Elektronika 2016 Doporučená literatura • J. Doleček Moderní učebnice elektroniky 1-6, Technická literatura BEN • Z Ondráček Elektronika pro fyziky, Brno 1998 • www • Mike Tooley, Electroinic circuits, fundamental and applications, Elsevier 2006 • V.A Suprynowicz Electrical and Electronics Fundamental: West Publishing company 1987 Elektronické prvky • Elektrický obvod - vzájemné spojení součástek - součástky nahrazeny idealizovanými prvky - spojením el. prvků tak, že vznikne uzavřená dráha pro tok proudu - děje lze popsat Maxwelovými rovnicemi - rozměry « s vlnovou délkou - obvod se soustřednými prvky (řeš. —» diferenciální rovnice) - rozměry srovnatelné s vln. délkou -obvod s rozloženými prvky (řeš. —» parciální diferenciální rovnice) • Obvody - lineární - nelineární (závislost na přiloženém napětí, protékajícím proudu...) Prvky dále dělíme • aktivní - obsahují zdroj el. energie - součástky, jejichž el. parametry j sou proměnné a řiditelné změnou napětí či proudu přivedeného jejich vývody • pasivní - nej sou zdroj em proudu nebo napětí Rezistory (odpory) Kapacitory (kondenzátory) Induktory (cívky) Normalizované řady hodnot (pokrývá právě jednu dekádu - geometrická řada) E6 (20%) 10, 15, 22, 33, 47, 68 E12 (10%) 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82 E24(5%) 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18,20,22,24,27,30, 33 ,36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 72, 82, 91 Několik schématických značek -1|- kondenzátor J asi* —{§J— Jůrovko "o- SpirOÍ rezistor pra (mírný raiitor Hutháťko •I ľ kondenzátor pranwirw Worxtensator wopocrtnr tr diodo Zererůva dioda fvéteLná dioda tranzistor pttZoetertncJcý prvek reproduktor 0 zásady Par* 'j F v: 0_ I BARVA | 1 proužek | 2, proužek I 3. proužekI néaobek I tolerance I :erná ŽLUTÁ modra 5 - proužkový kód / I ni 247íl±1% Proměnné rezistory Dle způsobu zapojení: • reostat - v sérii se zátěží • potenciometr - části dráhy odporu tvoří dělič napětí Průběh dráhy: lineární (N) logaritmický (G) íat7^^\^Xvá exponenciální (E) (sS^ JÍ) ^ rohy. -.drahý Provedení: trimr, potenciometr [ jednoduchý, tandemový úhel natočení 270 °, víceotáčkové (10 ot.) Pozn.: Odporový dělič zatížený a nezatížený - viz cvičení Napěťově závislé rezistory - varistory Varistor - variable rezistor (VDR - Voltage Dependent Rezistor) • nelineární polovodičová součástka • velikost odporu závislá na velikosti přiloženého napětí I [mA] 200 * UM Napěťově závislé rezistory - varistory • výroba: slisováním a spékáním zrn karbidu křemíku (SiC) za vysokých teplot (1200 °C) (MOV - Metal Oxid Varistor) spékáním oxidu kovů, např. zinku • vlastnosti: rychlá odezva (desítky ns) odolávají krátkodobému přetížení • použití: přepěťové ochrany odlehčující obvody (kontakty relé, demagnetizace cívek relé, ...) Rezistory závislé na teplotě - termistory z angl. slova thermistor - thermal rezistor • nelineární • velikost odporu závisí na teplotě • dva druhy: PTC - kladný teplotní koeficient NTC - záporný teplotní koeficient R1 = R2- Rx - odpor při teplotě Tx R2 - odpor při teplotě T2 B - teplotní konstanta termistoru (materiál, geom. tvaro,...) (konstanta B se mění s teplotou —► rovnice není zcela přesná) Rezistory závislé na teplotě - termistory x Rezistory závislé na teplotě - termistory • výroba: rozemletí oxidu kovu (Mn, Fe, Co, Ni,...) přidání příměsí a pojiva slisování vysokým tlakem vypálení při vysoké teplotě (přes 1000 °C) • vlastnosti: rozsah teplot od -200 °C do 300 °C pro měřicí účely je pracovní proud desítky |uA • použití: měření teploty jištění NTC - omezení náraz, proudu PTC - Polyswitch, Semifuse, Multifuse (jedná se o polymer PTC) stabilizace stejnosměrného napětí Rezistory závislé na osvětlení - fotorezistor R závislý na osvětlení Logaritmováním log R = log r — a log E Odporová citlivost 7h — -t^t - —ar.E 1 + J — -a.— Relativní spektrální citlivost 10 20 30 40 50 y [y] H mn 5U 10 20 30 E [bc] Obi. 12 Pracovní bod oblast, kde obvodový prvek pracuje, tj. bod na charakteristice určený U a I, když není přiveden signál sigl sigl -L i y 1 napaj 1 = '5S + isiB2 Elektronický obvod U = U6S + Usig2 OP výst uvýst 2 A 6 8 1012 u [V] p - pracovní bod i f ' 4s + 4íg2! Statický, dynamický odpor Statický odpor j [mA] r U slat i 2 4 6 8 1012 u [V] Dynamický odpor AU0 A/, fmAj 25 UP2 = 11V Ip2 UP1 = 7 V lpi =5m/V U P2 lP2 ' 20- 15 / 10fupT, 5 * » tečna 4.8 9,3 2 4 6 8 1012 u M c Typy pasivních dvojpólu - kapacitor Kondenzátor akumuluje energii ve formě energie elektrického pole. Kapacitor charakterizuje závislostí akumulovaného náboje q na napětí u. dielektriku ir u(t) ektrotíy, C = sj [F] 1 qf q = C u. 1 W = -Cu2 0 u —> b) £0 = 8,854 • 1(T12 F • m -i Náhradní zapojení R., R„ -ih i Jztrát = Ulf2jZ'f -C • tgô 27T-/-C Vlastnosti dielektrickvh materiálů inii. n*pj«ivi 1 v -Íl. t P'doí 0b*cn4 tlcwwu 100 • »ooo Vybafne, vfttfdM PO «H O.Spf - 1nf 100 * 2000 dotará íiwítví výtH> T, IVf «Mls**ho1 1«P* ■ 1i* *0 MOOO Ifulná mM*,mtné Irpí h,vtK«r1 L >:■ ľMMl «0- 1000 <<*, 100 • 000 **** vfbo«n4. M4H h'>lf—l " r i' In* ■ ?*f SO ■ 20O r'-.'rri) vrtom*, ň**#n*nti hrElV+J* •ma 10«* • l«ŕ 100 IDOO HMM do** Q^>* • W0*# J 1Ů0 nf«W D.1*F J* 1 rtno Ml f y v+ í*i>fŕd> Ipatr^ řrřírtnort 0.1F - 1QF 1,5 ■ d RUIV 700 20000 2OCO - 60000 dotu i f Typy pasivních dvoj pólu - induktory Cívka akumuluje energii v magnetickém poli a je charakterizována závislostí spřaženého magnetického toku *F na proudu z. i(t) u(t) 4 ¥=Li + 1 , W = -Li2 0 i b) - cívka navinuta nejčastěji z měděného drátu (VF lanko) - vzduchová (případně plošná) - na železném jádře - na feritovém jádře Náhradní schema c /YY\ R T »7-2 ° L = N • u — 1 Induktory - relativní permeabilita |u = permeabilita |U0 = 4tt* 10"7 [H/m] < 1 diamagnetické látky \ir = 0,993 dusík \ir > 1 paramagnetické látky \ir = 2,85 kyslík \ir »1 feromagnetické látky \ir = 1,28 vzduch \ir = 500 železo \ir = 3000 permalloy \ir = 5000 ferit relativní susceptibilita = Xm _ -i , v závislost na teplotě, s teplotou klesá Hr — J- "r Am M-magnetizace H- intenzita mag. pole Razení induktoru Sériově Li U JYYVJYYV L = L± + L2 + - +Ln Aktivní obvodové prvky Působí v obvodu jako zdroje elektrické energie. Energii nevyrábí, ale získávají ji z energie jiného druhu, např. energie chemické, tepelné, světelné, mechanické nebo jiné. • nezávislé (autonomní) zdroje • závislé (řízené) zdroje (ZNŘN, ZPŘP, ZNŘP, ZPŘN) Nezávislé zdroje elektrické energie • nezávislé zdroje napětí • nezávislé zdroje proudu ■ ideální ■ reálné zdroje > lineární > nelineární Zdroje napětí a proudu Ideální zdroj napětí - napětí na svorkách u(t) nezávisí na velikosti odebíraného proudu i(t) u(t) a) Reálný zdroj napětí -o -o 1=0 -c RZN Ui(t) G a) b) U(tk) 0 Zdroje napětí a proudu Ideální zdroj proudu - dodává proud určitého časového průběhu i(t) nezávisle na velikosti zátěže i(t) Reálný zdroj proudu a) iiCt) RZP a) v U(t) -O u-0 i(tk) 0 b) u Reálny zdroj napětí o I, a) b) u = ui-rí.i = ui -au Uj - vnitřní napětí U - svorkové napětí Rj - vnitřní odpor Reálny zdroj proudu vznikne spojením ideálního zdroje proudu s pasivním prvkem 1 = 1. - G.U = I. -M Ij - vnitřní proud Gj - vnitřní vodivost / - výstupní proud