Jaroslav Doleèek Moderní uèebnice elektroniky 1. díl Lektor Ing. Jiøí Hozman Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást

Transkript

1 Jaroslav Doleèek MODERNÍ UÈEBNICE ELEKTRONIKY 1. díl Základy elektroniky, ideální a reálné prvky rezistor kondenzátor cívka Praha 2005

2 Jaroslav Doleèek Moderní uèebnice elektroniky 1. díl Lektor Ing. Jiøí Hozman Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky. Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù. Pøedkládaná zapojení a informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob. Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny. Veškerá práva vyhrazena. Ing. Jaroslav Doleèek, 2005 Nakladatelství BEN technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Jaroslav Doleèek, MODERNÍ UÈEBNICE ELEKTRONIKY BEN technická literatura, Praha 2005 ISBN

3 STRUÈNÝ OBSAH obsah 1. dílu Základní pojmy, R, L, C 1 ZÁKLADNÍ ELEKTRICKÉ VELIÈINY A POJMY 2 IDEÁLNÍ ELEMENTÁRNÍ AKTIVNÍ A PASIVNÍ LINEÁRNÍ PRVKY 3 ODPOROVÉ OBVODY A VÝKONOVÉ PØIZPÙSOBENÍ 4 EKVIVALENCE PASIVNÍCH JEDNOBRANÙ 5 ANALÝZA LINEÁRNÍCH ELEKTRONICKÝCH OBVODÙ 6 SLOŽENÉ JEDNOBRANY OBSAHUJÍCÍ IDEÁLNÍ OBVODOVÉ PRVKY 7 PØENOSOVÉ VLASTNOSTI DVOJBRANÙ 8 REÁLNÉ LINEÁRNÍ SOUÈÁSTKY ELEKTRONICKÝCH OBVODÙ 9 PØÍLOHA MATICE A DETERMINANT obsah 2. dílu Polovodièe a elektronky 1 POLOVODIÈOVÉ SOUÈÁSTKY S JEDNÍM PØECHODEM PN 2 TRANZISTORY A POLOVODIÈOVÉ VÝKONOVÉ A SPÍNACÍ PRVKY 3 ELEKTRONKY 4 POLOVODIÈOVÉ SOUÈÁSTKY BEZ PØECHODU PN obsah 3. dílu Optoelektronika 1 O SVÌTLE 2 DIODY LED 3 LASEROVÉ DIODY 4 DETEKTORY SVÌTELNÉHO ZÁØENÍ 5 OPTOELEKTRONICKÉ VAZEBNÍ ÈLENY OPTRONY 6 ZOBRAZOVACÍ JEDNOTKY DISPLEJE 7 OBRAZOVÉ SENZORY 8 OPTICKÁ VLÁKNA

4 PODROBNÝ OBSAH O KNIZE NÌKTERÁ DATA Z HISTORIE ELEKTROTECHNIKY ZÁKLADNÍ ELEKTRICKÉ VELIÈINY A POJMY Základní velièiny Elektrický náboj Elektrické pole Elektrický proud Elektrické napìtí Úèinky elektrického proudu Elektronický obvod Elektrický signál Charakteristické hodnoty signálù Pravidla znaèení elektrických signálù Vstupní a výstupní signály elektronického obvodu Základní pojmy elektronického obvodu Schematické znaèky Schéma zapojení Klasifikace elektronických obvodù a jejich prvkù Klasifikace elektronických obvodù z hlediska poètu svorek Pasivní a aktivní obvody Pasivní prvky elektronických obvodù, pasivní obvod Aktivní prvky elektronických obvodù, aktivní obvod Ideální prvek elektronického obvodu Charakteristiky jednobranù (dvojpólù) Charakteristiky n-branù Vliv charakteristik obvodových prvkù na elektrický signál Lineární S-X charakteristika Nelineární S-X charakteristika Parametrické obvodové prvky IDEÁLNÍ ELEMENTÁRNÍ AKTIVNÍ A PASIVNÍ PRVKY Ideální zdroj napìtí a proudu Ideální nezávislý zdroj napìtí Ideální nezávislý zdroj proudu Ideální øízený zdroj napìtí Ideální øízený zdroj proudu J. DOLEÈEK: MODERNÍ UÈEBNICE ELEKTRONIKY 1. DÍL A

5 2.2 Ideální rezistor Ideální lineární rezistor Ideální nelineární rezistor Statický a dynamický (diferenciální) odpor Pracovní bod Statický odpor Dynamický (diferenciální) odpor Výkon pøemìnìný na odporu o velikosti R na teplo Ideální kondenzátor (kapacitor) Elektrická indukce Princip a hlavní vlastnosti ideálního kondenzátoru Lineární kondenzátory Nelineární kondenzátory Øízený kondenzátor Energie akumulovaná v kondenzátoru Silové pùsobení mezi deskami kondenzátoru Nabíjení kondenzátoru Ideální cívky (induktory) Magnetické pole Intenzita magnetického pole válcové cívky Intenzita pole toroidní cívky Magnetické napìtí Charakteristická rovnice cívky Základní zákony a pravidla vztahující se k cívce v magnetickém poli Faradayùv zákon Lencovo pravidlo Hopkinsonùv zákon Lineární cívka Magnetická vodivost (permeance) Vlastní indukènost cívky Nelineární cívka Cívky s jednoduchou nelinearitou Cívky s jádry z feromagnetických látek Parametrické induktory Vázané cívky Vzájemná indukènost Vzájemná indukènost dvou cívek Energie akumulovaná v cívce Nabíjení cívky Napìtí na vývodech cívky pøi odpojení zdroje ODPOROVÉ OBVODY A VÝKONOVÉ PØIZPÙSOBENÍ Odporové obvody Základní vlastnosti odporových obvodù Reálné stejnosmìrné zdroje Model zdroje stejnosmìrného napìtí a zdroje stejnosmìrného proudu Výkonové pøizpùsobení A J. DOLEÈEK: MODERNÍ UÈEBNICE ELEKTRONIKY 1. DÍL 5

6 4 EKVIVALENCE PASIVNÍCH JEDNOBRANÙ Ekvivalence pasivních jednobranù Sériové spojení jednobranù Sériové spojení rezistorù Sériové spojení cívek Sériové spojení kondenzátorù Paralelní spojení jednobranù Paralelní spojení rezistorù Paralelní spojení cívek Paralelní spojení kondenzátorù Sériové spojení nelineárních jednobranù Paralelní spojení nelineárních rezistorù Ekvivalence aktivních jednobranù Ekvivalence zdrojù napìtí Ekvivalence zdrojù proudu Ekvivalentní trojpóly Transfigurace trojúhelník hvìzda Transfigurace hvìzda trojúhelník Vìty o náhradních zdrojích Náhrada zdroje napìtí zdrojem proudu Pøemístìní zdrojù ANALÝZA LINEÁRNÍCH ELEKTRONICKÝCH OBVODÙ Théveninova a Nortonova vìta Analýza obvodù metodou Kirchhoffových rovnic Použité názvosloví Výpoèet metodou Kirchhoffových rovnic Metoda smyèkových proudù Výpoèet smyèkových proudù pomocí odporových matic Metoda uzlových napìtí Postup sestavení rovnic pro metodu uzlových napìtí Použití maticového poètu pro konstrukci rovnic metodou uzlových napìtí Výpoèet uzlových napìtí pomocí vodivostních matic Metoda úmìrných velièin Metoda superpozice SLOŽENÉ JEDNOBRANY OBSAHUJÍCÍ IDEÁLNÍ OBVODOVÉ PRVKY Ideální obvodové prvky v prostøedí støídavého proudu Èinný odpor v prostøedí støídavého proudu Ideální kondenzátor v prostøedí støídavého proudu Ideální cívka v prostøedí støídavého proudu J. DOLEÈEK: MODERNÍ UÈEBNICE ELEKTRONIKY 1. DÍL A

7 6.2 Impedance a admitance Impedance Impedance cívky a kondenzátoru Admitance Impedance spojených ideálních pasivních jednobranù Sériové spojení ideálních pasivních jednobranù Paralelní spojení ideálních pasivních jednobranù Paralelní spojení cívky, kondenzátoru a rezistoru Kombinované spojení obvodových prvkù rozdílného typu Duální obvody PØENOSOVÉ VLASTNOSTI DVOJBRANÙ Nejdùležitìjší vlastnost dvojbranù Hlavní funkce dvojbranù Charakteristické rovnice dvojbranu Charakteristiky dvojbranu Ètyøpólové parametry dvojbranu Statické a dynamické parametry dvojbranu Model vstupu a výstupu dvojbranu Impedanèní parametry dvojbranu (Z parametry) Admitanèní parametry dvojbranu Hybridní (smíšené) parametry dvojbranu Ètyøpólové parametry øízených zdrojù napìtí a proudù Ideální proudem øízený zdroj napìtí Ideální proudem øízený zdroj proudu Ideální zdroj napìtí øízený napìtím Ideální napìtím øízený zdroj proudu Rozdìlení dvojbranu na více èástí Vzájemné ovlivòování propojených dvojbranù REÁLNÉ LINEÁRNÍ SOUÈÁSTKY ELEKTRONICKÝCH OBVODÙ Úvod Normalizované øady pasivních souèástek Parametry a charakteristiky pasivních souèástek Reálné rezistory Dùležité vlastnosti reálných rezistorù Model reálného rezistoru Rezistivita a teplotní souèinitel odporu Kmitoètová závislost rezistorù Povrchový jev (skin efekt) Tepelné úèinky proudu Tepelný šum rezistorù Dùležité parametry rezistorù Mezní parametry rezistorù Charakteristické (provozní) parametry rezistorù Nìkteré další uvádìné parametry rezistorù A J. DOLEÈEK: MODERNÍ UÈEBNICE ELEKTRONIKY 1. DÍL 7

8 8.2.3 Rozdìlení a druhy rezistorù Konstrukce rezistorù, odporové materiály Rezistory pro klasickou montáž Rezistory pro povrchovou montáž (rezistory SMD) Speciální typy rezistorù Kondenzátory Vlastnosti reálných kondenzátorù Model reálného kondenzátoru Èinitel jakosti kondenzátoru Q a ztrátový èinitel tgd Impedance kondenzátoru Mezní parametry kondenzátorù Provozní parametry kondenzátorù Hlavní typy kondenzátorù z hlediska použitého dielektrika Kondenzátory vzduchové Kondenzátory s papírovým dielektrikem Kondenzátory s dielektrikem z plastù Keramické kondenzátory Slídové kondenzátory Kondenzátory se sklenìným dielektrikem Elektrolytické kondenzátory Køemíkové kondenzátory Promìnné lineární rezistory a kondenzátory Promìnné lineární rezistory Dùležité elektrické parametry potenciometrù a odporových trimrù Typy odporových drah promìnných rezistorù Provedení potenciometrù a odporových trimrù Promìnné lineární kondenzátory Ladicí kondenzátory Kapacitní trimry Hlavní parametry promìnných kondenzátorù Nové smìry ve vývoji kapacitních trimrù Induktory (indukèní cívky) Vlastnosti reálných cívek Náhradní zapojení (model) cívky Výpoèet indukènosti cívky Reálná cívka v obvodu stejnosmìrného proudu Reálná cívka v obvodu støídavého proudu, impedance cívky Èinitel jakosti cívky Teplotní závislost indukènosti cívky Další faktory, které ovlivòují vlastnosti cívky Ztráty v cívce Nejdùležitìjší parametry cívek Materiály používané pro jádra cívek Konstrukce indukèních cívek Cívky pro klasickou montáž Cívky pro povrchovou montáž Návrh cívky s feritovým jádrem J. DOLEÈEK: MODERNÍ UÈEBNICE ELEKTRONIKY 1. DÍL A

9 8.6 Transformátory Co to je a k èemu slouží transformátor Ideální transformátor Pøevod transformátoru p Reálný transformátor Hlavní parametry transformátoru Ztráty v reálném transformátoru Volba materiálu jádra pro nìkteré typy transformátorù Vodièe pro vinutí cívek transformátorù Návrh sí ového transformátoru Postup návrhu transformátoru Pøíklad zjednodušeného návrhu sí ového transformátoru s EI jádrem Cívky s feromagnetickým jádrem Magnetický obvod Použití cívek s feromagnetickým jádrem DODATEK MATICE A DETERMINANT INFORMAÈNÍ ZDROJE ODBORNÉ KNIHY A LITERATURA, ÈLÁNKY REJSTØÍK KNIHY NAKLADATELSTVÍ BEN TECHNICKÁ LITERATURA KONTAKTY NA PRODEJNY TECHNICKÉ LITERATURY A J. DOLEÈEK: MODERNÍ UÈEBNICE ELEKTRONIKY 1. DÍL 9