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.
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
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 (Słownik Języka Polskiego PWN - http://sjp.pwn.pl/)
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
Elementy elektroniczne - wstęp
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
(Słownik Języka Polskiego PWN - http://sjp.pwn.pl/)
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
Elementy elektroniczne - wstęp
7
UKŁAD, SYSTEM, URZĄDZENIE itd. urządzenie 1. mechanizm lub zespół mechanizmów, służący do wykonania określonych czynności 2.
daw. wyposażenie jakiegoś pomieszczenia (Słownik Języka Polskiego PWN - http://sjp.pwn.pl/)
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
Elementy elektroniczne - wstęp
8
4
2016-02-22
element podstawowy EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
C++ JAVA DELPHI
10
5
2016-02-22
…elektronika? …elektrotechnika?
…automatyka? …informatyka? …telekomunikacja? EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
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/
Elementy elektroniczne - wstęp
13
TROCHĘ HISTORII PIERWSZY TRANZYSTOR
16.12.1947, Bell Telephone Laboratories EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - wstęp
14
7
2016-02-22
TROCHĘ HISTORII PIERWSZY UKŁAD SCALONY
07.1958, Jack Kilby, Texas Instruments
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
17
WSPÓŁCZESNOŚĆ SYSTEMY NA KRZEMIE (SOC)
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
19
KLASYFIKACJA ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - wstęp
24
12
2016-02-22
GDZIE SZUKAĆ INFORMACJI? strona internetowa przedmiotu: http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - wstęp
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
Elementy elektroniczne - rezystor
28
14
2016-02-22
REZYSTOR
Po co komu element, który przeszkadza w przepływie prądu?
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - rezystor
29
REZYSTOR - po co? żaróweczka kryptonowa 2,2V 0,47A
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - rezystor
30
15
2016-02-22
REZYSTOR - po co? żaróweczka kryptonowa 2,2V 0,47A
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
32
16
2016-02-22
REZYSTOR – symbol graficzny symbole używane na schematach
niezalecany można łatwo pomylić z cewką
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
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 Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
36
18
2016-02-22
CHARAKTERYSTYKI • Częstotliwościowe – wykres charakterystycznego parametru elementu w funkcji częstotliwości REZYSTOR
EiT 2016 r.
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
39
PARAMERTY REZYSTORÓW • • • • • • • •
Rezystancja nominalna Moc znamionowa Napięcie dopuszczalne Tolerancja TWR (temperaturowy współczynnik rezystancji) Współczynnik szumów Gabaryty (wymiary) Inne
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - rezystor
40
20
2016-02-22
PARAMERTY REZYSTORÓW 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.
Elementy elektroniczne - rezystor
PD&IB
41
REZYSTOR – przykład c.d. 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
Elementy elektroniczne - rezystor
42
21
2016-02-22
PARAMERTY REZYSTORÓW 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.
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
44
22
2016-02-22
OZNACZENIA REZYSTORÓW 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
Elementy elektroniczne - rezystor
45
OZNACZENIA REZYSTORÓW • Kod barwny (paskowy) pierwsza cyfra druga cyfra
tolerancja mnożnik (liczba zer)
pierwsza cyfra druga cyfra trzecia cyfra
tolerancja mnożnik (liczba zer)
pierwsza cyfra druga cyfra trzecia cyfra
EiT 2016 r.
pierwsza cyfra druga cyfra
TWR tolerancja mnożnik (liczba zer)
PD&IB
brak – tolerancja: 20% mnożnik (liczba zer)
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 -
Elementy elektroniczne - rezystor
46
23
2016-02-22
OZNACZENIA REZYSTORÓW • 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 -
Elementy elektroniczne - rezystor
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 mnożnik (liczba zer)
Elementy elektroniczne - rezystor
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 Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
50
25
2016-02-22
REZYSTOR – przykład c.d. 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 Elementy elektroniczne - rezystor
51
REZYSTYWNOŚĆ
TAK REZYSTYWNOŚĆ – rezystancja właściwa – określa stopień przeciwdziałania przepływowi prądu przez materiał. Cecha każdego materiału przewodzącego. EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
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
Elementy elektroniczne - rezystor
57
Dwa kawałki drutu
W obwodzie elektrycznym: to samo? EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne
58
29
2016-02-22
CEWKA
CEWKA to: dwukońcówkowy (dwójnik) element bierny 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 uL dt EiT 2016 r.
u – napięcie cewki (wartość chwilowa), t – czas
napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu Elementy elektroniczne - cewka
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
Elementy elektroniczne - cewka
62
31
2016-02-22
CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM 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
Elementy elektroniczne - cewka
PD&IB
63
CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM P
IL
I
E
EiT 2016 r.
I
R1
R2
PD&IB
UL
E R1
UL L L
Elementy elektroniczne - cewka
dI 0 dt
w stanie ustalonym
64
32
2016-02-22
CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM 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:
Elementy elektroniczne - cewka
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 cost
Elementy elektroniczne - cewka
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
IL IR
U
L R
I
UR
Elementy elektroniczne - cewka
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
Elementy elektroniczne - cewka
U2
s 1 s 68
34
2016-02-22
CEWKA I REZYSTOR ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RL NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN NIEUSTALONY
UKŁAD CAŁKUJĄCY
UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY
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
Elementy elektroniczne - cewka
69
Warto zapamiętać
dla R prąd jest proporcjonalny do napięcia dla L napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - cewka
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 Elementy elektroniczne - kondensator
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.
Elementy elektroniczne - kondensator
PD&IB
-
+
73
KONDENSATOR to: dwukońcówkowy (dwójnik) element bierny zachowawczy (konserwatywny) zdolny do gromadzenia energii w polu elektrycznym, jego podstawowym parametrem jest pojemność
C
EiT 2016 r.
PD&IB
Elementy elektroniczne - cewka
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.
Elementy elektroniczne - kondensator
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 cost
Elementy elektroniczne - kondensator
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 UC RC EiT 2016 r.
I
IC
UC
IR
Elementy elektroniczne - kondensator
PD&IB
77
KONDENSATOR I REZYSTOR UKŁADY RC W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO UKŁAD CAŁKUJĄCY
UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY
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
Elementy elektroniczne - kondensator
s 1 s 78
39
2016-02-22
KONDENSATOR I REZYSTOR ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN NIEUSTALONY
UKŁAD CAŁKUJĄCY
UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY
U1
U2
U1
τ U2
t
τ t U 2 t U1 1 e
t
EiT 2016 r.
U 2 t U 1e
t
Elementy elektroniczne - kondensator
PD&IB
79
KONDENSATOR I REZYSTOR 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 τT
czy U2=UC ?
tak, jeżeli τ