Urządzenia elektroniczne

ROZDZIAŁ I: Budowa urz dze
elektronicznych
Temat 1 : Układ elektroniczny. Schematy elektryczne.
Układem elektronicznym jest zespół elementów elektronicznych tworz cych pewn
cało
(któr umownie mo na rozwa a jako samodzielny obiekt fizyczny) i
wykonuj cych okre lone zadanie.
Przy konstruowaniu i analizie układów elektronicznych, podobnie jak w przypadku
układów elektrycznych, posługujemy si
rysunkami zwanymi schematami
elektrycznymi.
Schemat zasadniczy (ideowy) jest to rysunek przedstawiaj cy układ poł cze
elementów istotnych ze wzgl du na zasad (ide ) działania tego urz dzenia.
Schemat strukturalny natomiast zawiera symbole wszystkich elementów układu i
wszystkie poł czenia elektryczne pomi dzy jego elementami.
Schemat funkcjonalny przedstawia uproszczon budow układu elektronicznego w
postaci bloków funkcjonalnych i wzajemne relacje mi dzy nimi. Schemat funkcjonalny
ułatwia zrozumienie zasady działania zło onego układu elektronicznego.
Rys.1.1. Wzmacniacz tranzystorowy jednostopniowy: a) schemat strukturalny;
b) symbole funkcjonalne. u1 – napi cie wej ciowe, u2 – napi cie wyj ciowe,
T1 – tranzystor, C1, C2 – kondensatory, R1...R4 – rezystory.
Obydwa schematy okre laj ten sam wzmacniacz, ale ró ni si precyzj .
Trzy poziome kreski ze strzałk mi dzy rysunkami 1.1a i 1.1b oznaczaj , e symbole
funkcjonalne bloku z 1.1b s równowa ne schematowi strukturalnemu z rys.1.1a.
Schemat strukturalny wzmacniacza trójstopniowego jest skomplikowany, bo zawiera
du o elementów. W pierwszej chwili trudno si zorientowa w jego działaniu.
Podzielenie schematu liniami osiowymi na bloki funkcjonalne upraszcza ten problem.
Ka dy z bloków jest równie układem.
Rys.1.2. Wzmacniacz trójstopniowy: a) schemat strukturalny, b) schemat funkcjonalny
szczegółowy, c) schemat funkcjonalny uproszczony.
Tr – transformator; P – wył cznik; W1, W2, W3 – poszczególne stopnie wzmocnienia
wzmacniacza trójstopniowego W; Z – zasilacz; u1, u4 – napi cie wej ciowe i wyj ciowe; u2, u3 –
napi cia mi dzystopniowe
Temat 2 : Symbole graficzne elementów.
Elementami głównymi rysunków technicznych elektrycznych s oznaczenia i symbole.
Symbole graficzne elektryczne dzieli si na:
• ogólne,
• przedmiotowe,
• rozró niaj ce.
Symbole ogólne okre laj zjawiska wyst puj ce w elektryce. Symbole przedmiotowe
przedstawiaj obiekty elektryczne. Symbole rozró niaj ce okre laj zasady pracy
obiektów, rodzaj wykorzystywanego zjawiska lub jego wła ciwo ci.
Rysunki techniczne elektryczne i elektroniczne wykonane zgodnie z wytycznymi norm
mi dzynarodowych staj si zrozumiałe na całym wiecie i cz sto zawieraj niezb dne
informacje dotycz ce obiektów i wyrobów elektrycznych i elektronicznych.
Tabela 1.1. Symbole graficzne elementów stosowanych w elektrotechnice i elektronice:
ROZDZIAŁ I: Budowa urz dze
elektronicznych
Temat 3 : Układ automatyki. Poj cia i definicje.
Układy sterowania automatycznego:
• zamkni te układy sterowania (układy regulacji automatycznej),
• otwarte układy sterowania.
Cech szczególn układów regulacji automatycznej jest wyst powanie w nich ujemnego
sprz enia zwrotnego.
Otwarte układy sterowania nie przeciwdziałaj zakłóceniom oddziałuj cym na obiekt
sterowany, lecz steruj obiektem w sposób z góry zaplanowany, np. układ zdalnego
przeł czania programów TV za pomoc pilota.
Otwarty układ automatyki jest układem bez sprz enia zwrotnego.
Układ regulacji automatycznej jest układem ze sprz eniem zwrotnym.
Otwarty układ sterowania.
Rys. 3.1. Układ sterowania o wietleniem miejsca pracy
Rys.3.2. Schemat funkcjonalny układu sterowania o wietleniem z rys. 3.1
Sprz enie zwrotne.
Sprz enie zwrotne polega na wprowadzeniu na wej cie urz dzenia steruj cego
informacji o wielko ci wyj ciowej układu sterowania.
Układ sterowania ze sprz eniem zwrotnym nazywamy układem regulacji automatycznej
lub zamkni tym układem sterowania.
Rys.3.3. Schemat funkcjonalny ze sprz eniem zwrotnym z rys. 3.1. w przypadku funkcjonowania sprz enia
zwrotnego
ROZDZIAŁ I: Budowa urz dze
elektronicznych
Temat 4 : Układ regulacji automatycznej.
Rys.4.1.
elazko
elektryczne z
termoregulatorem: a) schemat zasadniczy; b)
charakterystyka pracy regulatora bimetalicznego.
Termoregulatorem w elazku jest bimetal. Bimetalem s dwie blaszki z dwóch ró nych
metali o ró nych współczynnikach rozszerzalno ci cieplnej, poł czone ze sob na stałe
(np. poprzez zgrzanie).
z
Rys.4.2. Przebiegi obserwowane w układzie regulacji temperatury elazka
=110OC, max = 300OC, H = 5OC; i – pr d grzejnika; – temperatura bimetalu,
s – temperatura stopy elazka, z – temperatura zadana.
Rys.4.3. Pływakowy regulator poziomu cieczy w zbiorniku. 1 – pływak, 2 – d wignia,
3 – zawór regulacyjny, 4 – prowadnica pływaka, 5 – pompa. p – ci nienie cieczy zasilaj cej,
h – poziom cieczy, Q, Qo – przepływy cieczy [m3/s lub m3/min], L – element słu cy do
zadawania poziomu hz.
Rys.4.4. Schemat funkcjonalny układu regulacji poziomu cieczy w zbiorniku.
hz – poziom zadany, h – poziom regulowany [m], Q – dopływ cieczy do zbiornika [m3/min],
Qo – odpływ cieczy, tzn. zakłócenie procesu regulacji [m3/min].
Rys.4.5. Przebiegi obserwowane w układzie regulacji poziomu wywołane skokow zmian warto ci zadanej hz,
a nast pnie skokowymi zmianami odpływu cieczy Qo.
hz – poziom zadany [m], h – poziom regulowany [m], Q – dopływ cieczy do zbiornika [m3/min]
Temat 5 : Rezonatory piezoelektryczne.
Zjawisko piezoelektryczne polega na tym, e pewne materiały krystaliczne
(piezoelektryki), np. kwarc, poddane odkształceniom mechanicznym staj si
ródłem pola elektrycznego. Pole to powstaje wskutek gromadzenia si
ró noimiennych ładunków elektrycznych na przeciwległych powierzchniach
płytki piezoelektryka, na które działaj siły zewn trzne.
Rys.5.1. Rezonator rzeczywisty i jego schemat zast pczy.
Rezonator jest skomplikowanym dwójnikiem rezonansowym, w którym
oprócz rezonansu szeregowego (drga mechanicznych) mo e zachodzi
równie
rezonans
elektryczny
równoległy
z
pojemno ci
mi dzyelektrodow C 0 .
Cz stotliwo ci rezonansu szeregowego f s i równoległego f r oraz dobro
rezonatora piezoelektrycznego Q p oblicza si z wzorów:
fs =
1
2 ⋅ Π C p ⋅ Lp
Cz stotliwo ci rezonansowe f s i f r s
rezonatorach iloraz
Cp
C0
fr = fs ⋅ 1 +
C0
Qp =
Lp
1
⋅
Rp C p
do siebie bardzo zbli one, zazwyczaj w
jest bardzo mały i wynosi 0,006÷0,01 zatem
fr
≈ 1,003 ÷ 1,005 . Fakt ten wykorzystuje si
fs
selektywnych
pracuj
w
(przepuszczaj
dwójnikami o
Cp
w generatorach i wzmacniaczach
do stabilizacji cz stotliwo ci. Rezonatory piezoelektryczne
tych
układach
jako
elementy filtrów selektywnych
cych bardzo w skie pasmo cz stotliwo ci), poniewa s
bardzo du ej dobroci (w granicach 10 4 ÷10 7 ).
Rys.5.2. Wykres reaktancji X rezonatora z rysunku 5.1.
Najbardziej
rozpowszechnionym
piezoelektrykiem
jest
kwarc
monokrystaliczny (dwutlenek krzemu SiO 2 ). Cz stotliwo
rezonansowa
kwarcu mo e by ustawiona przy produkcji rezonatora w granicach 2 kHz do
10 MHz, przez dobór wymiarów płytki kwarcowej. Rezonatory kwarcowe o
cz stotliwo ci mniejszej ni 100 kHz maj du e wymiary – tym wi ksze, im
mniejsza jest cz stotliwo
rezonansowa. Ze wzgl dów na koszty,
rezonatory kwarcowe s stosowane głównie w sprz cie profesjonalnym. W
sprz cie powszechnego u ytku, np. w odbiornikach RTV, s stosowane
rezonatory wykonane z materiałów ceramicznych – zwłaszcza z cyrkonianu
ołowiu PbZrO 3 albo z tytanianu ołowiu PbTiO 3 . Piezoelektryki ceramiczne
maj nieco gorsze wła ciwo ci od kwarcu, ale s ta sze.
Temat 6 : Wła ciwo ci fal elektromagnetycznych, propagacja fal
radiowych.
Fala elektromagnetyczna – rozchodz ce si w przestrzeni zaburzenie pola
elektromagnetycznego, a od fal mechanicznych ró ni si tym, e mog rozchodzi si w
pró ni. Prawa odbicia, załamania i interferencji fal radiowych s analogiczne do praw
rozchodzenia si
(propagacji)
wiatła. W
rodowiskach jednorodnych fale
elektromagnetyczne rozchodz si po liniach prostych, a cz stotliwo
fali przy
propagacji nie zmienia si . Cz stotliwo zale y tylko od generatora fali, który j wysłał.
Fala bie ca – jest fal , która porusza si wzdłu kierunku rozchodzenia si zwanego
promieniem fali ze stał pr dko ci , zale n od rodzaju o rodka.
Pr dko fal elektromagnetycznych wynosi:
- w pró ni - 3·108 m/s;
- w o rodkach materialnych - v =
c
ε ⋅µ
, gdzie: ,
– przenikalno
magnetyczna o rodka (w pró ni = =1, a w powietrzu
1
elektryczna i
1).
Rys.6.1. Przestrzenny obraz fal elekromagnetycznych: a)fala bie ca spolaryzowana pionowo; b) fala stoj ca;
A – antena emituj ca fal ; x – kierunek rozchodzenia si fali bie cej z pr dko ci v; y – kierunek drga
→
→
wektora E (pionowy); z – kierunek drga wektora H ; G – generator napi cia e(t) o cz stotliwo ci f; –
v
długo fali; λ = .
f
Od idealnego przewodnika fale elektromagnetyczne odbijaj si całkowicie.
Fala stoj ca – powstaje na skutek interferencji dwóch fal bie cych o jednakowych
cz stotliwo ciach, lecz poruszaj cych si w kierunkach przeciwnych. Je eli amplitudy
tych fal s identyczne, to w rezultacie interferencji otrzymuje si fal stoj c , w której –
wzdłu kierunku rozchodzenia si fal – istniej punkty W bez drga zwane w złami i
punkty S drgaj ce z amplitudami najwi kszymi zwane strzałkami.
Rys.6.2. Obraz fali stoj cej: a) Ey(x) uchwycony w chwilach t1÷t10; b) przebiegi Ey(t) w punktach x1 i x2.
Czynniki powoduj ce promieniowanie elektromagnetyczne:
- przechodzenie elektronów atomu z jednej orbity na drug ;
- reakcje j drowe (promieniowanie – gamma);
- gwałtowne hamowanie rozp dzonych elektronów zderzaj cych si z płytk
metalow (promieniowanie X – rentgenowskie) lub z luminoforem ( wiecenie
ekranu oscyloskopu lub telewizora);
- zmiany poziomów energetycznych elektronów w ciele stałym (diody wiec ce lub
lasery;
- swobodne elektrony poruszaj ce si ruchem zmiennym (praca zu yta na ich
przyspieszanie mo e by cz ciowo zmieniona na energi promieniowania
elektromagnetycznego), np. megatrony w kuchenkach mikrofalowych o f=2,4 GHz.
P=1 kW, =65%.
- drganie elektronów w przewodnikach pod wpływem zmiennej siły
elektromotorycznej (sem) – przewodnik, który przekształca energi ródła sem w
energi fali elektromagnetycznej nazywamy anten .
Temat 7 : Budowa i zasada działania anten liniowych.
Anteny liniowe – maj charakter obwodów rezonansowych. Ka dy element
wzdłu długo ci ramienia dipola ma indukcyjno
i pojemno
rozło on
(ł cz c to rami z drugim ramieniem), wi c jest to zło ony obwód
rezonansowy.
Rys. 7.1. Antena jako obwód rezonansowy: a) schemat zast pczy anteny;
b) przebiegi napi cia i pr du; A,B – ko ce dipola półfalowego,
l – długo anteny, f – cz stotliwo
ródła zasilaj cego , T i – okres
i długo fali.
Przy zasileniu anteny napi ciem o cz stotliwo ci równej cz stotliwo ci drga własnych
anteny, reaktancja anteny b dzie równa zeru. Anteny pracuj ce w rezonansie nazywamy
rezonansowymi.
Antenami rezonansowymi s anteny o długo ci l równej wielokrotno ci połowy długo ci
fali l = k· /2, gdzie k = 1,2,... . Wokół dipola powstaje zmienne pole magnetyczne i
zmienne pole elektryczne. Antena promieniuje wi c energi .
Anteny z przeciwwag - rol przeciwwagi pełni kilka pr tów rozstawionych pod k tem
mniejszym ni 900 w celu zmiany charakterystyki kierunkowo ci promieniowania.
Rys.7.2. Antena niesymetryczna: wibrator W z przeciwwag P. Kk – kabel koncentryczny.
Antena fazowa – ma dipole ustawione równolegle, w odległo ci półfali od siebie i
doł czone do linii zasilaj cej naprzemiennie. Dzi ki temu w ka dym dipolu anteny
synfazowej pr dy s w fazie, a wi c fale emitowane przez nie dodaj si w kierunku
prostopadłym do płaszczyzny anteny, a redukuj w płaszczy nie anteny.
Rys.7.3. Antena synfazowa. O1 – o symetrii anteny;
i
- kierunki pr dów w dipolach;
I1 i I2 – rozkłady pr du w przewodach linii zasilaj cej.
Antena przeciwfazowa – jest zbudowana podobnie jak synfazowa, ale ma dipole inaczej
doł czone do linii zasilaj cej (równolegle). Dzi ki temu, w s siednich dipolach rozkłady
pr du s przeciwnie skierowane. Wytwarzane fale sumuj si zatem wzdłu kierunku K,
a redukuj si w kierunku prostopadłym do płaszczyzny anteny.
Rys.7.4. Antena przeciwfazowa.
i
- kierunki pr dów w dipolach; I1 i I2 – rozkłady pr du w przewodach
linii zasilaj cej; K – kierunek najwi kszego promieniowania anteny przeciwfazowej.
Anteny typu Yagi – otrzymuje si poprzez dodanie do elementu czynnego (dipola) kilku
elementów biernych – jednego lub wi cej, czasami nawet kilkudziesi ciu. S dwa
rodzaje elementów biernych: reflektory R (umieszczone z tyłu wibratora W) i direktory D
(umieszczone przed wibratorem). Im wi cej elementów ma antena typu Yagi, tym
wi kszy jest zysk i tym w sza charakterystyka promieniowania.
Rys.7.5. Antena typu Yagi: a) z pojedynczym reflektorem; b) z wieloma reflektorami; c) schematy konstrukcji i
porównanie anteny dwu-, trój-, i czteroelementowej typu Yagi z dipolem. K – kierunek główny; n – liczba
elementów; W – wibrator; R – reflektor;
D – direktor; LR,Lw,LD – długo ci elementów anteny; xR, xD – odległo ci; F( ) i F( )- charakterystyki
kierunkowe promieniowania.
Anteny ferrytowe – stosuje si do odbioru fal długich, rednich i krótkich, przy
cz stotliwo ciach 50 kHz÷100 MHz. Indukcyjno
cewki L zale y głównie od:
przenikalno ci magnetycznej i wymiarów (l i d) rdzenia ferrytowego oraz od liczby
zwojów, rednicy i długo ci cewki, jak równie odległo ci cewki od rodka symetrii
pr ta ferrytowego.
Rys.7.6. Anteny ferrytowa (a) i ramowe (b). H – linie sił
pola magnetycznego fali elektromagnetycznej, F – pr t
ferrytowy,
L – cewka, l i d – długo i rednica pr ta ferrytowego, K –
kierunek główny,
CH – charakterystyka kierunkowo ci.
Temat 8 : Anteny z fal
bie
c .
Fala bie ca – jest fal , która porusza si wzdłu kierunku rozchodzenia si zwanego
promieniem fali ze stał pr dko ci , zale n od rodzaju o rodka.
Anteny z fal bie c działaj jak linia długa dopasowana do obci enia. W linii długiej
dopasowanej do obci enia powstaj fale bie ce pr du i napi cia, biegn ce od ródła do
obci enia – towarzyszy im fala elektromagnetyczna biegn ca wzdłu przewodu.
Lini dług nazywamy lini przewodow o długo ci l [m] współmiernej z długo ci fali
, tzn. o długo ci l > 0,1· , czyli l > 30/f, (gdzie f w [MHz]). Zjawiska zachodz ce
podczas przepływu pr du zmiennego przez lini krótk zale
tylko od czasu,
przebiegaj tak samo w ka dym miejscu wzdłu linii – nie zale od współrz dnej x linii.
W linii długiej natomiast zjawiska te zale nie tylko od czasu, ale równie od
współrz dnej x. Mówimy, e linia krótka jest układem o parametrach skupionych, a linia
długa – o parametrach rozło onych.
Rys.8.1. Schematy zast pcze linii krótkiej (a) i linii długiej (b).
G – generator; f – cz stotliwo generatora; r,L,C – parametry skupione linii krótkiej (Lk<< );
L1,C1 – warto ci jednostkowe parametrów linii długiej (l >> ); 1,2,3....N – czwórniki elementarne schematu
zast pczego linii długiej; x – odległo od pocz tku linii;
x1,x2 – punkty wybrane przypadkowo wzdłu linii (x1 x2); u, i – napi cia i pr dy; t – czas.
Linia długa bezstratna – jest to taka linia, której r = 0. Parametrem charakterystycznym
takiej linii jest impedancja falowa Zf [ ]
Zf =
L1
C1
gdzie: L1 [H/m] i C1 [F/m] – indukcyjno i pojemno jednostkowa 1 m linii.
Impedancja falowa linii długiej bezstratnej ma charakter czynny
Zf = Rf
W antenach z fal bie c wykorzystuje si linie długie dopasowane do obci enia. W
takim przypadku linia wraz z obci eniem absorbuje cał energi pobran z generatora i
stanowi dla niego obci enie czynne. Charakterystyka kierunkowo ci przewodu
promieniuj cego fal bie c ma posta listka pochylonego w kierunku ruchu fali
bie cej i obróconego wokół osi przewodu.
Rys.8.2.Charakterystyki promieniowania przewodu o długo ci l z fal bie c w płaszczy nie przewodu, w
przestrzeni swobodnej: a) szkic; b) charakterystyki
K – kierunek ruchu fali bie cej; k t jest tym mniejszy, im wi ksza jest długo l przewodu.
Pochylenie charakterystyki kierunkowo ci promieniowania jest tym wi ksze, im dłu szy
jest przewód.
Anteny z fal bie c :
• antena Beveraga (czyt. Beverejd a),
• antena spiralna,
• antena dielektryczna.
Temat 9 : Anteny aperturowe – reflektorowe, tubowe i soczewkowe.
Anteny reflektorowe – działaj na zasadzie odbijania fali emitowanej przez
wibrator W od reflektora R. Spo ród reflektorów pokazanych poni ej,
najw sz wi zk promieniowania daje reflektor paraboliczny, a najszersz
– reflektor płaski.
Rys.9.1. Anteny aperturowe: a) reflektorowe (paraboliczna, k towa i płaszczyznowa;
b) tubowe (prostok tna i okr gła); c) soczewkowe (z soczewk opó niaj c i przyspieszaj c )
R – reflektor, W – wibrator, A – apertura (pole powierzchni czołowej), LZ – linia zasilaj ca,
–k t rozwarcia (900), a,b,c – wymiary, F – falowód, T – tuba, K – kierunek promieniowania, FW – fala
walcowa, FP – fala płaska, Sp – soczewka przyspieszaj ca, So – soczewka opó niaj ca.
Reflektory płaskie stosuje si w antenach synfazowych z wieloma wibratorami,
wytwarzanych za pomoc najnowocze niejszej technologii (kilka warstw: płytki
metalowe, cienkie dielektryki ew. z drukowanymi dipolami itd.); np. antena płaska
kwadratowa (składana z 1024 małych płaskich dipoli. Pasma 11,7÷12,4 GHz, zysk ponad
35 dB. Reflektory paraboliczne z pojedynczym wibratorem stosuje si powszechnie do
odbioru fal telewizji satelitarnej (1,53÷31) GHz.
Anteny reflektorowe paraboliczne – działaj na zasadzie odbijania promieni
generowanych przez wibrator umieszczony w ognisku F lustra (reflektora)
parabolicznego. Promienie s odbijane równolegle do osi paraboli (przy nadawaniu, bo
przy odbieraniu bieg promieni fali jest odwrotny), dlatego kierunkowo
anten
parabolicznych jest wysoka.
Rys.9.2. System odbiorczy telewizji satelitarnej. Schemat pogl dowy.
AN – antena nadawcza; AO1, AO2 – anteny odbiorcze (symetryczna i offsetowa);
CO – konwerter; fS,fC,ft – zakresy cz stotliwo ci przesyłanych pomi dzy poszczególnymi urz dzeniami;
elewacji pod jakim jest widoczny satelita telewizyjny; Ss – sygnały steruj ce konwerterem i
serwomechanizmem SA anteny;
–k t
Anteny tubowe – s wibratorami magnetycznymi. Stosuje si je w zakresie fal
decymetrowych i centymetrowych jako naturalne przedłu enie falowodowej linii
zasilaj cej. Im dłu sza jest tuba i im szerszy jest jej otwór, tym w sza jest
charakterystyka promieniowania anteny tubowej. Rozwarcie tuby jest jak gdyby płaskim
układem synfazowych wibratorów magnetycznych, zasilanych przez falowód.
Falowód – jest to rura metalowa o przekroju prostok tnym lub kołowym, stosowana do
przesyłania mikrofal o długo ci <10cm.
a,b,d – wymiary
poprzeczne falowodu
(a>b);
fali w
F – długo
falowodzie;
W - wzbudnik
Rys.9.3. Falowody: a) przykłady konstrukcji; b) wzbudzanie falowodu i rozchodzenie si fali; c) rozkłady pola
elektrycznego E i magnetycznego H w falowodzie prostok tnym.
Temat 10 :
wiatłowody.
Transmisja wiatła od nadajnika do odbiornika mo e odbywa si w otwartej
przestrzeni – przez tzw. ł cze otwarte lub w zamkni tej przestrzeni – przez
wiatłowody. Pierwszy sposób przekazywania sygnałów
wietlnych
funkcjonuje dobrze w przestrzeni kosmicznej (w pró ni) mi dzy statkami
kosmicznymi. W atmosferze ziemskiej natomiast wiatło ulega rozproszeniu
(deszcz, nieg, mgła), a przy dobrej pogodzie lokalne zmiany temperatury
powoduj
zniekształcenia wi zki promieniowania
wietlnego (np.
laserowego), uniemo liwiaj c przekazywanie sygnałów na dystansie rz du
kilometrów.
Rys.10.1. wiatłowody: a) zasada działania; b) wiatłowód jednomodowy;
c) wiatłowód wielomodowy; d) schemat ł cza wiatłowodowego
R,P,Z – rdze , płaszcz, osłona wiatłowodu; d – rednica rdzenia;
n 1 i n 2 – współczynniki załamania wiatła; k r – krytyczny k t padania fali 0 na płaszczyzn
czołow rdzenia; 1,2 – fale padaj ce pod k tami < k r ; 3 – fala padaj ca pod k tem > k r ;
D 1 , D 2 – dioda wiec ca i fotodioda;
GN i GO – głowice nadajnika i odbiornika sygnałów transmitowanych przez wiatłowód
wiatłowody s liniami przesyłowymi fal wietlnych od podczerwieni do
nadfioletu, s one falowodami optycznymi. Wytwarzane s
wiatłowody
włókniste (o przekroju kolistym) i paskowe (o przekroju prostok tnym).
wiatłowody pozwalaj na przesył ogromnej ilo ci informacji, s odporne na
zakłócenia elektromagnetyczne, małe wymiary poprzeczne i mała masa,
dobra elastyczno , bardzo małe tłumienie wiatła, odporno
na zmiany
temperatury.
Temat : Tranzystory polowe.
Tranzystory polowe (unipolarne) działaj na zasadzie modulowania (zmiany)
pr du, płyn cego przez płytk półprzewodnika typu N lub P, za pomoc
poprzecznego pola elektrycznego.
Rys.20.1. Zasada działania tranzystora polowego:
a) przepływ pr du przez płytk
półprzewodnika typu P;
b) zw enie kanału powodowane napi ciem
zaporowym bramki
S – ródło, G – bramka, D - dren
Tranzystory polowe zł czowe nale y polaryzowa tak, aby:
• no niki poruszały si od ródła do drenu,
• zł cze bramka – kanał było spolaryzowane zaporowo.
Je eli do elektrody S doł czymy biegun dodatni ródła napi cia UDS, a do D – biegun
ujemny, to dziury b d si przemieszcza w kierunku elektrody D wytwarzaj cej pr d I.
ródłem dziur jest zacisk S – zwany ródłem, a odbiorc jest zacisk D – zwany drenem.
Rys.20.2. Symbole graficzne tranzystorów zł czowych:
a) z kanałem typu N; b) z kanałem typu P
Przepływ pr du przez płytk mo na zmienia przez zmian jej konduktancji za pomoc pola
elektrycznego przykładanego z zewn trz. W tym celu na powierzchni płytki nakłada si
elektrod steruj c G – zwan bramk . Ma ona posta cienkiej warstwy półprzewodnika typu
N (lub P zale nie od typu płytki). Je eli do bramki doprowadzimy napi cie dodatnie wzgl dem
ródła S, to zł cze NP. zostanie spolaryzowane zaporowo i bramka b dzie odpycha dziury
zd aj ce do drenu D. Nast pi zw enie kanału, przez który przepływaj dziury z S do D.
Utrudnia to przepływ dziur, poniewa przez w ski kanał przedostaje si ich mniej. Tak wi c
napi cie bramki UGS zwi ksza rezystancj płytki półprzewodnika przez zw enie kanału
przepływu dziur. Kanał jest tym w szy, im wy sze jest napi cie UGS.
Temat : Tyrystory.
Tyrystor jest czterowarstwow diod półprzewodnikow (NPNP) sterowan . Ma on trzy
elektrody: katod (K), bramk (G) i anod (A). Elektrod steruj c jest bramka.
Tyrystor mo e przewodzi pr d jednokierunkowo, tj. od anody do katody.
Rys.20.1. Tyrystor: a) budowa; b) symbol graficzny.
G – bramka; K – katoda; A – anoda.
ZASADA DZIAŁANIA TYRYSTORA.
Zasad
działania tyrystora mo na
omówi w trzech kolejnych stanach
jego działania.
1. Do anody doł czono biegun ujemny
ródła pr du, a do katody dodatni. W
tym przypadku powstaj dwie szerokie
warstwy zaporowe. Tyrystor nie
Rys.20.2. Zmiany szeroko ci
przewodzi pr du elektrycznego. Na
warstwy zaporowej tyrystora
przy przeł czaniu do anody:
charakterystyce pr dowo – napi ciowej
a) minusa ródła pr du;
jest to zakres pracy oznaczony przez
b) plusa ródła pr du;
(a).
c) charakterystyka tyrystora.
2.
Do anody doł czono biegun dodatni
ródła pr du, a do katody ujemny. W
tyrystorze nast puje polaryzacja zł czy
1 i 3 w kierunku przewodzenia. Zł cze 2 jest spolaryzowane w kierunku zaporowym. Cały
spadek napi cia pojawia si na tym zł czu. Przepływ pr du przez tyrystor jest równie
zablokowany. Na charakterystyce jest to zakres pracy (b).
3.
Przy podnoszeniu napi cia na anodzie, po przekroczeniu napi cia krytycznego Uk,
nast puje narastanie pr du przy malej cym równocze nie napi ciu (c – rezystancja ujemna),
po czym tyrystor przechodzi w stan przewodzenia. Spadek napi cia na tyrystorze jest wtedy
niewielki (ok. 1,2V), a pr d w kierunku przewodzenia bardzo du y.
Tyrystory znajduj zastosowanie w nast puj cych układach:
- sterownikach pr du stałego (zwanych inaczej prostownikami sterowanymi) –
stosowanych w stabilizatorach napi cia stałego i w automatyce silników pr du
stałego;
- sterownikach pr du przemiennego – stosowanych w automatyce silników
indukcyjnych, w technice o wietleniowej i elektrotermii;
- ł cznikach i przerywaczach (stycznikach) pr du stałego i przemiennego –
stosowanych w automatyce nap du elektrycznego, układach stabilizacji napi cia,
elektrotermii i technice zabezpiecze ;
- przemiennikach cz stotliwo ci – stosowanych w automatyce silników indukcyjnych,
technice ultrad wi ków i w przetwornicach (np. pr du stałego na stały o wy szym
napi ciu lub pr du przemiennego na zmienny o innej cz stotliwo ci – w urz dzeniach
zasilaj cych);
- rzadziej w układach impulsowych; w generatorach odchylania strumienia
elektronowego w kineskopach telewizorów kolorowych, w urz dzeniach
zapłonowych silników spalinowych (zapłon tyrystorowy) i w modulatorach impulsów
w radiolokacji ( o czasie trwania 0,1÷100 s)
Rys.20.3. Tyrystory: 1 – du ej mocy; 2 – małej mocy; 3 – z radiatorem,
4 – tyrystor symetryczny (triak). A – anoda; K – katoda; G – bramka; K1 – wyprowadzenie pomocnicze katody.