No title

Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umisováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN – technická literatura

[email protected]

1

ÚVOD

VÝZNAM ELEKTRONIKY Elektronika má velký význam ve všech odvìtvích národního hospodáøství. V souèasné dobì neexistuje oblast lidské èinnosti, ve které by se nepoužívaly elektronické souèástky, obvody nebo celá zaøízení. Bìžnì se setkáváme pøedevším s výrobky spotøební elektroniky. Velký význam má ale elektronika hlavnì pro prùmysl, výpoèetní a automatizaèní techniku, lékaøství, školství, armádu, kosmonautiku a další obory. S výukou elektroniky se proto setkáváme ve všech elektrotechnických uèebních oborech. Návrhy na složení obvodù, výpoèty hodnot jednotlivých souèástek elektronických obvodù i jejich praktická realizace tvoøí podstatnou èást elektroniky.

ELEKTRONICKÝ OBVOD Elektronický obvod vzniká spojením jedné souèástky nebo vìtšího poètu souèástek se zdrojem elektrické energie.

OBVODOVÉ SOUÈÁSTKY Souèástky, ze kterých se elektronický obvod skládá, se nazývají obvodové souèástky.

A

JAN KESL: ELETRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

5

2

LINEÁRNÍ PRVKY ELEKTRONICKÝCH OBVODÙ

Obvodová souèástka (prvek) je základní, dále nedìlitelná èást elektronického obvodu, která má pøesnì dané elektrické vlastnosti neboli parametry.

ROZDÌLENÍ SOUÈÁSTEK dle chování Ø pasivní (rezistory, kondenzátory, cívky, diody, termistory, varikapy) se chovají jako prostý spotøebiè elektrické energie, Ø aktivní (baterie, fotodioda, tranzistor) jsou buï zdroje, nebo se chovají jako zdroj,

dle kmitoètové závislosti Ø frekvenènì nezávislé (rezistory, diody, tranzistory), Ø frekvenènì závislé (kondenzátory, cívky) mìní svoji impedanci se zmìnou kmitoètu,

dle závislosti proudu na napìtí Ø lineární (rezistory, cívky a kondenzátory), Ø nelineární (diody, tranzistory, tyristory atd.). Tuto závislost mùžeme zjistit zvyšováním napìtí na souèástce pøi souèasném mìøení proudu souèástkou – viz zapojení dle obr. 2.1. Vyneseme-li namìøené hodnoty do grafu, získáme tzv. voltampérovou charakteristiku souèástky (zkrácenì VA charakteristika), viz obr. 2.2.

,

8

Obr. 2.1

5

Mìøení VA charakteristiky obvodové souèástky

Lineární prvky mají voltampérovou charakteristiku pøímkovou, neboli lineární a proto lze u nich urèit proud z Ohmova zákona. Oproti tomu nelineární prvky mají tuto závislost odlišnou od pøímky a proto u diod, tranzistorù, termistorù a ostatních polovodièù nelze proud urèit z Ohmova zákona. Poznámka: Ohmùv zákon , = 8 lze napsat ve tvaru , =  ¢ 8 , neboli I = konst. . U, 5 5 což je rovnice pøímky (viz obr. 2.2).

6

JAN KESL: ELEKTRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

A

O >P$@

OLQHiUQt ,

  8 5

QHOLQHiUQt

8 >9@ Obr. 2.2

VA charakteristika lineárního a nelineárního prvku

2.1

Rezistory

Rezistor je pasivní elektronická souèástka lineární a frekvenènì nezávislá. Vlastností rezistoru je elektrický odpor a vyjadøuje velikost odporu (pøekážky), kterou klade souèástka procházejícímu elektrickému proudu. Definice jednotky odporu 1 W (1 ohm): Odpor 1 W má vodiè, kterým pøi napìtí 1 V protéká proud 1 A.

DRUHY REZISTORÙ s dvìma vývody Ø vrstvové uhlíkové, metalizované, Ø drátové,

s více vývody Ø s pevnou odboèkou, Ø s plynule nastavitelnou odboèkou (potenciometry). Potenciometry slouží k plynulé zmìnì odporu pro získání promìnného napìtí na výstupu. Tvoøí je obvykle kruhový izolant, na kterém je, obdobnì jako u rezistorù, nanesena odporová vrstva, po které se pohybuje sbìraè, otáèející se spolu s osou potenciometru.

ROZDÌLENÍ POTENCIOMETRÙ dle konstrukce Ø posuvné – sbìraè se posouvá pøímoèaøe, Ø otoèné jednoduché – velikost odporu je úmìrná úhlu pootoèení sbìraèe upevnìném na ose potenciometru, která je obvykle zakonèena ovládacím knoflíkem,

A

JAN KESL: ELETRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

7

Ø otoèné dvojité (tandemové) – mají dvì i více odporových drah a sbìraèe jsou ovládány soubìžnì jedním høídelem, Ø trimry – osa je krátká a vìtšinou uzpùsobena pro otáèení pomocí šroubováku, jsou upevòovány pøímo na desku tištìného spoje, slouží k jednorázovému nastavení hodnoty výstupního napìtí v malém rozsahu, Ø reostaty – druh drátového potenciometru s mohutnìjší konstrukcí, který je urèen pro silnoproudé úèely. dle prùbìhu velikosti odporu Ø lineární (oznaèení N), Ø logaritmické (G), Ø exponenciální (E). Praktická zapojení potenciometrù jsou uvedena v literatuøe [3]. SPECIFIKACE REZISTORU Specifikaci rezistoru, neboli stanovení jeho základních vlastností, urèují tyto parametry: Ø jmenovitý odpor [W] (øady: E6 = 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8; E12 až E96 a dále násobky tìchto hodnot), Ø zatížitelnost [W] (základní øada 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 6; 10 W), Ø pøesnost [%] (± 20; 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,1 %).

KRESLENÍ REZISTORÙ VE VÝKRESECH

D

E

F

G

Obr. 2.3

Grafické znaèky rezistorù: a) rezistor, a) rezistor s pevnou odboèkou, c) potenciometr, d) trimr

2.2

Kondenzátory

Kondenzátor je pasivní elektronická souèástka lineární a frekvenènì závislá. Základní vlastnost kondenzátoru je kapacita s jednotkou Farad (F). Kapacita (neboli jímavost) kondenzátoru je schopnost udržet elektrický náboj, nebo také napìtí.

8

JAN KESL: ELEKTRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

A

HOHNWURGD GLHOHNWULNXP HOHNWURGD

Obr. 2.4

Princip kondenzátoru

VLASTNOSTI KONDENZÁTORU Podstatnou vlastností kondenzátoru je též to, že nepropouští stejnosmìrný elektrický proud, kdežto støídavý jím prochází (obr. 2.5).

,



,! &

&

SURXGQHSURFKi]t Obr. 2.5

SURXGSURFKi]t

Vlastnosti kondenzátoru

Po pøipojení na stejnosmìrné napìtí se kondenzátor nabíjí podle nabíjecí køivky (obr. 2.6). 8 8PD[ W Obr. 2.6

Nabíjecí køivka kondenzátoru

ZNAÈENÍ KONDENZÁTORÙ VE VÝKRESECH

D Obr. 2.7

A

E

F

Grafické znaèky kondenzátorù: a) pevný, b) otoèný, c) elektrolytický

JAN KESL: ELETRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

9

DRUHY KONDENZÁTORÙ pevné Ø keramické velmi kvalitní (malé dielektrické ztráty), v souèasnosti mají nejvìtší zastoupení v elektronických pøístrojích, Ø s papírovým dielektrikem svitkové, Ø z metalizovaného papíru odolné proti prùrazu, Al fólie se pøi zkratu odpaøí, tím odejme teplo a dielektrikum se neporuší, Ø s plastovou fólií z polystyrenu, Ø slídové pro obvody s vysokou frekvencí – mají malé ztráty, Ø elektrolytické dielektrikum tvoøí tenká vrstva oxidu Al na hliníkové, nebo tantalové elektrodì, spojení dielektrika s druhou elektrodou je uskuteènìno pomocí pórovité látky s elektrolytem, je nutno zachovat polaritu, výhoda: velká kapacita pøi malých rozmìrech, Ø speciální odrušovací, vysokonapìové, tantalové atd.,

s promìnnou kapacitou Ø otoèné, Ø kapacitní trimry dolaïovací.

PARAMETRY KONDENZÁTORU Ø jmenovitá kapacita [F], Ø maximální napìtí [V] je v ss hodnotách, pro Uef = 230 V je Umax = 325 V!, Ø izolaèní odpor [W] bývá asi 109 W, Ø ztrátový èinitel tgd charakterizuje ztráty energie v kondenzátoru (více viz literaturu [1]).

POUŽITÍ KONDENZÁTORÙ Je znaèné, napø. v oddìlovaèích stejnosmìrného napìtí od støídavého, pøi úpravách charakteristik, v rezonanèních obvodech, filtrech atd.

10

JAN KESL: ELEKTRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

A

2.3

Cívky

Cívka je dvoupólová souèástka, zhotovená vinutím závitù vodièe v jedné, èi více vrstvách (obr. 2.8). YLQXWt MiGUR NRVWUD Obr. 2.8

Konstrukce cívky

Je to souèástka lineární a frekvenènì závislá. Cívkami získáváme potøebnou indukènost – L, jednotka indukènosti je 1 H (Henry), èím více závitù cívka obsahuje, tím má vìtší indukènost.

DRUHY CÍVEK bez jádra Ø samonosné, Ø vinuté na kostøe závit vedle závitu, køížovì vinuté, vinuté „na divoko“,

s jádrem Cívky s jádrem mají vìtší indukènost (od 10 mH), a tato indukènost se vysouváním jádra zmenšuje o 5 až 10 %.

/

W 566

Obr. 2.9

Náhradní schéma cívky

Poznámka: Zatímco skuteèný kondenzátor lze považovat za ideální (má nekoneèný odpor), je nutno cívku považovat pøi výpoètech jako sériové spojení ideální

A

JAN KESL: ELETRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

11

indukènosti se stejnosmìrným odporem cívky RSS. Ten se zmìøí napø. ohmmetrem na svorkách cívky (obr. 2.9).

POUŽITÍ CÍVEK Ø Ø Ø Ø

v transformátorech, v tlumivkách, ve filtrech, v rezonanèních obvodech atd.

ZNAÈENÍ VELIKOSTI REZISTORÙ A KONDENZÁTORÙ Ø nápisy na souèástkách napø. TR 151 2k7/A, Ø barevné pruhy na souèástkách.

BAREVNÉ ZNAÈENÍ U miniaturních souèástek se používá barevného kódu, dle kterého se urèuje hodnota barevných proužkù na souèástce (viz tabulku 1.1). Tabulka 1.1 Barevný kód znaèení rezistorù



SURXåHN SUYQt

GUXKê

W HWt

þWYUWê

þtVOLFH

þtVOLFH

QiVRELWHO

WROHUDQFH

VW tEUQi

±

±

W

“

]ODWi

±

±

W

“

þHUQi





W

±

KQ Gi





W

“

þHUYHQi





W

“

RUDQåRYi





NW

±

åOXWi





NW

±

]HOHQi





NW

“

PRGUi





0W

±

ILDORYi





0W

“

ãHGi





0W

±

EtOi





*W

EH]EDUY\

±

±

±

EDUYD

± “



12

JAN KESL: ELEKTRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

A

PRGUi

SUYQtþtVOLFH 

þHUYHQi

GUXKiþtVOLFH 

åOXWi

QiVRELWHO NW

KQ Gi

RGSRUEXGHPtW KRGQRWXNW“

WROHUDQFH 

Obr. 2.10 Pøíklad znaèení rezistoru

Kontrolní otázky – test T1/A 1. Jaké vlastnosti má lineární prvek? 2. Vyjmenujte lineární prvky! 3. Které prvky jsou frekvenènì závislé? 4. Jak rozdìlujeme rezistory? 5. Jaké jsou parametry rezistoru? 6. Co je to potenciometr? 7. Jaké jsou vlastnosti kondenzátoru? 8. Jaké jsou parametry kondenzátoru? 9. Jakou základní vlastnost má cívka? 10. Spoèítejte jmenovitou hodnotu rezistoru R a jeho zatížitelnost v nakresleném obvodu! Obvodem musí protékat proud I = 20 mA pøi napìtí U = 4 V. 8

5

11. Kterou vìtví protéká nejvìtší proud? Vìtví s rezistorem, cívkou èi s kondenzátorem?

8 5

A

&

/

U = 10 Vss R = 1 MW/300 V C = 10 µF/500 V L = 10 mH/10 W

JAN KESL: ELETRONIKA I – ANALOGOVÁ TECHNIKA

13