Soukromá sředníí odborná školla, s.r.o. Osvobození 699, 686 04 Kunovice ell..:: 57 548 98,, emaiill::ssssoss@edukompllex..cczz Elekronika I Ing.. Olldřiich KATOHVÍL 007
3 Ing. Oldřich Kraochvíl Elekronika I Vydavael, nosiel auorských práv, vyrobil: () Evropský polyechnický insiu, 007 Edior: Prof. Ing. Vladimír Mikula, Sc. ISBN 978807344
9
0 Obsah ZÁKLADNÍ ELEKTONIKÉ PVKY... 9. EZISTOY... 9.. Pevné vrsvové rezisory..... SMD rezisory.....3 Pevné dráové rezisory... 3..4 ezisory s více, než dvěma vývody... 3. KONDENZÁTOY... 6.. Konsrukce pevných kondenzáorů... 6.. Kondenzáory s proměnnou kapaciou....3 ÍVKY... 3.3. Konsrukce cívky... 3.3. Základní výpočy cívky... 9.4 TANSFOMÁTO... 33.5 POLOVODIČOVÁ DIODA... 37.5. Základní pojmy... 37.5. Vznik a vlasnosi PN přechodu... 4.5.3 Ampérvolová charakerisika diody... 47.5.4 Druhy polovodičových diod... 55.5.5 Schemaické určení časového průběhu usměrněného proudu... 59.5.6 Sřední hodnoa usměrněného napěí a proudu... 60.5.7 Sřídavá složka usměrněného napěí, zvlnění... 60.5.8 Sériové a paralelní řazení diod... 60.5.9 Aplikace... 6.5.0 Elekronický obvod... 63.6 ZÁKLADNÍ POJMY A JEJIH VYSVĚTLENÍ... 65.7 OTÁZKY:... 67.8 KONSTKČNÍ ÚLOHY... 74 ZDOJE STEJNOSMĚNÉ ELEKTIKÉ ENEGIE... 80. O TO JE ELEKTIKÝ ZDOJ A JEHO FNKE V ELEKTIKÉM OBVOD... 80. STEJNOSMĚNÉ, STŘÍDAVÉ, PLSNÍ A OSTATNÍ ZDOJE... 8.3 MONOČLÁNKY A PLOHÉ BATEIE... 8.3. Monočlánky... 8.3. Spojování monočlánků baerie... 85.4 ZÁKLADNÍ PAAMETY STEJNOSMĚNÝH ZDOJŮ... 88.5 MĚŘENÍ ZATĚŽOVAÍ HAAKTEISTIKY STEJNOSMĚNÉHO ZDOJE... 89.6 TVDOST STEJNOSMĚNÉHO ZDOJE... 90.7 SÍŤOVÉ NAPÁJEÍ ZDOJE PO ELEKTONIKÁ ZAŘÍZENÍ... 9.7. Jednocesný usměrňovač odporové zaížený... 94.7. Dvojcesný Graezův usměrňovač s odporovou záěží (můskové zapojení)... 95.7.3 Zapojení se zdvojeným sekundárním vinuím síťového ransformáoru... 96.8 SMĚŇOVAČE SE SBĚAÍM KONDENZÁTOEM... 98.8. Jednocesný usměrňovač se sběracím kondenzáorem... 98.8. Dvojcesný můskový usměrňovač se sběracím kondenzáorem... 99.8.3 Dvoucesný usm. se zdvojeným vinuím síťového ransf. a sběracím kond... 0.8.4 Zdroje souměrného napěí... 0.8.5 Násobiče (kaskádní, podle Villarda)... 03.9 FILTY... 04.0 STABILIZAE NAPĚTÍ... 05.0. Sabilizáor napěí se Zenerovou diodou (paramerický sabilizáor)... 05
.0. Sabilizáor napěí s ranzisorem... 07.0.3 Inegrované sabilizáory... 07.0.4 Elekronická pojiska.... POŽITÉ VÝAZY S PŘEKLADEM A JEJIH STČNÝ POPIS... 3 3 TANZISTO... 6 3. ZÁKLADNÍ POJMY... 6 3. BIPOLÁNÍ TANZISTO JAKO SPÍNAČ... 6 3.. PNP a NPN ranzisor... 6 3.. Základní zapojení bipolárního ranzisoru jako spínače... 3..3 Zbykové proudy bip. ranzisoru, proudový zesilovací činiel, ss char... 30 3..4 Měření vsupní a výsupní charakerisiky v zapojení SE... 35 3..5 Nasavení pracovního bodu ranzisoru... 36 3..6 Řešení saurace (nasycení)... 40 3..7 Mezní paramery bipolárních ranzisorů... 40 3..8 Ochrana přechodu BE... 4 3..9 Časové posupy vypínání spínače s odporovou záěží... 4 3..0 Spínač s indukivní a kapaciní vazbou... 44 3.3 VYŽITÍ BIPOLÁNÍHO TANZISTO JAKO ZESILOVAČE... 45 3.3. Přeměna akusického signálu na elekrický a opačně... 47 3.3. Základní zapojení ranzisoru jako zesilovače malých sřídavých signálů... 63 3.3.3 Sabilizace pracovního bodu ranzisoru... 66 3.3.4 Volba pracovního bodu zesilovače sřídavých signálů... 7 3.3.5 Saická a dynamická zaěžovací přímka... 73 3.3.6 Sřídavé paramery ranzisoru... 74 3.3.7 Mezní kmiočy, šum a mezní hodnoy ranzisoru... 83 3.4 ZESILOVAČE ELEKTIKÝH SIGNÁLŮ... 84 3.4. Zesilovače napěí, proudu a výkonu... 84 3.4. Impedanční ransformáor... 85 3.4.3 Nejvýznamnější paramery zesilovačů... 85 3.4.4 Linearia a zkreslení zesilovače... 85 3.4.5 Zesilovač a zesilovací supně... 86 3.4.6 Mikrofonní zesilovač... 99 3.4.7 Směšovací supně... 0 3.4.8 Budicí zesilovač... 03 3.4.9 Korekce hloubek a výšek (korekční předzesilovač)... 04 3.4.0 eguláor vyvážení s využiím změny zesílení kanálů... 07 3.4. Ekvalizér... 07 3.4. Nasavení hlasiosi... 09 3.4.3 Výkonový zesilovač, zv. koncový supeň... 3.5 VÝKONOVÉ ZESILOVAČE S INTEGOVANÝMI OBVODY... 4 4 TYISTO... 7 5 TIAK... 9 6 DIAK... 3
7 Sudijní cíle Po absolvování ohoo učebního exu budee schopni: Hleda echnické informace o elekronických prvcích v kaalozích. rči sejnosměrné a sřídavé napěí. Zobrazi sejnosměrné a sřídavé napěí na osciloskopu. Tvoři elekronické obvody s ransformáorem. Tvoři elekronické obvody s diodou. Používa lačíka, vypínače, pojisky, relé a sykače. Vyvoři π filr L. Konsruova obvody a sesavova rozpoče. Sručně popsa obvody v jazyku anglickém. Řeši úlohy v ýmu. Pracova s odbornou lieraurou. Nakresli schemaickou značku rezisoru kondenzáoru cívky a lumivky ransformáoru diody Pochopi rozdílné chování kovů a polovodičů v důsledku jejich rozdílných druhů vazeb mezi jednolivými aomy krysalu. Pochopi, proč kov vede vždy a proč polovodič jen při dosaečně vysoké eploě, nebo při dodání dosaečného množsví příměsi. Pochopi, jak lze využí doace povrchů enkých polovodičových desiček donory a akcepory k výrobě polovodičových prvků, jako jsou diody, ranzisory, yrisory, riaky, diaky ad. Seznámíe se s dalšími vlasnosmi PN přechodu. hápa a správně používa údaje uvedené v kaalogu diod. mě vysvěli, změři a použí v praxi volampérové charakerisiky, včeně její eploní závislosi. Pochopíe důvod komuace diody. Pochopíe význam chlazení diody. Naléz druhy prvků a vypočía cenu elekronického zařízení. V jazyce anglickém popsa obvody. Nakresli průběhy napěí v obvodech a na elekronických prvcích. Nakresli obvodová řešení pro měření elekronických prvků. Konsruova jednoduchá elekronická zařízení. Členi zdroje na sejnosměrné a sřídavé. Měři a využíva zdroje podle základních paramerů ( 0, I k, i, zaěžovací charakerisika), posoudi vrdos zdroje. Nakresli schéma a měři zaěžovací charakerisiku. Využíva výhod řazení zdrojů a eliminova nevýhody. hápa, jak zpracuje elekrickou energii kondenzáor, cívka a ransformáor. Vypočía a urči časovou konsanu τ obvodu. Zkonrolova fázi, nulový a ochranný vodič u zásuvky. Znalos základních pojmů v anglickém jazyce. Na šíku naléz výrobce zdroje elekrické energie, urči echnické paramery a ceny. Navrhnou a sesavi výukový panel pro uo kapiolu. Navrhnou sandardizovaný elekronický prookol k měření. Popsa rozčlenění ranzisorů. Popsa a vyhleda odpovídající chladič ranzisoru. Použí přechody PN ranzisoru. Sesavi a popsa činnos blokového a obvodového schémau ranzisoru jako spínače. Nakresli a popsa paramery zapojení bipolárního ranzisoru (SE, SB, S). 7
8 Ověři funkčnos ranzisoru. Popsa různá echnická zapojení ranzisoru, včeně popisu v cizím jazyce. Správně polarizova kondenzáory a baerie u NPN a PNP ranzisoru. Popsa a použí Darlingonovo zapojení. Navrhnou, popsa a sesavi obvod pro zvýšení cilivosi relé. Navrhnou, popsa a sesavi obvod spínače s fooodporem. Navrhnou, popsa a sesavi obvod jako senzorový spínač. Navrhnou, popsa a sesavi obvod jako senzorové lačíko. Navrhnou deekor vlhkosi. Nakresli a vysvěli blokové schéma sesavy. Popsa konsrukci a použií ranzisoru. Nakresli směrové charakerisiky mikrofonu. Popsa a využíva prvky připojení mikrofonu k zesilovači, včeně zapojení konekorů. Popsa echnické řešení reprodukorů, včeně kmiočové a směrové charakerisiky. Popsa rozdělení zesilovačů. Popsa blokové schéma zesilovače. Popsa paramery zesilovače. Popsa a nakresli způsoby nasavení pracovního bodu ranzisoru. Popsa a nakresli řídy zesilovače. Popsa a nakresli kompenzační obvody ranzisoru. Popsa činiel sabilizace. Popsa a nakresli emiorový sledovač. Popsa a nakresli dvousupňový zesilovač. Popsa a nakresli dvojčinný mikrofonní zesilovač. Popsa korekci hloubek a výšek. Popsa ekvalizér. Popsa nasavení hlasiosi. Nakresli a popsa plynule regulovaelný zdroj s ranzisorem. Nakresli a popsa zdroj konsanního napěí s ranzisorem. Popsa funkci a nakresli charakerisiky yrisoru. Nakresli a popsa obvody s využiím yrisoru. Popsa vlasnosi a využií diaku. Popsa vlasnosi riaku. Popsa využií riaku. 8
9 Základní elekronické prvky. ezisory ezisor je elekronická součáska, jejíž základní vlasnosí je odpor definovaný velikosí v Ω (ohmech). Elekroechnická značka: ezisory Se dvěma vývody S řema a více vývody Pevné vrsvové rezisory (T) Pevné dráové rezisory (T) Děliče s pevně nasavielným poměrem (rimry, TP) Děliče s plynule proměnným dělícím poměrem (poenciomery, TP) Z echnologického hlediska členíme rezisory na: Vrsvové Dráové Výrobce: Přehled rezisorů, rimrů a poenciomerů, jejich echnické a konsrukční paramery lze naléz v konsrukčních kaalozích. Přehled cen jednolivých součásek lze naléz v obchodním kaalogu. Někeré kaalogy jsou i na inerneových sránkách: www.gme.cz www.ke.cz kázka inerneových obchodních kaalogových sránek (www.gme.cz) nebo přímo u výrobců Tesla, Panasonic, AVX ena rezisorů záleží na jejich zařazení do řad, oleranci, zráovém výkonu rezisoru a echnickém provedení (vrsvový, dráový, SMD). eny jsou uváděny obvykle v kaalozích obchodních firem, mohou se vzájemně liši i pro sejný yp. Záleží věšinou na vzazích výrobce odběrael, obchodník zákazník 9
0 ČSN 35 80 Jmenoviý odpor rezisorů: Jmenovié hodnoy rezisorů jsou normalizovány do řad, z nichž jsou nejpoužívanější E6, E, E4, E48, E96 a E9. E6:,5, 3,3 4,7 6,8 E:,,5,8,,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8, E 4:,,,3,5,6,8,0,,4 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5, 5,6 6, 6,8 7,5 8, 9, 0 Jmenoviá 9 hodnoa 8 7 6 5 4 3 0 3 5 7 9 3 5 7 9 3 Pozice prvku v E4 Tolerance jmenoviého odporu: Podle olerance jmenoviého odporu se rezisory řadí do skupin, označených písmeny nebo barevným kódem. Vyznačuje se za údajem jmenoviého odporu. ± 0 % bez označení nebo M (používají se ve spořební elekronice) ± 0 % označeno K ± 5 % označeno J ± % označeno G ± % označeno F ± 0,5 % označeno D ± 0,5 % označeno ± 0, % označeno B Pro hodnoy s odchylkou ± 0,% a ± 0,% se doporučují hodnoy z řady E9. Tolerance v řadách: v E6 je ± 0% v E je ± 0% v E4 je ± 5% Každá číselná řada obsahuje různý poče prvků. E6 má 6 prvků, E má prvků, E4 má 4 prvků ad. Označení rezisorů: Číselné označení odporu rezisorů: Např.: 0 0 Ω K7 700 Ω K33 330 Ω 33K 33 000 Ω M 00 kω M 000 000 Ω Velmi přesné rezisory. Používají se v měřicích obvodech. 0
Barevné značení rezisorů: 5,6 kω 5%±,7 kω 5%± olerance násobiel. číslice. číslice 3,9 kω 5%±. číslice. číslice násobiel Tolerance 0 černá 0 0 černá ± 0% bez proužku hnědá hnědá 0 hnědá ± 0% sříbrná červená červená 0 červená ± 5% zlaá 3 oranžová 3 oranžová 0 3 oranžová ± % červená 4 žluá 4 žluá 0 4 žluá ± % hnědá 5 zelená 5 zelená 0 5 zelená ± 0,5% zelená 6 modrá 6 modrá 0 6 modrá ± 0,5% modrá 7 fialová 7 fialová 0 7 fialová ± 0,% fialová 8 šedá 8 šedá 0 8 šedá 9 bílá 9 bílá 0 9 bílá 0 zlaá 0 sříbrná ezisor uvedený na ilusračním obrázku má edy hodnou,7 kω s olerancí jmenovié hodnoy ± %. Ohmův zákon Procházíli rezisorem s odporem elekrický proud I, vzniká na odporu napěí..i [V, Ω, A] Výkonové zaížení rezisoru: Procházíli rezisorem elekrický proud, vzniká v něm eplo. Mění se éž hodnoa odporů. 0 α kde odpor rezisoru při dané eploě 0 odpor rezisoru při eploě 0 α eploní součiniel odporu [K ] rozdíl eplo [K] α u 3,9. 0 3 K α Al 3,8. 0 3 K α Fe 4,6. 0 3 K α konsanan 0,0. 0 3 K Vzniklé eplo musí povrch rezisoru bezpečně odvés. Proo se rezisory dělí do skupin podle jejich zráového výkonu (0,5 W, 0,5 W, W, W...): P.I kde napěí na rezisoru I proud rezisoriem
.. Pevné vrsvové rezisory ezisory s odporem věším než 4 kω, mají délku odporové vrsvy zvěšenu vybroušením drážky ve varu šroubovice. Odporová vrsva uhlíková mealizovaná (kovové kysličníky, sliiny) Keramické nosné ělísko Přívody (pocínované dráy) Lak Kovová čepička Použií vrsvových rezisorů: Snižování elekrického proudu obvodem V děliči napěí pro získání nižšího napěí měřicích přísrojů jako bočníky nebo předřadné odpory Vrsvové rezisory.. SMD rezisory pevnění rezisorů na desce plošných spojů (verikální, horizonální) Jsou o miniaurní součásky, keré nemají dráové vývody, ale pouze kovové plošky, pomocí kerých se součáska připájí na plošný spoj. Používají se zejména pro úsporu mísa na deskách s velkým obsahem elekronických součásek. V SMD provedení se vyrábí éměř všechny elekronické součásky (kondenzáory, diody, ranzisory ).
3 SMD rezisor Číselné značení Číselné značení se skládá ze ří nebo čyř číslic, kde první dvě nebo ři číslice určují hodnou odporu a poslední číslice předsavuje násobiel. Je o obdoba čárového kódu. Teno yp značení se používá pro popis rezisorů SMD pro povrchovou monáž (Surface Moun Device). SMD rezisory..3 Pevné dráové rezisory Jsou navinuy z odporového vodiče jehož povrch je smalovaný. Nebývají samonosné konsrukce, věšinou bývají navinuy na keramickém ělísku různého varu. Smal povrchové úpravy snese až několik se. hlazení je sáláním. Nevýhodou je paraziní indukčnos, akže se hodí jen do obvodů sejnosměrných, nebo s nízkou frekvencí (kolem 50 Hz). Odporový vodič Tmel, smal Dráové rezisory l ρ. S [ ] Ω ρ měrný odpor dráu [Ω.m] l délka použiého dráu [m] S průřez použiého dráu [m ]..4 ezisory s více, než dvěma vývody ezisor s odbočkou: 3 3 Odbočka rezisoru ezisor s odbočkou slouží jako dělič napěí. 3
4 Poenciomer: Poenciomer umožňuje uživaeli plynule nasavi jeho hodnou (odpor) nebo dělicí poměr. 3 3 Oočný poenciomer Posuvný poenciomer Definice: Použií posuvného poenciomeru Odporový rimr: Odporový rimr jemně nasavuje dělicí poměr při nasavování elekronických obvodů. Dělič napěí: Použií poenciomeru v obvodu r r Odporové rimry Úkol: Napiše maximální a minimální možnou hodnou r, jaké lze dosáhnou u rimru. Použií rimru v obvodu 4
5 Lineární, logarimické a exponenciální poenciomery: Dělící poměr A 0,8 A Exponenciální E Lineární N 0,6 0,4 Logarimický G 0, 0 0 60 0 80 40 300 Poloha běžce α [ ] Využií: Například exponenciální poenciomer se využívá pro regulaci veličin, keré závisí na napěí logarimicky (hlasios). Tyo veličiny se poom regulují v závislosi na oočení osy. Z konsrukčního hlediska jsou ješě vyráběny odbočky např. v /3, /3 odporové dráhy. Sériové řazení rezisorů I 3 N 3 N 3... Při N sejných rezisorech : N. I 3... 3 3 N N N i N i...... N N i i Paralelní řazení rezisorů I I I N N G G G......G N N N G i N i i i elková vodivos je dána součem všech vodivosí. 5
6 Pro N sejných rezisorů : N Pro dva paralelní rezisory, plaí:. elkový proud: I I I... I N I N i i I. I I... I Měření odporu rezisorů N N A V I Popiše princip měření a výpoče odporu rezisoru:. Kondenzáory.. Konsrukce pevných kondenzáorů Kondenzáor je elekronická součáska, jejíž základní vlasnosí je kapacia definované velikosi ve F (faradech). Elekroechnická značka: Záporný pól Přívod Kladný pól Dielekrikum Dielekrikum Kovový pásek Vodivé elekrody Přívod Hliníkový obal mělohmoná izolace Elekrolyický kondenzáor Kapacia je schopnos akumulace elekrického náboje Q. Vzah mezi napěím a nábojem Q je Q. je zde konsana úměrnosi. Kondenzáor s kapaciou a napěím přiloženým na jeho svorkách (deskách) v sobě hromadí náboj Q. 6
7 Pro nabíjení kondenzáoru plaí: Proud kondenzáoru je přímo úměrný změně napěí na jeho svorkách. Připojímeli ke kondenzáoru sejnosměrný zdroj (napěí), vznikne přechodový jev a obvodem eče proud, pořebný k nabií kondenzáoru. Po nabií již proud neeče. Znamená o, že sejnosměrný proud kapacior nepropouší. Příklad: Vypočěe kapaciu blokovacího kapacioru pro inegrovaný obvod M68H, víeli, že maximální povolené zvlnění napájení je 0, V při impulsní spořebě 0, A. Doba proudového impulsu je 0ns. Řešení: Každá akivní součáska v číslicovém obvodu má při překlápění mezi logickými úrovněmi po určiou dobu zvýšenou (impulsní) spořebu. Ampliuda a délka proudového impulsu se liší podle ypu součásky. Vzhledem k omu, že délka impulsu je srovnaelná se zpožděním průchodu proudu na plošném spoji od napájecího zdroje k součásce, je nuné u každého číslicového obvodu vyvoři lokální zdroj elekrické energie pro pokryí jeho impulsní spořeby. K omu se používá kapacior, kerý musí bý umísěný co nejblíže k napájecím du vývodům obvodu. Jedná se o ypickou úlohu výpoču kapaciy podle vzorce I. : dq d I d d I d d 0, 0, 0.0 9 5.0 9 [ ] F d ε.s d ε permiivia dielekrika S plocha desky d vzdálenos desek ε ε 0. ε r kde ε 0 dielekrická konsana vakua ε 0 8,85. 0 [F.m ] ε r relaivní dielekrická konsana ε r vzduchu n ( n ) Popis chování kondenzáoru v elekrickém obvodu sejnosměrného zdroje: I v v rozepnu v sepnu τ i I I max V 7
8 Popiše činnos obvodu: I max i v i vniřní odpor zdroje v odpor vedení Úkol:. Vypočíeje maximální proud ekoucí obvodem, jeli odpor vedení v 0, Ω a je: a) napájen plochou baerií s vniřním odporem i 0,5 Ω a napěím 4,5 V b) napájen z akumuláoru s vniřním odporem i 0,05 Ω a napěím V Časová konsana τ je rovna: τ. Napiše definici časové konsany: Měření časové konsany τ: τ Generáor obdélníkového průběhu Osciloskop Úkol: Vypočíeje τ, jesliže bude Ω a 00 µf v zapojení podle předchozího obrázku. Náboj kondenzáoru: I Q. I. Q náboj kondenzáoru [] nabíjecí napěí [V] I nabíjecí proud [A] čas nabíjení [s] Q Q 8
9 Sériová spojení kondenzáorů: N N... N N i i Pro dva kondenzáory: Definice:.......... Pro N shodných kondenzáorů: N... N... N N Q Definice:............ Paralelní řazení kondenzáorů: Q Q N Q N... N N i i Pro N shodných kondenzáorů: N. elkový náboj: Q Q Q... Q N N i Q Q Q Q... N N Q Energie nabiého kondenzáoru: W Q W uložená energie [Ws]... napěí kondenzáoru [V] Q odpovídající náboj [] i Definice:............ Definice:............ Definice:............ 9
0 ozdělení kondenzáorů Typy kondenzáorů Vzduchové S papírovým dielekrikem S mealizovaným papírovým diel. S plasickou fólií Slídové Keramické Elekrolyické Provedení kondenzáorů Pevné S proměnnou kapaciou Pevné kondenzáory: Dvě hliníkové fólie, odělené speciálním kondenzáorovým papírem (ε r 4 7) Kondenzáory s mealizovaným papírem: Kondenzáorový papír má na obou sranách nanesenou hliníkovou vrsvu. ozsah kapaciy kondenzáorů: sovky pf sovky nf Kondenzáor s plasickou fólií: Dielekrikum voří plasická fólie o loušťce 5 až 0 µm (polysyrén, eflon, erylen). ozsah kapaciy kondenzáorů: jednoky nf jednoky µf Slídové kondenzáory: Kvaliní, malý činiel zrá, přesné, eploně málo závislé ad. ozsah kapaciy kondenzáorů: jednoky pf desíky nf Slídová desička Napařená (nasříkaná) sříbrná vrsva Keramické kondenzáory: Dielekrikum voří keramická vrsvička. Výsledkem jsou velice nízké dielekrické zráy. Typy: erčové desičkové diskové polšářkové (ploché) rubičkové průchodkové ozsah kapaciy kondenzáorů: cca jednoky pf sovky nf Lze se s nimi seka éměř v každém spořebním elekronickém zařízení. Jsou snadno vyrobielné, mechanicky pevné a mají nízkou pořizovací cenu 0
kázka inerneových kaalogových sránek (www.gme.cz) Elekrolyické kondenzáory: Dielekrikum voří enká vrsva kysličníku. Kovová elekroda musí bý vždy kladně nabiá. Přepólování změní kondenzáor na rezisor s malou hodnouou odporu. Elekroly může bý pevný i ekuý. ozsah kapaciy kondenzáorů: cca µf 0 mf Tanalové kondenzáory: Vysoce sabilní a kvaliní kondenzáory. ozsah kapaciy kondenzáorů: cca desíky µf Nám nejméně vzdálený výrobce kondenzáorů je společnos AVX zech epublic s.r.o., herské Hradišě, kerá vyrábí kondenzáory keramické, analové Mezi další výrobce kondenzáorů paří: Philips, Siemens, Moorola
.. Kondenzáory s proměnnou kapaciou V někerých elekronických zařízeních pořebuje uživael mí možnos měni kapaciu kondenzáoru. Mluvíme o ladicím kondenzáoru. oor Vana desky Typy dielekrika: Vzduch Slída Olej, ad. Kapacia v řádu pf (5 500 pf). Vyrábí se jako dvojié i rojié. Ladicí kondenzáor Ve výrobě dolaďujeme kapaciu pomocí jemně nasavielných, zv. dolaďovacích kondenzáorů. Trubkové provedení: Skleněná nebo keramická rubička Šroubovací elekroda kovová ozsah: 0,3 pf 0,8 5 pf 7,5 pf,5 4 pf Sříbrná vrsva Maximální provozní napěí je 00 až 400 V. Kapaciní rimr kázka inerneových kaalogových sránek (www.gme.cz) Paramery kondenzáorů: jmenoviá hodnoa kapaciy jmenovié napěí přesnos zráový činiel g δ eploní součiniel kapaciy izolační odpor
3 Úkol: Dopiše, jak vzniká:. kapacia samosaného vodiče vůči jinému vodiči. kapacia zařízení vůči zemi Měření kondenzáorů Provádí se pomocí kapaciního můsku, kde se snažíme docíli jeho rovnováhy. ~ x n V Pomocí kapaciní dekády n vyvážíme můsek ak, aby volmer ukazoval nulovou výchylku. Hodnou kondenzáoru X odečeme z kapaciní dekády. Kondenzáory a jsou sejné. kázka kondenzáoru na desce plošných spojů: Připojení radiálního a axiálního kondenzáoru.3 ívky.3. Konsrukce cívky ívka je elekronická součáska, jejím základní vlasnosí je indukčnos L definované velikosi. I L L I Z v rozepnu v sepnu I z I L I Lmax v I I max I L max L z L odpor cívky Z odpor záěže 3
4 Bez jádra ůzné druhy cívek Schemaická značka cívky bez jádra: Pozn: Každý vodič má edy svoji indukčnos L NF indukčnos při nízkém kmioču [H] l NF l(ln 0, 75 ). 0 rd L 9 L l l(ln ). 0 HF rd 9 L HF... indukčnos při vysokém kmioču [H] l délka vodiče [cm] d r D poloměr dráu [cm] Indukčnos cívky L n.µ 0.µ r S. l m [ H ] [ ] V.s [ A] n poče záviů µ 0 permeabilia vakua,57. 0 6 [H.m ] µ r relaivní permeabilia S plocha [m ] l m sřední délka siločáry [m] 4
5 Indukčnos dvojiého vedení a 9 L l( 4.ln ).0 [ H ] NF rd a sřední vzdálenos vodičů [cm] a r d L HF l( 4.ln a r D ).0 9 [ ] H l Koaxiální vedení: rm LNF l(ln 0,5 ).0 r D r L M 9 l(ln ).0 [ H ] HF rd r M... vniřní poloměr plášě [cm] Vodič proi zemi: L.l.ln h.0 r D 9 [ ] H 9 [ ] H h l r D d r d r [cm] h [cm] l [A] L [H] r M h vzdálenos vodiče od vedení [cm] Jsouli yo záviy navinuy na kosřičce, nebo je vodič ak vrdý, že drží var sám, členíme cívky na: Vzduchové samonosné, nebo vinué na kosřičce S jádrem Tvar záviu (kruhový, čvercový, obdélníkový), poče záviů a poče vrsev záviů (jednovrsvové cívky, vícevrsvové cívky), maeriál a var jádra a aké magneické vlasnosi okolí cívky ovlivňují indukčnos cívky. o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o ívka bez jádra a s EI jádrem ívka je využívána ve sřídavých obvodech, proože je překážkou pro procházející sřídavý proud nejen velikosí svého odporu vodiče z něhož je navinua, ale hlavně v důsledku své vlasnosi indukčnosi. 5
6 Při vysokých frekvencích (řádově sovky khz) oiž věšinou proudu prochází povrchovými vrsvami vodiče, sředem jen minimum. Proo se významně zvýší odpor vodiče vf proudu v porovnání s odporem, kerý by kladl sejný vodič sejnosměrnému proudu. Teno jev nazýváme povrchový jev, zv. skin efek. 500 khz Vodivosní elekrony jsou v průřezu rozloženy rovnoměrně. Vodivosní elekrony jsou rozmísěny u povrchu vodiče. V omo případě i kráký vodič může bý pro procházející sřídavý proud o vysoké frekvenci významným odporem. Jak edy konsrukčně dosáhnou, aby vedení, po nichž přenášíme signály vf kladlo malý odpor procházejícímu proudu? Odpověď: Zvěši povrch vodiče nebo napaři kvaliní vodivý maeriál. Koaxiální vodič Duý sředový vodič ívky do vf obvodů se časo vinou lankem z mnoha vodičů navzájem odizolovaných. To plaí pro frekvence řádu 0 khz až 0 3 khz. Oázka: Popiše kapaciu dráového vodiče a kapaciu lanka: Na frekvenci nad 0 3 khz nás omezuje již paraziní kapacia sousavy. Nad 0 3 khz používáme: Vodiče o velikém průřezu Trubky Pásky ívky členíme na: a) cívky bez jádra b) cívky s jádrem 6
7 a) ívky bez jádra Konsruují se pro indukčnosi řádu 0 6 s kmiočem řádu 0 MHz H (mikrohenry).využívají se v obvodech Konsrukce: a) samonosné (bez kosry) b) na izolační kosře Používané do 0 µh. Samonosné cívky ívky na izolační kosře b) ívky s jádrem žií: vf obvody (0 0 0 mh) nf obvody (0 0 H nízkofrekvenční lumivky) Jádra: šroubová (jádro má var šroubu se záviem). Dosáhneme L ~ 0 mh. L se zvěšuje zašroubováním jádra do cívky. ívka se šroubovým jádrem hrníčková (jádro je složeno ze dvou čásí, keré po sloučení zcela obklopuje cívku. ívka je nasunua na sředovém sloupku). Jednovrsvová válcová cívka: Hrníčkové jádra d L d n. F.0 9 [ ] H l F 30 0 l délka cívky [cm] d průměr cívky [cm] n poče záviů F výpočový činiel 0 0 3 4 d/l 7
8 Hrníčkové jádro, práškové jádro: L n. A L L indukčnos [nh] A L... činiel jádra (A L činiel, indukční činiel) (z kaalogových lisů) [nh] Zdroj: DIETMEIE,. Vzorce pro elekroniku. Praha : BEN, 999. nf lumivky žií: hlavně v napájecích zdrojích Konsrukce: jádrové (jádro, ad.) plášťové jádro Jádro je vyrobeno z oropermového pásku a) po f 50 Hz je loušťka vodiče 0,3 mm. žluá barva označení b) po f 50 Hz 0 khz je loušťka vodiče 0,3 mm zelená barva označení Jednolivé záviy pásku jsou od sebe odděleny (snížení vířivých proudů). o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o ívky s nosnými jádry ransformáorový plech (nf lumivky) ívka na jádru n L n m n poče záviů µ 0,57.0 6 [H.m ] µ r permeabilia plechu jádra l m sřední délka siločáry [m] S plocha jádra [m ] µ 0 l µ m r S ívka se vzduchovou mezerou µ 0S ml > mfe L n ll ml magneický odpor vzduchové mezery l l délka vzduchové mezery [m] S plocha jádra [m ] Plášťové nf lumivky (dvě jádra, jedna cívka) o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 8
9.3. Základní výpočy cívky Úkol č. : Vypočíeje indukčnos jednovrsvové cívky bez jádra, záviy uloženy vedle sebe, u níž je: N N 40 záviů d o o o o o o o o o o o o d 0,8 mm, s izolací d 0,87 mm ( vodiče) D mm o o o o o o o o o o o o D D d b Řešení: Vyjádřee z Nagaokova vzahu: D D L k D b N 0 3 [ ] µh ;cm ;cm; () kde L indukčnos cívky k konsana D vniřní průměr cívky D D d b délka cívky N poče záviů Tabulka: rčení konsany z upraveného Nagaokova vzahu pro výpoče indukčnosi jednovrsvových cívek bez jádra. D b k D b k D b 0,00 9,8700,00 6,7945,00 5,866 4,00 3,6064 7,00,5504 0,05 9,6637,05 6,6888,0 5,070 4,0 3,555 7,0,5040 0,0 9,4633,0 6,586,0 4,9596 4,0 3,5048 7,40,4586 0,5 9,689,5 6,4875,30 4,8540 4,30 3,4564 7,60,46 0,0 9,083,0 6,3908,40 4,7533 4,40 3,400 7,80,3747 0,5 8,8987,5 6,980,50 4,6576 4,50 3,3646 8,00,335 0,30 8,73,30 6,08,60 4,5658 4,60 3,30 8,50,44 0,35 8,553,35 6,03,70 4,4780 4,70 3,778 9,00,565 0,40 8,3885,40 6,0355,80 4,394 4,80 3,363 9,50,0786 0,45 8,86,45 5,955,90 4,33 4,90 3,959 0,00,0065 0,50 8,0746,50 5,876 3,00 4,36 5,00 3,564,00,878 0,55 7,965,55 5,7946 3,0 4,6 5,0 3,084,00,7667 0,60 7,784,60 5,796 3,0 4,09 5,40 3,003 3,00,6700 0,65 7,6443,65 5,6466 3,30 4,00 5,60,94 4,00,584 0,70 7,500,70 5,5755 3,40 3,9558 5,80,8780 5,00,507 0,75 7,3807,75 5,5064 3,50 3,897 6,00,868 6,00,4380 0,80 7,554,80 5,4393 3,60 3,835 6,0,7586 7,00,3758 0,85 7,340,85 5,373 3,70 3,773 6,40,7033 8,00,386 0,90 7,075,90 5,3090 3,80 3,750 6,60,6500 9,00,673 0,95 6,9040,95 5,468 3,90 3,6597 6,80,5987 0,00,99 Výpoče: b N x d 40 x 0,87 34,8 mm D D d mm 0,87 mm,87 mm D Z abulky pro 0,37 vyčeme k 8,55 b L 6,5 µh k D b k D b k 9
30 Odpověď: Indukčnos navržené cívky bude 6,5 µh Pozn.: pro proudovou husou σ,5 A/ mm může ouo cívkou proéka proud π d 3,4.0,8 I σ.s σ.,5. 0, 75 A 4 4 Vyšší proud by způsobil již nežádoucí velikos zahřáí vodiče cívky, což by mohlo poškodi izolaci vodiče. DÚ: ) Sesave vývojový diagram a napiše program v Pascalu pro výpoče Nagaokova vzahu. ) Navrhněe jednovrsvovou válcovou cívku bez jádra, závi vedle záviu ak, aby L 0 µh. Dodrže požadavek na d 0,8 mm (d 0,87 mm). Úkol č. : Vypočíeje indukčnos cívky s rozměry: a 0 mm b 60 mm c 0 mm N 600 a N poče záviů o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o c S..plocha zaplněna mědí S celkový průřez vinuí (b;c) S > S Řešení: Vyjdeme ze vzahu: 30a N L 0 6a 9b 0c 6 [ ] mh ;cm I D o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o b K v činiel plnění () (plaí pro k v 0,6) 30.4.360 000 36 0.0 L 6 6,06 mh Odpověď: ívka má indukčnos 6,06 mh. Měření indukčnosi cívky Měřicí meoda využívá rezonančních vlasnosí cívky a kondenzáoru. Z určeného rezonančního kmioču lze jednoduše vypočía indukčnos cívky při známé hodnoě kapaciy kondenzáoru. Ze vzahu pro rezonanční kmioče vypočíáme L indukčnos: L.( f ) ~ 0 π 30
3 DÚ: ) Navrhněe vícevrsvovou vzduchovou cívku s L 0,8 mh; I 0,6A; D 0 mm; b 0 mm. ) Sesave VD a napiše program v Pascalu pro výpoče vzahu (). 3) Popiše rozdíl mezi vzahem () a vzahem (). Úkol č. 3: Vypočíeje indukčnos jednovrsvé cívky, navinué na feriovém šroubovém laděném jádře, když víme, že: Indukčnos cívky bez jádra je 0,5 mh a permeabilia jádra je,5. Řešení: Pro výpoče indukčnosi cívek se šroubovými laděnými jádry lze uží vzah: L µ. L o (3) L o indukčnos sejné cívky bez jádra µ cívková permeabilia jádra (,,3 viz. kaalog) L µ. L o,5. 0,5.0 3 0,65 mh DÚ: ) S využiím programu v úkolu č. vypočíeje indukčnos cívky na feriovém jádře. ) Program z úkolu č. uprave pro verzi, kerá řeší úkol č. i. Úkol č. 4: Vypočíeje indukčnos cívky s feriovým hrníčkovým jádrem J6/6 z maeriálu H, když délka vzduchové mezery l v 0,45 mm a N 4 záviů? Řešení: Vyjdeme ze vzahu: L AL. N [nh; nh; ] 000 A L závisí na konsrukčním maeriálu a velikosi mezery. Jádra se vyrábí s akovými vzduchovými mezerami, aby jejich konsany A L vořily normalizovanou řadu 5 (00 5 60 50 400 630 000 µh). A L odečeno z grafu po l v 0,45 mm činí 50. A L [nh] Feriové hrníčkové jádro 800 J6 / 6 Maeriál H, µ r 00 600 400 rozsah ladění šroubovým jádrem 00 0 0 0, 0,4 0,6 0,8,0,,4 l v [mm] Graf pro určení indukční konsany A L feriového hrníčkového jádra 3
3 L A.N 50.4 [ nh ] L 5 mh Odpověď: Indukčnos éo cívky je 5 mh. kázka inerneových kaalogových sránek (www.gme.cz) ložení cívky na desce plošného spoje: Indukované napěí Definice: u di I L L d di změna proudu. I změna proudu. změna času (přírůsek) Sériové spojení cívek L L L L L L N L... L N N L i i Definice:. L celková indukčnos [H] 3
33 Paralelní spojení cívek L L L L N Definice: L L L... L N N i L i Energie cívky proékané proudem W LI [ ] Ws W magneická energie [Ws] I proud cívkou Definice:........... Paramery indukorů: jmenoviá hodnoa jmenoviá zaížielnos maximální ss odpor maximální hodnoa činiele Q elekrická pevnos rozsah pracovních eplo.4 Transformáor žií: ransformace napěí, proudu, impedance, galvanické odděleni obvodů Konsrukce: jádro (magneický obvod, obvykle není přerušen vzduchovou mezerou) vinuí primární sekundární I I M N N Z N N I I Z primární vinuí sekundární vinuí proud v primárním vinuí proud v sekundárním vinuí záěž napěí na primárním vinuí výsupní napěí napěí na sekundárním vinuí 33