději s rezervou), kde je opět střední hodnota výstupního napětí. Oba kapacitory mají stejné hodnoty kapacit a pro jejich návrh platí výše uvedené. Na obr. 12.16 je také vidět přechodný děj při zapnutí. Tečkovaně vyznačené proudy a ukazují cestu proudu v průběhu kladné a záporné půlvlny vstupního harmonického napětí.
8. Fce tranzistoru; činnost bipolárního tranzistoru (schéma); zapojení tranzistoru (SB, SC,SE), využití a vlastnosti
tranzistory – název ze dvou slov TRANsfer reZISTOR. Třívrstvá polovodičová součástka se třemi vývody, má zesilovací schopnost. Je z křemíku a gemania. Podle technologie výroby dva druhy unipolární (na vedení proudu se podílí pouze jeden typ nosičů) a bipolární (na vedení proudu oba typy nosičů)
bipolární tranzistor – je založen na principu injekce (vstřikování) a extrakce (odsávání) nosičů náboje, přičemž vedení proudu je uskutečňováno oběma typy nosičů, jak elektrony, tak děrami. Jde o třívrstvou polovodičovou součástku. Přechod PN, který je blíže k emitoru se nazývá emitorový a značí se JE. Blíže ke kolektoru se nazývá kolektorový a značí JC.
Činnost je možné rozdělit do čtyř (pěti) prac. režimů, které jsou určeny stavem obou přechodů. Pro tranzistor NPN.
I. rozpojený tranzistor. tranzistor jako spínač
II. jako zesilovač, buď od emitoru ke kolektoru II a nebo naopak II b
III. sepnutý tranzistor se otevře, nadbytek volných nosičů náboje