Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji Katedra...

2014-03-08

1

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]

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE

Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji

Katedra Elektroniki

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - wstęp 2

CO JUŻ WIEMY, DO CZEGO BĘDĄ NAM POTRZEBNE ?

Teoria obwodów

UkŁady elektroniczne ELEMENTY

elektroniczne

2014-03-08

2

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/)

ELEMENT a PRZYRZĄD

Element elektroniczny

Najprostsza część układu elektronicznego stanowiąca

konstrukcyjną całość, ma pewne własności i spełnia

określoną elementarną funkcję (przewodzi prąd, wytwarza pole

elektryczne itd.)

Przyrząd elektroniczny

Funkcjonalny składnik układu elektronicznego, często

składający się z kilku elementów, ale spełniający pewną funkcję w większym

układzie przyrząd półprzewodnikowy,

lampa elektronowa - przyrząd próżniowy


często:

ELEMENT PRZYRZĄD zwłaszcza w handlu

http://sjp.pwn.pl/

2014-03-08

3

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

UKŁAD ELEKTRONICZNY


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.)

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. umowa, zwłaszcza między państwami 5. powiązania, relacje między ludźmi, państwami itp. 6. zespół narządów współpracujących ze sobą w wykonywaniu określonych funkcji w organizmie


http://sjp.pwn.pl/

2014-03-08

4

UKŁAD, SYSTEM, URZĄDZENIE itd.


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.)

system 1. układ elementów mający określoną strukturę i stanowiący logicznie

uporządkowaną całość 2. zespół wielu urządzeń, dróg, przewodów itp., funkcjonujących jako całość 3. narządy lub inne części żywego organizmu pełniące razem określoną funkcję 4. uporządkowany zbiór twierdzeń, poglądów, tworzących jakąś teorię 5. określony sposób wykonywania jakiejś czynności lub zasady organizacji czegoś 6. forma ustroju państwowego 7. zespół skał powstałych w ciągu jednego okresu geologicznego 8. log. całościowy i uporządkowany zespół zdań połączonych ze sobą stosunkami logicznego wynikania


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.)

http://sjp.pwn.pl/

http://sjp.pwn.pl/

2014-03-08

5


element podstawowy

ELEMENTY ELEKTRONICZNE – KLOCKI LEGO ELEKTRONIKI ?


PORÓWNANIE DO JĘZYKÓW PROGRAMOWANIA

Si, Ge, GaAs

01011100

ASEMBLER

MOVA, B JUMP

JĘZYKI OBIEKTOWE

C++ JAVA DELPHI

JĘZYKI

WYŻSZEGO RZĘDU

FORTRAN C

2014-03-08

6

…elektrotechnika?


…informatyka?

…telekomunikacja?

…automatyka?

…elektronika?

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.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Dziedzina

http://pl.wikipedia.org/wiki/Technika

http://pl.wikipedia.org/wiki/Nauka

http://pl.wikipedia.org/wiki/Sygna%C5%82

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pr%C4%85d_elektryczny

http://pl.wikipedia.org/wiki/Napi%C4%99cie_elektryczne

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pole_elektromagnetyczne

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pole_elektromagnetyczne

http://narrator.up.pl/

2014-03-08

7

TROCHĘ HISTORII


Pierwszą lampę elektronową zbudował w roku 1904 John Ambrose Fleming - była to DIODA

Pierwszą lampę wzmacniającą opracował (1906 lub 1908) Lee de Forest – była to TRIODA

OD KIEDY MÓWIMY O ELEKTRONICE ?

Źródło: http://narrator.up.pl/

TROCHĘ HISTORII


PIERWSZY TRANZYSTOR

16.12.1947, Bell Telephone Laboratories


2014-03-08

8

TROCHĘ HISTORII


07.1958, Jack Kilby, Texas Instruments

PIERWSZY UKŁAD SCALONY


Źródło: http://www.cpu-zone.com/4004.htm, Intel (http://www.intel.com/museum)

PIERWSZY MIKROPROCESOR

1971, INTEL (INTegrated ELectronics)

TROCHĘ HISTORII

2300 tranzystorów,

technologia PMOS, bramka

10µm,

częstotliwość pracy 108kHz


2014-03-08

9


SYSTEMY NA KRZEMIE (SOC)

WSPÓŁCZESNOŚĆ

WSPÓŁCZESNOŚĆ


'Courtesy of Sandia National Laboratories, SUMMiT(TM) Technologies, www.mems.sandia.gov'

MIKROMASZYNY MEMS

1 µm

2014-03-08

10

WSPÓŁCZESNOŚĆ


Źródło: INTEL

2,27 biliona tranzystorów,

technologia CMOS,

bramka 32nm,

częstotliwość pracy 3,7 GHz

http://hardware-review.org/?attachment_id=423

KLASYFIKACJA ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH



2014-03-08

11

RÓŻNE SPOJRZENIA NA ELEMENTY ELEKTRONICZNE


Fizyk technolog

Źródło foto: http://www.zgapa.pl,

Serwisant urządzeń

Projektant aplikacji

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



http://www.zgapa.pl/

2014-03-08

12

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)


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


http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl/test/index.php?option=com_content&view=article&id=28:ee&catid=6:przedmioty&Itemid=3

http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl/test/index.php?option=com_content&view=article&id=28:ee&catid=6:przedmioty&Itemid=3

2014-03-08

13

GDZIE SZUKAĆ INFORMACJI?


strona internetowa przedmiotu: http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl

REZYSTOR, KONDENSATOR,

CEWKA Elementy bierne


2014-03-08

14

REZYSTOR

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - rezystor 27

przewlekane SMD Surface Mount Device

REZYSTOR

łac. resistere - stawiać opór

EiT 2014 r. PD&IB 28 Elementy elektroniczne - rezystor

Rezystor stawia „opór” przepływającemu prądowi przez obwód.

Charakteryzuje się rezystancją. Im większa rezystancja tym mniejszy prąd

przepływa przez obwód.

2014-03-08

15

REZYSTOR

Po co komu element, który

przeszkadza

w przepływie prądu?


REZYSTOR - po co?


żaróweczka

kryptonowa

2,2V

0,47A

2014-03-08

16

REZYSTOR - po co?


żaróweczka

kryptonowa

2,2V

0,47A

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.

2014-03-08

17

REZYSTOR – symbol graficzny

symbole używane na schematach


niezalecany można łatwo pomylić

z cewką

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.


Georg Simon Ohm 1789-1854 (Wikipedia)

I U, I = GU,

G – współczynnik proporcjonalności: konduktancja [S]

– rezystancja [] G

R1

R

UI

2014-03-08

18

OPIS ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH

• Matematyczny – równanie: I=f (U) , par=f( f)

• Graficzny – charakterystyka (wykres)

• Katalogowy – parametry – dopuszczalne (maksymalne napięcia i prądy nie niszczące)

– charakterystyczne

– termiczne

– mechaniczne

– inne


CHARAKTERYSTYKI

• Prądowo-napięciowe – wykres przedstawiający prąd jako funkcję napięcia elementu


REZYSTOR

rezystor liniowy rezystor nieliniowy

Rtg

1

2014-03-08

19

CHARAKTERYSTYKI

• Częstotliwościowe – wykres charakterystycznego parametru elementu w funkcji częstotliwości


REZYSTOR

CHARAKTERYSTYKI

• Czasowe – wykres odpowiedzi czasowej na jakieś pobudzenie (napięcie lub prąd na wejściu)


REZYSTOR

UWE UWY

RWE WY

t [s]

U1

UWE [V]

t [s]

U1

UWY [V]

WEJŚCIE

WYJŚCIE

2014-03-08

20

REZYSTOR – przykład c.d.

Jaka powinna być wartość rezystora, aby żarówka dobrze świeciła?


R = (12V – 2,2V) /0,47A = 20,85

ż

żak

żżak

I

UUR

URIU

żaróweczka

kryptonowa

2,2V

0,47A

PARAMERTY REZYSTORÓW

• Rezystancja nominalna

• Moc znamionowa

• Napięcie dopuszczalne

• Tolerancja

• TWR (temperaturowy współczynnik rezystancji)

• Współczynnik szumów

• Gabaryty (wymiary)

• Inne


2014-03-08

21


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


Czy aby na pewno opornik nie uszkodzi się pod wpływem przepływającego prądu?


20,85

9,8V

0,47A

PR = 9,8V 0,47A = 4,606W

moc wydzielana w rezystorze

żaróweczka

kryptonowa

2,2V

0,47A

2014-03-08

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 temperatury. [ppm/K] (1ppm/K = 10-6/K)


dTR

dRTWR

OZNACZENIA REZYSTORÓW

• Napisy na obudowie

– kod literowo-cyfrowy

np.: 2R2 2,2, K91 910, 3K6 3,6k

– kod cyfrowy np.: 202 20*102 = 2000 = 2k,

330 33*100 = 33,

1541 154*101 = 1,54k

często stosowany dla rezystorów SMD


2014-03-08

23



http://www.edw.com.pl/pdf/k01/02_09.pdf przykład

0 ,22

3,9

75

910

1,8k

62k

470k

5,6M

36M

1,54k

43,2k

931 k

1,24M


• Kod barwny (paskowy)


kolor cyfra mnożnik tolerancja TWR

srebrny - x10-2 ±10% -

złoty - x10-1 ±5% -

czarny 0 x100 - 250ppm/K

brązowy 1 x101 ±1% 100ppm/K

czerwony 2 x102 ±2% 50ppm/K

pomarańczowy 3 x103 ±15% -

żółty 4 x104 - 25ppm/K

zielony 5 x105 ±0,5% 20ppm/K

niebieski 6 x106 ±0,25% 10ppm/K

fioletowy 7 x107 ±0,1% 5ppm/K

szary 8 x108 - 1ppm/K

biały 9 x109 - -

brak - - ±20% -

pierwsza cyfra

druga cyfra mnożnik (liczba zer)

tolerancja

pierwsza cyfra


tolerancja

pierwsza cyfra


brak – tolerancja: 20%

trzecia cyfra

pierwsza cyfra

druga cyfra

mnożnik (liczba zer)

tolerancja

trzecia cyfra

TWR

http://www.edw.com.pl/pdf/k01/02_09.pdf

2014-03-08

24


• Kod barwny (paskowy)


kolor cyfra mnożnik tolerancja TWR

srebrny - x10-2 ±10% -

złoty - x10-1 ±5% -

czarny 0 x100 - 250ppm/K

brązowy 1 x101 ±1% 100ppm/K

czerwony 2 x102 ±2% 50ppm/K

pomarańczowy 3 x103 ±15% -

żółty 4 x104 - 25ppm/K

zielony 5 x105 ±0,5% 20ppm/K

niebieski 6 x106 ±0,25% 10ppm/K

fioletowy 7 x107 ±0,1% 5ppm/K

szary 8 x108 - 1ppm/K

biały 9 x109 - -

brak - - ±20% -

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


pierwsza cyfra

druga cyfra

mnożnik (liczba zer)

tolerancja

trzecia cyfra

TWR

żaróweczka

kryptonowa

2,2V

0,47A

20,85

2014-03-08

25

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:


nii aa 101

SZEREGI REZYSTORÓW

przykład

E6 n = 6


100...810,99...4678,1681068

68...986,68...4678,1471047

47...437,48...4678,1331033

33...291,32...4678,1221022

22...016,22...4678,1151015

15...678,14...4678,1101010

10 10

6

6

6

6

6

6



2014-03-08

26



20,85

szereg: E6 22 E12 22 E24 22 E48 21,5 E96 21 E192 20,8

żaróweczka

kryptonowa

2,2V

0,47A

20,85

REZYSTYWNOŚĆ

TAK

REZYSTYWNOŚĆ – rezystancja właściwa – określa stopień przeciwdziałania

przepływowi prądu przez materiał. Cecha każdego materiału przewodzącego.


2014-03-08

27

REZYSTYWNOŚĆ

z def.:

Rezystancja przewodnika wykonanego z jednorodnego materiału o przekroju poprzecznym 1 metra kwadratowego i

długości 1 metra.

oznaczenie: , jednostka: [m]

rezystancja:


S

lR

l

d

4

2dS

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)


2014-03-08

28

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

Przykra rzeczywistość

• Elementy pasożytnicze rezystora rzeczywistego

CR - pojemność własna (zwana również upływnością),

LR - indukcyjność elementu oporowego

Ls1, Ls2 - indukcyjność wyprowadzeń


REZYSTOR RZECZYWISTY

http://zwarcie.prv.pl/rezystor.htm

2014-03-08

29

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&func=display&ceid=60&meid=13

• dla hobbistów

http://www.elektronika.ne555.bitmar.net/o_nas.htm


Dwa kawałki drutu

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne 58

W obwodzie elektrycznym:

to samo?

http://www.eres.alpha.pl/elektronika/readarticle.php?article_id=2



http://www.edw.com.pl/ea/rezystor.html





2014-03-08

30

KE

CEWKA

CEWKA to:

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - cewka 60

dwukońcówkowy (dwójnik) element bierny zachowawczy (konserwatywny) zdolny do

gromadzenia energii w polu magnetycznym, jego podstawowym parametrem jest

indukcyjność

L

2014-03-08

31

INDUKCYJNOŚĆ


iL

L – indukcyjność własna, - strumień skojarzony z cewką, i - prąd płynący przez cewkę

dt

du

u – napięcie cewki (wartość chwilowa),

t – czas

dt

diLu

napięcie jest proporcjonalne

do szybkości zmian prądu

LE

R1P

I

CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM


UL

1R

EI

0dt

dILUL

w stanie ustalonym

2014-03-08

32



UL

1R

EI

0dt

dILUL

w stanie ustalonym

I

LE

R1P

LU

dla cewki idealnej

W układzie rzeczywistym napięcie wzrośnie do takiej wartości, która

pozwoli na przepływ prądu – nastąpi przebicie i uszkodzenie układu

po otwarciu klucza

LE

R1P



UL

1R

EI

0dt

dILUL

w stanie ustalonym

I

R2

IL

2014-03-08

33



UL

1R

EI

0dt

dILUL

w stanie ustalonym

I

t

L

t

L

eR

REI

EeU

1

2

W tym układzie napięcie UL wzrośnie do wartości –E, a

prąd będzie malał wykładniczo –

cewka „rozładuje się” przez R2

R2 LE

R1P

2R

Lstała czasowa:

IL

po otwarciu klucza


CEWKA IDEALNA

Jeżeli:

dt

dILU L

L to:

Dla:

.constIL

tAIL sin

0LU

tLAUL cos t

UL

t

IL

t

IL

t

UL

Dla:

IL

UL

L

2014-03-08

34

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - kondensator 67

CEWKA NIEIDEALNA

dla sygnałów zmiennych sinusoidalnych napięcia i

prądy możemy przedstawić w postaci wektorów

R

L

IR

LI

U

UQ

R

L

Dobroć cewki

I

UL

L

UR

U

I UR

UL

U


CEWKI

UKŁADY RL W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO

UKŁAD CAŁKUJĄCY UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY

dt

duu

dt

du 12

2

s

ssUsU

112

R

L

s

sUsU

1

112

22

1

221 ,

udt

duu

R

uiu

dt

diLu

R L U1 U2 U1

L R U2

R

L

2014-03-08

35


ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RL NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN NIEUSTALONY

CEWKI


t

U1

U2

t

eUtU

12

t

eUtU 112

t

U1 U2

τ

τ

Warto zapamiętać


dla R prąd jest proporcjonalny do napięcia R

UI RR

1

dla L napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu

dt

dILU L

L

2014-03-08

36


KONDENSATOR


KONDENSATORY

d

SC r0 d

S

Dla kondensatora płaskiego:

pojemność kondensatora

odległość między płytkami

powierzchnia płytek przenikalność elektryczna próżni

względna przenikalność elektryczna dielektryka

2014-03-08

37


KONDENSATORY

+ -

Najczęściej spotykane jednostki: µF, nF, pF

PARAMETRY:

- napięcie znamionowe UN

- stratność tg δ

- tolerancja %

- wartość pojemności C

kondensatory elektrolityczne kondensatory ceramiczne, foliowe, papierowe


KONDENSATORY

Kondensator idealny

U

QC

dt

dQI

dt

dUCI C

C

dla R prąd jest proporcjonalny do napięcia

IC

UC

C

dla C prąd jest proporcjonalny do szybkości zmian napięcia

WARTO ZAPAMIĘTAĆ

2014-03-08

38


Kondensator idealny

KONDENSATORY

Jeżeli:

dt

dUCI C

C to:

Dla:

.constUC

tAUC sin

0CI

tCAIC cos t

IC

t

UC

t

UC

t

IC

Dla:

IC

UC

C


Kondensator nieidealny

KONDENSATORY

C

R

IC

IR

UC

I

dla sygnałów zmiennych sinusoidalnych napięcia i prądy możemy przedstawić w

postaci wektorów

UC IR

IC I

δ

RCCU

R

U

I

Itg

C

R

1

Stratność kondensatora

2014-03-08

39


KONDENSATORY

UKŁADY RC W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO


C U1

R U2

C R U2 U1

dt

duu

dt

du 12

2

s

ssUsU

112

RC

s

sUsU

1

112

22

1 udt

duu

RC

UKŁAD CAŁKUJĄCY i RÓŻNICZKUJĄCY


C U1

R U2 U1

RCR

L

RC LR

L R U2

C R U2 U1

CR

R L

RL

2014-03-08

40


ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN NIEUSTALONY

KONDENSATORY


t

U1

U2

t

eUtU

12

t

eUtU 112

t

U1 U2

τ

τ


KONDENSATORY

ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN USTALONY

UKŁAD CAŁKUJĄCY

C U1

R U2

U1

UA

UB

UC

t

t

t

t

T

czy U2=UB ? tak, jeżeli τ≈T

czy U2=UA ? tak, jeżeli τ>>T

czy U2=UC ? tak, jeżeli τ<<T

2014-03-08

41


KONDENSATORY

UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY

ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN USTALONY

U1

t

t

t

t

UA

UB

UC

T

C R U2 U1

czy U2=UB ? tak, jeżeli τ≈T

czy U2=UA ? tak, jeżeli τ>>T

czy U2=UC ? tak, jeżeli τ<<T


KONDENSATORY

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.)

ZASTOSOWANIE KONDENSATORÓW

E

RW

RL

IL

UL

UL UC

UC

C E

t

2014-03-08

42


KONDENSATORY

KONDENSATORY SPRZĘGAJĄCE – blokują przenikanie składowych stałych między źródłem sygnału (np. generator) i wzmacniaczem oraz wzmacniaczem i odbiornikiem wzmocnionego sygnału (np. głośnik)


RE

CE

ZE=f(f)=?

ZE[Ω]

f[Hz]

20dB/dek

RE

2πRECE


KONDENSATORY DO FILTRÓW – podstawowe elementy w układach kształtujących charakterystyki częstotliwościowe (np. wzmacniaczy)


KONDENSATORY

Filtr środkowoprzepustowy Filtr górnoprzepustowy

2014-03-08

43


KONDENSATORY w generatorach napięcia sinusoidalnego

KONDENSATORY


C

L LCf

2

1

VCC


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

KONDENSATORY

dt

dUCI C

C dtIC

U CC

1

I -I E -E

K +

- UC

UO

a a b b

I

t UC E

-E t

t

UO

a a b

2014-03-08

44


KONDENSATORY

KONDENSATORY WYKORZYSTYWANE ZE SCALONYMI UKŁADAMI CZASOWYMI – np. z timerem ‘555 do układów przerzutników astabilnych i monostabilnych

CRRf

BA

a2

44,1

RCfm

9,0

Przerzutnik monostabilny Przerzutnik astabilny


GDZIE KONDENSATORY (POJEMNOŚCI) PRZESZKADZAJĄ?

Pojemności między elektrodami tranzystorów ograniczają maksymalną częstotliwość pracy

KONDENSATORY

JFET Bipolarny SYMBOL

SCHEMAT MAŁOSYGNAŁOWY

CZĘSTOTLIWOŚĆ GRANICZNA

2014-03-08

45


KONDENSATORY

GDZIE KONDENSATORY (POJEMNOŚCI) PRZESZKADZAJĄ?

Pojemności pasożytnicze ścieżek sygnałowych oraz wejść bramek cyfrowych powodują zwiększanie czasów propagacji

A B N

2fCUP

W układach CMOS

Warto zapamiętać


dla R prąd jest proporcjonalny do napięcia

dla C prąd jest proporcjonalny do szybkości zmian napięcia

dla L napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu

RUI RR

1

dt

dUCI C

C

dt

dILU L

L

Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji Katedra...

Documents

Transcript of Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji Katedra...