Wykład 1 - lielow/PTM/Wyklady/W1_Podstawy_elektroniki.pdf · Podstawy elektroniki cz. 1 Wykład 1....

Techniki mikroprocesorowe

Podstawy elektroniki cz. 1

Wykład 1


Elementy elektroniczne w technice cyfrowej

• Rezystory

– Rezystory masowe, metalizowane, drutowe

– Potencjometry i helitrimy

– Fototranzystory i termistory

• Kondensatory

– Kondensatory ceramiczne, foliowe, elektrolityczne i tantalowe

– Trymery

2



• Elementy indukcyjne – Cewki i dławiki – Transformatory

• Diody – Prostownicze i mostki – Fotodiody – LED

• Tranzystory – Bipolarne – Unipolarne – Fototranzystory i transoptory

3



• Rezonatory i generatory – Rezonator ceramiczny

– Rezonator kwarcowy

– Generator kwarcowy

• Elementy elektromechaniczne – Przełączniki i przyciski

– Enkodery (impulsatory)

– Przekaźniki i styczniki

– Kontaktrony

– Bezpieczniki topikowe 4



• Elementy audio – Mikrofony

– Głośniki

– Buzzery i blaszki piezo

• Elementy złożone – Układy scalone

– Niektóre czujniki

– Wyświetlacze LCD

– Układy hybrydowe

5

Rezystor


• Element oporowy

• Ogranicza prąd w obwodzie

• Podstawowe parametry – Rezystancja (Ω, k Ω, M Ω)

– Moc (mW, W, kW)

– Tolerancja (%)

– Obudowa

• Rodzaje – Węglowe

– Metalizowane

– Drutowe

6


Potencjometry i helitrimy

• Element oporowy • Rezystor o regulowanej

rezystancji • Podstawowe parametry

– Rezystancja (Ω, k Ω, M Ω) – Moc (mW, W, kW) – Tolerancja (%) – Obudowa – Charakterystyka

• Rodzaje – Masowe – Drutowe

• Uwagi – Wieloobrotowe nazywane są

helitrimami

7


Fotorezystor

• Element oporowy

• Rezystor zmieniający swoją rezystancję w zależności od natężenia światła

• Podstawowe parametry – Maksymalna rezystancja (M Ω)

– Minimalna rezystancja (k Ω)

– Obudowa

– Charakterystyka

8


Termistor

• Element oporowy

• Rezystor zmieniający swoją rezystancję w zależności od temperatury

• Podstawowe parametry – Zakres rezystancji

– Charakterystyka

– Obudowa

9


Kondensator

• Element pojemnościowy • Podstawowe parametry

– Pojemność (C: pF, nF, µF, mF, F) – Dopuszczalne napięcie (V, kV) – Tolerancja (%) – Obudowa

• Rodzaje – Ceramiczne – Mikowe – Foliowe – Tantalowe – Elektrolityczne

• Uwagi – Elektrolityczne i tantalowe

mają ustaloną biegunowość

10


Trymer

• Element pojemnościowy

• Kondensator o regulowanej pojemności

• Podstawowe parametry – Pojemność (C: pF, nF, µF, mF, F)

– Dopuszczalne napięcie robocze (V, kV)

– Tolerancja (%)

– Obudowa

11


Cewki i dławiki

• Elementy indukcyjne

• Podstawowe parametry – Indukcyjność (nH, µH, mH, H)

– Prąd (mA, A, kA)

– Dobroć

– Częstotliwość pracy (kHz, MHz)

– Tolerancja (%)

– Obudowa

12


Transformatory

• Elementy indukcyjne

• Podstawowe parametry – Napięcie pierwotne (V, kV)

– Napięcie wtórne (V, kV)

– Moc (W, kW)

– Wymiary

– Typ rdzenia

• Rodzaje – Płaszczowe („zwykłe”)

– Toroidalne

13


Diody

• Element półprzewodnikowy • Elektrody: anoda i katoda • Podstawowe parametry

– Napięcie wsteczne (V, KV) – Spadek napięcia (V) – Prąd (A, kA) – Obudowa – Szybkość przełączania

• Typ – Prostownicza – Schottky’ego – Tunelowa – Pojemnościowa – Zenera

14


Mostki prostownicze (Graetza)

• Element półprzewodnikowy

• Wykorzystywany do konwersji AC do DC

• Podstawowe parametry – Napięcie (V, kV)

– Prąd (A, kA)

– Moc strat (W, kW)

– Obudowa

15


Diody elektroluminescencyjne (LED)


• Elektrody: anoda i katoda

• Podstawowe parametry – Kolor

– Napięcie (V)

– Prąd (mA, A)

– Jasność (mcd)

– Kąt świecenia (stopnie)

– Typ soczewki

– Obudowa

16


Fotodioda


• Dioda, której prąd złącza zwiększa się wraz z ze wzrostem natężenia światła

• Elektrody: anoda i katoda

• Podstawowe parametry – Czas reakcji

– Minimalny spadek napięcia

– Charakterystyka

– Obudowa

17


Tranzystor bipolarny


• Najprostszy wzmacniacz sygnału

• Elektrody: emiter, kolektor i baza

• Podstawowe parametry – Napięcie i prąd CE (V)

– Maksymalny prąd bazy (mA)

– Częstotliwość pracy (kHz, MHz, GHz)

– Spadek napięcia w stanie przewodzenia (mV, V)

– Wzmocnienie

– Dopuszczalna moc strat (mW, W)

– Obudowa

• Dzielą się na PNP i NPN

18


Tranzystor JFET (złączowy)



• Elektrody: źródło, dren i bramka

• Podstawowe parametry – Napięcie i prąd źródło-dren (V, kV)

– Maksymalne napięcie bramki (V)

– Częstotliwość przełączania (MHz, GHz)

– Napięcie otwarcia (V)

– Moc strat

– Rezystancja w stanie otwartym (mΩ, Ω)

– Obudowa

• Dzielą się na tranzystory z kanałem N i P

19


Tranzystor MOSFET (z izolowaną bramką)



• Elektrody: źródło, dren i bramka

• Podstawowe parametry – Napięcie i prąd źródło-dren (V, kV)

– Maksymalne napięcie bramki (V)

– Częstotliwość przełączania (MHz, GHz)

– Napięcie otwarcia (V)

– Moc strat

– Rezystancja w stanie otwartym (mΩ, Ω)

– Obudowa

• Dzielą się na tranzystory z kanałem N i P

20


Fototranzystor


• Elektrody: emiter i kolektor

• Prąd kolektora zależy od natężenia światła

• Podstawowe parametry – Czas reakcji (µs, ms)

– Minimalny spadek napięcia (mV)

– Charakterystyka

– Obudowa

21


Transoptor


• Połączenie diody LED i fototranzystora

• Podstawowe parametry

– Prąd diody LED (mA)

– Prąd fototranzystora (mA)

– Częstotliwość przełączania (kHz)

– Napięcie przebicia (kV)

– Charakterystyka

– Obudowa

– Liczba diod/fototranzystorów

• Dzielą się na transoptory w obudowie zamkniętej i otwartej (szczelinowe i odblaskowe) 22


Optotriak


• Połączenie diody LED i triaka

• Podstawowe parametry – Prąd diody LED(mA)

– Częstotliwość przełączania (kHz)

– Napięcie przebicia (kV)

– Maksymalne napięcie i prąd triaka (V, kV, A)

– Obudowa

23

Rezonator kwarcowy i ceramiczny


• Stabilizator drgań oscylatorów elektronicznych

• Podstawowe parametry – Częstotliwość nominalna

(kHz, MHz)

– Stabilność (ppm)

– Dobroć

– Obudowa

24


Generator kwarcowy

• Rezonator kwarcowy zintegrowany z układem oscylatora

• Podstawowe parametry – Częstotliwość nominalna (MHz,

GHz)

– Napięcie zasilania (V)

– Napięcie wyjściowe (mV, V)

– Kształt sygnału

– Stabilność (ppm)

– Obudowa

• Odmiany: regulowane, stabilizowane termicznie

25


Przełączniki i przyciski

• Element mechaniczny stykowy

• Podstawowe parametry – Liczba styków

– Konfiguracja styków

– Maksymalny prąd i napięcie (A, V, kV)

– Rezystancja styków

– Trwałość

– Obudowa

26


Enkodery obrotowe (impulsatory)

• Element stykowy lub optoelektroniczny

• Posiada dwie pary styków (nie wymaga zasilania) lub dwa transoptory + tarcza kodowa (wymaga zasilania)

• Podstawowe parametry – Liczba impulsów na obrót

– Rodzaj kodowania

– Obudowa

27


Przekaźniki i styczniki


• Podstawowe parametry – Napięcie cewki (V)

– Liczba i konfiguracja styków

– Maksymalny prąd i napięcie (A, V, kV)

– Trwałość

– Obudowa

28


Kontaktron (rurka kontaktronowa)


• Podstawowe parametry – Maksymalny prąd i napięcie

(A, V, kV)

– Konfiguracja styków

– Trwałość

– Obudowa

• W połączeniu z cewką elektromagnesu tworzy przekaźnik kontaktronowy

29


Bezpiecznik topikowy

• Element zabezpieczający

• Podstawowe parametry – Czas zadziałania (ze zwłoką,

bez zwłoki)

– Prąd zadziałania

– Maksymalne napięcie pracy

– Obudowa

30

Mikrofon


• Podstawowe parametry – Czułość

– Charakterystyka przenoszenia

– Obudowa

• Rodzaje – Dynamiczny

– Elektretowy

– Węglowy

31


Głośnik dynamiczny

• Podstawowe parametry – Moc (mW, W)

– Impedancja (Ω)

– Średnica i kształt

32


Buzzer (brzęczyk)

• Podstawowe parametry – Napięcie zasilania

– Pobór prądu (mA)

– Głośność (dB)

– Obudowa

• Rodzaje – Z generatorem lub bez

33


Przetwornik (blaszka) piezo(elektryczny)

• Podstawowe parametry – Maksymalna amplituda

sygnału sterującego

– Częstotliwość rezonansowa (kHz)

– Głośność (dB)

– Średnica

34

Czujniki różnych wartości


Czujniki

35



• Światło

– Fotorezystor

– Fotodioda

• Dźwięk i drgania

– Mikrofon

– Przetwornik piezo

• Wilgotność

– Higrometr oporowy 36



• Przyspieszenie – Akcelerometr

• Nachylenie – Żyroskop

• Ciśnienie – Barometr

• Pole magnetyczne – Magnetometr

• Temperatura – Termistor

• Ruch – Czujnik PIR

37

Narzędzia warsztatowe i przyrządy pomiarowe


Narzędzia warsztatowe i przyrządy pomiarowe

38


Narzędzia

• Lutownica

– Grzałkowa

– Transformatorowa

• Stacja lutownicza

• Stacja hot air

39


Przyrządy pomiarowe

• Sonda (próbnik) logiczna • Multimetr • Miernik RLC (mostek) • Miernik częstotliwości • Generator (funkcyjny) • Oscyloskop • Analizator widma • Wobuloskop i wobulator • Analizator wektorowy • Zasilacz laboratoryjny

40


Lutownica grzałkowa (oporowa)

• Zwana też kolbą lutowniczą

• Narzędzie służące do wykonywania połączeń za pomocą niskotemperaturowych stopów lutowniczych, w warunkach amatorskich zwykle stopu SnPb

• Zakres temperatur wynosi zwykle od 100°C do 400°C

• Lutownica grzałkowa składa się z uchwytu, grzałki ogrzewającej grot (zwykle ceramicznej) i wymiennego grota

41



• Zwykle moc lutownicy grzałkowej nie przekracza kilkudziesięciu watów

• Lutownice grzałkowe małej mocy posiadają zwykle stabilizację temperatury

• Może być zasilana napięciem sieciowym lub niskim napięciem

• Większość modeli wykorzystywanych w elektronice współpracuje ze stacją lutowniczą

42



• Zalety

– Stabilność temperatury grota

– Łatwa wymiana grota

– Modele niskonapięciowe są bezpieczne dla użytkownika i podzespołów elektronicznych

– Różne kształty i rozmiary grotów

• Wady

– Zwykle niewielka moc i mała pojemność cieplna grota

– Długi czas nagrzewania 43



44

Lutownica transformatorowa


• Lutownica posiadająca zamiast grzałki transformator dostarczający niskie napięcie o dużym natężeniu, nagrzewające grot (zwykle wykonany z drutu miedzianego)

• Lutownice transformatorowe zasilane są w przeważającej części napięciem sieciowym

• Ich moc jest zwykle większa, a czas nagrzewania grota wyraźnie krótszy niż w przypadku lutownic grzałkowych

45



• Zalety – Szybkie nagrzewanie i małe spadki temperatury

podczas lutowania

• Wady – Tylko zasilanie sieciowe

– Brak stabilizacji temperatury

– Wysokie temperatury nominalne

– Ryzyko uszkodzenia lutowanego elementu napięciem indukowanym w grocie

– W zasadzie jeden rodzaj grotu 46



47


Stacja lutownicza

• Urządzenie pełniące rolę zasilacza i stabilizatora temperatury podłączonej do niego dedykowanej lutownicy grzałkowej

• Stacja lutownicza wyposażona jest w pokrętło lub przyciski, pozwalające ustawić wybraną temperaturę grota oraz bardzo często wyświetlacz wskazujący ustawioną i bieżącą temperaturę

48


Stacja lutownicza

49


Stacja hotair

• Stacja hotair wytwarza strumień gorącego powietrza o ściśle kontrolowanej temperaturze i sile

• Gorące powietrze dostarczane jest do specjalnej dyszy, pozwalającej skierować je w wybrane miejsce

• Wykorzystywana jest do lutowania elementów montowanych powierzchniowo (SMD), zwłaszcza w obudowach BGA oraz przy demontażu

50


Stacja hotair

• Zakres temperatur powietrza wydmuchiwanego przez dyszę wynosi od kilkudziesięciu do ponad 400°C

• Wyróżnia się stacje hotair z wentylatorem nadmuchu w uchwycie dyszy i z kompresorem w stacji

51


Stacja hotair

52


Próbnik (sonda) logiczny

• Próbnik logiczny jest przyrządem pomiarowym pozwalającym określić bieżący stan logiczny w dowolnym punkcie urządzenia cyfrowego

• Zaawansowane modele posiadają również możliwość detekcji zboczy sygnału

• Może być zasilany z baterii lub badanego układu

53


Próbnik (sonda) logiczny

54


Multimetr (miernik uniwersalny)

• Uniwersalny przyrząd pomiarowy pozwalający mierzyć takie wartości jak: napięcie AC i DC, natężenie AC i DC oraz rezystancję. Bardziej zaawansowane modele pozwalają też zmierzyć pojemność kondensatorów, częstotliwość i indukcyjności

• Większość modeli posiada również funkcje pomiaru wzmocnienia tranzystora, napięcia wstecznego diody, temperatury (za pomocą termopary) i ciągłości obwodu

55



• Pomiary częstotliwości, pojemności i indukcyjności są zwykle obarczone istotnym błędem pomiarowym

• Podstawowym parametrem multimetru jest zakres pomiarowy mierzonych wartości oraz dokładność pomiaru dla każdego zakresu

56



57


Analizator stanów logicznych

• Przyrząd pozwalający rejestrować dla późniejszej analizy sekwencje cyfrowe występujące na jednej lub wielu (zwykle wielokrotność liczby 8) liniach cyfrowych

• Urządzenie może próbkować badany sygnał korzystając z własnej podstawy czasu lub jednej z badanych linii sygnałowej. W drugim przypadku próbkowanie może być wyzwalane określonym zboczem lub stanem logicznym

58



• Najważniejsze parametry: maksymalna częstotliwość wejściowa i częstotliwość próbkowania oraz liczba kanałów

59



60


Generator funkcyjny

• Przyrząd potrafiący generować na swoim wyjściu przebieg o określonej częstotliwości, kształcie i amplitudzie

• Generowane częstotliwości pokrywają zwykle zakres od ułamka herza do dziesiątek, setek lub tysięcy MHz

• Najczęściej dostępne kształty sygnału: sinusoidalny, prostokątny, trójkątny i piłokształtny

61


Generator funkcyjny

• W przypadku przebiegu prostokątnego zwykle istnieje możliwość ustawienia jego wypełnienia, a czasem nawet wygenerowania określonej sekwencji logicznej

• Parametry: zakres częstotliwości, obsługiwane kształty sygnałów i zakres amplitud generowanych sygnałów

62


Generator funkcyjny

63


Miernik częstotliwości

• Urządzenie pomiarowe pozwalające mierzyć częstotliwość sygnału, zwykle o dowolnym kształcie i amplitudzie od pojedynczych mV do kilkunastu lub kilkudziesięciu V

• Mierniki częstotliwości zwykle obsługują zakres od kilku Hz do kilku GHz, przy czym dla setek MHz i GHz zwykle oferują mniejszą dokładność spowodowaną wykorzystaniem preskalera częstotliwości wejściowej

64



• Mierniki częstotliwości bardzo często oferują też pomiar współczynnika wypełnienia sygnału i jego okresu

• Podstawowe parametry miernika częstotliwości to zakres mierzonych częstotliwości i zakres napięć wejściowych

65



66


Miernik (mostek) RLC

• Mostek RLC jest przyrządem pomiarowym pozwalającym zmierzyć rezystancję, indukcyjność i pojemność

• Oferują znacznie większą dokładność niż multimetry wyposażone w analogiczne funkcje

• Najważniejsze parametry: zakresy mierzonych wartości

67


Miernik (mostek) RLC

68


Oscyloskop

• Oscyloskop pozwala na wizualną obserwację kształtu) sygnału oraz pomiar jego amplitudy w funkcji czasu

• Można wyróżnić oscyloskopy analogowe, cyfrowe i analogowo-cyfrowe

• Oscyloskop może posiadać jeden lub kilka kanałów wejściowych. W przypadku oscyloskopów wielokanałowych zwykle istnieje możliwość wykonania mniej lub bardziej skomplikowanych operacji matematycznych, takich jak suma, różnica lub iloczyn

69


Oscyloskop

• Najważniejsze parametry oscyloskopu to pasmo i dopuszczalne napięcie wejściowe, w przypadku oscyloskopów cyfrowych także częstotliwość próbkowania

70


Oscyloskop

71


Analizator widma

• Urządzenie pomiarowe pozwalające na obserwację i pomiar amplitudy sygnału w funkcji częstotliwości

• Podobnie jak wobuloskop wykorzystywany głównie w technice audio, radiowej i pomiarowej

72


Analizator widma

73


Analizator wektorowy

• Przyrząd pomiarowy pozwalający na pomiar różnych parametrów sygnału poprzez prezentacje ich wzajemnych relacji

• Analizatory wektorowe przewidziane są zwykle do pomiarów sygnałów określonego typu

74


Analizator wektorowy

75


Zasilacz laboratoryjny

• Zasilacz laboratoryjny pozwala na dostarczanie napięć zasilających o ściśle określonych parametrach, takich jak napięcie, natężenie, tętnienia itp.

• Zasilacze laboratoryjne w zależności od typu mogą posiadać fabrycznie zdefiniowane napięcia i prądy i/lub możliwość konfiguracji tych parametrów

76



• Większość zasilaczy laboratoryjnych posiada zabezpieczenia przeciwzwarciowe i ograniczenia nadmiarowoprądowe

• Podstawowe parametry zasilacza to zakres napięć roboczych i maksymalna wydajność prądowa

77



78

Wykład 1 - lielow/PTM/Wyklady/W1_Podstawy_elektroniki.pdf · Podstawy elektroniki cz. 1 Wykład 1....

Documents

Transcript of Wykład 1 - lielow/PTM/Wyklady/W1_Podstawy_elektroniki.pdf · Podstawy elektroniki cz. 1 Wykład 1....