elementy elektroniczne

Transkrypt

2016-02-22
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE
Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Katedra Elektroniki
ELEMENTY
ELEKTRONICZNE
dr inż. Piotr Dziurdzia
paw. C-3, pokój 413; tel. 617-27-02, [email protected]
dr inż. Ireneusz Brzozowski
paw. C-3, pokój 512; tel. 617-27-24, [email protected]
ELEMENTY ELEKTRONICZNE
CO JUŻ WIEMY, DO CZEGO BĘDĄ NAM POTRZEBNE ?
UkŁady
ELEMENTY
Teoria
obwodów
EiT 2016 r.
PD&IB
elektroniczne
elektroniczne
Elementy elektroniczne - wstęp
2
1
2016-02-22
ELEMENT a PRZYRZĄD
element – część składowa jakiejś całości
przyrząd – urządzenie techniczne służące do
wykonywania określonych
czynności, zwykle pomiarowych
(Słownik Języka Polskiego PWN - http://sjp.pwn.pl/)
EiT 2016 r.
PD&IB
3
ELEMENT a PRZYRZĄD
Element elektroniczny
Przyrząd elektroniczny
Najprostsza część układu
elektronicznego stanowiąca
konstrukcyjną całość, ma
pewne własności i spełnia
określoną elementarną funkcję
Funkcjonalny składnik układu
elektronicznego, często
składający się z kilku
elementów, ale spełniający
pewną funkcję w większym
układzie
(przewodzi prąd, wytwarza pole
elektryczne itd.)
często:
przyrząd półprzewodnikowy,
lampa elektronowa - przyrząd
próżniowy
ELEMENT  PRZYRZĄD
zwłaszcza w handlu 
EiT 2016 r.
PD&IB
4
2
2016-02-22
ELEMENT a PRZYRZĄD
Płytka układu scalonego –
zestaw odpowiednio
połączonych elementów
elektronicznych
Ta sama płytka układu scalonego
zamontowana w obudowie –
przyrząd elektroniczny: układ
scalony
Fotografie przedstawiają układ scalony zaprojektowany w Katedrze Elektroniki AGH i wykonany przez Europractice
EiT 2016 r.
PD&IB
5
UKŁAD ELEKTRONICZNY
układ
1. uporządkowany według określonych zasad lub właściwości szereg przedmiotów, zdarzeń
itp.; też: sposób uporządkowania lub rozmieszczenia czegoś
2. całość składająca się z powiązanych wzajemnie elementów
3. zespół części lub mechanizmów w maszynie albo urządzeniu wykonujący określoną pracę
4.
5.
6.
umowa, zwłaszcza między państwami
powiązania, relacje między ludźmi, państwami itp.
zespół narządów współpracujących ze sobą w wykonywaniu określonych funkcji w organizmie
Układ elektroniczny
Zbiór przyrządów elektronicznych odpowiednio ze sobą
połączonych w celu realizacji pewnego podstawowego
zadania, jakiejś pracy
(np.: wzmacnianie, generacja, stabilizacja napięcia lub prądu itd.)
EiT 2016 r.
PD&IB
6
3
2016-02-22
UKŁAD, SYSTEM, URZĄDZENIE itd.
system
1. układ elementów mający określoną strukturę i stanowiący logicznie
uporządkowaną całość
2. zespół wielu urządzeń, dróg, przewodów itp., funkcjonujących jako całość
3.
4.
5.
6.
7.
8.
narządy lub inne części żywego organizmu pełniące razem określoną funkcję
uporządkowany zbiór twierdzeń, poglądów, tworzących jakąś teorię
określony sposób wykonywania jakiejś czynności lub zasady organizacji czegoś
forma ustroju państwowego
zespół skał powstałych w ciągu jednego okresu geologicznego
log. całościowy i uporządkowany zespół zdań połączonych ze sobą stosunkami logicznego wynikania
System elektroniczny
Zbiór odpowiednio połączonych i współpracujących ze
sobą układów elektronicznych (często analogowych i
cyfrowych) w celu realizacji jakiegoś zadnia, funkcji
(system mikroprocesorowy, pomiarowy, akwizycji danych, itp.)
EiT 2016 r.
PD&IB
7
UKŁAD, SYSTEM, URZĄDZENIE itd.
urządzenie
1. mechanizm lub zespół mechanizmów, służący do wykonania określonych
czynności
2.
daw. wyposażenie jakiegoś pomieszczenia
Urządzenie elektroniczne
System bądź zbiór systemów i/lub układów
elektronicznych odpowiednio połączonych, stanowiących
funkcjonalną całość, służący do określonych celów i
mający własności użytkowe
(np.: telewizor, odtwarzacz CD, komputer itd.)
EiT 2016 r.
PD&IB
8
4
2016-02-22
element podstawowy
EiT 2016 r.
PD&IB
9
ELEMENTY ELEKTRONICZNE – KLOCKI LEGO
ELEKTRONIKI ?
PORÓWNANIE DO JĘZYKÓW PROGRAMOWANIA
Si, Ge,
GaAs
JĘZYKI OBIEKTOWE
ASEMBLER
0101
1100
EiT 2016 r.
PD&IB
MOVA, B
JUMP
JĘZYKI
WYŻSZEGO RZĘDU
FORTRAN
C
C++
JAVA
DELPHI
10
5
2016-02-22
…elektronika?
…elektrotechnika?
…automatyka?
…informatyka?
…telekomunikacja?
EiT 2016 r.
PD&IB
11
CO TO JEST ELEKTRONIKA ?
Elektronika – dziedzina techniki i nauki zajmującą
się wytwarzaniem i przetwarzaniem sygnałów
w postaci prądów i napięć elektrycznych lub
pól elektromagnetycznych. (Źródło: Wikipedia)
W elektronice istotna jest możliwość sterowania
ruchem elektronów w gazach, próżni i
półprzewodnikach.
EiT 2016 r.
PD&IB
12
6
2016-02-22
TROCHĘ HISTORII
OD KIEDY MÓWIMY O ELEKTRONICE ?
Pierwszą lampę wzmacniającą
opracował (1906 lub 1908) Lee de
Forest – była to TRIODA
Pierwszą lampę elektronową zbudował w roku
1904 John Ambrose Fleming - była to DIODA
EiT 2016 r.
PD&IB
Źródło: http://narrator.up.pl/
13
TROCHĘ HISTORII
PIERWSZY TRANZYSTOR
16.12.1947, Bell Telephone Laboratories
EiT 2016 r.
PD&IB
14
7
2016-02-22
TROCHĘ HISTORII
PIERWSZY UKŁAD SCALONY
07.1958, Jack Kilby, Texas Instruments
EiT 2016 r.
PD&IB
15
TROCHĘ HISTORII
PIERWSZY MIKROPROCESOR
1971, INTEL (INTegrated ELectronics)
Źródło: http://www.cpu-zone.com/4004.htm, Intel (http://www.intel.com/museum)
EiT 2016 r.
PD&IB
2300 tranzystorów,
technologia PMOS, bramka
10µm,
częstotliwość pracy 108kHz
16
8
2016-02-22
WSPÓŁCZESNOŚĆ
2,6 miliarda tranzystorów,
technologia CMOS ,
bramka 22nm,
tranzystory Tri-Gate 3D
częstotliwość pracy (max) 3,5 GHz
Źródło: INTEL
IA_2015 r.
PD&IB
17
WSPÓŁCZESNOŚĆ
SYSTEMY NA KRZEMIE (SOC)
EiT 2016 r.
PD&IB
18
9
2016-02-22
WSPÓŁCZESNOŚĆ
MIKROMASZYNY MEMS
1 µm
'Courtesy of Sandia National Laboratories, SUMMiT(TM) Technologies, www.mems.sandia.gov'
EiT 2016 r.
PD&IB
19
KLASYFIKACJA ELEMENTÓW
ELEKTRONICZNYCH
EiT 2016 r.
PD&IB
20
10
2016-02-22
RÓŻNE SPOJRZENIA NA ELEMENTY
ELEKTRONICZNE
Projektant aplikacji
Fizyk technolog
Serwisant urządzeń
Źródło foto: http://www.zgapa.pl,
EiT 2016 r.
PD&IB
21
ZAKRES WYKŁADU
•
•
•
•
•
•
Rezystor, kondensator, cewka
Fizyka półprzewodników, złącze p-n
Dioda
Tranzystor unipolarny
Tranzystor bipolarny
Elementy bezzłączowe i inne elementy
półprzewodnikowe
termistor, piezorezystor, gaussotron, hallotron
IGBT, tyrystor, triak, V-MOS, D-MOS, moduł Peltiera, CCD i inne
• Elementy elektroniczne w układach scalonych
EiT 2016 r.
PD&IB
22
11
2016-02-22
ORGANIZACJA PRZEDMIOTU
• Wykład
– Egzamin
będzie przeprowadzony w formie pisemnej lub ustnej
• Laboratorium
– Zaliczenie
wykonanie ćwiczeń lab. przewidzianych programem zajęć
laboratoryjnych i zaliczenie kolokwiów
Ocena końcowa będzie obliczana jako średnia ważona
z ocen uzyskanych
z egzaminu (60%) i zaliczenia laboratorium (40)
EiT 2016 r.
PD&IB
23
GDZIE SZUKAĆ WIEDZY?
• Wykład
• Biblioteka - podręczniki akademickie
– Marciniak W. „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone ”, Warszawa, WNT, 1987
– Polowczyk M., Klugmann E. „Przyrządy półprzewodnikowe”, Gdańsk, Wyd. PG, 2001
– Polowczyk M. „Elementy i przyrządy półprzewodnikowe powszechnego zastosowania”,
Warszawa, WKŁ, 1986
– Świt A., Pułtorak J. „Przyrządy półprzewodnikowe”, Warszawa, WNT, 1979
– Horowitz P., Hill W. „Sztuka elektroniki. Cz. 1”, Warszawa, WKŁ, 2003
– Tietze U., Schenk Ch. „Układy półprzewodnikowe”, Warszawa ,WNT, 2009
– Koprowski J. „Podstawowe przyrządy półprzewodnikowe”, Kraków, Wyd. AGH, 2009
– i inne
• Internet
– Strona przedmiotu
(http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl/test/index.php?option=com_content&view=article
&id=28:ee&catid=6:przedmioty&Itemid=3)
– Inne strony
EiT 2016 r.
PD&IB
24
12
2016-02-22
GDZIE SZUKAĆ INFORMACJI?
strona internetowa przedmiotu: http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl
EiT 2016 r.
PD&IB
25
REZYSTOR,
CEWKA,
KONDENSATOR
Elementy bierne
EiT 2016 r.
PD&IB
26
13
2016-02-22
REZYSTOR
przewlekane
EiT 2016 r.
PD&IB
SMD
Surface Mount Device
Elementy elektroniczne - rezystor
27
REZYSTOR
łac. resistere - stawiać opór
Rezystor stawia „opór” przepływającemu
prądowi przez obwód.
Charakteryzuje się rezystancją.
Im większa rezystancja tym mniejszy prąd
przepływa przez obwód.
EiT 2016 r.
PD&IB
28
14
2016-02-22
REZYSTOR
Po co komu element, który
przeszkadza
w przepływie prądu?
EiT 2016 r.
PD&IB
29
REZYSTOR - po co?
żaróweczka
kryptonowa
2,2V
0,47A
EiT 2016 r.
PD&IB
30
15
2016-02-22
REZYSTOR - po co?
żaróweczka
kryptonowa
2,2V
0,47A
EiT 2016 r.
PD&IB
31
REZYSTOR to
dwukońcówkowy (dwójnik) element bierny
rozpraszający, w którym zachodzi proces zamiany
energii elektrycznej na cieplną,
jego podstawowym parametrem jest rezystancja
Element bierny (pasywny) to odbiornik energii elektrycznej
• Całkowita energia doprowadzona do elementu w czasie od -∞ do t
jest nieujemna dla dowolnego charakteru napięcia na jego zaciskach i
prądu w tym elemencie.
• Do chwili doprowadzenia napięcia do zacisków elementu prąd w nim
nie płynie i na odwrót - na jego zaciskach nie ma napięcia przed
podłączeniem prądu.
EiT 2016 r.
PD&IB
32
16
2016-02-22
REZYSTOR – symbol graficzny
symbole używane na schematach
niezalecany
można łatwo pomylić
z cewką
EiT 2016 r.
PD&IB
33
REZYSTOR – opis matematyczny
Prawo Ohma
Natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne
do całkowitej siły elektromotorycznej w
obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów
(napięcia elektrycznego U) między końcami części
obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej.
I  U, I = GU,
I
U
R
G – współczynnik proporcjonalności: konduktancja [S]
1
R
– rezystancja []
G
EiT 2016 r.
PD&IB
Georg Simon Ohm
1789-1854
(Wikipedia)
34
17
2016-02-22
OPIS ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH
• Matematyczny – równanie: I = f ( U ) , p a r = f ( f )
• Graficzny – charakterystyka (wykres)
• Katalogowy – parametry
–
–
–
–
–
EiT 2016 r.
dopuszczalne (maksymalne napięcia i prądy nie niszczące)
charakterystyczne
termiczne
mechaniczne
inne
PD&IB
35
CHARAKTERYSTYKI
• Prądowo-napięciowe – wykres przedstawiający
prąd jako funkcję napięcia elementu
REZYSTOR
tg 
1
R
rezystor liniowy
EiT 2016 r.
PD&IB
rezystor nieliniowy
36
18
2016-02-22
CHARAKTERYSTYKI
• Częstotliwościowe – wykres charakterystycznego
parametru elementu w funkcji częstotliwości
REZYSTOR
EiT 2016 r.
PD&IB
37
CHARAKTERYSTYKI
• Czasowe – wykres odpowiedzi czasowej na jakieś
pobudzenie (napięcie lub prąd na wejściu)
REZYSTOR
UWE [V]
WEJŚCIE
U1
R
WE
WY
t [s]
UWE
UWY
UWY [V]
WYJŚCIE
U1
t [s]
EiT 2016 r.
PD&IB
38
19
2016-02-22
REZYSTOR – przykład c.d.
Jaka powinna być wartość rezystora,
aby żarówka dobrze świeciła?
żaróweczka
kryptonowa
2,2V
0,47A
U ak  I ż R  U ż
R
U ak  U ż
Iż
R = (12V – 2,2V) /0,47A = 20,85
EiT 2016 r.
PD&IB
39
PARAMERTY REZYSTORÓW
•
•
•
•
•
•
•
•
Rezystancja nominalna
Moc znamionowa
Napięcie dopuszczalne
Tolerancja
TWR (temperaturowy współczynnik rezystancji)
Współczynnik szumów
Gabaryty (wymiary)
Inne
EiT 2016 r.
PD&IB
40
20
2016-02-22
Rezystancja nominalna – wartość podawana
przez producenta (na obudowie)
Tolerancja – dopuszczalna różnica między
rzeczywistą wartością rezystancji a wartością
nominalną
Rnom ≠ Rrze
Rrze  [Rnom – tol, Rnom + tol]
Rnom – rezystancja nominalna, Rrze – rezystancja rzeczywista
EiT 2016 r.
PD&IB
41
żaróweczka
kryptonowa
2,2V
0,47A
0,47A
20,85
9,8V
Czy aby na pewno opornik nie uszkodzi się pod
wpływem przepływającego prądu?
PR = 9,8V  0,47A = 4,606W
moc wydzielana w rezystorze
EiT 2016 r.
PD&IB
42
21
2016-02-22
Moc znamionowa – wartość mocy, która może się
wydzielić w rezystorze w postaci ciepła (przy danej
temperaturze) i nie ulegnie on zniszczeniu.
Napięcie dopuszczalne – największa wartość napięcia
stałego (lub skuteczna napięcia przemiennego), którą
można doprowadzić do końcówek rezystora nie
powodując jego uszkodzenia.
Temperaturowy wsp. rezystancji (TWR, ang. TCR) określa zmiany rezystancji pod wpływem
dR
temperatury.
[ppm/K] (1ppm/K = 10-6/K)
TWR 
R  dT
EiT 2016 r.
PD&IB
43
OZNACZENIA REZYSTORÓW
• Napisy na obudowie
– kod literowo-cyfrowy
np.: 2R2  2,2, K91 910, 3K6  3,6k
– kod cyfrowy
np.:
EiT 2016 r.
PD&IB
202  20*102 = 2000 = 2k,
330  33*100 = 33,
1541  154*101 = 1,54k
często stosowany dla rezystorów SMD
44
22
2016-02-22
przykład
http://www.edw.com.pl/pdf/k01/02_09.pdf
0 ,22 
3,9 
75 
910 
1,8k 
62k 
470k 
5,6M 
36M 
1,54k 
43,2k 
931k
1,24M 
EiT 2016 r.
PD&IB
45
• Kod barwny (paskowy)
pierwsza cyfra
druga cyfra
tolerancja
mnożnik (liczba zer)
pierwsza cyfra
druga cyfra
trzecia cyfra
tolerancja
pierwsza cyfra
druga cyfra
trzecia cyfra
EiT 2016 r.
pierwsza cyfra
druga cyfra
TWR
tolerancja
PD&IB
brak – tolerancja: 20%
kolor
cyfra
mnożnik
tolerancja
TWR
srebrny
złoty
czarny
brązowy
czerwony
pomarańczowy
żółty
zielony
niebieski
fioletowy
szary
biały
brak
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
x10-2
x10-1
x100
x101
x102
x103
x104
x105
x106
x107
x108
x109
-
±10%
±5%
±1%
±2%
±15%
±0,5%
±0,25%
±0,1%
±20%
250ppm/K
100ppm/K
50ppm/K
25ppm/K
20ppm/K
10ppm/K
5ppm/K
1ppm/K
-
46
23
2016-02-22
• Kod barwny (paskowy)
EiT 2016 r.
PD&IB
kolor
cyfra
mnożnik
tolerancja
TWR
srebrny
złoty
czarny
brązowy
czerwony
pomarańczowy
żółty
zielony
niebieski
fioletowy
szary
biały
brak
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
x10-2
x10-1
x100
x101
x102
x103
x104
x105
x106
x107
x108
x109
-
±10%
±5%
±1%
±2%
±15%
±0,5%
±0,25%
±0,1%
±20%
250ppm/K
100ppm/K
50ppm/K
25ppm/K
20ppm/K
10ppm/K
5ppm/K
1ppm/K
-
47
WARTOSCI REZYSTORÓW
Po co tyle pasków do oznaczania rezystorów?
Jakie wartości rezystancji są dostępne
w sprzedaży?
Czy kupimy rezystor do naszego oświetlenia
o wartości rezystancji 20,85
20,85
pierwsza cyfra
druga cyfra
trzecia cyfra
EiT 2016 r.
PD&IB
żaróweczka
kryptonowa
2,2V
0,47A
TWR
tolerancja
48
24
2016-02-22
SZEREGI REZYSTORÓW
Wartości rezystancji nominalnej są
znormalizowane i tworzą szeregi liczbowe
oznaczone jako E3, E6, E12, E24 itd.
En
n – określa liczbę wartości na dekadę
ogólnie:
EiT 2016 r.
PD&IB
ai  ai 1 n 10
49
SZEREGI REZYSTORÓW
przykład
E6  n = 6
10
10
10  6 10  10 1,4678 ...  14,678...  15
15  6 10  15 1,4678 ...  22,016...  22
22  6 10  22 1,4678 ...  32,291...  33
33  6 10  33 1,4678 ...  48,437...  47
47  6 10  47 1,4678 ...  68,986...  68
68  6 10  68 1,4678 ...  99,810...  100
http://www.edw.com.pl/pdf/k01/02_09.pdf
EiT 2016 r.
PD&IB
50
25
2016-02-22
żaróweczka
kryptonowa
2,2V
0,47A
20,85
20,85
szereg:
E6 
E12 
E24 
E48 
E96 
E192 
EiT 2016 r.
PD&IB
22
22
22
21,5
21
20,8
51
REZYSTYWNOŚĆ
TAK
REZYSTYWNOŚĆ – rezystancja właściwa –
określa stopień przeciwdziałania
przepływowi prądu przez materiał. Cecha
każdego materiału przewodzącego.
EiT 2016 r.
PD&IB
52
26
2016-02-22
REZYSTYWNOŚĆ
z def.:
Rezystancja przewodnika wykonanego
z jednorodnego materiału o przekroju
poprzecznym 1 metra kwadratowego i
długości 1 metra.
oznaczenie:  , jednostka: [m]
l
d
rezystancja: R  
S
d2
S 
EiT 2016 r.
PD&IB
l
4
53
PODZIAŁ REZYSTORÓW
ze względu na funkcje:
a. stałe - stała wartość rezystancji
b. nastawne (potencjometry) – zmienna (regulowana) wartość
rezystancji
c. półprzewodnikowe
termistory (NTC,PTC), warystory, gausotrony, fotorezystory
ze względu na charakterystykę pradowo-napieciową:
a. liniowe
b. nieliniowe
ze względu na budowę:
a. drutowe
b. warstwowe
c. masowe (objętościowe)
EiT 2016 r.
PD&IB
54
27
2016-02-22
BUDOWA REZYSTORA
• drutowe – drut oporowy nawinięty na korpusie
– nikrotal (CrNi), kantal (CrAlFe), konstantan (CuNi) i inne
• warstwowe – warstwa oporowa naniesiona na korpus
– węglowe
– metalowe
• masowe – rezystor w całości (w całej objętości) jest
wykonany z materiału oporowego (np. węgla)
http://zwarcie.prv.pl/rezystor.htm
EiT 2016 r.
PD&IB
55
Przykra rzeczywistość
REZYSTOR RZECZYWISTY
• Elementy pasożytnicze rezystora rzeczywistego
 CR - pojemność własna (zwana również upływnością),
 LR - indukcyjność elementu oporowego
 Ls1, Ls2 - indukcyjność wyprowadzeń
EiT 2016 r.
PD&IB
56
28
2016-02-22
w Internecie
• artykuł o rezystorach
http://www.eres.alpha.pl/elektronika/readarticle.php?article_id=2 – cz1.
http://www.eres.alpha.pl/elektronika/readarticle.php?article_id=3 – cz.2
http://www.eres.alpha.pl/elektronika/readarticle.php?article_id=382 – cz.3
• dla początkujących – katalog rezystorów i oznaczenia
http://www.edw.com.pl/ea/rezystor.html
• podstawy elektroniki dla początkujących i zaawansowanych
http://www.edw.com.pl/index.php?module=ContentExpress&file=index&fun
c=display&ceid=60&meid=13
• dla hobbistów
http://www.elektronika.ne555.bitmar.net/o_nas.htm
EiT 2016 r.
PD&IB
57
Dwa kawałki drutu
W obwodzie elektrycznym:
to samo?
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne
58
29
2016-02-22
CEWKA
CEWKA to:
zachowawczy (konserwatywny) zdolny do
gromadzenia energii w polu magnetycznym,
jego podstawowym parametrem jest
indukcyjność
L
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - cewka
60
30
2016-02-22
INDUKCYJNOŚĆ
L
u

L – indukcyjność własna,
 - strumień skojarzony z cewką,
i - prąd płynący przez cewkę
i
d
dt
di
uL
dt
EiT 2016 r.
u – napięcie cewki (wartość chwilowa),
t – czas
napięcie jest proporcjonalne
do szybkości zmian prądu
PD&IB
61
CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM
P
R1
I
E
E
R1
dI
UL  L  0
dt
I
UL
L
w stanie ustalonym
EiT 2016 r.
PD&IB
62
31
2016-02-22
P
E
R1
dI
UL  L  0
dt
R1
I
I
E
UL
L
w stanie ustalonym
W układzie rzeczywistym napięcie
wzrośnie do takiej wartości, która
pozwoli na przepływ prądu – nastąpi
przebicie i uszkodzenie układu
EiT 2016 r.
po otwarciu klucza
U L  
dla cewki idealnej
PD&IB
63
P
IL
I
E
EiT 2016 r.
I 
R1
R2
PD&IB
UL
E
R1
UL  L
L
dI
0
dt
w stanie ustalonym
64
32
2016-02-22
P
I 
R1
IL
I
E
R2
UL
E
R1
UL  L
L
w stanie ustalonym
po otwarciu klucza
W tym układzie napięcie UL
wzrośnie do wartości –E, a
prąd będzie malał
wykładniczo –
cewka „rozładuje się” przez R2
EiT 2016 r.
dI
0
dt
U L   Ee

t

t
R 
IL  E 2 e 
R1
stała czasowa:  
PD&IB
L
R2
65
CEWKA IDEALNA
L
IL
Jeżeli:
UL  L
UL
Dla:
I L  const .
EiT 2016 r.
UL  0
t
IL
I L  A sin t 
PD&IB
to:
UL
IL
Dla:
dI L
dt
t
UL
t
U L  LA cost 
t
66
33
2016-02-22
CEWKA NIEIDEALNA
dla sygnałów zmiennych
sinusoidalnych napięcia i
prądy możemy przedstawić
w postaci wektorów
L
I
UL
UR
U
UL
Dobroć cewki
Q
EiT 2016 r.
UL
UR

IL
IR

U
L
R
I
UR
PD&IB
67
CEWKA I REZYSTOR
UKŁADY RL W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO
UKŁAD CAŁKUJĄCY
L
U1
R
UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY
U2
di
u
 u2 , i  2
L
dt
R 
R
du2
u1  
 u2
dt
1
U 2 s   U1 s 
1  s
R
U1

u1  L
EiT 2016 r.
PD&IB

L
L
R
du2
du
 u2   1
dt
dt
U 2 s   U1 s 
U2
s
1  s
68
34
2016-02-22
CEWKA I REZYSTOR
ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RL NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN NIEUSTALONY
UKŁAD CAŁKUJĄCY
U1
U2
U1
τ U2
t
τ
t


U 2 t   U1 1  e 

t
EiT 2016 r.
PD&IB




U 2 t   U 1e

t

69
Warto zapamiętać
dla R prąd jest proporcjonalny do
napięcia
dla L napięcie jest proporcjonalne do
szybkości zmian prądu
EiT 2016 r.
PD&IB
IR  UR
UL  L
1
R
dI L
dt
70
35
2016-02-22
KONDENSATOR
EiT 2016 r.
Elementy elektroniczne - kondensator
PD&IB
71
KONDENSATOR
Dla kondensatora płaskiego:
S
względna przenikalność
elektryczna dielektryka
przenikalność
powierzchnia płytek
elektryczna próżni
pojemność
kondensatora
C
odległość między
płytkami
EiT 2016 r.
PD&IB
 0 r S
d
d
72
36
2016-02-22
KONDENSATORY
kondensatory ceramiczne, foliowe, papierowe
kondensatory elektrolityczne
PARAMETRY:
- napięcie znamionowe UN
- stratność tg δ
- tolerancja %
- wartość pojemności C
Najczęściej spotykane jednostki: µF, nF, pF
EiT 2016 r.
PD&IB
-
+
73
KONDENSATOR to:
zachowawczy (konserwatywny) zdolny do
gromadzenia energii w polu elektrycznym,
jego podstawowym parametrem jest
pojemność
C
EiT 2016 r.
PD&IB
74
37
2016-02-22
KONDENSATOR
Kondensator idealny
IC C
C
UC
Q
U
dQ
dt
I
IC  C
dU C
dt
WARTO ZAPAMIĘTAĆ
dla R prąd jest proporcjonalny do napięcia
dla C prąd jest proporcjonalny do szybkości zmian napięcia
EiT 2016 r.
PD&IB
75
KONDENSATOR
IC C
Kondensator idealny
Jeżeli:
IC  C
UC
Dla:
IC
UC
U C  const .
Dla:
IC  0
t
UC
U C  A sin t 
EiT 2016 r.
dU C
dt to:
PD&IB
t
IC
t
I C  CA cost 
t
76
38
2016-02-22
KONDENSATOR
Kondensator nieidealny
UC
dla sygnałów zmiennych sinusoidalnych
napięcia i prądy możemy przedstawić w
postaci wektorów
C
I
R
IR
Stratność kondensatora
IC
δ
U
IR
1
tg 
 R 
I C UC RC
EiT 2016 r.
I
IC
UC
IR
PD&IB
77
KONDENSATOR I REZYSTOR
UKŁADY RC W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO
UKŁAD CAŁKUJĄCY
R
U1
U2
C
C
U1
EiT 2016 r.
PD&IB
U2
  RC
du
du
 2  u2   1
dt
dt
  RC
du
u1   2  u2
dt
U 2 s   U1 s 
R
1
1  s
U 2 s   U1 s 
s
1  s
78
39
2016-02-22
ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN NIEUSTALONY
UKŁAD CAŁKUJĄCY
U1
U2
U1
τ U2
t
τ
t


U 2 t   U1 1  e 

t
EiT 2016 r.




U 2 t   U 1e

t

PD&IB
79
ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN USTALONY
UKŁAD CAŁKUJĄCY
U1
R
U1
T
t
U2
UA
czy U2=UB ?
tak, jeżeli τ≈T
UB
t
czy U2=UA ?
tak, jeżeli τ>>T
czy U2=UC ?
tak, jeżeli τ<<T UC
t
C
t
EiT 2016 r.
PD&IB
80
40
2016-02-22
ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN USTALONY
U1
T
U1
t
C
R
U2
UA
t
czy U2=UB ?
tak, jeżeli τ≈T
czy U2=UA ?
tak, jeżeli τ>>T
czy U2=UC ?
tak, jeżeli τ<<T
EiT 2016 r.
UB
t
UC
t
PD&IB
81
UKŁAD CAŁKUJĄCY i RÓŻNICZKUJĄCY
LR
RC
U1
U1
EiT 2016 r.
R
C
U2
U1
L
R
  RC

CR
RL
C
PD&IB
R
U2
R
U2
L
R
L
82
41
2016-02-22
Warto zapamiętać
dla R prąd jest proporcjonalny do
napięcia
IR  UR
dla C prąd jest proporcjonalny do
szybkości zmian napięcia
IC  C
dla L napięcie jest proporcjonalne do
szybkości zmian prądu
UL  L
EiT 2016 r.
1
R
dU C
dt
dI L
dt
Elementy elektroniczne - RLC
PD&IB
83
KONDENSATORY
ZASTOSOWANIE KONDENSATORÓW
Dzięki zdolności do gromadzenia energii kondensatory wykazują
bezwładność i pozwalają na podtrzymywanie chwilowych wartości
napięcia w układach w których występuje impulsowy pobór prądu
(układy zasilające, przeciwzakłócające, itp.)
E
UL
RW
UC
E
IL
UL
C
RL
UC
t
EiT 2016 r.
PD&IB
84
42
2016-02-22
KONDENSATORY
KONDENSATORY SPRZĘGAJĄCE – blokują przenikanie składowych stałych
między źródłem sygnału (np. generator) i wzmacniaczem oraz
wzmacniaczem i odbiornikiem wzmocnionego sygnału (np. głośnik)
ZE[Ω]
CE
RE
RE
20dB/dek
2πRECE
f[Hz]
ZE=f(f)=?
EiT 2016 r.
PD&IB
85
KONDENSATORY
KONDENSATORY DO FILTRÓW – podstawowe elementy w układach
kształtujących charakterystyki częstotliwościowe (np. wzmacniaczy)
Filtr środkowoprzepustowy
EiT 2016 r.
PD&IB
Filtr górnoprzepustowy
86
43
2016-02-22
KONDENSATORY
KONDENSATORY w generatorach napięcia sinusoidalnego
VCC
f 
EiT 2016 r.
C
1
2 LC
L
PD&IB
87
KONDENSATORY
KONDENSATORY W UKŁADACH CZASOWYCH – właściwość zależności
napięciowo-prądowych w kondensatorach od czasu wykorzystywana jest
między innymi do określania związków czasowych w generatorach
przebiegów prostokątnych i piłokształtnych
IC  C
dU C
dt
UC 
1
I C dt
C
+
a
b UC
I
-I
EiT 2016 r.
PD&IB
a
-
b
I
t
UC E
a
K
b
a
t
-E
UO UO
E
t
-E
88
44
2016-02-22
KONDENSATORY
KONDENSATORY WYKORZYSTYWANE ZE SCALONYMI UKŁADAMI
CZASOWYMI – np. z timerem ‘555 do układów przerzutników astabilnych
i monostabilnych
Przerzutnik monostabilny
fm 
EiT 2016 r.
PD&IB
Przerzutnik astabilny
0,9
RC
fa 
1,44
RA  2 RB C
89
KONDENSATORY
GDZIE KONDENSATORY (POJEMNOŚCI) PRZESZKADZAJĄ?
Pojemności między elektrodami tranzystorów ograniczają maksymalną częstotliwość pracy
SYMBOL
Bipolarny
JFET
SCHEMAT
MAŁOSYGNAŁOWY
CZĘSTOTLIWOŚĆ
GRANICZNA
EiT 2016 r.
PD&IB
90
45
2016-02-22
KONDENSATORY
GDZIE KONDENSATORY (POJEMNOŚCI) PRZESZKADZAJĄ?
Pojemności pasożytnicze ścieżek sygnałowych oraz wejść bramek
cyfrowych powodują zwiększanie czasów propagacji
A
B
N
W układach CMOS
P  fCU 2
EiT 2016 r.
PD&IB
91
46

elementy elektroniczne

Transkrypt

Podobne dokumenty

Dynamika petli fazowej: ukady i systemy elektroniczne XXGKB

tramonto, riposo, vacanza, famiglia, sicurezza

Piątek 15 listopada 2013r. godz. 17.00