Elektronika- rozdělení, prvky Elektronika je technický obor, který studuje a využívá přístrojů fungujících na principu řízení toku elektronů
Rozdělení elektronických prvků DLE CHOVÁNÍ : Pasivní součástky jako spotřebič elektrické energie, (např. rezistor, kondenzátor, cívka, dioda, termistor, varikap) Aktivní součástky jsou buď zdrojem, nebo se chovají jako zdroj (např. baterie, dioda, tranzistor, operační zesilovač) Dle závislosti na frekvenci: Kmitočtově nezávislé rezistory, diody tranzistory Kmitočtově závislé kondenzátory, cívky. Mění svoji impedanci se změnou kmitočtu Dle počtu prvků v pouzdře: Diskrétní součástky Integrované obvody
Rozdělení -DLE ZÁVISLOSTI NA PROUDU A NAPĚTÍ - VA charakteristika Lineární - rezistor, kondenzátor, cívka atd. přímkovou VA charakteristiku Ohmův zákon Nelineární - dioda, tranzistor, tyristor atd. Ohmův zákon - elektrický proud v elektricky vodivém předmětu je přímo úměrný elektrickému napětí a nepřímo úměrný odporu: kde I je elektrický proud (A); G je elektrická vodivost, U je elektrické napětí (V)a R je elektrický odpor.(ω):
Lineární prvky- rezistor, cívka, kondenzátor Rezistory Proud I [A] protékající rezistorem je přímo úměrný napětí U[V] Na rezistoru se vytvoří napětí U[V], které je přímo úměrné protékajícímu proudu. Schopnost brzdit proud se nazývá elektrický odpor nebo rezistence, značí se R měří se v Ω. Odpor 1 Ω má vodič kterým při napětí 1V potéká proud 1A
Druhy rezistorů jmenovitý odpor, zatížitelnost [W] Dle vývodů s dvěma vývody: vrstvové uhlíkové, metalizované drátové s více vývody: s pevnou odbočkou s plynule nastavitelnou odbočkou- potenciometry Dle konstrukce: posuvné /přímočaře/ otočné jednoduché- velikost odporu je úměrná úhlu otočení sběrače upevněného na ose potenciometru- ukončeno knoflíkem otočné dvojité tandemové - 2- více odporových drah trimry krátká osa uzpůsobená na nastavení jednorázově, malé, upevňovány na plošné spoje reostaty- drátové potenciometry, mohutnější, určené pro silnoproudé účely
Elektrický náboj Elektrický náboj je vázán na částice látky. V atomu je elektrický náboj vázán na protony a elektrony. Nejmenší elektrický náboj má hodnotu 1,6. 10-19 C -coulomb Elektrický náboj je fyzikální veličina, kterou značíme Q, jednotkou je 1[C] coulomb. Elektrický náboj se může přenášet z povrchu jednoho tělesa na těleso druhé, ale může se i přemísťovat v jednom tělese. Podle vodivosti náboje v tělese, dělíme látky na vodiče a nevodiče (izolanty
Kondenzátor C[F] je součástka, která je schopna pojmout elektrický náboj Q [C].. Schopnost ukládat náboj se označuje jako kapacita C - tedy kolik coulombů nabijeme do kondenzátoru, když je na něm napětí 1 V. Kapacitu C udáváme v jednotkách farad F. Pasivní elektronický, prvek lineární kmitočtově závislý Základní vlastnost je kapacita s jednotkou 1Farad (F) ( schopnost udržet el. náboj, nebo také napětí) Nepropouští stejnosměrný proud, ale střídavý proud jim prochází
Vlastnosti kondenzátoru, značka
Kondenzátory je ideální má-li nekonečný odpor PARAMETRY KONDENZÁTORU jmenovitá kapacita [F], maximální napětí [Umax] je v střídavého napětí platí pro Uef = 230V je Umax = 325 V!, izolační odpor [n] (bývá asi 109Q) Kondenzátory, svitkové keramické Elektrolytické kondenzátory s vyznačenou polaritou ztrátový činitel tgs (charakterizuje ztráty energie v kondenzátoru)
Kondenzátor-výkon, Uef a Umax Energie W[J] uložená v kondenzátoru je rovná součinu náboje Q a poloviny napětí U (poloviny, protože ho nabíjíme od nuly a bereme tedy průměrné U). Náboj je ale C.U, tedy W je úměrná druhé mocnině napětí:q =C.U je v střídavého napětí platí pro Uef = 230V je Umax = 325 V!,
Rozdělení, použití kondenzátorů, Q =C.U Kondenzátory: Pevný, otočný elektrolytický, Pevné kondenzátory: Keramické, s papírovým dielektrikem,, z metalizovaného papíru, s plastovou fólií, se slídou (vysoký kmitočet, malé ztráty), elektrolytické dielektrikum oxid uhlíku- velkou kapacitu při malých rozměrech), speciální- vysokonapěťové S proměnnou kapacitou: Otočné, kapacitní trimry, dolaďovací Kondenzátor o kapacitě 1 F pojme při napětí 1 V náboj velikosti 1 C. Použití kondenzátoru: v oddělovačích stejnosměrného napětí od střídavého, při úpravách charakteristik, v rezonančních obvodech, filtrech.
Výpočty kapacity C[F] kondenzátoru 1. Q[C] =C[F].U [V], tedy 2. Jednotkou permitivity je farad na metr F/m Permitivita vakua: [F/m] a přibližně i vzduchu je ε 0 = 8,85 10 Relativní permitivita je poměr permitivity příslušného dielektrika k permitivitě vakua: ε = r ε ε 0 12 F m
Kapacita Q[C] deskového kondenzátoru je tím větší, čím větší je účinná plocha desek S[m 2 ] a čím je menší jejich vzdálenost d[m] C = ε S d Permitivita prostředí charakterizuje prostředí mezi deskami. Pro zvětšení kapacity se mezi desky kondenzátoru vkládá vhodné dielektrikum s velkou permitivitou, např. slída, PVC, olejovaný papír. Příklad: Spočítejte kapacitu C kondenzátoru, když mezi deskami o velikosti 2x2 cm vzdálených od sebe 1mm je vakuum tedy permitivita prostředí se rovná permitivitě materiálu: ε 0 = 8,85 10 12 F m
Cívky- lineární VA charakteristika, frekvenčně závislá jednotka L [H] Cívka je dvoupólová součástek zhotovená vinutím závitů vodiče v jedné, či více vrstvách. Cívkami získáváme potřebnou indukčnost - L, jednotka indukčnosti L je 1 H (Henry),čím více závitů cívka obsahuje, tím má větší indukčnost Obr. ukázka vinutí cívky
Cívky dělíme na: bez jádra samonosné, vinuté na kostře závit vedle závitu, křížově vinuté, vinuté na divoko", s jádrem Cívky s jádrem mají větší indukčnost (od 10 mh), a tato indukčnost se vysouváním jádra zmenšuje o 5 až 10 %.
POUŽITÍ CÍVEK v transformátorech, v tlumivkách, ve filtrech, v rezonančních obvodech atd. ZNAČENÍ VELIKOSTI REZISTORŮ A KONDENZÁTORŮ nápisy na součástkách např. TR 151 2k7/A, barevné pruhy na součástkách.
U miniaturních součástek se používá barevného kódu, dle kterého se určuje hod-nota barevných proužků na součástce modrá první č. 6 červená druhé č. 2 žlutá 621kΩ+-1% násobitel 10kΩ hnědá tolerance 1% proužek barva první druhý třetí čtvrtý 1. číslice 2. číslice násobitel tolerance stříbrná - - 0,01 n ± 10% zlatá - - 0,1 Q ±5% černá 0 0 1 _Q - hnědá 1 1 10Q + 1 % červená 2 2 100 Q ±2% oranžová 3 3 1 kň - žlutá 4 4 10 kn - zelená 5 5 100 kn ±0,5 % modrá 6 6 1 MQ - fialová 7 7 10 MQ ±0,1 % šedá 8 8 100 MQ - bílá 9 9 1 GQ - bez barvy - - - ± 20 %
VAKUOVÉ NELINEÁRNÍ PRVKY (ELEKTRONKY, obrazovka) Elektronky jsou elektronické součástky, ve kterých se vedení elektrického proudu uskutečňuje ve vakuu prostřednictvím elektronů mezi nejméně dvěma elektrodami. Katodou je zde niklová trubička, která má uvnitř žhavicí vlákno od katody izolované (= tzv. nepřímo žhavena katoda). Principem elektronky je tepelná emise elektronů.
DIODA- základní elektronka Katoda (-) elektrony emitovány Anoda (+) Z rozžhavené elektrody - katody se záporným potenciálem vystupují (jsou emitovány) z povrchu elektrony. Ve vakuu- emise výraznější elektroda s kladným potenciálem - anoda, budou k ní elektrony přitahovány.
DIODA, 2 elektrody: anoda -, katoda+ přímo žhavená nepřímo žhavená VA charakteristika nelineární závisí značně na teplotě katody. Při určité hodnotě anodového napětí (Us) dochází vlivem záporného prostorového náboje elektronů k nasycenému stavu a další zvyšování napětí již nemění počet elektronů přitahovaných anodou.
TRIODA je elektronka se třemi elektrodami. Jako třetí elektroda je mezi K katodu a A anodu vložena drátěná síťka G, Tato elektroda se jmenuje řídicí mřížka G. Bude-li na této mřížce záporné napětí vůči katodě, bude elektrony odpuzovat a anodový proud bude klesat tím víc, čím bude záporné napětí větší. Může-li takto malé napětí na mřížce řídit velký anodový proud, znamená to, že trioda pracuje jako zesilovač.
Pentoda 5 elektrod A,K a 3 mřížky Pentoda je elektronka s pěti elektrodami. Od triody se liší pouze lineámějšími VA charakteristikami. To je dosaženo přidá-ním dalších dvou mřížek: stínici a hradicí, které ovlivňují tok elektronů mezi katodou anodou. Linearita znamená menší zkreslení signálu při jeho zesílení.
Použití pentody ve výkonovém zesilovači koncového stupně vysílače, nově ve speciálních Hi-Fi přijímačích a a v (NF )nízkofrekvenčních zesilovačích
Speciální elektronka- Obrazovka (CRT monitor, televize, osciloskop)
Princip vychylování paprsku Obrazovka dle má vychylování elektronového paprsku pomocí dvou párů vychylovacích destiček. Paprsek je vychylován pomocí napětí přivedeného na vychylovací destičky ky. Toto jednoduché vychylování se používá v osciloskopech a jmenuje se elektrostatické vychylování. V složitějších obrazovkách televizních, nebo v monitorech počítačů se používá vychylování elektromagnetické - místo destiček jsou zde dva páry vychylovacích cívek. Tento způsob je výhodný proto, že již poměrně slabým magnetickým polem lze docílit velké vychýlení paprsku, takže lze obrazovky vyrábět kratší.
Televizní obrazovka č.b.
Barevná obrazovka se liší od černobílé tím, že má tři elektronové trysky a tři luminofory pro každou základní barvu RGB ( redčervená, blue-modrá,green-zelená). Navíc má barevná obrazovka před stínítkem kovovou stínící masku, která zajišťuje dopad elektronů do přesného místa na příslušném luminoforu.
Barevná obrazovka POUŽITÍ OBRAZOVKY televizory, monitory počítačů,osciloskop,radiolokátor V - vertikální vychylování, H horizontální vychlováni
Osazování plošných spojů Osazování plošných spojů součástkami s drátovými vývody a rozdíl od povrchové montáže osazování drátové nebo kolíčkové vývody součástek prostrčí otvory plošného spoje a na opačné straně zapájí Postup při osazování plošných spojů: Vytvarování a částečné zkrácení vývodů Osazení součástek do otvorů v plošném spoji Zajištění vývodů zahnutím na straně pájení a zkrácení na správnou délku Zapájení vývodů Kontrola a oživení osazené desky Doplnění a výměna chybějících a vadných součástek Vyčištění desky od zbytků tavidla a stop zanechaných pracovníky při montáži Povrchová ochrana desky nástřikem ochranného laku Průmyslově se používá způsob pájení vlnou
Ukázky plošných spojů:
Integrované obvody je moderní elektronická součástka jedná se o spojení (integraci) mnoha jednoduchých elektrických součástek, které společně tvoří elektrický obvod vykonávající nějakou složitější funkci Monolitické IO dnes převažují. Jejich jednotlivé součástky jsou vytvořeny a vzájemně spojeny. První integrovaný obvod zkonstruoval Jack St. Clair Kilby z firmytexas Instruments již v roce 1958
Výroba IO Základem pro výrobu moderních monolitických IO je monokrystal z velmi čistého polovodiče ( Ge, Si) Čištění materiálu a tažení takového monokrystalu se provádí za vysokých teplot v ochranné atmosféře, a je proto energeticky, ale i časově velmi náročné
Postup výroby plátcích se pak vytvářejí důmyslnými postupy miniaturní masky a na nezamaskovaná místa přidávají různé příměsi, které v daných místech přetvářejí základní polovodičový materiál vznikají tzv. PN přechody
Ukázky integrovaných obvodů Celý obvod je pak zapouzdřen do plastového pouzdra. Některé náročnější součástky například mikroprocesory mají ovšem pouzdra ze speciální keramické hmoty často kombinované s kovovými destičkami kvůli odvodu tepla ze součástky, jiné součástky třeba paměti EPROM, (dnes například prvky CCD) mají části pouzder skleněné, takže je vidět na vlastní křemíkovou destičku.