Součástky v elektronice pro OV_MET_2

Transkript

1 Součástky v elektronice pro OV_MET_2 Značení odporů Jmenovitá hodnota. Je to hodnota odporu vyznačená na rezistoru. Značí se písmenným nebo barevným kódem. Hodnoty odporu odpovídají vyvoleným číslům geometrických řad E6, E12, E24, E48, E96, E192. 1

2 Řady E6 a E12, tolerance. Číslo za E udává počet hodnot v jedné dekádě. Tolerance jmenovitých hodnot udává se v % jmenovité hodnoty. Dovolené odchylky se značí: Bez značení - ±20 % Písmeno A ±10 % Písmeno B ±5 % Písmeno C ±2 % Písmeno D ±1 % Písmeno E ±0,5 % Řady E3 až E48, tolerance. 2

3 Výkon odporu Zatížení určuje ztrátový výkon. Vzniklé teplo je třeba odvést z povrchu rezistoru do okolního prostředí. Rozlišujeme zatížení jmenovité uváděné výrobcem a zatížení provozní stanovené s ohledem na teplotu okolí a podmínky při použití. Jmenovité zatížení uhlíkových rezistorů se volí z řady 0,125 0,25-0,5-1 2 [ W ]. Potenciometry. Jsou to rezistory s plynule se měnícím odporem. a) vrstvové b) drátové c) speciální 3

4 Písmenné značení rezistorů Odpor označený například: - 2k2 má hodnotu 2,2 kω (2 200 Ω), má hodnotu 200 Ω, - 10k má hodnotu 10 k Ω ( Ω), - M22 má hodnotu 220 kω ( Ω), - 1M2 má hodnotu 1,2 MΩ ( Ω). 4

5 Značení hodnot kondenzátorů Základní jednotkou kapacity je 1 F (farad). Je to dosti velká jednotka, proto se v praxi používají její zlomky. Značení hodnot kondenzátorů 1 5

6 Značení hodnot kondenzátorů 2 Pokud se v písmenovém značení kondenzátorů objeví předpony kilo (k) mega (M) giga (G) nejedná se o násobky faradů, ale pikofaradů například: 6k8 = 6800pF M22 = 0,22mega = pF Značení hodnot kondenzátorů 3 U některých, např. keramických kondenzátorů se setkáme se značením pomocí třímístného číselného kódu. Je to podobné, jako u barevného značení odporů: první dvě číslice udávají hodnotu a třetí číslo je násobitel. 6

7 Značení hodnot kondenzátorů 3 Jednoduše a spolehlivě: Za první dvě číslice se napíše tolik nul, kolik jich udává třetí číslice. 222 = pf = 2n2 = 2k2 104 = pf = 100n = 100k = M1 473 = pf = 47n = 47k Rozdělení polovodičových prvků podle počtu přechodů bez přechodu PN... termistory, fotorezistory, varistory, Hallovy články, s jedním přechodem PN... diody (hrotové, plošné), se dvěma přechody PN... tranzistory (bipolární, unipolární FET), se třemi přechody PN... tyristory, se čtyřmi přechody PN... triaky s více přechody PN... integrované obvody (analogové, digitální). 7

8 Polovodiče bez přechodu PN Termistory jsou teplotně závislé odpory, u nichž se vzrůstající teplotou odpor klesá. Termistor se stoupající charakteristikou (jehož odpor s teplotou roste) se nazývá pozistor. POUŽITÍ: měření teploty, měření rychlosti proudění kapalin a plynů (ochlazováním) Značka termistoru Tepelná závislost termistoru Polovodiče bez přechodu PN Fotorezistory Mění svůj odpor s osvětlením. Čím více světla, tím více uvolněných elektronů a tím menší odpor. Přibližně platí: Ve tmě je odpor fotorezistoru asi 1 MΩ, při světle asi 1 kω Značka termistoru 8

9 Polovodiče bez přechodu PN Fotočlánek Dáme-li pod fotorezistor destičku z mědi, budou uvolněné elektrony přecházet přes vytvořenou hradlovou vrstvu mezi mědí a polovodičem do mědi. Toto je princip fotočlánku, který přeměňuje světelnou energii přímo na elektrickou VYUŽITÍ FOTOREZISTORŮ > měření a regulace, > sluneční zdroje, > sluneční pohony. Princip fotočlánku Polovodiče bez přechodu PN VARISTORY jsou polovodičové součástky, u kterých je odpor závislý na přiloženém napětí. VYUŽITÍ VARISTORŮ > stabilizace napětí, > ochrana proti přepětí (ventilová bleskojistka). Grafická značka varistoru 9

10 Polovodiče bez přechodu PN HALLOVY ČLÁNKY jsou polovodičové součástky, jejichž odpor (napětí) závisí na intenzitě magnetického pole. VYUŽITÍ HALLOVA ČLÁNKU > měření magnetických veličin, > měření velkých stejnosměrných proudu, > bezkontaktní spínače atd. Diody PROPUSTNOST DIODY Polovodič s jedním přechodem PN, neboli dioda, elektrický proud v jednom směru propouští a v druhém nepropouští. Proto lze polovodičovou diodu využít k usměrňování střídavého proudu na proud stejnosměrný. Polovodičová dioda se nazývá také elektrický ventil. 10

11 Značka polovodičové diody VA charakteristika křemíkové diody 11

12 FOTODIODY Fotodiody jsou plošné diody, které mají okénko v pouzdru pro možnost osvitu přechodu PN světelným zářením. Účinkem světelných paprsků vlivem fotoelektrického jevu dojde v přechodu PN k uvolňování valenčních elektronů a tím ke zvětšení zbytkového proudu (dioda je zapojena v závěrném směru). Grafická značka fotodiody Fotodioda může pracovat ve dvou režimech - buď mění svůj odpor, nebo je sama zdrojem elektrického napětí. 12

13 DIODY LED (SVÍTIVÉ DIODY) Při průchodu proudu emitují diody LED (Light Emitting Diode - světlo emitující dioda) světelné záření. Přeskokem elektronů v oblasti přechodu dochází k uvolňování fotonů - neboli vzniku světla. Grafická značka svítivé diody 13

14 Zenerova dioda - grafické značka a VA charakteristika Jednocestný usměrňovač 14

15 Dvoucestný usměrňovač Můstkový usměrňovač 15

16 Třífázový jednocestný usměrňovač MŮSTKOVÝ TŘÍFÁZOVÝ USMĚRŇOVAČ 16

17 TŘÍFÁZOVÉ USMĚRŇOVAČE Tranzistory Tranzistory bipolární Tranzistory jsou polovodičové prvky se dvěma přechody PN. Tranzistory bipolární využívají oba druhy nosičů elektrického náboje, tj. elektronů a děr, kdežto tranzistory unipolární využívají buďto jen elektronů nebo jen děr. 17

18 Unipolární tranzistory Tranzistory, které při řízení činnosti využívají pouze nosiče náboje jednoho druhu, nazýváme unipolární (na rozdíl od bipolárních tranzistorů). Protože se proud nosičů náboje ovládá elektrickým polem kolmým na směr průtoku proudu, nazýváme tyto polovodičové prvky také tranzistory řízené elektrickým polem - zkratka FET (Field Effect Tranzistor) Unipolární tranzistory U tranzistoru FET rozlišujeme tři elektrody: vstupní elektrodu G, kolektor a emitor. V cizí literatuře se používají jiná značení elektrod: vstupní elektroda se značí stejně, tedy G, z anglického slova gate [čti gejt]. Můžeme přeložit jako brána nebo hradlo, což odpovídá funkci této elektrody. Místo emitoru se používá symbol S (od slova source = zdroj), místo kolektoru symbol D (od slova drain = odtok). 18

19 Unipolární tranzistory Unipolární tranzistory 19

20 Unipolární tranzistory Tranzistor FET s izolovaným hradlem Vyznačuje se tím, že řídicí elektroda je oddělena izolační tenkou vrstvou oxidu křemičitého (SiO 2 ). Ten zlepšuje vlastnosti tranzistoru v obvodech vysokofrekvenční techniky. Vrstva oxidu totiž zmenšuje parazitní (škodlivé) kapacity. Podle této izolační vrstvy dostal tranzistor název MOSFET. Symbol MOS tvoří počáteční písmena anglických slov Metal Oxide Silicon. Schématická značka MOSFET je na následujícím obrázku. Je v ní naznačeno oddělení řídící elektrody od kanálu. 20

21 Tranzistor FET s izolovaným hradlem Tranzistor FET s izolovaným hradlem Možná, že někoho překvapila čtvrtá elektroda s označením G2. Patří základní polovodičové destičce a obvykle se připojuje k emitoru, aby byla na nízkém potenciálu. Nebývá však vyvedena u všech tranzistorů MOSFET. Tranzistory MOSFET se používají s kanálem vodivosti N i P. 21

22 Shrnutí Unipolární tranzistory pracují s nosiči náboje jednoho druhu - buď se zápornými nebo kladnými. Výstupní proud se ovládá pouze napětím na vstupní elektrodě. Proud tranzistorem prochází i bez spoluúčasti vstupní elektrody. Proti bipolárním tranzistorům mají FET nesrovnatelně větší vstupní odpor a vyšší spínací rychlost. Elektrody se značí G - vstup, D - kolektor, S emitor. Tranzistor NPN Struktura tranzistoru NPN Zjednodušené náhradní zapojení tranzistoru NPN 22

23 Tranzistory NPN a PNP Bipolární tranzistor NPN 23

24 Bipolární tranzistor NPN Malým kladným napětím na bázi se tranzistor NPN otevře a prochází proud. Bipolární tranzistor PNP Malým záporným napětím na bázi se tranzistor PNP otevře a prochází proud. 24

25 Bipolární tranzistor NPN Bipolární tranzistor ve funkci spínače. Přerušením drátku se uplatní kladné napětí na bázi a tranzistor se otevře. Bipolární tranzistory NPN Zapojení dvojice tranzistorů s přímou vazbou ve funkci spínače. Dvěma sériovými rezistory v bázi T1 teče v klidovém stavu jen nepatrný proud. 25

26 Hlídač vodní hladiny Základní zapojení bipolárních tranzistorů 26

27 Časovač 555 Obvod 555 vnitřní zapojení 27

28 Obvod 555 popis činnosti Překročí-li napětí na vstupu 6 hodnotu 2/3 U B, objeví se na výstupu úroveň log.0, neboli L. Poklesne-li napětí na vstupu 2 pod hodnotu 1/3 U B, objeví se na výstupu úroveň log.1, neboli H. Obvod 555 jako AKO 28

29 Obvod 555 jako MKO Obvod 555 Na vývod 5 se zpravidla zapojuje kondenzátor, zabraňující krátkým impulsům z napájecího napětí ovlivňování referenčního napětí obou komparátorů. 29

30 Tyristory a triaky Tyristor Tyristor, neboli řízený usměrňovač, je čtyřvrstvý polovodičový prvek se třemi přechody PN, NP, PN. Protože tyristor má řídicí elektrodu, je nazýván triodovým tyristorem. Elektrody tyristoru jsou: A - anoda. K - katoda. G -řídicí elektroda (z angl. Gate) 30

31 Struktura a grafická značka tyristoru Tyristor Připojíme-li na tzv. řídicí elektrodu G kladné napětí, stane se přechod NP vodivý a tyristorem bude protékat proud, a co je zejména důležité, bude jím protékat i tehdy, jestliže napětí na řídicí elektrodě G přerušíme. To znamená, že pro zapnutí tyristoru stačí přivést na řídicí elektrodu G jen časově krátký impulz. 31

32 VA charka tyristoru Princip řízeného usměrňovače Podstata řízení výkonu zátěže spočívá v tom, že proud protéká příslušným spotřebičem jen po čas půlperiody napájecího napětí. Tento interval je určen časovým úsekem, po který je tyristor vodivý. Okamžik zapnutí můžeme řídit buď ručně nebo je odvozen z požadovaných podmínek, a pak se o zapnutí starají řídící obvody. 32

33 Využití tyristoru Jedno z nejjednodušších použití tyristorů jako spínačů je na obrázku. Spínač má tu výhodu, že spotřebič, v našem případě žárovka, se zapíná a vypíná jednoduchými tlačítky, jejichž obsluha je přehledná, pohodlná a velmi rychlá v porovnání s běžnými páčkovými vypínači. Obsluha může být dálková, bez nutnosti vedení silových vodičů od vlastního spotřebiče. Spínač je napájen ze stejnosměrného napětí 12V. Žárovka je zapojena v sérii s tyristorem. Po stlačení tlačítka START dostane řídicí elektroda tyristoru impuls napětí, kladného vůči katodě. Tyristor se uvede do vodivého stavu a žárovka se rozsvítí. Po zkratování tyristoru tlačítkem STOP a po jeho uvolnění se vodivá cesta k žárovce přeruší a ta zhasne. Zařízení je možno použít v automobilu. Využití tyristoru 33

34 Využití tyristoru K rychlému zapínání a vypínání elektrických spotřebičů v automobilu slouží bezkontaktní spínač. Bezkontaktní spínač s tyristorem je schematicky znázorněn na obrázku. Řízený ventil spíná stejnosměrný proud do zátěže tak, že se uvede do vodivého stavu impulsem proudu do řídicí elektrody tlačítkem START. Proud do zátěže prochází i po odpadnutí tlačítka. Tyristor tak pracuje jako samodržný stejnosměrný stykač. Využití tyristoru Kondensátor se mezitím nabije přes odpor s vyznačenou polaritou. Obvod se vypíná tlačítkem STOP, kterým se přivede na tyristor napětí z kondenzátoru v opačné polaritě, než je pracovní. Tím poklesne na krátkou dobu proud tyristorem a ten se uvede do nevodivého stavu. 34

35 Využití tyristoru Dioda slouží k ochraně tyristoru před napěťovými špičkami při induktivní zátěži. Tyristor T musí snést trvalý proud zátěží a napětí zdroje. Tak např. pro spínání spotřebičů v motorových vozidlech s napětím baterie 12 V nebo 24 V a proudu zátěže do 3 A vyhoví tyristor typu KT710. Časový spínač Zařízení pracuje takto: Při zapnuti proudu se na tyristoru objeví plné napětí, které způsobuje nabíjení kondenzátoru přes odpor, diodu a řídicí elektrodu tyristoru. Nabíjecím proudem se tyristor otevře a žárovka se rozsvítí. Napětí na tyristoru poklesne na zbytkovou hodnotu, která stačí k dalšímu nabíjení kondensátoru a udržuje tyristor v otevřeném stavu. 35

36 Časový spínač Postupným nabíjením kondenzátoru proud klesá, tyristor se pozvolna uzavírá a zvyšuje se napětí kondensátoru. Jakmile se kondenzátor nabije na plné napětí, tyristor se zcela uzavře a žárovka zhasne. Stisknutím tlačítka Tl se kondenzátor vybije a celý děj se opakuje. Řízení svitu žárovky 36

37 Triak Triak je jednoslovný název pro obousměrný triodový tyristor neboli pětivrstvý triodový tyristor. Jedná se tedy o pětivrstvou součástku NPNPN (PNPNP se z technologických důvodů nepoužívá). Triak může spínat střídavý proud procházející mezi hlavními elektrodami A1 a A2 a řídí se proudem libovolné polarity mezi elektrodou a řídící elektrodou (G). Triak 37

38 Voltampérová charakteristika triaku Diak 38

39 Zkoušení funkčnosti tyristoru Zkoušení funkčnosti tyristoru 39

40 Měření a zkoušení polovodičů Diody obvodovou zkoušečkou klasickým ohmetrem multimetrem Zenerovy diody průchozí směr (stejně jako u klasických diod) závěrný směr (Uz; Iz katalog) a) pomocí regulovaného zdroje a omezovacího odporu b) pomocí regulovaného zdroje s proudovým omezením Tyristory zkouška spínací schopnosti pomocí žárovkové obvodové zkoušečky Měření a zkoušení polovodičů Tranzistory zjištění vývodů (u bipolárních tranzistorů) Nejdříve zjistíme bázi a vodivost pomocí obvodové zkoušečky nebo multimetru 40

41 Měření a zkoušení polovodičů V případě následujících typů pouzder tranzistorů máme zpravidla tyto možnosti: Pozn.: Přechod B E má vždy vyšší hodnotu (vyšší prahové napětí) než přechod B C. Měření a zkoušení polovodičů Dále můžeme také zjistit E a K z následujících zapojení: 41

42 Použité materiály: Bezděk, Miloslav. Elektronika I. 1.vyd. České Budějovice: Kopp, ISBN Malina, Václav. Poznáváme elektroniku I. 3.vyd. České Budějovice: Kopp, ISBN Dílenská příručka elektrotechnika I: SOUE a U Plzeň 42