ELEMENTY ELEKTRONICZNE

(1)

ELEMENTY

ELEKTRONICZNE

dr inż. Piotr Dziurdzia

paw. C-3, pokój 413; tel. 617-27-02, piotr.dziurdzia@agh.edu.pl

dr inż. Ireneusz Brzozowski

paw. C-3, pokój 512; tel. 617-27-24, ireneusz.brzozowski@agh.edu.pl

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICAW KRAKOWIE Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji Katedra Elektroniki

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - wstęp 2

CO JUŻ WIEMY, DO CZEGO BĘDĄ NAM POTRZEBNE ?

Teoria obwodów

UkŁady

elektroniczne

ELEMENTY

elektroniczne

(2)

ELEMENT a PRZYRZĄD

element – część składowa jakiejś całości przyrząd – urządzenie techniczne służące do

wykonywania określonych

czynności, zwykle pomiarowych

(Słownik Języka Polskiego PWN - http://sjp.pwn.pl/)

ELEMENT a PRZYRZĄD

Element elektroniczny

Najprostsza część układu elektronicznego stanowiąca

konstrukcyjną całość, ma pewne własności i spełnia określoną elementarną funkcję

(przewodzi prąd, wytwarza pole elektryczne itd.)

Przyrząd elektroniczny

Funkcjonalny składnik układu elektronicznego, często

składający się z kilku elementów, ale spełniający pewną funkcję w większym

układzie

przyrząd półprzewodnikowy, lampa elektronowa - przyrząd

próżniowy

często:

ELEMENT  PRZYRZĄD

zwłaszcza w handlu 

(3)

ELEMENT a PRZYRZĄD

Płytka układu scalonego – zestaw odpowiednio połączonych elementów

elektronicznych

Ta sama płytka układu scalonego zamontowana w obudowie – przyrząd elektroniczny: układ

scalony

Fotografie przedstawiają układ scalony zaprojektowany w Katedrze Elektroniki AGH i wykonany przez Europractice

UKŁAD ELEKTRONICZNY

Układ elektroniczny

Zbiór przyrządów elektronicznych odpowiednio ze sobą połączonych w celu realizacji pewnego podstawowego

zadania, jakiejś pracy

(np.: wzmacnianie, generacja, stabilizacja napięcia lub prądu itd.) układ

1. uporządkowany według określonych zasad lub właściwości szereg przedmiotów, zdarzeń itp.; też: sposób uporządkowania lub rozmieszczenia czegoś

2. całość składająca się z powiązanych wzajemnie elementów

3. zespół części lub mechanizmów w maszynie albo urządzeniu wykonujący określoną pracę

4. umowa, zwłaszcza między państwami

5. powiązania, relacje między ludźmi, państwami itp.

6. zespół narządów współpracujących ze sobą w wykonywaniu określonych funkcji w organizmie

(Słownik Języka Polskiego PWN - http://sjp.pwn.pl/)

(4)

UKŁAD, SYSTEM, URZĄDZENIE itd.

System elektroniczny

Zbiór odpowiednio połączonych i współpracujących ze sobą układów elektronicznych (często analogowych i

cyfrowych) w celu realizacji jakiegoś zadnia, funkcji

(system mikroprocesorowy, pomiarowy, akwizycji danych, itp.)

system

1. układ elementów mający określoną strukturę i stanowiący logicznie uporządkowaną całość

2. zespół wielu urządzeń, dróg, przewodów itp., funkcjonujących jako całość

3. narządy lub inne części żywego organizmu pełniące razem określoną funkcję 4. uporządkowany zbiór twierdzeń, poglądów, tworzących jakąś teorię 5. określony sposób wykonywania jakiejś czynności lub zasady organizacji czegoś 6. forma ustroju państwowego

7. zespół skał powstałych w ciągu jednego okresu geologicznego

8. log. całościowy i uporządkowany zespół zdań połączonych ze sobą stosunkami logicznego wynikania

UKŁAD, SYSTEM, URZĄDZENIE itd.

urządzenie

1. mechanizm lub zespół mechanizmów, służący do wykonania określonych czynności

2. daw. wyposażenie jakiegoś pomieszczenia

Urządzenie elektroniczne

System bądź zbiór systemów i/lub układów

elektronicznych odpowiednio połączonych, stanowiących funkcjonalną całość, służący do określonych celów i

mający własności użytkowe

(np.: telewizor, odtwarzacz CD, komputer itd.)

(5)

element podstawowy

ELEMENTY ELEKTRONICZNE – KLOCKI LEGO ELEKTRONIKI ?

PORÓWNANIE DO JĘZYKÓW PROGRAMOWANIA

Si, Ge, GaAs

0101 1100

ASEMBLER MOVA, B JUMP

JĘZYKI OBIEKTOWE C++

JAVA DELPHI JĘZYKI

WYŻSZEGO RZĘDU

FORTRAN

C

(6)

…elektrotechnika?

…informatyka?

…telekomunikacja?

…automatyka?

…elektronika?

CO TO JEST ELEKTRONIKA ?

Elektronika – dziedzina techniki i nauki zajmującą się wytwarzaniem i przetwarzaniem sygnałów w postaci prądów i napięć elektrycznych lub pól elektromagnetycznych.

(Źródło: Wikipedia)

W elektronice istotna jest możliwość sterowania ruchem elektronów w gazach, próżni i

półprzewodnikach.

(7)

TROCHĘ HISTORII

Pierwszą lampę elektronową zbudował w roku 1904 John Ambrose Fleming - była to DIODA

Pierwszą lampę wzmacniającą opracował (1906 lub 1908) Lee de Forest – była to TRIODA

OD KIEDY MÓWIMY O ELEKTRONICE ?

Źródło: http://narrator.up.pl/

TROCHĘ HISTORII

PIERWSZY TRANZYSTOR

16.12.1947, Bell Telephone Laboratories

(8)

TROCHĘ HISTORII

07.1958, Jack Kilby, Texas Instruments PIERWSZY UKŁAD SCALONY

Źródło: http://www.cpu-zone.com/4004.htm, Intel (http://www.intel.com/museum)

PIERWSZY MIKROPROCESOR

1971, INTEL (INTegrated ELectronics)

TROCHĘ HISTORII

2300 tranzystorów, technologia PMOS, bramka 10µm,

częstotliwość pracy 108kHz

(9)

SYSTEMY NA KRZEMIE (SOC)

WSPÓŁCZESNOŚĆ

'Courtesy of Sandia National Laboratories, SUMMiT(TM) Technologies, www.mems.sandia.gov'

MIKROMASZYNY MEMS

1 µm

(10)

WSPÓŁCZESNOŚĆ

Źródło: INTEL

2,27 biliona tranzystorów, technologia CMOS, bramka 32nm,

częstotliwość pracy 3,7 GHz

http://hardware-review.org/?attachment_id=423

KLASYFIKACJA ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH

(11)

RÓŻNE SPOJRZENIA NA ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Fizyk technolog

Źródło foto: http://www.zgapa.pl,

Serwisant urządzeń

Projektant aplikacji

ZAKRES WYKŁADU

• Rezystor, kondensator, cewka

• Fizyka półprzewodników, złącze p-n

• Dioda

• Tranzystor unipolarny

• Tranzystor bipolarny

• Elementy bezzłączowe i inne elementy półprzewodnikowe

termistor, piezorezystor, gaussotron, hallotron

IGBT, tyrystor, triak, V-MOS, D-MOS, moduł Peltiera, CCD i inne

• Elementy elektroniczne w układach scalonych

(12)

ORGANIZACJA PRZEDMIOTU

• Wykład – Egzamin

będzie przeprowadzony w formie pisemnej lub ustnej

• Laboratorium – Zaliczenie

wykonanie ćwiczeń lab. przewidzianych programem zajęć laboratoryjnych i zaliczenie kolokwiów

Ocena końcowa będzie obliczana jako średnia ważona z ocen uzyskanych

z egzaminu (60%) i zaliczenia laboratorium (40)

GDZIE SZUKAĆ WIEDZY?

• Wykład

• Biblioteka - podręczniki akademickie

– Marciniak W. „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone ”, Warszawa, WNT, 1987 – Polowczyk M., Klugmann E. „Przyrządy półprzewodnikowe”, Gdańsk, Wyd. PG, 2001 – Polowczyk M. „Elementy i przyrządy półprzewodnikowe powszechnego zastosowania”,

Warszawa, WKŁ, 1986

– Świt A., Pułtorak J. „Przyrządy półprzewodnikowe”, Warszawa, WNT, 1979 – Horowitz P., Hill W. „Sztuka elektroniki. Cz. 1”, Warszawa, WKŁ, 2003 – Tietze U., Schenk Ch. „Układy półprzewodnikowe”, Warszawa ,WNT, 2009

– Koprowski J. „Podstawowe przyrządy półprzewodnikowe”, Kraków, Wyd. AGH, 2009 – i inne

• Internet

– Strona przedmiotu

(http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl/test/index.php?option=com_content&view=article

&id=28:ee&catid=6:przedmioty&Itemid=3)

– Inne strony

(13)

GDZIE SZUKAĆ INFORMACJI?

strona internetowa przedmiotu: http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl

REZYSTOR,

KONDENSATOR, CEWKA

Elementy bierne

(14)

REZYSTOR

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - rezystor 27

przewlekane SMD

Surface Mount Device

REZYSTOR

łac. resistere - stawiać opór

Rezystor stawia „opór” przepływającemu prądowi przez obwód.

Charakteryzuje się rezystancją.

Im większa rezystancja tym mniejszy prąd

przepływa przez obwód.

(15)

REZYSTOR

Po co komu element, który przeszkadza

w przepływie prądu?

REZYSTOR - po co?

żaróweczka kryptonowa

2,2V 0,47A

(16)

REZYSTOR - po co?

2,2V 0,47A

REZYSTOR to

dwukońcówkowy (dwójnik) element bierny rozpraszający, w którym zachodzi proces zamiany

energii elektrycznej na cieplną,

jego podstawowym parametrem jest rezystancja

Element bierny (pasywny) to odbiornik energii elektrycznej

• Całkowita energia doprowadzona do elementu w czasie od -∞ do t jest nieujemna dla dowolnego charakteru napięcia na jego zaciskach i prądu w tym elemencie.

• Do chwili doprowadzenia napięcia do zacisków elementu prąd w nim

nie płynie i na odwrót - na jego zaciskach nie ma napięcia przed

podłączeniem prądu.

(17)

REZYSTOR – symbol graficzny

symbole używane na schematach

niezalecany można łatwo pomylić

z cewką

REZYSTOR – opis matematyczny

Prawo Ohma

Natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów

(napięcia elektrycznego U) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej .

Georg Simon Ohm 1789-1854 (Wikipedia)

I  U, I = GU,

G – współczynnik proporcjonalności: konduktancja [S]

– rezystancja []

R  G 1

R

I  U

(18)

OPIS ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH

• Matematyczny – równanie: I=f(U), par=f(f)

• Graficzny – charakterystyka (wykres)

• Katalogowy – parametry

– dopuszczalne (maksymalne napięcia i prądy nie niszczące) – charakterystyczne

– termiczne – mechaniczne – inne

CHARAKTERYSTYKI

• Prądowo-napięciowe – wykres przedstawiający prąd jako funkcję napięcia elementu

REZYSTOR

rezystor liniowy rezystor nieliniowy

tgR1

(19)

CHARAKTERYSTYKI

• Częstotliwościowe – wykres charakterystycznego parametru elementu w funkcji częstotliwości

REZYSTOR

CHARAKTERYSTYKI

• Czasowe – wykres odpowiedzi czasowej na jakieś pobudzenie (napięcie lub prąd na wejściu)

REZYSTOR

U

WE

U

WY

WE

R

WY

t [s]

U1

UWE [V]

t [s]

U1

UWY [V]

WEJŚCIE

WYJŚCIE

(20)

REZYSTOR – przykład c.d.

Jaka powinna być wartość rezystora, aby żarówka dobrze świeciła?

R = (12V – 2,2V) /0,47A = 20,85

ż ż ak

I U R U

U R I U

 





żaróweczka kryptonowa 2,2V 0,47A

PARAMERTY REZYSTORÓW

• Rezystancja nominalna

• Moc znamionowa

• Napięcie dopuszczalne

• Tolerancja

• TWR (temperaturowy współczynnik rezystancji)

• Współczynnik szumów

• Gabaryty (wymiary)

• Inne

(21)

PARAMERTY REZYSTORÓW

Rezystancja nominalna – wartość podawana przez producenta (na obudowie)

Tolerancja – dopuszczalna różnica między

rzeczywistą wartością rezystancji a wartością nominalną

R _nom ≠ R _rze

R _rze  [R _nom – tol, R _nom + tol]

R

nom

– rezystancja nominalna, R

rze

– rezystancja rzeczywista

REZYSTOR – przykład c.d.

Czy aby na pewno opornik nie uszkodzi się pod wpływem przepływającego prądu?

20,85

9,8V 0,47A

P _R = 9,8V  0,47A = 4,606W

moc wydzielana w rezystorze

żaróweczka kryptonowa 2,2V 0,47A

(22)

PARAMERTY REZYSTORÓW

Moc znamionowa – wartość mocy, która może się wydzielić w rezystorze w postaci ciepła (przy danej temperaturze) i nie ulegnie on zniszczeniu.

Napięcie dopuszczalne – największa wartość napięcia stałego (lub skuteczna napięcia przemiennego), którą można doprowadzić do końcówek rezystora nie

powodując jego uszkodzenia.

Temperaturowy wsp. rezystancji (TWR, ang. TCR) - określa zmiany rezystancji pod wpływem

temperatury. [ppm/K] (1ppm/K = 10

^-6

/K)

dT R TWR dR

 

OZNACZENIA REZYSTORÓW

• Napisy na obudowie

– kod literowo-cyfrowy

np.: 2R2  2,2, K91 910, 3K6  3,6k

– kod cyfrowy

np.: 202  20*10

²

 = 2000 = 2k, 330  33*10

⁰

 = 33,

1541  154*10

¹

 = 1,54k

często stosowany dla rezystorów SMD

(23)

OZNACZENIA REZYSTORÓW

http://www.edw.com.pl/pdf/k01/02_09.pdf

przykład

0 ,22  3,9  75  910  1,8k  62k  470k  5,6M  36M  1,54k  43,2k  931 k

1,24M 

OZNACZENIA REZYSTORÓW

• Kod barwny (paskowy)

kolor cyfra mnożnik tolerancja TWR

srebrny - x10^-2 ±10% -

złoty - x10^-1 ±5% -

czarny 0 x10⁰ - 250ppm/K

brązowy 1 x10¹ ±1% 100ppm/K

czerwony 2 x10² ±2% 50ppm/K

pomarańczowy 3 x10³ ±15% -

żółty 4 x10⁴ - 25ppm/K

zielony 5 x10⁵ ±0,5% 20ppm/K

niebieski 6 x10⁶ ±0,25% 10ppm/K

fioletowy 7 x10⁷ ±0,1% 5ppm/K

szary 8 x10⁸ - 1ppm/K

biały 9 x10⁹ - -

brak - - ±20% -

pierwsza cyfra

druga cyfra mnożnik (liczba zer)

tolerancja

pierwsza cyfra

tolerancja

pierwsza cyfra

brak – tolerancja: 20%

trzecia cyfra

pierwsza cyfra druga cyfra

mnożnik (liczba zer) tolerancja trzecia cyfra

TWR

(24)

OZNACZENIA REZYSTORÓW

• Kod barwny (paskowy)

kolor cyfra mnożnik tolerancja TWR

srebrny - x10^-2 ±10% -

złoty - x10^-1 ±5% -

czarny 0 x10⁰ - 250ppm/K

brązowy 1 x10¹ ±1% 100ppm/K

czerwony 2 x10² ±2% 50ppm/K

pomarańczowy 3 x10³ ±15% -

żółty 4 x10⁴ - 25ppm/K

zielony 5 x10⁵ ±0,5% 20ppm/K

niebieski 6 x10⁶ ±0,25% 10ppm/K

fioletowy 7 x10⁷ ±0,1% 5ppm/K

szary 8 x10⁸ - 1ppm/K

biały 9 x10⁹ - -

brak - - ±20% -

WARTOSCI REZYSTORÓW

Po co tyle pasków do oznaczania rezystorów?

Jakie wartości rezystancji są dostępne w sprzedaży?

Czy kupimy rezystor do naszego oświetlenia o wartości rezystancji 20,85 

pierwsza cyfra druga cyfra

mnożnik (liczba zer) tolerancja trzecia cyfra

TWR

2,2V 0,47A

20,85

(25)

SZEREGI REZYSTORÓW Wartości rezystancji nominalnej są znormalizowane i tworzą szeregi liczbowe

oznaczone jako E3, E6, E12, E24 itd.

En

n – określa liczbę wartości na dekadę ogólnie:

n i

i a

a  _ ₁ 10

SZEREGI REZYSTORÓW

przykład E6  n = 6

100 ...

810 , 99 ...

4678 , 1 68 10 68

68 ...

986 , 68 ...

4678 , 1 47 10 47

47 ...

437 , 48 ...

4678 , 1 33 10 33

33 ...

291 , 32 ...

4678 , 1 22 10 22

22 ...

016 , 22 ...

4678 , 1 15 10 15

15 ...

678 , 14 ...

4678 , 1 10 10 10

10 10

6 6 6 6 6 6





























































http://www.edw.com.pl/pdf/k01/02_09.pdf

(26)

REZYSTOR – przykład c.d.

20,85

szereg:

E6  22

E12  22

E24  22

E48  21,5

E96  21

E192  20,8

2,2V 0,47A

20,85

REZYSTYWNOŚĆ

TAK

REZYSTYWNOŚĆ – rezystancja właściwa – określa stopień przeciwdziałania przepływowi prądu przez materiał. Cecha

każdego materiału przewodzącego.

(27)

REZYSTYWNOŚĆ

z def.:

Rezystancja przewodnika wykonanego z jednorodnego materiału o przekroju poprzecznym 1 metra kwadratowego i

długości 1 metra.

oznaczenie:  , jednostka: [m]

rezystancja:

S R   l

l d

4 d

2

S  

PODZIAŁ REZYSTORÓW

ze względu na funkcje:

a. stałe - stała wartość rezystancji

b. nastawne (potencjometry) – zmienna (regulowana) wartość rezystancji

c. półprzewodnikowe

termistory (NTC,PTC), warystory, gausotrony, fotorezystory

ze względu na charakterystykę pradowo-napieciową:

a. liniowe b. nieliniowe

ze względu na budowę:

a. drutowe b. warstwowe

c. masowe (objętościowe)

(28)

BUDOWA REZYSTORA

• drutowe – drut oporowy nawinięty na korpusie

– nikrotal (CrNi), kantal (CrAlFe), konstantan (CuNi) i inne

• warstwowe – warstwa oporowa naniesiona na korpus

– węglowe – metalowe

• masowe – rezystor w całości (w całej objętości) jest wykonany z materiału oporowego (np. węgla)

http://zwarcie.prv.pl/rezystor.htm

Przykra rzeczywistość

• Elementy pasożytnicze rezystora rzeczywistego

 C _R - pojemność własna (zwana również upływnością),

 L _R - indukcyjność elementu oporowego

 L _s1 , L _s2 - indukcyjność wyprowadzeń

REZYSTOR RZECZYWISTY

(29)

w Internecie

• artykuł o rezystorach

http://www.eres.alpha.pl/elektronika/readarticle.php?article_id=2 – cz1.

http://www.eres.alpha.pl/elektronika/readarticle.php?article_id=3 – cz.2 http://www.eres.alpha.pl/elektronika/readarticle.php?article_id=382 – cz.3

• dla początkujących – katalog rezystorów i oznaczenia

http://www.edw.com.pl/ea/rezystor.html

• podstawy elektroniki dla początkujących i zaawansowanych

http://www.edw.com.pl/index.php?module=ContentExpress&file=index&fun c=display&ceid=60&meid=13

• dla hobbistów

http://www.elektronika.ne555.bitmar.net/o_nas.htm

Dwa kawałki drutu

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne 58

W obwodzie elektrycznym:

to samo?

(30)

CEWKA

CEWKA to:

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - cewka 60

dwukońcówkowy (dwójnik) element bierny zachowawczy (konserwatywny) zdolny do gromadzenia energii w polu magnetycznym,

jego podstawowym parametrem jest indukcyjność

L

(31)

INDUKCYJNOŚĆ

L  i

 L – indukcyjność własna,

 - strumień skojarzony z cewką, i - prąd płynący przez cewkę

dt u d 

 u – napięcie cewki (wartość chwilowa), t – czas

dt L di

u  napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu

E L

R ₁ P

I

CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM

U

_L

R 1

I  E

 0

 dt L dI U _L

w stanie ustalonym

(32)

CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM

U

_L

R 1

I  E

 0

 dt L dI U _L

w stanie ustalonym

I E L

R 1

P



L  U

dla cewki idealnej

W układzie rzeczywistym napięcie wzrośnie do takiej wartości, która pozwoli na przepływ prądu – nastąpi

przebicie i uszkodzenie układu

po otwarciu klucza

E L

R ₁ P

CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM

U

_L

R 1

I  E

 0

 dt L dI U _L

w stanie ustalonym

I

R ₂

I

_L

(33)

CEWKA w OBWODZIE ELEKTRYCZNYM

U

_L

R 1

I  E

 0

 dt L dI U _L

w stanie ustalonym

I



t L

R e E R I

Ee U









1 2

W tym układzie napięcie U

_L

wzrośnie do wartości –E, a

prąd będzie malał wykładniczo –

cewka „rozładuje się” przez R

₂

R ₂ L

E

R 1

P

R

2

 L stała czasowa:  I

_L

po otwarciu klucza

CEWKA IDEALNA

Jeżeli:

dt L dI U

_L



^L

to:

Dla:

. const I

_L



  ^t

A I

_L

 sin 

 0 U

L

  t LA

U

_L

  cos  _t

U

^L

t

I

^L

t I

^L

t U

L

Dla:

I ^L

U ^L

L

(34)

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - kondensator 67

CEWKA NIEIDEALNA

dla sygnałów zmiennych sinusoidalnych napięcia i prądy możemy przedstawić

w postaci wektorów

R L IR

L I U Q U

R

L

 



Dobroć cewki

I

U ^L L

U ^R U

I

U

R

U

L

U

CEWKI

UKŁADY RL W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO

UKŁAD CAŁKUJĄCY UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY

dt u du dt

du ₁

2 2 

  

   



 s s s U s

U  

1

2

R

 L



   

 s s U s

U  

1 1

1 2

2 2 1

2 2

1

,

dt u u du

R i u dt u

L di u











R L

U ¹ U ²

U ¹ L

R U ²

R

 L



(35)

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - cewka 69 ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RL NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN NIEUSTALONY

CEWKI

t U 1

U2

  t U e

^^t

U

₂



₁ ^

  _





 

 

 U e

^^^t

t

U

₂ ₁

1 t U 1

U2

τ

Warto zapamiętać

dla R prąd jest proporcjonalny do

napięcia I _R U _R R 1



dla L napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu

dt

L dI

U _L  ^L

(36)

KONDENSATOR

KONDENSATORY

d C  ₀  ^r S

 ^d

S

Dla kondensatora płaskiego:

pojemność kondensatora

odległość między płytkami

powierzchnia płytek przenikalność

elektryczna próżni

względna przenikalność

elektryczna dielektryka

(37)

KONDENSATORY

- +

Najczęściej spotykane jednostki: µF, nF, pF PARAMETRY:

- napięcie znamionowe U

^N

- stratność tg δ

- tolerancja %

- wartość pojemności C

kondensatory elektrolityczne kondensatory ceramiczne, foliowe, papierowe

KONDENSATORY

Kondensator idealny

U C  Q

dt I  dQ

dt C dU I _C  ^C

dla R prąd jest proporcjonalny do napięcia

I ^C U ^C

C

dla C prąd jest proporcjonalny do szybkości zmian napięcia

WARTO ZAPAMIĘTAĆ

(38)

Kondensator idealny

KONDENSATORY

Jeżeli:

dt C dU I

_C



^C

to:

Dla:

. const U

_C



  ^t

A U

_C

 sin 

 0 I

C

  t CA

I

_C

  cos  _t

I

C

t U

C

t U

^C

t I

^C

Dla:

I ^C U ^C

C

Kondensator nieidealny

KONDENSATORY

C R

I

C

I

R

U ^C

I

dla sygnałów zmiennych sinusoidalnych napięcia i prądy możemy przedstawić w

postaci wektorów

U ^C

I

R

I

C

I

δ

RC C U

R U I tg I

C R



     1

Stratność kondensatora

(39)

KONDENSATORY

UKŁADY RC W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO

U ¹ R C

U ² C

R U ² U ¹

dt u du dt

du ₁

2 2 

  

   



 s s s U s

U  

1

2

 RC



   

 s s U s

U  

1 1

1 2

2 2

1 u

dt u   du 

 RC



UKŁAD CAŁKUJĄCY i RÓŻNICZKUJĄCY

U ¹ R C

U ² U ¹

 RC



R

 L



RC LR

L R U ²

C R U ² U ¹

CR

R L

RL

(40)

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - kondensator 79 ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN NIEUSTALONY

KONDENSATORY

t U 1

U2

  t U e

^^t

U

₂



₁ ^

  _





 

 

 U e

^^^t

t

U

₂ ₁

1 t U 1

U2

τ

KONDENSATORY

ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN USTALONY

UKŁAD CAŁKUJĄCY

U ¹ R C

U ² U 1

U A

U B

U C

t t

t t T

czy U 2 =U B ? tak, jeżeli τ≈T

czy U 2 =U A ? tak, jeżeli τ>>T

czy U 2 =U C ? tak, jeżeli τ<<T

(41)

KONDENSATORY

UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY

ODPOWIEDŹ UKŁADÓW RC NA POBUDZENIE SYGNAŁEM PROSTOKĄTNYM – STAN USTALONY

U ¹

t

U A

U B

U ^C

T

C R U ² U ¹

czy U 2 =U B ? tak, jeżeli τ≈T czy U 2 =U A ? tak, jeżeli τ>>T czy U 2 =U C ? tak, jeżeli τ<<T

KONDENSATORY

Dzięki zdolności do gromadzenia energii kondensatory wykazują bezwładność i pozwalają na podtrzymywanie chwilowych wartości napięcia w układach w których występuje impulsowy pobór prądu (układy zasilające, przeciwzakłócające, itp.)

ZASTOSOWANIE KONDENSATORÓW

E R

^W

R L

I L

U L

U L U C

U C

C E

t

(42)

KONDENSATORY

KONDENSATORY SPRZĘGAJĄCE – blokują przenikanie składowych stałych między źródłem sygnału (np. generator) i wzmacniaczem oraz

wzmacniaczem i odbiornikiem wzmocnionego sygnału (np. głośnik) ZASTOSOWANIE KONDENSATORÓW

R E

C E

Z E =f(f)=?

Z

E

[Ω]

f[Hz]

20dB/dek

R

E

2πRECE

KONDENSATORY DO FILTRÓW – podstawowe elementy w układach kształtujących charakterystyki częstotliwościowe (np. wzmacniaczy)

ZASTOSOWANIE KONDENSATORÓW

KONDENSATORY

Filtr środkowoprzepustowy Filtr górnoprzepustowy

(43)

KONDENSATORY w generatorach napięcia sinusoidalnego

KONDENSATORY

ZASTOSOWANIE KONDENSATORÓW

C LC L

f 2 

 1

VCC

KONDENSATORY W UKŁADACH CZASOWYCH – właściwość zależności napięciowo-prądowych w kondensatorach od czasu wykorzystywana jest między innymi do określania związków czasowych w generatorach przebiegów prostokątnych i piłokształtnych

KONDENSATORY

dt C dU

I

_C



^C

^U

^C

^ _C ¹  ^I

^C

^dt

I -I

E -E

+ K

-

U C

U O

a b a b

I

t U C E

-E t

t U O

a b a

(44)

KONDENSATORY

KONDENSATORY WYKORZYSTYWANE ZE SCALONYMI UKŁADAMI

CZASOWYMI – np. z timerem ‘555 do układów przerzutników astabilnych i monostabilnych

 ^R ^R  ^C

f

B A

a

2 44 , 1

  f

_m

 RC 0 , 9

Przerzutnik monostabilny Przerzutnik astabilny

GDZIE KONDENSATORY (POJEMNOŚCI) PRZESZKADZAJĄ?

Pojemności między elektrodami tranzystorów ograniczają maksymalną częstotliwość pracy

KONDENSATORY

JFET Bipolarny

SYMBOL

SCHEMAT MAŁOSYGNAŁOWY

CZĘSTOTLIWOŚĆ

GRANICZNA

(45)