Elektromechanik_724[05]_E1.09

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Ryszard Zankowski

Dobieranie elementów i podzespołów elektronicznych oraz
sprawdzanie ich parametrów 724[05].E1.09

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Rezystancyjne elementy bierne

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Pojemnościowe i indukcyjne elementy bierne

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Diody prostownicze i stabilizacyjne

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Tranzystory i tyrystory

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Elementy optoelektroniczne i wskaźniki LED

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Układy prostownicze i sterowniki prądu przemiennego

4.6.1 Materiał nauczania

4.6.2 Pytania sprawdzające

4.6.3 Ćwiczenia

4.6.4 Sprawdzian postępów

4.7. Wzmacniacze elektroniczne

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

4.8. Montaż i naprawa układów elektronicznych

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik, który Ci przekazujemy, będzie pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej

podstawowych  elementów  i  układów  elektronicznych  najczęściej  stosowanych  w  różnych
urządzeniach  technicznych,  a  także  w  kształtowaniu  umiejętności  rozpoznawania
poszczególnych  elementów  i  układów  elektronicznych,  określania  ich  parametrów  oraz
montażu i oceny stanu technicznego na podstawie wyników pomiarów.

W Poradniku będziesz mógł znaleźć następujące informacje ogólne:

–

wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez
problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,

–

cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia
w ramach tej jednostki modułowej,

–

materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści
jednostki modułowej,

–

zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś już podane treści,

–

ćwiczenia, zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy,
które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu
ćwiczeń,

–

sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie
Twoich wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu jednostki
modułowej,

–

literaturę związaną z programem jednostki modułowej umożliwiającą pogłębienie Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.

W poradniku został zamieszczony wybrany materiał nauczania, ćwiczenia z zakresu

badania i dobierania elementów i podzespołów elektronicznych, pytania sprawdzające.

Szczególną uwagę zwróć na przepisy dotyczące bezpieczeństwa wykonywania

pomiarów.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp oraz

instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te
poznasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

724[05].E1.05

Wykonywanie prac z zakresu

obróbki ręcznej metali i tworzyw

sztucznych

724[05].E1.06

Wykonywanie prac z zakresu

obróbki mechanicznej metali

724[05].E1.04

Rozpoznawanie podzespołów

stosowanych w maszynach

i urządzeniach elektrycznych

724[05].E1.09

Dobieranie elementów

i podzespołów elektronicznych

oraz sprawdzanie ich

parametrów

724[05].E1.01

Przestrzeganie przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpożarowej oraz

ochrony środowiska

Moduł 724[05].E1

Podstawy elektromechaniki

724[05].E1.02

Rozpoznawanie materiałów

stosowanych w maszynach

i urządzeniach elektrycznych

724[05].E1.07

Obliczanie i pomiary parametrów

obwodów prądu stałego

724[05].E1.03

Posługiwanie się dokumentacją

techniczną

724[05].E1.08

Obliczanie i pomiary parametrów

obwodów prądu przemiennego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

rozróżniać elementy obwodów elektrycznych,

–

czytać i rysować schematy obwodów elektrycznych,

–

wyjaśniać podstawowe pojęcia dotyczące obwodów elektrycznych,

–

interpretować podstawowe prawa i zależności wykorzystywane w obwodach
elektrycznych,

–

obliczać i szacować wielkości elektryczne w prostych obwodach prądu stałego
i przemiennego,

–

weryfikować doświadczalnie poprawność obliczeń,

–

rozpoznawać elementy bierne obwodów elektrycznych na podstawie wyglądu, oznaczeń
i symboli graficznych,

–

posługiwać się miernikami elektrycznymi,

–

obsługiwać oscyloskop zgodnie z instrukcją,

–

obserwować na oscyloskopie przebiegi sygnałów i je interpretować,

–

dobierać do wykonywanych pomiarów metody pomiarowe oraz rodzaj i zakres
mierników,

–

mierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego i przemiennego,

–

określać niepewność pomiaru,

–

interpretować wyniki pomiarów,

–

wykonywać połączenia elementów i urządzeń elektrycznych,

–

stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu stałego i zmiennego,

–

analizować pracę prostych urządzeń elektrycznych na podstawie ich schematów
ideowych oraz uzyskanych wyników pomiarów,

–

lokalizować i usuwać proste usterki w urządzeniach elektrycznych,

–

korzystać z Internetu w zakresie poszukiwań informacji technicznej,

–

korzystać z innych źródeł informacji technicznej dotyczącej sprzętu elektrycznego,

–

stosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

rozpoznać elementy i układy elektroniczne na podstawie wyglądu zewnętrznego
i oznaczeń na nich stosowanych,

–

rozpoznać elementy i układy elektroniczne na schematach,

–

rozróżnić funkcje różnych elementów w układach elektronicznych,

–

scharakteryzować podstawowe parametry elementów elektronicznych biernych
i czynnych,

–

połączyć elementy i układy elektroniczne na podstawie schematów ideowych
i montażowych,

–

określić parametry elementów elektronicznych na podstawie oznaczeń na nich
podawanych,

–

zmierzyć parametry podstawowych elementów i układów elektronicznych na podstawie
zadanego schematu układu pomiarowego,

–

ocenić stan techniczny elementów elektronicznych na podstawie oględzin i pomiarów,

–

zanalizować pracę prostych układów elektronicznych na podstawie ich schematów
ideowych oraz uzyskanych wyników pomiarów,

–

zlokalizować i usunąć proste usterki w układach elektronicznych,

–

skorzystać z literatury i kart katalogowych elementów elektronicznych,

–

skorzystać z Internetu w zakresie poszukiwań danych technicznych elementów i układów
elektronicznych,

–

dobrać zamienniki elementów elektronicznych z katalogów,

–

opracować wyniki pomiarów wykorzystując technikę komputerową,

–

zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Rezystancyjne elementy bierne

4.1.1. Materiał nauczania

Rezystory
Rezystory możemy podzielić w zależności od:

−

cech funkcjonalnych na: rezystory, potencjometry, termistory i warystory,

−

charakterystyki prądowo - napięciowej, na: liniowe i nieliniowe,

−

stosowanego materiału oporowego na: drutowe, warstwowe i objętościowe.

Rezystory liniowe w normalnych warunkach pracy charakteryzują się proporcjonalną

zależnością napięcia od prądu, tzn. spełniają prawo Ohma w postaci

⋅

, przy czym

R = const.

Symbol graficzny stałego rezystora liniowego jest podany na rys.1.

Rys. 1. Symbol graficzny rezystora

Rezystory drutowe (symbol: RDL) są wykonane z drutu stopowego nawiniętego na

ceramiczny wałek.

W rezystorach warstwowych (symbol: MŁT, AF, ML, RMG, AT, OWZ) materiał

rezystywny jest umieszczany na podłożu w postaci węgla lub metalu. Rezystory węglowe
OWZ stosuje się w układach w.cz. (do 1GHz) o niewielkiej mocy (do 1W).

W rezystorach objętościowych prąd płynie całą objętością rezystora. Do ich budowy

stosuje się organiczne lub nieorganiczne materiały oporowe. Są one głównie stosowane
w sprzęcie profesjonalnym, gdzie wytrzymują duże obciążenia prądowe.

Parametry użytkowe rezystorów stałych
Do podstawowych parametrów rezystorów należą:

−

rezystancja znamionowa R

, czyli wartość rezystancji podawana na obudowie,

−

tolerancja wyrażona w %, czyli dokładność z jaką wykonywane są rezystory o danej
wartości rezystancji znamionowej,

−

moc znamionowa P

, czyli największa dopuszczalna moc wydzielana w rezystorze,

−

temperaturowy współczynnik rezystancji TWR, określający w % zmiany rezystancji
opornika pod wpływem zmian temperatury,

−

napięcie graniczne U

, powyżej którego opornik może ulec uszkodzeniu.

Zakresy rezystancji znamionowych zależą od rodzaju rezystora i są przedstawione

w tabeli 1.

Tabela 1. Rezystancje znamionowe rezystorów [5]

Rezystory drutowe

0,51 Ω ÷ 10 kΩ

Rezystory warstwowe

10 Ω ÷ 1 MΩ

Rezystory objętościowe 24 Ω ÷ 1 MΩ

Rezystory są produkowane w następujących grupach tolerancji: ±20%, ±10%, ±5%, ±2%,

±1%, ±0,5%. Trzy ostatnie grupy rezystorów charakteryzują się dużą stałością rezystancji i są

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

nazywane rezystorami dokładnymi. Klasom dokładności odpowiadają następujące szeregi
wartości rezystancji znamionowych: E6 (±20%), E12 (±10%), E24 (±5%), E48 (±2%), E96
(±1%), E192 (±0,5%).

Przykładowe szeregi rezystancji znamionowych:
E6    (10, 15, 22, 33, 47, 68)
E12  (10, 12, 15,18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82)
E24  (10,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,30,33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,91)
Moc znamionowa rezystora zależy od jego konstrukcji, zastosowanego materiału, a także

od sposobu chłodzenia rezystora. Dla małych wartości moce rezystorów są uszeregowane
następująco: 0,125 W; 0,25 W; 0,5 W; 1 W; 2 W i 5 W.

Oznaczenia wartości znamionowej rezystancji
Istnieją dwa sposoby oznaczania wartości znamionowej rezystorów: kod barwny i kod

literowo-cyfrowy. Stosując kod barwny, wartość znamionową oznacza się za pomocą
barwnych pasków, kropek lub ich kombinacji (rys. 2). Pierwszy pasek (kropka), umieszczony
bliżej czoła rezystora, określa pierwszą cyfrę, drugi pasek (kropka) – drugą cyfrę, trzeci pasek
(kropka) – współczynnik krotności (mnożnik). Natomiast ostatni pasek oznacza tolerancję
i jest zwykle podwójnej szerokości. Kod barwny rezystorów przedstawiono w tab. 2.

Rys. 2. Kod paskowy rezystorów [9]

Tabela 2. Kod barwny rezystorów

Kolor znaku

Pierwszy pasek

pierwsza cyfra

Drugi pasek

druga cyfra

Trzeci pasek

współczynnik

krotności

Czwarty pasek

tolerancja

rezystancji %

Srebrny
Złoty
Czarny
Brązowy
Czerwony
Pomarańczowy
Żółty
Zielony
Niebieski
Fioletowy
Szary
Biały

-
-
-

1
2
3
4
5
6
7
8
9

-
-

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

-2

-1

-
-
-

1
2

-
-
-
-
-
-
-

Jeżeli, np.: na rezystorze będą paski: żółty, fioletowy, czerwony, złoty, to oznacza, że ma

on wartość znamionową 4,7 kΩ i tolerancję ± 5%.

W kodzie literowo-cyfrowym wartość rezystancji określa się zwykle trzema lub czterema

znakami, np. wartość 81Ω – znakiem 81 lub 81R, wartość 8100 Ω – znakiem 8100 lub 8k1,
wartość 7 200 000 Ω – znakiem 7M2.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rezystory zmienne – potencjometry
W układach elektronicznych oprócz rezystorów stałych stosuje się rezystory zmienne

zwane potencjometrami, w których wartość rezystancji zależy od położenia pokrętła
(ruchomego ślizgacza).

W zależności od zastosowania potencjometry dzieli się na:

−

regulacyjne, służące do regulacji parametrów urządzenia w czasie jego pracy,

−

dostrojcze (zwane montażowymi lub nastawczymi), służące do ustalania warunków pracy
układu w czasie jego uruchamiania, strojenia lub naprawy.

Rys. 3. Symbole graficzne potencjometrów: a) regulacyjnych, b) dostrojczych [5]

Ze względu na sposób regulowania potencjometry dzieli się na:

−

obrotowe: regulowane wałkiem lub wkrętakiem ,

−

suwakowe: regulowane przesuwem suwaka w linii prostej.

Rys. 4. Potencjometr: a) suwakowe, b) obrotowe [11]

Zasadę działania potencjometru obrazuje rys. 4.

⋅

Rys. 4. Potencjometr jako regulator napięcia

Ruch ślizgacza powoduje zmianę rezystancji, która może mieć charakter:

−

liniowy (oznaczenie A) – potencjometry stosowane do regulacji napięcia (dzielniki
napięciowe),

−

wykładniczy (oznaczenie B) – najczęściej stosowane do regulacji barwy tonu i między
kolejnymi stopniami wzmacniacza,

−

logarytmiczny (oznaczenie C) – najczęściej stosowane do regulacji siły głosu
we wzmacniaczach akustycznych.

Tabela 3. Rodzaje potencjometrów i ich zastosowanie [5]

Rodzaj potencjometru

Zastosowanie

potencjometr
potencjometr nastawny

w układach do częstej regulacji
w układach niewymagających częstej regulacji

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

potencjometr pojedynczy
potencjometr podwójny
potencjometr sprzężony

reguluje jeden obwód
dwa potencjometry regulują dwa obwody
jeden potencjometr reguluje dwa obwody

Rezystancja znamionowa potencjometrów mieści się w granicach od 100 Ω do 2 MΩ

i przybiera wartości zgodnie z szeregiem E3: 10; 22; 47.

Pomiary rezystancji i dobieranie parametrów rezystorów i potencjometrów
Podstawową metodą pomiaru rezystancji jest pomiar za pomocą omomierza ustawionego

na odpowiedni zakres. Jeżeli rezystor jest połączony z innymi elementami obwodu, to należy
jedną z jego końcówek odłączyć przed pomiarem rezystancji.

Rezystancja może być mierzona również za pomocą woltomierza i amperomierza tzw.

metodą techniczną, która ma dwie wersje dla małych i dużych rezystancji.

Rys. 5. Schematy układów do pomiaru metodą techniczną: a) małych rezystancji, b) dużych rezystancji [2]

Podczas szukania zamiennika należy starać się, aby rezystor zastępczy spełniał

następujące warunki:

−

miał identyczną rezystancję i nie mniejszą moc znamionową,

−

miał nie mniejsze napięcie graniczne, o ile rezystor pracuje blisko tego napięcia,

−

miał ten sam współczynnik temperaturowy,

−

miał nie większe gabaryty,

−

miał ten sam materiał oporowy (zwłaszcza dla obwodów w.cz.).
Jeżeli nie ma odpowiedniego rezystora, to można zastosować równoległe, szeregowe lub

mieszane połączenie rezystorów pod warunkiem, że będzie na to miejsce oraz nie zwiększy
się pojemność lub indukcyjność montażowa (zwłaszcza dla obwodów w.cz.).

W przypadku potencjometrów należy spełnić dodatkowe warunki podczas szukania

zamiennika:

−

w przypadku urządzeń akustycznych potencjometr powinien posiadać tę samą
charakterystykę i napięcie trzasków,

−

potencjometr powinien mieć rozmiary umożliwiające wmontowanie go w układ,

−

jeżeli potencjometr pracuje jako dzielnik napięcia, to zamiennik powinien mieć
identyczną rezystancję znamionową.
Rezystory nieliniowe
Rezystory te charakteryzują się nieproporcjonalną zależnością napięcia od prądu, tzn.

spełniają prawo Ohma w postaci

⋅

, ale

≠

const Rezystancja w układach

nieliniowych zależy od czynników zewnętrznych. Najbardziej popularne to:

- termistory, w których zmienna rezystancja zależy od temperatury,
- warystory, w których zmienna rezystancja zależy od przyłożonego napięcia.

Rys. 6. Symbole graficzne: a) warystor, b) termistor

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Obudowy termistorów i warystorów przypominają kształtem rezystory stałe.

Termistory
Termistory są stosowane w układach temperaturowej stabilizacji punktu pracy oraz

w układach regulacji i pomiaru temperatury. Występują 3 rodzaje termistorów różniących się
charakterem zmian rezystancji w funkcji temperatury:

−

NTC o rezystancji malejącej ze wzrostem temperatury,

−

PTC o rezystancji rosnącej ze wzrostem temperatury,

−

CTR o rezystancji gwałtownie zmieniającej się w pewnym zakresie temperatury.

Najważniejszymi parametrami termistora są:

−

rezystancja znamionowa, podawana dla temperatury 25°C (mieści się w granicach od
pojedynczych Ω do kilku MΩ),

−

tolerancja rezystancji znamionowej (±10% lub ±20%),

−

temperaturowy współczynnik rezystancji,

−

dopuszczalny zakres temperatur i dopuszczalna moc (od 4,5 do 1500 mW).

Warystory
Warystory są stosowane do stabilizacji i ograniczania napięć, a ich charakterystyka

prądowo-napięciowa jest pokazana na poniższym rysunku.

Rys. 7. Charakterystyka napięciowo-prądowa warystora [5]

Charakterystyka warystorów jest symetryczna i silnie nieliniowa. Można ją opisać

równaniem

⋅

, gdzie β jest współczynnikiem nieliniowości i jednocześnie

parametrem warystora mieszczącym się w granicach od 0,15 do 0,25. Drugi parametr
charakterystyczny warystora, napięcie charakterystyczne U

, określa spadek napięcia na

warystorze w zakresie nasycenia charakterystyki (napięcie stabilizacji). Trzecim parametrem
jest moc znamionowa warystora.

Warystory oznaczane są kodem literowo - cyfrowym. Litery oznaczają rodzaj obudowy

(WW - walcowa, WD - dyskowa), a liczby kolejne parametry warystora. Pierwsza liczba
oznacza napięcie charakterystyczne w V, przy określonym prądzie w mA. Druga liczba
oznacza współczynnik β, a trzecia moc znamionową w W.

Na przykład warystor oznaczony WW-1200/10-0,18-0,8. jest warystorem walcowym
o napięciu charakterystycznym 1200 V, przy prądzie 10 mA. Jego współczynnik
nieliniowości wynosi β = 0,18, a moc znamionowa 0,8 W.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jaka jest budowa i właściwości rezystorów drutowych, warstwowych i objętościowych?
2.  Jakie są podstawowe parametry użytkowe rezystorów liniowych stałych?
3.  Jakie są wartości znamionowe rezystorów z ciągu E6, a jakie z E12?
4.  Jaki kod barwny będzie miał rezystor ciągu E24 o wartości znamionowej 91 Ω?
5.  Czym się różni potencjometr od rezystora?
6.  Jakie wyróżniamy charakterystyki potencjometrów i gdzie stosujemy te potencjometry?
7.  Co to jest warystor?
8.  Czym charakteryzuje się termistor CTR?
9.  Co to jest współczynnik β warystora?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Odczytaj i sprawdź wartość rezystancji znamionowej i tolerancję przedstawionych

rezystorów oznaczonych kodem paskowym lub literowo-cyfrowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  ustalić kolory występujące na obudowie rezystorów,
2)  ustalić, po której stronie znajduje się pasek tolerancji rezystancji badanego opornika,
3)  rozszyfrować wartość znamionową rezystancji,
4)  odczytać zakodowaną wartość tolerancji rezystora,
5)  zweryfikować odczyt poprzez sprawdzenie, czy odczytana wartość mieści  się w szeregu

wynikającym z odczytanej tolerancji,

6)  zmierzyć omomierzem rzeczywistą wartość rezystancji,
7)  obliczyć względną różnicę między wartością zmierzoną i znamionową,
8)  porównać wyrażoną w % różnicę między obliczoną wartością a tolerancją rezystora.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw rezystorów,

−

omomierz,

−

kalkulator i zeszyt do ćwiczeń.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) odczytać wartości rezystancji znamionowej i tolerancji korzystając z kodu

paskowego?

□

2) ustalić, do jakiego szeregu wartości należy odczytana wartość rezystancji

znamionowej?

□

3) zmierzyć wartość rzeczywistą rezystancji?

□

4) obliczyć względną różnicę między wartością zmierzoną a wartością

znamionową rezystancji opornika?

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Pojemnościowe i indukcyjne elementy bierne

4.2.1. Materiał nauczania

Kondensatory
Kondensatory można podzielić, w zależności od ich przeznaczenia na:

−

stałe (o stałej pojemności),

−

zmienne (o zmiennej pojemności, stosowane do przestrajania obwodów rezonansowych),

−

biegunowe, zwane polarnymi (przeznaczone do pracy przy jednym określonym kierunku
doprowadzonego napięcia stałego).

Ze względu na rodzaj zastosowanego dielektryka kondensatory dzielimy na:

−

powietrzne (brak dielektryka),

−

mikowe (symbol: KM),

−

ceramiczne (symbole: KCP, KFP, KCR, KFR),

−

z tworzyw sztucznych (symbole: KSE, KSF, MKSE, MKSF, MKSW, KMP, KFMP),

−

elektrolityczne (symbole: KEN, KEO, 02/T, 04/U, 164D, 196D, ETO).

Rys. 8. Obudowy kondensatorów elektrolitycznych [3]

Parametry kondensatorów
Najważniejszymi parametrami kondensatora są:

−

pojemność znamionowa C

– wyrażana w faradach [F], która określa zdolność

kondensatora do gromadzenia ładunków elektrycznych; podawana na obudowie
kondensatora – ciąg wartości z szeregu E6 lub E12,

−

napięcie znamionowe U

– największe dopuszczalne napięcie stałe lub zmienne, które

może być przyłożone do kondensatora; zwykle podawane na obudowie kondensatora,

−

tangens kąta stratności tgδ – stosunek mocy czynnej wydzielającej się na kondensatorze
do mocy biernej magazynowanej w kondensatorze, przy napięciu sinusoidalnie
zmiennym o określonej częstotliwości,

−

prąd upływowy I

prąd płynący przez kondensator przy napięciu stałym,

−

temperaturowy współczynnik pojemności – α

określa względną zmianę pojemności,

zależną od zmian temperatury.

Kondensatory stałe

Rys. 9. Symbole graficzne kondensatora: a) niebiegunowego, b) biegunowego, c) zmiennego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kondensatory mikowe mają mały współczynnik α

oraz mały tangens kąta stratności

dielektrycznej. Wadą jest wysoka cena kondensatorów o większych wartościach pojemności.

Kondensatory ceramiczne mają duży współczynnik α

oraz mały tangens kąta stratności

dielektrycznej.  Zaletą  ich  jest  duża  wartość pojemności znamionowej  i  małe  wymiary.  Mają
niewielkie  wartości  indukcyjności  własnej,  w  związku  z  tym  mogą  być  stosowane
w  obwodach  wielkiej  częstotliwości  oraz  jako  pojemności  sprzęgające  (pojemności
w obwodach rezonansowych i filtrach).

Kondensatory z tworzyw sztucznych należą do kondensatorów zwijkowych, w których

dielektrykiem może być folia polistyrenowa, poliestrowa lub polipropylenowa. Kondensatory
polistyrenowe mają małe współczynniki tgδ oraz α

i są stosowane w układach pracujących

w zakresie  wielkich  częstotliwości.  Kondensatory  poliestrowe  mają  duży  współczynnik  tgδ
i są  stosowane  głównie  w  układach  napięcia  stałego  lub  zmiennego  o  małej  częstotliwości.
Kondensatory  polipropylenowe  mają  właściwości  zbliżone  do  właściwości  kondensatorów
poliestrowych i stosuje się je w obwodach prądu zmiennego o częstotliwości 50 Hz.

Kondensatory elektrolityczne, ze względu na użyty do ich budowy materiał dzielimy na:

aluminiowe  i  tantalowe  (z  elektrolitem  ciekłym  –  mokre  oraz  z  elektrolitem  suchym  –
półprzewodnikowe).  Pod  względem  zastosowań  układowych  rozróżniamy  kondensatory:
biegunowe  i  niebiegunowe,  stosowane  w  układach  filtracji  napięcia  zasilania  i  jako
kondensatory  sprzęgające  w  układach  małej  częstotliwości.  Kondensatory  elektrolityczne
mają  duże  wartości  pojemności  znamionowej  (1  ÷  47000  μF),  a  zakres  napięć  od  6,3  V  do
450  V.  Tolerancje  kondensatorów  elektrolitycznych  mają  bardzo  duże  wartości  sięgające
(-10 ÷ +100 % dla aluminiowych,  ±30 % dla tantalowych). Długotrwała praca kondensatora
przy  napięciu  mniejszym  niż  napięcie  znamionowe  powoduje  znaczny  wzrost  jego
pojemności.  Wadą  tych  kondensatorów  jest  duży  współczynnik  strat  tgδ  (aluminiowe  –  do
0,5;  tantalowe  –  do  0,2)  i  duży  prąd  upływowy  I

, którego wartość rośnie ze wzrostem

temperatury oraz duża indukcyjność własna (zwłaszcza aluminiowych). Kondensatory
elektrolityczne mają oznaczoną biegunowość. Zmiana biegunów (elektrod) powoduje
zniszczenie kondensatora.

Oznaczenia kondensatorów stałych
Kondensatory, tak jak i rezystory, mogą być oznaczane cyfrowo, literowo-cyfrowo lub za

pomocą kodu barwnego (głównie kondensatory miniaturowe). Systemy oznaczeń są bardzo
różne i zależne od rodzaju kondensatora i jego producenta.

Pewne typy kondensatorów mają swoje systemy oznaczeń parametrów, a do

najpopularniejszych kondensatorów należą: zwijkowe (z tworzyw sztucznych), ceramiczne
i elektrolityczne.

Oznaczenia kondensatorów zwijkowych i ceramicznych, umieszczane na korpusie, są

w pewnym zakresie podobne i zawierają następujące dane:

−

znak producenta,

−

typ kondensatora,

−

kategoria klimatyczna (w zwijkowych nie umieszczana),

−

pojemność znamionowa w pF, nF i μF (dotyczy tylko zwijkowych) – w zapisie
skróconym litery p, n, μ używane są jako przecinki,

−

tolerancja pojemności w % lub w zapisie skróconym literowo (B - ±0,1%,
C - ±0,25%, D - ±0,5%, F - ±1%, G - ±2%, J - ±5%, K - ±10%, M - ±20%, N - ±30%),

−

napięcie znamionowe w V lub małymi literami (m – 25 V, l – 40 lub 50 V, a – 63 V,
b – 100 V, c – 160 V, d – 250 V, e – 400 V, f – 600 V, h – 1000 V, i – 1600 V).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kondensatory ceramiczne są produkowane z różnych materiałów o różnym

współczynniku α

, który może przybierać wartość dodatnią lub ujemną. Materiał dielektryka

oznacza się literą wskazującą znak α

(N - ujemny, P - dodatni, NPO - zerowy) i liczbą

wyrażającą nominalną wartość modułu α

Ponadto w kondensatorach ceramicznych stosuje się również skrócony 3-cyfrowy zapis

wartości znamionowej pojemności. Pierwsza i druga cyfra oznaczają wartość (najczęściej
z szeregu E6) a trzecia wykładnik potęgi liczby 10 . Po przemnożeniu dwucyfrowej wartości
przez 10 podniesione do odpowiedniej potęgi otrzymujemy wartość C

wyrażoną w pF.

Przykłady:
P100 / 101 - α

= +100·10

-6

/°C i C

= 100 pF,

NPO / 222 - α

= 0·10

-6

/°C i C

= 2,2 nF,

N33 / 473 - α

= -33·10

-6

/°C i C

= 47 nF

Pełne oznaczenie kondensatorów elektrolitycznych obejmuje następujące dane:

−

znak producenta,

−

typ kondensatora,

−

kategoria klimatyczna,

−

pojemność znamionowa w μF,

−

napięcie znamionowe w V,

−

oznaczenie biegunowości (kropka lub kreska oznacza minus),

−

data produkcji.
Kondensatory aluminiowe (02/T – z wyprowadzeniami osiowymi, 04/U –

z wyprowadzeniami równoległymi) oraz tantalowe (196D – z elektrolitem stałym i ETO –
z elektrolitem ciekłym) o małych rozmiarach pozbawione są oznaczeń kategorii klimatycznej
i daty produkcji.

Kondensatory zmienne
Kondensatory o zmiennej pojemności są to kondensatory z dielektrykiem powietrznym

(symbol:  AM,  FM)  lub  kondensatory  ceramiczne  (dostrojcze),  zwane  trymerami  (symbol:
TCP).  Kondensatory  te  składają  się  z  dwu  zespołów  płytek  (lub  pojedynczych  płytek),
zwanych  statorem  i  rotorem,  które  zmieniając  swe  położenie  powodują  zmianę  wartości
pojemności  kondensatora.  Charakter  zmian  pojemności  kondensatora  zależy  od  kształtu
płytek rotora i statora.

Kondensatory obrotowe mają pojemności mniejsze niż 500 pF, natomiast kondensatory

nastawne, zwane trymerami, mają pojemności mniejsze niż 100 pF.

Sprawdzanie i pomiary parametrów kondensatorów
Najczęściej spotykanym uszkodzeniem kondensatorów jest przebicie elektryczne, po

przyłożeniu zbyt wielkiego napięcia do okładek kondensatora. Uszkodzeniu ulega dielektryk
i okładki zwierają się ze sobą. Uszkodzenie to można łatwo wykryć za pomocą omomierza,
który wskaże w tym przypadku zwarcie.

W kondensatorze może pojawić się „przerwa”, spowodowana urwaniem się

wyprowadzenia od okładki wewnątrz kondensatora (ceramiczne i zwijkowe) lub
wyschnięciem elektrolitu (elektrolityczne z elektrolitem ciekłym). W tym przypadku
sprawdzenie stanu technicznego kondensatora jest trudniejsze.

W przypadku dużych pojemności (powyżej 100 μF) kondensator można sprawdzić za

pomocą omomierza, przez który popłynie zmieniający się prąd ładowania kondensatora.
Jeżeli kondensator jest sprawny, to omomierz powinien rozpocząć wskazania od zwarcia do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przekroczenia  zakresu  miernika.  Gdy  zmiany  wskazań  następują  zbyt  szybko  to  należy
odpowiednio  zwiększyć  zakres  omomierza.  Ponadto  można  porównać  szybkość  zmian
wskazań  miernika występującą w przypadku badanego i wzorcowego kondensatora. Szybsze
zmiany (na tym samym zakresie) wskazują mniejszą wartość pojemności.

Dokładny pomiar pojemności można wykonać za pomocą:

−

uniwersalnych mierników cyfrowych (w ograniczonym zakresie pojemności),

−

specjalizowanych, mostkowych mierników (testerów) RLC,

−

metodą techniczną w układach pomiarowych pokazanych na poniższym rysunku.

Rys. 10. Schematy układów do pomiaru metodą techniczną a) dużych pojemności, b) małych pojemności [2]

Cewki indukcyjne
Cewka indukcyjna, będąca dwójnikiem elektrycznym w postaci zwojnicy, składa się

z uzwojenia, korpusu oraz rdzenia (magnetowodu).

Rys. 11. Symbole graficzne cewek indukcyjnych [9]

Cewki są stosowane w obwodach rezonansowych, filtrach jako elementy sprzęgające

oraz jako dławiki w układach wielkiej lub małej częstotliwości.

Rodzaje cewek
Ze względu na sposób wykonania cewki dzielimy na:

−

powietrzne: stosowane w zakresie dużych częstotliwości, a w przypadku bardzo dużej
częstotliwości cewki mają postać odcinka drutu lub ścieżki drukowanej,

−

rdzeniowe: stosowane tam, gdzie wymagana jest duża wartość indukcyjności lub jej
przestrajanie. Cewki nawijane są na korpusy z tworzywa sztucznego, wewnątrz których
znajdują się rdzenie ferromagnetyczne lub niemagnetyczne mosiężne.

Parametry cewek
Podstawowymi parametrami cewki są

−

indukcyjność własna L w μH lub mH,

−

rezystancja cewki r

w Ω,

−

dobroć Q

(zależna od częstotliwości pracy i rezystancji uzwojenia) i określona wzorem

, gdzie f jest częstotliwością pracy,

−

stała indukcyjności A

w nH,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

pojemność własna C

(występująca między poszczególnymi zwojami cewki, między

korpusem oraz innymi elementami otaczającymi cewkę) i zależy od wymiarów cewki
i sposobu uzwojenia.

Dławiki
Dławik jest to cewka nieprzestrajana, z rdzeniem ferromagnetycznym o nieliniowej

charakterystyce  magnesowania  rdzenia.  Jest  to  element  o  dużej  indukcyjności  własnej,
którego zadaniem  jest  eliminowanie  lub  tłumienie składowej zmiennej  sygnału w obwodzie.
Zwykle  współpracuje  on  z  kondensatorami,  tworząc  filtry  dolnoprzepustowe.  W  zależności
od częstotliwości pracy wyróżniamy dławiki małej i wielkiej częstotliwości.

Dławiki wykonuje się z cieńszego drutu niż cewki indukcyjne (ich średnica wynosi od

0,05 do 0,1 mm), gdyż ich rezystancja odgrywa drugorzędną rolę.

Oznaczenia cewek indukcyjnych
W urządzeniach elektronicznych i elektrycznych są stosowane różnorodne cewki.

Większość z nich jest charakterystyczna tylko dla konkretnego typu urządzenia, ale są
również cewki typowe występujące w wielu urządzeniach i zawierające pewne
charakterystyczne oznaczenia (dotyczy to głównie cewek ekranowanych).

Podstawowym oznaczeniem znajdującym się na ekranach cewek jest symbol materiału

rdzenia dostrojczego lub ekranującego. W zależności od rodzaju materiału rdzenia
dostrojczego i istnienia rdzenia ekranującego zmienia się stała indukcyjności A

. Stała ta jest

wielkością charakteryzującą rdzeń i konstrukcję cewki i określa zależność indukcyjności od
liczby zwojów Z według wzoru

Przykłady:

F605 (z ekranem) - A

= 15,5 nH,

F82 (bez ekranu) - A

= 7,0 nH,

F24 (bez ekranu) - A

= 6,2 nH.

Sprawdzanie i pomiar indukcyjności cewek indukcyjnych
Cewki rzadko ulegają uszkodzeniom spowodowanym przez prąd elektryczny

(za wyjątkiem cewek dużej mocy lub wysokonapięciowych).

Jeżeli podejrzewamy, że cewka jest uszkodzona, to najpierw należy sprawdzić, czy nie

jest pęknięty rdzeń, korpus lub osłona ekranująca, a następnie sprawdzić omomierzem czy
uzwojenia nie są przerwane, zwarte ze sobą lub z osłoną ekranującą. W cewce mogą wystąpić
również zwarcia międzyzwojowe.

Przerwę w obwodzie można łatwo wykryć za pomocą omomierza, natomiast wykrycie

zwarcia całkowitego lub częściowego jest uzależnione od możliwych, najmniejszych
zakresów omomierza. Po zmierzeniu rezystancji r

badanej cewki można wynik pomiaru

porównać z wartością katalogową lub zmierzoną cewki wzorcowej.

Dokładny pomiar indukcyjności można wykonać za pomocą:

−

uniwersalnych mierników cyfrowych (w ograniczonym zakresie indukcyjności),

−

specjalizowanych, mostkowych mierników (testerów) RLC.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie typy kondensatorów stosuje się w obwodach rezonansowych, w zakresie wysokich

częstotliwości ?

2.  Jak dzielimy kondensatory ze względu na zastosowany dielektryk?
3.  W jaki sposób oznaczamy kondensatory?
4.  Czym  różni  się  kondensator  elektrolityczny  od  kondensatora  wykonanego  z  tworzywa

sztucznego?

5.  Co to jest trymer?
6.  Jak sprawdzić stan techniczny kondensatora o pojemności 1mF za pomocą omomierza?
7.  Na czym polega różnica między cewkami indukcyjnymi a dławikami?
8.  Jakie są podstawowe parametry cewek indukcyjnych?
9.  W jaki sposób można regulować indukcyjność w cewkach?
10.  Co to jest stała indukcyjności cewki?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj

wyboru

najbardziej

odpowiedniego

kondensatora

(spośród

kilku

przedstawionych) do określonych warunków pracy, kierując się tylko oznaczeniami tych
kondensatorów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odczytać lub rozszyfrować pojemności znamionowe przedstawionych kondensatorów,
2) spośród kondensatorów, których pojemności spełniają warunki ćwiczenia, wybrać te

typy, które mogą pracować w określonych warunkach,

3) odczytać pozostałe dane zaszyfrowane w oznaczeniach kondensatorów,
4) wybrać kondensator o parametrach najbardziej zbliżonych do kondensatora

poszukiwanego,

5)  poszukać w załączonym katalogu wybranego kondensatora,
6)  odczytać istotne parametry wybranego kondensatora,
7)  sprawdzić, czy odczytane parametry spełniają warunki zadania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw kilkunastu kondensatorów różnych typów i o różnych parametrach,

−

katalog kondensatorów,

−

kalkulator,

−

zeszyt do ćwiczeń i długopis.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) rozpoznać pojemności znamionowe na podstawie oznaczeń na obudowach

kondensatorów?

□

2) odczytać z katalogu wartości określonych parametrów kondensatorów?

□

3) odczytać znaki naniesione na obudowę kondensatorów i rozszyfrować

wartości parametrów pod nimi ukryte?

□

4) dobrać typ i parametry kondensatora do określonych zadań?

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Diody prostownicze i stabilizacyjne

4.3.1. Materiał nauczania

Złącze P - N i diody półprzewodnikowe
Złączem nazywamy połączenie dwóch kryształów ciała stałego w taki sposób, że tworzą

one  ze  sobą  ścisły  kontakt.  W  elektronice  najczęściej  wykorzystywane  są  złącza  metal-
półprzewodnik  i  półprzewodnik  -  półprzewodnik,  którym  w  większości  przypadków  jest
krzem.  W  momencie  połączenia  półprzewodnika  typu  P  (gdzie  nośnikami  większościowymi
są  dodatnie  dziury)  z  półprzewodnikiem  typu  N  (gdzie  nośnikami  większościowymi  są
ujemne elektrony) powstaje złącze PN.

Polaryzacja złącza PN
Przez pojęcie polaryzacji rozumiemy stan, jaki następuje w złączu pod wpływem

przyłożenia z zewnątrz różnych potencjałów do obydwu obszarów półprzewodnika.

Jeżeli do półprzewodnika typu P przyłożymy potencjał dodatni a do półprzewodnika typu

N  potencjał  ujemny,  to  mówimy,  że  złącze  jest  spolaryzowane  w  kierunku  przewodzenia.
Powstała  bariera  energetyczna  obniża  się  o  wartość  przyłożonego  napięcia  zewnętrznego
i  złącze  przewodzi  prąd,  który  całkowicie  składa  się  z  nośników  większościowych.
W  przeciwnym  wypadku  mówimy,  że  złącze  jest  spolaryzowane  w kierunku  zaporowym
i złącze takie prawie nie przewodzi prądu.

Dioda półprzewodnikowa
Diodą półprzewodnikową nazywamy element półprzewodnikowy zawierający jedno

złącze PN z dwiema końcówkami wyprowadzeń. Charakterystyka diody oraz jej parametry są
podobne jak złącza PN. Diody są stosowane w elektronicznych układach analogowych
i cyfrowych. Ze względu na zastosowanie wyróżnia się diody: prostownicze, stabilizacyjne,
impulsowe, pojemnościowe, detekcyjne i generacyjne.

Diody prostownicze
Diody prostownicze są przeznaczone do prostowania napięcia lub prądu przemiennego

małej częstotliwości. Są one głównie stosowane w układach prostowniczych urządzeń
zasilających oraz w powielaczach wysokiego napięcia.

Diody prostownicze spolaryzowane zaczynają przewodzić (następuje gwałtowny wzrost

prądu)  dopiero  po  przekroczeniu  pewnej  wartości  napięcia  w  kierunku  przewodzenia.  Dla
diod krzemowych  wynosi  ona  ok.  0,7 V a dla germanowych  ok. 0,3  V. Diody  prostownicze
mają bardzo małą rezystancję w kierunku przewodzenia – rzędu pojedynczych Ω, co pozwala
na  uzyskanie  dużych  sprawności  prostowania.  Natomiast  diody  spolaryzowane  w  kierunku
zaporowym  wykazują  bardzo  dużą  rezystancję  i  wartość  prądu  wstecznego  I

diody

(np. krzemowej – najczęściej stosowanej) jest 10

÷10

razy mniejsza. Symbol graficzny diody

prostowniczej pokazano na rys. 13 a. Działanie diody najlepiej pokazuje charakterystyka
prądowo-napięciowa przedstawiona na rys. 13 b.

Napięcie i prąd na osiach współrzędnych oznaczone indeksem F wskazują kierunek

przewodzenia diody, natomiast oznaczone indeksem R kierunek zaporowy.

Elektroda „+” (anoda) pokazana na rysunku połączona jest z półprzewodnikiem typu P

a elektroda „–” (katoda) z półprzewodnikiem typu N.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 12. Dioda prostownicza: a) symbol graficzny, b) charakterystyka prądowo-napięciowa [5]

Oznaczenia i wygląd diod prostowniczych
Oznaczenia i wygląd diod prostowniczych zmieniają się w zależności od producenta,

mocy i napięcia występującego w urządzeniach zawierających te elementy oraz od ich
konstrukcji i przeznaczenia.

Przykładowo diody prostownicze mogą mieć następujące oznaczenia:

−

typowe diody małej mocy: BYP 401, BYP 660R,

−

typowe diody małej i średniej mocy: BYP 680R,

−

diody wysokonapięciowe: BAYP 50, BAYP 350,

−

diody mocy: D00-100-10, D3A2-10-12, D20-300-10,

−

diody szybkie mocy: DR12-10-01, DR51-80-12.

W oznaczeniach diod można rozpoznać pewne prawidłowości:

−

pierwsza litera oznacza materiał półprzewodnikowy A - german, B - krzem,

−

druga litera Y oznacza diody prostownicze,

−

litera R umieszczona na końcu oznacza, że anoda diody znajduje się na obudowie diody,

−

cyfry poprzedzone znakiem „–” określają maksymalne napięcie wsteczne diody
wyrażone w woltach,

−

pierwsza litera D oznacza diodę mocy, a pierwsze litery DR oznaczają szybkie diody
mocy,

−

w przypadku diod mocy cyfry poprzedzone pierwszym znakiem „–” określają
maksymalny prąd diody wyrażony w amperach, a cyfry poprzedzone drugim znakiem „–
” określają maksymalne napięcie wsteczne diody wyrażone w setkach woltów.
Przykłady:

−

BYP 401-600R oznacza diodę prostowniczą małej mocy o napięciu wstecznym 600 V
i anodą na obudowie,

−

D20-300-10 oznacza prostowniczą diodę mocy o maksymalnym prądzie przewodzenia
300 A i napięciu wstecznym 1000 V.

Niektórzy producenci oznaczają diody symbolem 1Nxxxxx, przy czym interpretacja

pozostałych znaków tego symbolu ustalona jest przez producenta

Obudowy diod mają bardzo różną konstrukcję i wygląd.

(+)

(-)

RWM

)

RWM

)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Parametry diod prostowniczych
Parametry charakterystyczne:

−

napięcie progowe U

(TO)

, poniżej którego prąd przewodzenia ma bardzo małą wartość

(0,2 V dla diod germanowych i 0,6 V dla krzemowych),

−

napięcie przebicia U

(BR)

lub powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne U

RRM

przyjmowane jako 0,8 napięcia przebicia (od kilku woltów do kilku kilowoltów),

−

napięcie przewodzenia U

przy określonym prądzie przewodzenia I

−

prąd wsteczny I

przy określonym napięciu w kierunku zaporowym,

−

rezystancja cieplna R

, zależna od sposobu chłodzenia diody i informująca o szybkości

odprowadzania ciepła przez diodę

−

Parametry graniczne:

−

dopuszczalny średni prąd przewodzenia I

F(AV),

jaki może przepływać przez diodę

w kierunku przewodzenia (od dziesiątek miliamperów do kilku kiloamperów),

−

szczytowe napięcie wsteczne U

RSM

, powyżej którego dioda może ulec uszkodzeniu,

−

maksymalne straty mocy P

tot max

przy danej temperaturze otoczenia diody (najczęściej

25°C), które mieszczą się w przedziale od kilkuset miliwatów do kilku kilowatów,

−

dopuszczalna temperatura złącza T

jmax

, umożliwiająca obliczenie maksymalnej mocy

rozpraszanej przez diodę w określonych warunkach,

−

parametr przeciążeniowy I

t podawany dla diod mocy i określający na jak długo (i jakim

prądem) można przeciążyć daną diodę mocy.

Diody stabilizacyjne (diody Zenera)
Diody te są przeznaczone do stabilizacji lub ograniczania napięcia. Są one głównie

stosowane w urządzeniach zasilających jako elementy stabilizatorów napięcia oraz jako
źródła napięć odniesienia i ograniczniki amplitudy w innych układach elektronicznych.

Diody stabilizacyjne pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym, charakteryzując

się  niewielkimi  zmianami  napięcia  pod  wpływem  dużych  zmian  prądu.  Wykorzystują  one
zjawisko  Zenera  (w  złączach  krzemowych  dla  napięć  <  5  V)  i  zjawisko  powielania
lawinowego  (w  złączach  krzemowych  dla  napięć  >  7  V)  występujące  powyżej  określonego
napięcia  wstecznego  diody.  Obydwa  te  zjawiska  są  całkowicie  odwracalne,  przy  czym
napięcia  stabilizacji  wywołane  tymi  zjawiskami  reagują  przeciwnie  na  zmiany  temperatury.
Symbol  graficzny  diody  Zenera  jest  zamieszczony  poniżej  na  rys.  13a.  Działanie  diody
stabilizacyjnej  najlepiej  pokazuje  charakterystyka  prądowo-napięciowa  przedstawiona  na
rys. 13 b).

Rys. 13. Symbol graficzny diody stabilizacyjnej oraz charakterystyka I = f(U) diody stabilizacyjnej [5]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oznaczenia i wygląd diod stabilizacyjnych
Oznaczenia i wygląd diod stabilizacyjnych zmieniają się w zależności od mocy i napięcia

stabilizacji diody oraz od ich konstrukcji i przeznaczenia.

Przykładowo diody stabilizacyjne mogą mieć następujące oznaczenia:

−

typowe diody Zenera: BZAP 30, BZP 650,

−

diody Zenera do układów hybrydowych: BZX 84,

−

diody skompensowane temperaturowo: BZY 566 – wykorzystują one temperaturową
stabilność napięcia Zenera w wąskim zakresie od 6,08 V do 6,72 V,

−

diody układów elektronicznego zapłonu: BZYP 01.

W oznaczeniach tych diod można rozpoznać pewne prawidłowości:

−

pierwsza litera oznacza materiał półprzewodnikowy, najczęściej B - krzem,

−

druga litera Z oznacza diody stabilizacyjne (diody Zenera),

−

litera poprzedzona znakiem „-” określa tolerancję napięcia stabilizacji: A - 1%, B - 2%,
C - 5%, D - 10%, E - 15%,

−

po tej literze następują cyfry określające wartość znamionowego napięcia stabilizacji
w woltach, a jeżeli napięcie to jest liczbą ułamkową, to zamiast przecinka stosuje się
literę V,

−

litera R umieszczona na końcu oznacza, że anoda diody znajduje się na obudowie diody,
a polaryzacji normalnej (obudowa połączona z katodą) nie oznacza się.

Obudowy diod stabilizacyjnych mają podobną konstrukcję i wygląd jak diod

prostowniczych.

Przykład: BZP 683-C5V1 oznacza diodę stabilizacyjną małej mocy o napięciu stabilizacji
równym 5,1 V z dokładnością 5%.

Parametry diod stabilizacyjnych
Parametry charakterystyczne:

−

napięcie stabilizacji U

(zwane również napięciem Zenera), którego wartość mieści się

w granicach od trzech do kilkuset woltów,

−

napięcie przewodzenia U

przy określonym prądzie przewodzenia I

−

prąd wsteczny I

przy określonym napięciu w kierunku zaporowym,

−

rezystancja dynamiczna r

jaką stanowi dioda w zakresie stabilzacji,

−

temperaturowy współczynnik napięcia stabilizacji α

−

Parametry graniczne:

−

maksymalny prąd stabilizacji I

Zmax

, płynący przez diodę podczas stabilizacji napięcia,

−

maksymalne straty mocy P

tot max

przy danej temperaturze otoczenia diody (najczęściej

25°C).

Wyznaczanie charakterystyk prądowo-napięciowych diod półprzewodnikowch
Charakterystyki

prądowo-napięciowe

umożliwiają

wyznaczenie

podstawowych

parametrów diod półprzewodnikowych jak: napięcie przewodzenia U

, napięcie stabilizacji

i rezystancja dynamiczna r

Najprostszą metodą wyznaczania charakterystyk diod jest metoda „punkt po punkcie”,

w której odpowiednie prądy i napięcia mierzymy za pomocą amperomierza i woltomierza
włączonych w poniższe układy pomiarowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 14. Układ pomiarowy do wyznaczania charakterystyki prądowo-napięciowej zarówno diody prostowniczej

jak i diody Zenera (w kierunku przewodzenia) [9]

Wyniki należy zapisać w karcie pomiarowej zawierającej tabelę 4.

Tabela 4. Karta pomiarowa do badania diod spolaryzowanych w kierunku przewodzenia

Dioda prostownicza (lub stabilizacyjna) typ: .................... - kierunek przewodzenia

[V]

[mA]

Rys. 15. Układy pomiarowe do wyznaczania charakterystyki prądowo - napięciowej diody prostowniczej

i stabilizacyjnej (w kierunku zaporowym) [9]

Wyniki należy zapisać w karcie pomiarowej zawierającej tabelę 5.

Tabela 5. Karta pomiarowa do badania diod spolaryzowanych w kierunku zaporowym

Dioda prostownicza (lub stabilizacyjna) typ: .................... - kierunek zaoporowy

[V]

[mA lub μA]

Dobieranie parametrów diod półprzewodnikowych

Tabela 6.. Parametry katalogowe przykładowo wybranych diod [opracowanie własne]

przy I

przy U

przy I

Dioda

RRM

max

(A)

max

tot

(W)

max

(A)

μA

max

znam.

max

-4

max

jmax

°C

D00-
100-10

(100)

180M

BYP
401

800

(1)

1,1

(1)

800

150

BZP
630-
C7V5

200

250

1,2

100

1,5

7,5

150

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawowe zasady dobierania parametrów diod półprzewodnikowych:

−

amplituda prądu przewodzenia nie może przekraczać parametru I

Fmax

−

iloczyn wartości skutecznej prądu przewodzenia I i wartości skutecznej napięcia
przewodzenia U

nie może przekraczać wartości P

tot

−

amplituda napięcia wstecznego diody prostowniczej nie powinna przekroczyć U

RRM

−

napięcie zasilające układ z diodą Zenera musi być większe od U

, ale musi być na tyle

małe, aby iloczyn

tot

≤

⋅

−

podczas szukania zamienników diod należy szukać diod o nie mniejszych parametrach
granicznych oraz o możliwie tych samych parametrach charakterystycznych.

Sprawdzanie diod półprzewodnikowych
Przyczyną elektrycznego uszkodzenia diody jest przekroczenie dopuszczalnych wartości

prądów i napięć. Uszkodzenia mechaniczne polegające na stłuczeniu lub ułamaniu obudowy,
czy złamaniu końcówki wynikają najczęściej z zaginania końcówek zbyt blisko obudowy.

Uszkodzenia w diodzie można łatwo wykryć omomierzem wyposażonym w źródło

napięcia  o  wartości  1,5  V.  Badaną  diodę  należy  wylutować  z  układu  (wystarczy  odlutować
tylko  jedną  końcówkę)  i  zmierzyć  rezystancję  w  obydwu  kierunkach.  Rezystancja
w  kierunku  zaporowym  (plus  omomierza  na  katodzie)  jest  bardzo  duża  i  często  przekracza
maksymalne  zakresy  miernika.  Natomiast  w  kierunku  przewodzenia  (plus  omomierza  na
anodzie)  rezystancja  jest  znacznie  mniejsza,  chociaż  trudna  do  określenia.  Rezystancja
w  kierunku  przewodzenia  zależy  od  kształtu  charakterystyki  diody  oraz  rodzaju  i  zakresu
omomierza. Oznacza to, że w zmieniając typ lub zakres miernika a także samą diodę na inny
egzemplarz  tego  samego  typu,  otrzymamy  różne  wartości  rezystancji  diody  w  kierunku
przewodzenia.

Sprawdzanie diody Zenera można przeprowadzić analogicznie do sprawdzania diody

prostowniczej, za wyjątkiem pomiaru samego napięcia stabilizacji U

, pod warunkiem,

że napięcie stabilizacji jest większe niż napięcie źródłowe omomierza. Pomiar napięcia U

można przeprowadzić w układzie pomiarowym pokazanym na rys. 17. Nie ma jednak
potrzeby mierzenia tych wielkości, ponieważ sprawne złącze stwierdzone omomierzem na
ogół gwarantuje zachowanie właściwych wartości innych parametrów.

Jeżeli podczas mierzenia rezystancji diody w obu kierunkach omomierz wskazuje

zwarcie, to oznacza przebicie elektryczne złącza, a jeżeli rozwarcie to oznacza przerwę
mechaniczną wewnątrz diody.

Obecnie cyfrowe mierniki uniwersalne wyposażone są w układy do mierzenia spadku

napięcia na złączu PN. Miernik musimy przestawić na tryb oznaczony

i przyłożyć do

końcówek diody przewody miernika. Jeżeli „minus” miernika jest

przyłączony

katody, to miernik wskaże wartość spadku napięcia w mV, a jeżeli odwrotnie to miernik
wskaże przekroczenie zakresu.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są warunki spolaryzowania diody w kierunku przewodzenia i w kierunku

zaporowym?

2.  Jakie są podstawowe parametry charakterystyczne diody prostowniczej?
3.  Jakie są podstawowe parametry graniczne diody stabilizacyjnej?
4.  Jakie informacje można odczytać z oznaczenia diody BZP 683-D12?
5.  Co oznacza litera R umieszczona na końcu oznaczenia diody?
6.  Jakie  parametry  graniczne  diody  mocy  należy  wziąć  pod  uwagę  podczas  szukania

zamiennika dla diody D3A2-10-12?

7. Jak można sprawdzić stan diody prostowniczej lub stabilizacyjnej za pomocą cyfrowego

multimetru uniwersalnego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz charakterystykę prądowo-napięciową określonej diody Zenera spolaryzowanej

w kierunku zaporowym i odczytaj z niej parametry U

i r

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  odczytać z karty katalogowej podstawowe parametry diody,
2)  zaproponować układ pomiarowy do zbadania diody,
3)  zaproponować zakresy mierników przedstawionych w układzie pomiarowym,
4)  połączyć układ pomiarowy,
5)  sporządzić tabelę do wpisywania wyników badań,
6)  wyznaczyć metodą „punkt po punkcie” charakterystykę diody,
7)  narysować charakterystykę diody na papierze milimetrowym,
8)  odczytać z narysowanej charakterystyki U

i r

9) porównać wyznaczony fragment charakterystyki diody i wyznaczone parametry diody

z danymi katalogowymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

karta katalogowa badanej diody,

−

zestaw mierników stosowanych w układach pomiarowych do badania elementów
półprzewodnikowych metodą „punkt po punkcie” i instrukcje mierników,

−

zasilacz regulowany,

−

makieta z badaną diodą i przewody połączeniowe,

−

zeszyt do ćwiczeń i papier milimetrowy,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) odczytać z karty katalogowej wybrany parametr diody?

□

2) połączyć układ pomiarowy do badania diody stabilizacyjnej?

□

3) rozpoznać diodę stabilizacyjną i jej parametry po oznaczeniach

katalogowych?

□

4) wyznaczyć charakterystykę diody stabilizacyjnej?

□

5) odczytać z narysowanej charakterystyki diody stabilizacyjnej określone

parametry diody?

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Tranzystory i tyrystory

4.4.1. Materiał nauczania

Tranzystory

tyrystory

należą

grupy

elementów

półprzewodnikowych

o regulowanym przepływie prądu. Tranzystory należą do elementów wzmacniających
i przełączających, a tyrystory tylko do elementów przełączających. Tranzystory, ze względu
na zasadę działania, dzielimy na: bipolarne i unipolarne.

Budowa i struktura tranzystorów bipolarnych
Tranzystory bipolarne są najczęściej wykonywane z krzemu. Ze względu na kolejność

ułożenia  warstw  półprzewodnika  rozróżniamy  tranzystory  typu  NPN  i  PNP.  Każda  z  tych
warstw  (obszarów)  ma  swoją  nazwę:  baza  -  B,  emiter  -  E,  kolektor  -  C.  Złącza  utworzone
między  sąsiednimi  obszarami  półprzewodnika  nazywamy:  złączem  emiterowym  (E-B)
i kolektorowym (B-C). Na rys. 16 przedstawiono modele struktury tranzystorów bipolarnych
i odpowiadające im symbole graficzne.

tranzystor PNP

tranzystor NPN

Rys. 16. Struktura i symbole graficzne tranzystorów bipolarnych [10]

Podział tranzystorów bipolarnych
Ze względu na wydzielaną moc tranzystory dzielimy na

−

małej mocy: do 0,3 W,

−

średniej mocy: do 5 W

−

dużej mocy: powyżej 5 W, nawet do 300 W

Ze względu na maksymalną częstotliwość pracy tranzystory dzielimy na

−

małej częstotliwości: do kilkudziesięciu MHz,

−

wielkiej częstotliwości: nawet do kilku GHz.

Zasada działania tranzystora bipolarnego
Działanie tranzystora bipolarnego rozpatrzymy na przykładzie polaryzacji normalnej

tranzystora, tzn. gdy złącze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia,
a złącze baza - kolektor spolaryzowane w kierunku zaporowym. Stan taki jest zapewniony,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gdy spełniona jest następująca zależność między potencjałami na poszczególnych
elektrodach:

−

dla tranzystora NPN

< V

−

dla tranzystora PNP

> V

Rys. 17. Rozkład napięć i rozpływ prądów tranzystora bipolarnego przy polaryzacji normalnej [5]

Oznaczenia rozpływu prądów w tranzystorze i spadków napięć na nim są następujące:

– prąd bazy, I

– prąd kolektora, I

– prąd emitera, U

– napięcie kolektor-emiter, U

–

napięcie baza-emiter, U

– napięcie kolektor-baza, V

– potencjał emitera, V

– potencjał

emitera, V

– potencjał kolektora. Między prądami poszczególnych elektrod tranzystora

zachodzą następujące związki:

gdzie β jest współczynnikiem wzmocnienia prądowego tranzystora i mieści się w granicach
od 20 do 850.

Układy pracy tranzystora bipolarnego
Zależnie od doprowadzenia i wyprowadzenia sygnału rozróżniamy trzy sposoby

włączenia tranzystora do układu pokazane na rys. 8

−

układ ze wspólnym emiterem OE (WE),

−

układ ze wspólną bazą OB

(WB),

−

układ za wspólnym kolektorem OC (WC).

Rys. 18. Układy pracy tranzystorów bipolarnych [5]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wybór układu pracy tranzystora jest zależny od przeznaczenia i rodzaju zastosowanego

tranzystora.

Tranzystor pracujący w układzie OE charakteryzuje się:

−

dużym wzmocnieniem prądowym β,

−

dużym wzmocnieniem napięciowym,

−

dużym wzmocnieniem mocy,

−

rezystancją wejściową rzędu kilkuset

Ω

, a wyjściową rzędu kilkadziesiąt k

Ω

−

napięcie wyjściowe w układzie OE jest odwrócone w fazie o 180

w stosunku do

napięcia wejściowego,

−

Tranzystor pracujący w układzie OB charakteryzuje się:

−

małą rezystancją wejściową,

−

bardzo dużą rezystancją wyjściową,

−

wzmocnieniem prądowym bliskim jedności,

−

bardzo dużą częstotliwością graniczną pracy,

−

Tranzystor pracujący w układzie OC charakteryzuje się:

−

dużą rezystancją wejściową – co ma istotne znaczenie we wzmacniaczach małej
częstotliwości,

−

wzmocnieniem napięciowym równym jedności,

−

dużym wzmocnieniem prądowym.

Stany pracy tranzystora
Tranzystor składa się z dwóch złączy PN, które mogą być spolaryzowane w kierunku

przewodzenia jak i w kierunku zaporowym. W związku z tym wyróżniamy cztery stany pracy
tranzystora przedstawione w tabeli 7.

Tabela 7. Stany pracy tranzystora bipolarnego

Kierunki polaryzacji złączy tranzystora

Stan

tranzystora

złącze

emiter – baza

złącze

kolektor – baza

Zatkanie

zaporowy

Przewodzenie

aktywne

przewodzenia

zaporowy

Nasycenie

przewodzenia

Przewodzenie

inwersyjne

zaporowy

przewodzenia

Tranzystor pracujący w układach wzmacniających musi być w stanie aktywnym,

natomiast w układach przełączających w stanie zatkania lub nasycenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rodzaje obudów tranzystorów bipolarnych

Rys. 19. Obudowy tranzystorów bipolarnych: a) dużej mocy, b) małej mocy [5]

Kształt obudowy tranzystora i kolejność jego wyprowadzeń zależy od parametrów,

przeznaczenia i producenta tranzystora. Istnieją jednak pewne ogólne zasady rozpoznawania
niektórych wyprowadzeń w określonych typach obudów.

Jeżeli tranzystor mocy w obudowie metalowej ma wyprowadzone tylko dwie końcówki,

to trzecią (zawsze kolektor) jest właśnie ta metalowa obudowa. Jeżeli tranzystor
przystosowany jest do montowania na radiatorze, ale posiada 3 końcówki, to jedna z nich
(kolektor) jest wewnętrznie połączona z metalową obudową.

Niektóre tranzystory małej mocy w obudowie plastykowej mają charakterystyczne

„ścięcie”, które wskazuje umiejscowienie końcówki kolektora tranzystora.

Tranzystory małej mocy w okrągłej, metalowej obudowie mają charakterystyczny

„ząbek”, który wskazuje końcówkę emitera, kolektor w tym przypadku jest również
połączony z metalową obudową.

Parametry tranzystorów bipolarnych
Do podstawowych parametrów charakterystycznych tranzystora bipolarnego zaliczamy:

−

β (lub h

21E

) – współczynnik wzmocnienia prądowego w układzie OE,

−

– częstotliwość graniczna tranzystora, przy której współczynnik h

21E

spada do zera,

−

CEsat

– napięcie między kolektorem a emiterem w stanie nasycenia.

Do podstawowych parametrów granicznych tranzystora bipolarnego zaliczamy:

−

tot

– dopuszczalna moc całkowita wydzielana w tranzystorze,

−

CE0max

– maksymalne napięcie między kolektorem a emiterem,

−

Cmax

– maksymalny dopuszczalny prąd kolektora,

−

– dopuszczalna temperatura złączy.

Oznaczanie i dobieranie tranzystorów bipolarnych
Tranzystory bipolarne wykonywane są najczęściej z krzemu. Poniżej przedstawiamy

przykładowe typy, oznaczenia i parametry tranzystorów krzemowych.

Tabela 8. Przykłady oznaczeń i parametrów tranzystorów krzemowych

Typ

Symbol

CEmax

[V]

Cmax

[mA]

tot

[mW]

Grupa

21E

[MHz]

Polaryzacja

małej mocy m.cz.

BC107

100

300

110÷240
200÷480

100

NPN

dużej mocy m.cz.

BDP286

7000

25000

30÷200

PNP

małej mocy w.cz.

BF180

150

500

NPN

wysokonapięciowe

BU205

700

2500

10000

7,5

NPN

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawowe zasady dobierania parametrów tranzystorów bipolarnych:

−

amplituda prądu kolektora nie może przekraczać parametru I

Cmax

−

iloczyn wartości skutecznej prądu kolektora I

i wartości skutecznej napięcia U

nie

może przekraczać wartości P

tot

−

amplituda napięcia kolektor-emiter nie może przekroczyć U

CEmax

−

wartość współczynnika wzmocnienia prądowego h

21E

w wielu układach elektronicznych

nie jest istotna, ale należy dobierać tranzystory z tej samej grupy,

−

podczas szukania zamienników tranzystorów należy szukać tranzystorów o nie
mniejszych parametrach granicznych oraz o możliwie tych samych parametrach
charakterystycznych,

−

większość tranzystorów produkcji europejskiej ma swoje odpowiedniki wśród
tranzystorów produkcji amerykańskiej, których symbole katalogowe zaczynają się na
2Nxxxx

(należy

dobierać

według

danych

katalogowych

lub

według

wyszczególnionych odpowiedników).

Sprawdzanie tranzystorów bipolarnych
Uszkodzenie tranzystora może nastąpić pod wpływem tych samych czynników

co w diodzie  półprzewodnikowej.  Sprawdzenie  stanu  technicznego  tranzystora  można
przeprowadzić  w  podobny  sposób  jak  w  przypadku  diody,  za  pomocą  omomierza  lub
cyfrowego  miernika  uniwersalnego  nastawionego  na  pomiar  napięcia  na  złączu  PN.  Sposób
pomiaru i kontrolę stanu technicznego tranzystora pokazuje poniższa tabela.

Tabela 9. Rezystancje lub napięcia między elektrodami prawidłowo pracującego tranzystora bipolarnego

Tranzystor

Badane

przejście

Biegun dodatni

miernika

Rezystancja

zmierzona

Napięcie złącza

PNP

B-E

mała

poniżej 1 V

PNP

B-E

bardzo duża lub duża

poza zakresem

PNP

B-C

mała

poniżej 1V

PNP

B-C

bardzo duża lub duża

poza zakresem

PNP

E-C

bardzo duża

poza zakresem

PNP

E-C

bardzo duża lub mała

różne

NPN

B-E

mała

poniżej 1 V

NPN

B-E

bardzo duża

poza zakresem

NPN

B-C

mała

poniżej 1 V

NPN

B-C

bardzo duża

poza zakresem

NPN

E-C

bardzo duża lub mała

różne

NPN

E-C

bardzo duża

poza zakresem

Tranzystory unipolarne
Tranzystor unipolarne (polowe) stosowane są w układach elektronicznych rzadziej niż

bipolarne.  Tranzystory  te  mają  kanał  typu  N  lub  P,  który  może  być  wzbogacany  lub
zubożany.  Elektrody  tych  tranzystorów  mają  następujące  nazwy  i  oznaczenia:  źródło  -  S,
bramka  -  G,  dren  -  D.  W  tranzystorach  polowych  w  przepływie  prądu  biorą  udział  nośniki
większościowe jednego rodzaju – elektrony (N) lub dziury (P). Prąd może płynąć przez kanał
pomiędzy  źródłem  i  drenem,  natomiast  przewodnictwo  tego  kanału  zależy  od  napięcia
bramka-źródło  U

. Istnieje pewne napięcie U

GSoff

przy którym następuje odcięcie kanału i

tranzystor przestaje przewodzić. Ze względu na rodzaj sterowania kanałem i właściwości
tranzystory unipolarne dzielimy na złączowe (FET) i z izolowaną bramką (MOSFET).

Tranzystory bipolarne spełniają podobną rolę w układach elektronicznych co tranzystory

unipolarne, chociaż mają inne właściwości. Przede wszystkim bramka (odpowiednik bazy)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

sterowana  jest  napięciowo,  ponieważ  nie  istnieje  prąd  bramki.  Sterowanie  napięciowe
powoduje  znaczny  wzrost  rezystancji  wejściowej  tranzystorów  unipolarnych  w  stosunku  do
bipolarnych.  Ponadto  ze  względu  na  zwiększoną  pojemność  wewnętrzną  tranzystory
unipolarne są wolniejsze od bipolarnych.

Rys. 20. Przykładowe symbole graficzne tranzystorów unipolarnych: a) FET - kanał N, b) FET - kanał P [5]

W zależności od typu kanału i rodzaju tranzystora napięcie U

GSoff

może być dodatnie lub

ujemne. Jeżeli założymy, że U

jest dodatnie, gdy potencjał V

jest większy od V

, to

przewodzenie każdego typu tranzystora unipolarnego można przedstawić następująco.

Tabela 10. Warunki przewodnictwa różnych typów tranzystorów unipolarnych [opracowanie własne]

Typ tranzystora

Tranzystor przewodzi dla:

FET z kanałem typu N

-U

GSoff

< U

< 0

FET z kanałem typu P

0 < U

<+U

GSoff

MOSFET z kanałem zubożanym typu N

-U

GSoff

< U

MOSFET z kanałem wzbogacanym typu N

GSoff

< U

MOSFET z kanałem zubożanym typu P

<+U

GSoff

MOSFET z kanałem wzbogacanym typu P

<-U

GSoff

Parametry tranzystorów unipolarnych są analogiczne do bipolarnych, za wyjątkiem

napięcia odcięcia kanału U

GSoff

, które jest parametrem charakterystycznym

Obudowy i oznaczenia tranzystorów bipolarnych i unipolarnych są podobne, przy czym

tranzystory MOSFET mają zwykle cztery końcówki. Tą czwartą jest tzw. podłoże B, które
w układach pracy prawie zawsze połączone jest ze źródłem S.

Przykład: tranzystor FET; BF245; P

tot max

= 360 mW, U

DSmax

= 30V, U

GSoff

= 0,5÷8V, kanał N

Sprawdzanie tranzystorów unipolarnych
W przypadku tranzystorów unipolarnych typu FET należy sprawdzić przejście między

drenem  i  źródłem  (powinno  istnieć  w  obydwie  strony)  i  między  źródłem  lub  drenem
a bramką.  Sprawdzanie  tranzystorów  typu  MOSFET  jest  utrudnione  ze  względu  na  dużą
wrażliwość  tych  tranzystorów  na  napięcie  elektrostatyczne,  powodujące  przebicie  warstwy
tlenku  krzemu.  Do  uszkodzenia  tranzystora  wystarczy  ładunek  elektryczny,  który  zostanie
wprowadzony na bramkę tranzystora poprzez ręce lub narzędzia badającego.

Tyrystor
Tyrystor, zwany także sterowaną diodą krzemową, składa się z 4 warstw półprzewodnika

PNPN. Trzy wyprowadzone na zewnątrz końcówki są dołączone do trzech warstw
półprzewodnika : anoda A do skrajnej warstwy P, katoda K do skrajnej warstwy N oraz
trzecia, zwana bramką G do wewnętrznej warstwy N.

Rys. 21. Symbol graficzny tyrystora [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Działanie tyrystora przy polaryzacji w kierunku zaporowym jest takie same jak diody

prostowniczej,  ten  stan  nazywamy  stanem  zaworowym.  Natomiast  przy  polaryzacji
w kierunku przewodzenia  (anoda  połączona  z biegunem  „+”  zasilania)  tyrystor  jest w stanie
blokowania  (nie  przewodzi  prądu)  lub  w  stanie przewodzenia  (przewodzi  prąd  tak  jak  dioda
prostownicza). Stąd drugie określenie tyrystora - dioda sterowana.

Przejście tyrystora ze stanu blokowania do stanu przewodzenia następuje po

przekroczeniu napięcia progowego U

(BO)

nazywanego napięciem przełączania. Napięcie

przełączania nie jest parametrem tyrystora, ponieważ zależy od wartości prądu I

wpływającego do bramki tyrystora (im większe I

, tym mniejsze U

(BO)

). Istnieje również

możliwość samoczynnego, niekontrolowanego załączenia tyrystora podczas zbyt szybkiego
narastania napięcia w stanie blokowania.

Wyłączenie tyrystora, czyli przejście ze stanu przewodzenia w stan blokowania lub

zaworowy, wymaga zmniejszenia prądu anodowego tyrystora do wartości tzw. prądu
podtrzymania I

lub do zera poprzez zmianę polaryzacji napięcia anoda-katoda. W praktyce

na ogół wykorzystuje się ten drugi sposób.

Parametry i oznaczenia tyrystorów
Podstawowymi parametrami tyrystora są:

−

maksymalne napięcie blokowania U

DRM

−

powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne U

RRM

−

maksymalna wartość skuteczna prądu przewodzenia I

T(RMS)

−

napięcie przełączające bramki U

−

prąd przełączający bramki I

−

prąd podtrzymania I

Przykład:

BTP128-400: U

DRM

= 400V, U

RRM

= 4V, I

T(RMS)

= 8A, U

= 4V, U

= 45mA, I

= 5mA

Tyrystory małej mocy mają obudowy podobne kształtem do diod lub tranzystorów i nie

posiadają oznaczeń zawierających informacje o parametrach tyrystora. Natomiast tyrystory
dużej mocy (podobne kształtem do diod prostowniczych dużej mocy) mają specjalne
oznaczenia naniesione na obudowę:

Przykład: T 32-20-10-54

T – tyrystor (tyrystory szybkie mogą mieć oznaczenie TR lub F), 32 – cechy konstrukcyjne
tyrystora, 20 – prąd I

T(RMS)

w A, 10 – napięcie U

DRM

= U

RRM

w setkach V, 54 – parametry

dynamiczne

Sprawdzanie tyrystorów
Tyrystory ulegają uszkodzeniom tego samego rodzaju, co wszystkie elementy

półprzewodnikowe, tzn. przebiciom złączy. Typową przyczyną uszkodzeń tyrystorów jest
przegrzanie, w wyniku którego następuje pogorszenie parametrów tyrystora, przede
wszystkim jego czasu wyłączania.

Prawidłowość działania tyrystora można sprawdzić w układzie wyposażonym w baterię

4,5  V,  miliamperomierz  i  2  rezystory  1k  Ω  i  470  Ω.  Biegun  ujemny  zasilacza  łączymy
z  katodą  tyrystora,  natomiast  dodatni  łączymy  z  anodą  przez  rezystor  470  Ω,  a  przez  1  kΩ
i ewentualnie przełącznik  z  bramką tyrystora. Przy odłączonej  bramce tyrystor nie powinien
się  włączyć  i  miliamperomierz  nie  powinien  wskazywać  przepływu  prądu.  Po  podłączeniu
bramki  do  obwodu  tyrystor  powinien  się  włączyć  i  miliamperomierz  powinien  wskazywać
przepływ prądu rzędu kilku miliamperów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie funkcje mogą spełniać tranzystory i tyrystory w układzie elektronicznym?
2.  Na czym polega różnica w działaniu tranzystorów bipolarnych i unipolarnych?
3.  Jak nazywamy wyprowadzenia tranzystorów bipolarnych a jak unipolarnych?
4.  Jaka jest polaryzacja złączy tranzystora bipolarnego w stanie nasycenia?
5.  Co to jest współczynnik β tranzystorów?
6.  Jak należy dobierać moc tranzystorów bipolarnych w układach elektronicznych?
7.  Co to jest napięcie odcięcia kanału tranzystora?
8.  Jaki typ tranzystora unipolarnego przewodzi prąd dla dodatniego napięcia większego od

GSoff

9.  Jakie stany pracy tyrystora wyróżniamy?
10.  Jakie warunki muszą być spełnione, aby tyrystor został wyłączony?
11.  Co to za parametr U

DRM

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1
Rozpoznaj elektrody tranzystora bipolarnego oraz sprawdź jego sprawność.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  odczytać z karty katalogowej podstawowe parametry tranzystora,
2)  dokonać wyboru przyrządu pomiarowego,
3)  za pomocą wybranego przyrządu ustalić czy tranzystor jest sprawny,
4)  za pomocą wybranego przyrządu ustalić polaryzację tranzystora,
5)  rozpoznać wyprowadzenie bazy tranzystora,
6)  na podstawie oględzin zewnętrznych ustalić wyprowadzenia emitera i kolektora,
7)  rozpoznać w dołączonym katalogu typ obudowy danego tranzystora,
8)  sprawdzić,  czy  rozpoznanie  wyprowadzeń  badanego  tranzystora  jest  zgodne  z  danymi

katalogowymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

karty katalogowe badanych tranzystorów,

−

uniwersalny miernik cyfrowy,

−

omomierz, woltomierz,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 2
Wyznacz charakterystykę prądowo-napięciową tyrystora w stanie przewodzenia i zmierz

wartość prądu podtrzymania I

tego tyrystora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  połączyć układ pomiarowy zgodnie z instrukcją,
2)  wybrać zakresy urządzeń pomiarowych i zasilających zgodnie z instrukcją,
3)  zapoznać się z danymi katalogowymi tyrystora,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4) nastawić maksymalne wartości rezystancji potencjometrów w obwodzie głównym

i bramkowym tyrystora,

5) dobrać zakres napięć wyjściowych regulowanych zasilaczy zasilających obwód główny

i bramkowy tyrystora,

6)  podłączyć badany układ do zasilaczy,
7)  nastawić napięcia wyjściowe zasilaczy tak, aby tyrystor przewodził prąd,
8)  potencjometrem  obwodu  głównego  nastawić  podane  w  instrukcji  wartości  prądu

anodowego,

9)  zmierzyć napięcie przewodzenia tyrystora dla każdej zadanej wartości prądu anodowego,
10)  zapisać wyniki pomiarów w opracowanej przez Ciebie tabeli,
11)  narysować charakterystykę prądowo-napięciową tyrystora I

= f(U

12)  nastawić napięcie wyjściowe zasilaczy tak, aby tyrystor był w stanie przewodzenia,
13)  rozewrzeć obwód bramki tyrystora,
14)  zwiększać rezystancję potencjometru obwodu głównego tyrystora,
15)  zmierzyć wartość prądu anodowego dla każdej nastawy potencjometru,
16)  zagęścić pomiary przy zbliżaniu się do katalogowej wartości I

17) zwiększać rezystancję potencjometru do chwili, gdy prąd anodowy przestanie płynąć,
18) odczytać wartość prądu anodowego bezpośrednio przed wyłączeniem tyrystora i zapisać

jako zmierzoną wartość prądu podtrzymania tego tyrystora.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

tyrystor, 2 rezystory i 2 potencjometry,

−

2 regulowane zasilacze napięciowe DC,

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

2 woltomierze i amperomierz DC,

−

instrukcje obsługi przyrządów pomiarowych,

−

kalkulator,

−

zeszyt do ćwiczeń i papier milimetrowy,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) odczytać z karty katalogowej podstawowe parametry tranzystora?

□

2) określić na podstawie danych katalogowych typ obudowy tranzystora?

□

3) przedstawić metodę sprawdzania stanu technicznego tranzystora?

□

4) rozpoznać polaryzację i wyprowadzenia tranzystora?

□

5) porównać wyniki badań z danymi katalogowymi?

□

6) wyznaczyć charakterystykę tyrystora?

□

7) zmierzyć podstawowe parametry tyrystora?

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Elementy optoelektroniczne i wskaźniki LED

4.5.1. Materiał nauczania

Dioda elektroluminescencyjna

Dioda elektroluminescencyjna jest źródłem promieniowania widzialnego (dioda LED,

zwana również  diodą  świecącą)  oraz  niewidzialnego promieniowania  podczerwonego (dioda
IR).  Dioda  pracuje  prawidłowo  przy  polaryzacji  w  kierunku  przewodzenia.  Długość  fali
generowanego  promieniowania  zależy od  materiałów  półprzewodnikowych,  z  których  dioda
jest  wykonana,  takich  jak:  GaAs,  GaP  lub  GaAsP  o  odpowiednim  domieszkowaniu.  Diody
emitują  promieniowanie  o  barwach:  niebieskiej,  żółtej,  zielonej,  pomarańczowej,  czerwonej
oraz w zakresie podczerwieni. Spotyka się również diody świecące kilkoma kolorami.
W zależności od zakresu emitowanego promieniowania, diody elektroluminescencyjne można
stosować  jako:  wskaźniki  optyczne,  wskaźniki  stanów  logicznych  (diody  świecące)  oraz
źródła  promieniowania  podczerwonego  (diody  IR)  w  systemach  zdalnego  sterowania,  czy
w systemach alarmowych.

Rys. 22. Symbol graficzny diody LED lub IR

Diody elektroluminescencyjne mają takie same parametry elektryczne jak inne diody,

tj. prąd przewodzenia (może być ciągły lub impulsowy), napięcie przewodzenia, napięcie
wsteczne oraz moc strat, która wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset mW.

Do parametrów optycznych diody zaliczamy:

−

strumień energetyczny P

(moc emitowana przez diodę) wyrażony w W, którego wartość

rośnie ze wzrostem prądu przewodzenia i maleje ze wzrostem temperatury złącza,

−

światłość J

(stosunek strumienia świetlnego do kąta bryłowego, w który dioda

wypromieniowuje ten strumień) wyrażona w kandelach,

Talela 11. Przykładowa karta katalogowa diod elektroluminescencyjnych [9]

Typ

Barwa

Fmax

[mA]

[V]

[mW]

) [mW/sr]

Soczewka

CQP431

czerwona

2,0

czerwona matowa

CQP463

żółta

3,0

0,6

żółta przezroczysta

CQYP15 podczerwona

100

1,5

0,5

--------

Fotodetektory

Fotodetektory

(zwane

również

odbiornikami

fotoelektrycznymi)

wykorzystują

wewnętrzne zjawisko fotoelektryczne do zmiany własnej przewodności pod wpływem
zaabsorbowanego

przez

półprzewodnik

promieniowania

elektromagnetycznego.

Do fotodetektorów zaliczamy: fotorezystory, fotodiody, fotoogniwa, fototranzystory,
fototyrystory.

Fotoodbiorniki możemy sprzęgać z diodami elektroluminescencyjnymi, w celu

przesyłania sygnałów na drodze optycznej. W ten sposób uzyskujemy przekazywanie
sygnałów z jednego układu do drugiego, przy galwanicznym odseparowaniu tych układów.
Tak powstały przyrząd nazywamy transoptorem (dioda i fotodetektor w różnych obudowach)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

lub łączem optoelektronicznym (dioda i fotodetektor w jednej obudowie). Transoptor może
być zamknięty (transmisja promieniowania następuje za pomocą światłowodu) lub otwarty
(transmisja następuje w powietrzu).

Fotodetektory, transoptory i łącza optoelektroniczne znajdują zastosowanie m.in.

w: układach automatyki, zdalnego sterowania, układach telekomunikacyjnych, urządzeniach
alarmowych, sygnalizacyjnych i kontrolno-pomiarowych.

Rys. 23. Symbole graficzne: a) fotorezystora, b) fototranzystora, c) fototranzystora z wyprowadzoną bazą

Fotorezystor

Fotorezystorem nazywamy element półprzewodnikowy, w którym pod wpływem

oświetlenia następuje zmiana jego przewodności niezależnie od kierunku przyłożonego
napięcia zewnętrznego.

Oświetlenie fotorezystora powoduje zwiększenie przepływającego prądu (zmniejszenie

rezystancji). Prądem fotoelektrycznym nazywamy różnicę między całkowitym prądem
płynącym przez fotorezystor i tzw. prądem ciemnym, płynącym przez fotorezystor przy braku
oświetlenia.

Podstawowymi parametrami fotorezystora są:

−

czułość widmowa, czyli zależność rezystancji od natężenia oświetlenia,

−

rezystancja ciemna R

(przy braku oświetlenia), zawierająca się w przedziale 10

÷ 10

−

współczynnik n określany jako stosunek rezystancji ciemnej do rezystancji przy danej
wartości natężenia oświetlenia (np. 50 lx), sięgający kilku tysięcy.

Tabela 12. Przykładowa karta katalogowa fotorezystorów [9]

Typ

max

[V]

max

[W]

[MΩ]

[nm]

RPP111

<500

<0,1

>100

>2000

580÷680

RPP333

<60

<0,05

>2500

540÷630

RPP550

<350

<0,6

>5000

580÷680

Fototranzystor

Fototranzystor jest to element półprzewodnikowy z dwoma złączami PN, który działa tak

samo jak konwencjonalny tranzystor, przy czym jego prąd kolektora nie zależy od prądu
bazy, lecz od natężenia promieniowania oświetlającego obszar bazy.

W fototranzystorach końcówka bazy może być wyprowadzona lub nie wyprowadzona na

zewnątrz obudowy. Pierwszy przypadek umożliwia niezależne sterowanie optyczne
i elektryczne fototranzystorem.

Kształt charakterystyki prądowo-napięciowej fototranzystora jest identyczny z kształtem

charakterystyki konwencjonalnego tranzystora. Ze wzrostem temperatury złącza zwiększa się
prąd ciemny i prąd fotoelektryczny, a przy wzroście napięcia U

rośnie tylko prąd ciemny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Półprzewodnikowe wskaźniki cyfrowe LED

Półprzewodnikowym wskaźnikiem cyfrowym nazywamy przyrząd zbudowany z diod

świecących, który pod wpływem sygnałów elektrycznych wyświetla informację w postaci
cyfr. Obecnie produkowane są segmentowe i mozaikowe wskaźniki cyfrowe.

We wskaźnikach segmentowych znak (cyfra) jest tworzony w wyniku wybrania

określonej kombinacji segmentów. Najczęściej stosuje się 7-segmentowy układ cyfr
w kształcie ósemki.

Wskaźnik 7-segmentowy umożliwia odtworzenie wszystkich cyfr (od 0 do 9) oraz

niektórych liter (A, C, E, F, H, I, L, O, P, S, U). Przy większych długościach segmentu stosuje
się szeregowe połączenie kilku diod świecących lub światłowody.
We wskaźnikach segmentowych, wszystkie anody (względnie katody) diod w obrębie danego
wskaźnika mają wspólne połączenie elektryczne.

Wskaźniki mozaikowe składają się z wielu diod świecących, a odpowiednią konfigurację

znaku  uzyskuje  się  w  wyniku  wybrania  pojedynczych  diod,  które  będą  tworzyć  dany  znak.
Wskaźniki  tego  typu  są  nazywane  również  alfanumerycznymi.  Wskaźniki  mozaikowe
umożliwiają  odtworzenie  wszystkich  liter  i  cyfr,  a  nawet  pewnych  symboli.  Najczęściej
spotykane wskaźniki  mozaikowe składają się z 35 (7x5) pojedynczych diod świecących (jest
to liczba minimalna).

Wysokość wyświetlanego znaku zależy od konstrukcji wskaźnika cyfrowego. Przy

wysokości znaku równej 20 mm, odczyt wyświetlanej informacji jest możliwy z odległości
około10 m, natomiast przy wysokości znaku równej 3 mm – odległość ta zmniejsza się do 1 m.

Sprawdzanie elementów optoelektronicznych
Uszkodzenie elementów optoelektronicznych jest dość łatwe do stwierdzenia. Brak

świecenia  diody  LED  może  być  spowodowany  przerwą  wewnątrz  obudowy  lub  jej
przegrzaniem.  Należy  sprawdzić,  czy  w  czasie  pracy  na  jej  końcówkach  jest  napięcie
polaryzujące  diodę  w  kierunku  przewodzenia.  Jeśli  jest  należy  wymienić  diodę  na  nową.
Trudniej jest sprawdzić diodę IR, ponieważ promieniowanie podczerwone nie jest widoczne.
Do  sprawdzenia  należy  użyć  odbiornika  podczerwieni  uprzednio  sprawdzonego,  którym
steruje badana dioda. Ponadto można przeprowadzić badania sprawdzające takie same jak dla
diod prostowniczych.

Fotorezystor można sprawdzić, mierząc jego rezystancję przy różnych natężeniach

światła. Jeżeli rezystancja znacznie się zmienia to fotorezystor jest sprawny.
W podobny sposób można sprawdzić fototranzystor mierząc (w stanie pracy) jego napięcie na
kolektorze przy różnych natężeniach światła. Jeżeli tranzystor ma wyprowadzoną bazę, to
można dokonać badania takiego samego jak dla tranzystora.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie są rodzaje elementów optoelektronicznych?
2.  W oparciu o jakie zjawisko działają fotodetektory?
3.  Jakie są podstawowe parametry diody elektroluminescencyjnej?
4.  Gdzie mogą być stosowane elementy optoelektroniczne?
5.  Jakie są podstawowe parametry fotodetektorów?
6.  Jak sprawdzić sprawność diody LED?
7.  Czym różnią się wskaźniki mozaikowe od wskaźników segmentowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Sprawdź działanie i parametry elektryczne określonej diody IR.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zaproponować metodę najprostszego sprawdzenia diody IR w oparciu o urządzenia

i przyrządy pomiarowe przedstawione w instrukcji,

2)  dokonać wyboru przyrządów pomiarowych,
3)  sprawdzić stan techniczny diody diody,
4)  zaproponować  układ  pomiarowy  do  wyznaczenia  charakterystyki  prądowo-napięciowej

diody,

5)  zmontować układ pomiarowy,
6)  wyznaczyć charakterystykę diody metodą „punkt po punkcie”,
7)  oszacować,  przy  jakim  prądzie  przewodzenia  diody  (przy  określonej  odległości)

odbiornik zaczyna reagować na promieniowanie diody,

8) narysować charakterystykę diody,
9) wyznaczyć prąd wsteczny diody I

, napięcie przewodzenia U

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

nadajnik i odbiornik IR,

−

zestaw mierników stosowanych do wyznaczania charakterystyki diody,

−

instrukcje obsługi mierników,

−

przewody połączeniowe,

−

zeszyt do ćwiczeń i papier milimetrowy,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zidentyfikować parametry diody IR?

□

2) znaleźć w katalogach określone parametry elementów diody IR?

□

3) wybrać urządzenia do pomiaru parametrów diody IR?

□

4) zmierzyć określony parametr diody IR?

□

5) wyznaczyć charakterystykę prądowo-napięciową diody IR?

□

6) określić wybrane parametry diody IR na podstawie charakterystyk

prądowo-napięciowych?

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.

Układy prostownicze i sterowniki prądu przemiennego

4.6.1. Materiał nauczania

Układy prostownicze niesterowane

Układy prostownicze są najczęściej podzespołem urządzenia, zwanego zasilaczem

napięciowym, które przetwarza napięcie przemienne sieci zasilającej (w Polsce 230 V, 50 Hz)
na napięcie stale o ustabilizowanej wartości. Zadaniem prostownika jest wytworzenie
na wyjściu napięcia zmiennego, ale o stałej polaryzacji.

Prostownik jednopulsowy przewodzi prąd tylko w jednym kierunku, w wyniku czego

na wyjściu pojawiają się tylko dodatnie „połówki” wejściowego napięcia sinusoidalnego,
co pokazano na poniższym rysunku.

Rys. 24. Prostownik jednopulsowy: a) schemat, b) przebiegi napięć i prądów w układzie [6]

Elementem załączającym jest dioda półprzewodnikowa D, która przewodzi, gdy napięcie

> U

i nie przewodzi, gdy u

< U

. W stanie nieprzewodzenia napięcie wyjściowe jest

równe 0, w stanie przewodzenia określone jest wzorem

−

W celu zmniejszenia tętnień oraz zwiększenia wydatkowania energii, w obciążeniu

prostownika stosuje się kondensatory, które magazynują energię w czasie ΔT, co pokazano
na rysunku 25.

Prostownik z obciążeniem rezystancyjno - pojemnościowym utrzymuje na wyjściu

napięcie o wartości zbliżonej do wartości szczytowej napięcia wejściowego. Prąd i

w tym

układzie płynie tylko w czasie ΔT doładowywania pojemności, czyli krócej niż przy
obciążeniu rezystancyjnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 25. Prostownik jednopulsowy z obciążeniem RC: a) schemat, b) przebiegi napięć i prądów w układzie [6]

Lepszymi parametrami charakteryzują się prostowniki dwupulsowe pokazane

na poniższych rysunkach.

Rys. 26. Prostownik dwupulsowy: a) układ z transformatorem, b) układ Graetza [6]

W układach tych prąd płynie przez obciążenie R

praktycznie przez cały czas w jednym

kierunku. Mostek Graetza jest najczęściej stosowanym układem prostowniczym. W celu
poprawy parametrów prostowników, w układach zasilaczy stosuje się prostowniki pracujące
w układzie mostka Graetza z filtrem dolnoprzepustowym, którym może być:

−

obciążenie RC stosowane przy małych prądach obciążenia,

−

obciążenie RL stosowane przy dużych prądach obciążenia.

Układy

prostownicze sterowane

W układach regulacji automatycznej lub sterowania urządzeń przemysłowych, głównie

dużej  mocy,  istnieje  konieczność  ciągłego  nastawiania  wartości  napięcia  lub  prądu
wyjściowego.  W  dotychczas  omówionych  układach  prostowniczych  z  diodami  zmianę
napięcia  wyjściowego  można  uzyskać  tylko  przez  zmianę  przekładni  transformatora  lub
włączenie dodatkowych rezystorów szeregowo z obciążeniem.

W prostownikach sterowanych wartość napięcia stałego nastawia się, zmieniając

przesunięcie fazowe sygnału bramkowego wyzwalającego tyrystor.

Wśród układów prostowników sterownych jednofazowych występują układy jedno-

i dwupulsowe. Układ jednopulsowy pokazany jest na poniższym rysunku.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 27. Prostownik jednopulsowy sterowany a) schemat, b) przebiegi napięć i prądy w układzie [3]

Załączenie tyrystora w tym układzie następuje w wyniku doprowadzenia do bramki

dodatniego impulsu z układu wyzwalającego w chwili t

. Chwila ta odpowiada kątowi

załączenia α

= ωt

, nazywanemu również kątem opóźnienia zapłonu. Tyrystor zostaje

wyłączony w chwili zmiany polaryzacji napięcia u

, w chwili t

odpowiadającej kątowi α

ωt

. Tyrystor przewodzi więc w czasie odpowiadającym kątowi przewodzenia α

= α

- α

Składowa stała napięcia wyjściowego osiąga maksimum przy α

= 0, a minimum przy α

= π.

Zależność składowej stałej od kąta α

nazywa się charakterystyką sterowania.

Najczęściej jednak wykorzystuje się prostowniki sterowane dwupulsowe pokazane

na rysunku.

Rys. 28. Prostowniki dwupulsowe sterowane [3]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Prostowniki te mogą być utworzone z:

−

dwóch tyrystorów w układzie z transformatorem (rys. 30a),

−

czterech tyrystorów w układzie mostkowym (rys. 30b),

−

dwóch tyrystorów i dwóch diod w układzie mostkowym (rys. 30c).

Sterowniki prądu przemiennego

Sterowniki prądu przemiennego, zwane również regulatorami napięcia, stosuje się

do bezstopniowej zmiany wartości skutecznej napięcia, prądu lub mocy czynnej dostarczonej
do jedno- lub trójfazowego odbiornika prądu przemiennego. Regulatorów napięcia używa się
do:

−

ściemniania światła,

−

łagodnego rozruchu i zatrzymywania silników prądu przemiennego,

−

regulacji prędkości obrotowej silników asynchronicznych (wiertarki, miksery itd.),

−

regulacji temperatury.

Z względu na liczbę faz sterowniki prądu przemiennego można podzielić na jednofazowe

i trójfazowe.

Rys. 29.

Sterowniki prądu przemiennego z łącznikami tyrystorowymi: a) jednofazowe, b) trójfazowe [2]

Ze względu na sposób sterowania można wyróżnić :

−

sterowniki o symetrycznym sterowaniu fazowym,

−

sterowniki sterowane metodą modulacji szerokości impulsów PWM.

Układy o sterowaniu fazowym mają dwie istotne wady. Pobierają z sieci zasilającej prąd

impulsowy  znacznie  odkształcony  od  przebiegu  sinusoidalnego,  a  odpowiedź  sterownika  na
zmianę sygnału sterującego jest zbyt wolna dla niektórych zastosowań przemysłowych.
Jednym  z  typowych  sterowników  prądu  przemiennego  jest  układ  z  tyrystorami  włączonymi
odwrotnie  równolegle.  Wady  te  można  częściowo  wyeliminować  w  sterownikach
sterowanych  metodą  modulacji  szerokości  impulsów  PWM,  w  których  stosuje  się  łączniki
w pełni sterowalne.

W jednofazowych sterownikach prądu przemiennego układ sterowania impulsami

umożliwia zmianę kata wysterowania α w granicach od 0 do π. Dzięki temu zmienia się prąd
i przebieg napięcia wyjściowego sterownika. W przypadku obciążenia rezystancyjnego
przebiegi będą takie jak na rys. 31, a przy obciążeniu RL wartość skuteczna napięcia
wyjściowego będzie dodatkowo zależała od stałej czasowej L/R.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie są rodzaje prostowników niesterowanych?
2.  Jaka jest wpływ kondensatora na wyjściu prostownika na kształt napięcia wyjściowego?
3.  Kiedy stosujemy obciążenie RL prostowników?
4.  Co to jest mostek Graetza?
5.  Gdzie stosujemy sterowane układy prostownicze?
6.  Co to jest kąt zapłonu elementu sterowanego w układach prostowniczych?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zaobserwuj i narysuj przebiegi czasowe napięć i prądów niesterowanego prostownika

pracującego w układzie mostkowym Graetza z obciążeniem rezystancyjnym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  połączyć układ pomiarowy zgodnie z instrukcją,
2)  wybrać zakresy urządzeń pomiarowych zgodnie z instrukcją,
3)  podłączyć  układ  pomiarowy  przez  wyłącznik  i  transformator  separujący  do  źródła

jednofazowego napięcia sieciowego 230 V AC,

4) zaobserwować na ekranie oscyloskopu przebiegi napięcia wejściowego i wyjściowego

prostownika,

5) odczytać wartości charakterystyczne napięcia wyjściowego wskazane w instrukcji dla

3 różnych wartości rezystancji obciążenia,

6) zmierzyć wartości charakterystyczne napięcia wyjściowego wskazane w instrukcji dla

3 różnych wartości rezystancji obciążenia,

7) narysować obserwowane przebiegi czasowe, skalując odpowiednio osie współrzędnych

i zaznaczając na rysunkach charakterystyczne wartości podane w instrukcji,

8) zapisać wyniki pomiarów w opracowanej przez Ciebie tabeli,
9) na podstawie wyników pomiarów i odpowiednich wzorów narysować 3 przebiegi

czasowe prądu obciążenia prostownika,

10) zaobserwować na ekranie oscyloskopu przebiegi napięcia wejściowego oraz napięcia na

jednej z diod prostownika i prądu przez nią płynącego (dla jednej wybranej wartości
rezystancji obciążenia),

11) narysować obserwowane przebiegi czasowe, skalując odpowiednio osie współrzędnych

i zaznaczając na rysunkach charakterystyczne wartości podane w instrukcji,

12) zinterpretować kształt przebiegu prądu i napięcia na diodzie w porównaniu

z przebiegiem napięcia wejściowego prostownika.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

makieta do demonstracji działania prostownika w układzie mostkowym Graetza,

−

transformator separujący 1:1,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

woltomierze wartości skutecznej i średniej,

−

prądowa sonda pomiarowa,

−

instrukcje obsługi przyrządów pomiarowych,

−

kalkulator,

−

zeszyt do ćwiczeń i papier milimetrowy,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Zaobserwuj i narysuj przebiegi czasowe napięć i prądów jednopulsowego prostownika

sterowanego fazowo i pracującego z obciążeniem rezystancyjnym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

jednofazowego napięcia sieciowego 230 V AC,

4) nastawić potencjometrem 3 różne kąty wysterowania sterownika sterującego bramką

tyrystora zgodnie z instrukcją,

5) zaobserwować na ekranie oscyloskopu, dla każdego kąta wysterowania, przebiegi

napięcia wejściowego i wyjściowego prostownika,

6) odczytać wartości charakterystyczne napięcia wyjściowego wskazane w instrukcji dla

3 różnych wartości kąta wysterowania,

7) zmierzyć wartości średnie napięcia wyjściowego wskazane w instrukcji dla 3 różnych

kątów wysterowania i 1 wartości rezystancji obciążenia,

8) narysować obserwowane przebiegi czasowe, skalując odpowiednio osie współrzędnych

i zaznaczając na rysunkach charakterystyczne wartości podane w instrukcji,

9) zapisać wyniki pomiarów w opracowanej przez Ciebie tabeli,
10) na podstawie wyników pomiarów i odpowiednich wzorów narysować 3 przebiegi

czasowe prądu obciążenia prostownika,

11) zaobserwować na ekranie oscyloskopu przebiegi napięcia wejściowego oraz napięcia

wyjściowego dla 3 różnych wartości rezystancji obciążenia podanych w instrukcji
i jednego kąta wysterowania α = π/2,

12) narysować obserwowane przebiegi czasowe skalując odpowiednio osie współrzędnych

i zaznaczając na rysunkach charakterystyczne wartości podane w instrukcji,

13) zmierzyć wartości średnie napięcia wyjściowego wskazane w instrukcji dla 3 różnych

rezystancji obciążenia i 1kąta wysterowania,

14) ustalić na podstawie zapisanych wyników, jak zmienia się wartość średnia napięcia

wyjściowego prostownika sterowanego w stosunku do wartości skutecznej napięcia
wejściowego przy zmianach kąta wysterowania i wartości rezystancji obciążenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

makieta do demonstracji działania jednopulsowego prostownika sterowanego fazowo,

−

transformator separujący 1:1,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

woltomierze wartości skutecznej i średniej,

−

prądowa sonda pomiarowa,

−

instrukcje do przyrządów pomiarowych,

−

kalkulator,

−

zeszyt obsługi ćwiczeń i papier milimetrowy,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

Ćwiczenie 3

Wyznacz charakterystykę sterowania jednofazowego sterownika prądu przemiennego

z tyrystorami w połączeniu odwrotnie równoległym dla obciążeń R, L i RL.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

do źródła jednofazowego napięcia przemiennego 45 V AC,

4) zaobserwować na ekranie oscyloskopu kształt impulsu bramkowego jednego

z tyrystorów na tle przebiegu napięcia wejściowego sterownika dla kątów wysterowania

α = 0, π/6, π/3, π/2, 2π/3, 5π/6, π i obciążenia rezystancyjnego,

5) zaobserwować na ekranie oscyloskopu czasowe przebiegi napięcia na obciążeniu R

i na łączniku tyrystorowym dla kątów wysterowania α = 0, π/6, π/3, π/2, 2π/3, 5π/6, π,

6) narysować obserwowane przebiegi czasowe, skalując odpowiednio osie współrzędnych

i zaznaczając na rysunkach charakterystyczne wartości podane w instrukcji,

7) odczytać wartości charakterystyczne napięcia wyjściowego wskazane w instrukcji dla

7 różnych wartości kąta wysterowania i obciążenia rezystancyjnego,

8) zmierzyć wartości skuteczne napięcia wyjściowego wskazane w instrukcji dla 7 różnych

kątów wysterowania i 1 wartości rezystancji obciążenia,

9) zapisać wyniki pomiarów w opracowanej przez Ciebie tabeli,

10) ustalić na podstawie zapisanych wyników jak zmienia się wartość skuteczna napięcia

na obciążeniu R sterownika w zależności od kąta wysterowania, czyli jak przebiega
charakterystyka sterowania tego sterownika,

11) podłączyć do wyjścia sterownika obciążenie indukcyjne L oraz powtórzyć obserwacje,

pomiary, rysunki i ustalenia zawarte w punktach 4÷10,
podłączyć do wyjścia sterownika obciążenie rezystancyjno-indukcyjne RL oraz
powtórzyć obserwacje, pomiary, rysunki i ustalenia zawarte w punktach 4÷10.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

makieta do demonstracji działania jednofazowego sterownika prądu przemiennego
z tyrystorami w połączeniu odwrotnie równoległym,

−

transformator separujący 1:1 i sieciowy 230V/45V,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

woltomierze wartości skutecznej,,

−

instrukcje obsługi przyrządów pomiarowych,

−

kalkulator

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

papier milimetrowy,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić jakie są rodzaje prostowników niesterowanych?

□

2) określić jaki jest wpływ kondensatora na wyjściu prostownika na

kształt napięcia wyjściowego?

□

3) określić kiedy stosujemy obciążenie RL prostowników?

□

4) scharakteryzować mostek Graetza?

□

5) określić gdzie stosujemy sterowane układy prostownicze?

□

6) scharakteryzować kąt zapłonu elementu sterowanego w układach

prostowniczych?

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7. Wzmacniacze elektroniczne

4.7.1. Materiał nauczania

Podstawowe właściwości i parametry wzmacniaczy

Podstawową funkcją wzmacniacza jest wzmocnienie sygnału, przy zachowaniu nie

zmienionego  jego  kształtu.  Wzmocnienie  to  odbywa  się  kosztem  energii  doprowadzonej
z pomocniczego źródła napięcia stałego. W związku z tym w każdym wzmacniaczu wyróżnia
się  dwa  zasadnicze  obwody:  obwód  sygnału  i  obwód  zasilania.  Obwód  zasilania  stwarza
właściwe  warunki  dla  wzmocnienia  sygnału,  natomiast  obwód  sygnału  jest  związany
z przenoszeniem  sygnału  przez  wzmacniacz.  Dla  wzmacnianego  sygnału  wzmacniacz  jest
czwórnikiem do którego zacisków wejściowych dołączono źródło sygnału a do wyjściowych
odbiornik sygnału.

Rys. 32. Schemat zastępczy wzmacniacza [6]

Do najważniejszych parametrów wzmacniacza należą:

−

wzmocnienie: napięciowe k

, prądowe k

, mocy k

, które są definiowane następująco:

−

częstotliwości  graniczne  (dolna  i  górna)  wynikające  z  przebiegu  charakterystyki
amplitudowo-częstotliwościowej  –  są  to  takie  częstotliwości  sygnału  wejściowego,  dla
których wzmocnienie napięciowe maleje względem wzmocnienia maksymalnego o 3 dB
(czyli  do  poziomu  0,707  swej  wartości  maksymalnej),  a  wzmocnienie  mocy  maleje  do
połowy,

−

zniekształcenia nieliniowe określające zniekształcenia kształtu sygnału wyjściowego
w stosunku do wejściowego wyrażone w %,

−

rezystancja wejściowa R

– jest to rezystancja „widziana” z zacisków wejściowych

układu, przy rozwartym wyjściu, tzn.

przy

∞

−

rezystancja wyjściowa R

– jest to rezystancja „widziana” z zacisków wyjściowych

układu, przy zwartym wejściu, tzn.

przy

Ze względu na rodzaj wzmocnienia danego wzmacniacza rozróżniamy: wzmacniacze

napięciowe, prądowe i wzmacniacze mocy.

Ze względu na zakres częstotliwości wzmacnianego sygnału rozróżniamy: wzmacniacze

prądu stałego, małej i wielkiej częstotliwości, szerokopasmowe oraz selektywne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na konstrukcję wzmacniacze dzielimy na tranzystorowe i scalone (w tym

operacyjne).

Tranzystorowe wzmacniacze napięciowe małej częstotliwości

Wybór układu pracy tranzystora jest zależny od przeznaczenia i rodzaju zastosowanego

tranzystora, co zostało opisane w punkcie 4.4.1.

Na poniższym rysunku pokazano schemat wzmacniacza pracującego w konfiguracji OE

z potencjometrycznym układem zasilania z emiterowym sprzężeniem zwrotnym dla
składowej stałej.

Rys. 33. Wzmacniacz małych częstotliwości – schemat ideowy [6]

Rezystory R

i R

polaryzują bazę tranzystora ustalając prąd bazy oraz zapewniają jego

pracę w zakresie aktywnym. Rezystor R

jest elementem sprzężenia zwrotnego, a rezystor R

jest obciążeniem kolektorowym wzmacniacza. Kondensatory C

i C

oddzielają składowe

stałe napięcia generatora i obciążenia od napięć stałych wzmacniacza.

Budowa i parametry wzmacniaczy mocy
Na poniższym rysunku przedstawiono schemat funkcjonalny wzmacniacza mocy. Sygnał

wejściowy  jest  podawany  na  wejście  wzmacniacza napięciowego,  z którego  poprzez  stopień
sterujący  jest  doprowadzany  do  stopnia  wyjściowego.  Następnie  jest  on  podawany  na
obciążenie  R

(najczęściej głośnik) oraz poprzez pętlę sprzężenia zwrotnego na wejście

wzmacniacza napięciowego.

Rys. 34. Schemat funkcjonalny wzmacniacza mocy [6]

Dzięki sprzężeniu zwrotnemu uzyskuje się stabilizację punktów pracy tranzystorów oraz

linearyzację charakterystyki amplitudowej wzmacniacza, a co za tym idzie minimalizację
zniekształceń nieliniowych.

Zadaniem stopnia sterującego jest doprowadzenie do stopnia wyjściowego sygnału

o odpowiednich poziomach napięcia i prądu niezbędnego do jego prawidłowej pracy. Stopień
wyjściowy może być sterowany ze źródła napięciowego, jak również ze źródła prądowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przy sterowaniu napięciowym zniekształcenia wprowadzane przez stopień wyjściowy są
nieznaczne, a różnice wzmocnienia prądowego β tranzystorów mało istotne.

Do podstawowych parametrów wzmacniaczy mocy należą:

−

wzmocnienie mocy k

−

moc wyjściowa P

(przy określonym poziomie sygnału wejściowego), mierzona

w watach,

−

współczynnik sprawności energetycznej η, podawany w %,

−

współczynnik zawartości harmonicznych, podawany w %,

−

pasmo B przenoszonych częstotliwości podawane w kHz.

Klasy pracy wzmacniaczy mocy
Zależnie od położenia punktu pracy tranzystorów wzmacniacze dzieli się na klasy: A,

AB, B i C. Podział ten jest związany wyłącznie ze sposobem wzmacniania sygnału
w pojedynczym stopniu wyjściowym, ponieważ stopnie wstępne zwykle pracują w klasie A.

Najczęściej jako stopnie końcowe stosuje się wzmacniacze klasy AB i B, a wzmacniacze

klasy A używa się w sprzęcie profesjonalnym.

Jeżeli sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że przez

element aktywny tego wzmacniacza płynie prąd przez:

−

cały okres T sygnału sterującego, to wzmacniacz jest klasy A (sprawność 50%),

−

połowę okresu T sygnału sterującego, to wzmacniacz jest klasy B (sprawność 78,5%),

−

czas mniejszy od T, ale większy od T/2 sygnału sterującego, to wzmacniacz jest klasy AB
(sprawność od 50% do 70%),

−

czas  krótszy  od  T/2  sygnału  sterującego,  to  wzmacniacz  jest  klasy  C  (nie  ma
zastosowania  we  wzmacnianiu  sygnałów  akustycznych,  ze  względu  na  bardzo  duże
zniekształcenia nieliniowe).

Stopnie wyjściowe wzmacniaczy mocy
Stopnie  wyjściowe  wzmacniaczy  mocy  zazwyczaj  są  bardziej  rozbudowane,  ponieważ

muszą wydzielić w obciążeniu pożądaną moc. W układach większej mocy wyraźnie wzrastają
prądy wyjściowe wzmacniacza, a więc i prądy sterujące tranzystory końcowe. W celu
zapobieżenia przeciążenia stopnia końcowego dużym prądem stosuje się w stopniach
wyjściowych tranzystory złożone pracujące w układzie Darlingtona, co pokazano na rys. 35.

Tranzystory złożone charakteryzują się bardzo dużym wzmocnieniem prądowym β

będącym iloczynem wzmocnień tranzystorów składowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 35. Schematy podstawowych układów połączeń tranzystorów (układów Darlingtona) stosowanych

w stopniach mocy: a) i c) odpowiedniki tranzystorów NPN; b) i d) odpowiedniki tranzystorów PNP [6]

Wzmacniacze operacyjne
Wzmacniacze operacyjne stanowią największą grupę analogowych układów scalonych.

Symbol graficzny wzmacniacza i jego sposób działania pokazano na rys. 36

Rys. 36. Wzmacniacz operacyjny - symbol ogólny [2]

Model idealnego wzmacniacza operacyjnego charakteryzuje się następującymi

właściwościami:

−

bardzo duże wzmocnienie napięciowe różnicowe dla prądu stałego i zmiennego,

−

odwracaniem  fazy  sygnału  wyjściowego  w  stosunku  do  sygnału  wejściowego
odwracającego  podawanego  na  wejście  oznaczone  znakiem  „-”  oraz  zachowaniem
zgodności  faz  w  stosunku  do  sygnału  wejściowego  nieodwracającego  podawanego  na
wejście oznaczone znakiem „+”

−

bardzo dużą rezystancją wejściową i bardzo małą rezystancją wyjściową,

−

bardzo dużą częstotliwością graniczną i szybkością zmian napięcia wyjściowego.

Dla rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych definiuje się parametry, których wartości

odbiegają od idealnych lub określają pewne wady wzmacniaczy rzeczywistych. Do tych
parametrów zaliczamy:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

wzmocnienie napięciowe przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego K

, które definiujemy

jako  stosunek  przyrostu  napięcia  wyjściowego  do  wywołującego  ten  przyrost  napięcia
wejściowego  różnicowego.  Wzmocnienie  to  nazywane  jest  również  wzmocnieniem
napięciowym  sygnału  różnicowego  i  w praktyce  wynosi  ok.  10

V/V. Należy pamiętać,

że w przypadku wzmacniacza operacyjnego objętego ujemnym sprzężeniem zwrotnym o
wartości wzmocnienia układu (przy dużym wzmocnieniu wzmacniacza operacyjnego)
decyduje układ sprzężenia zwrotnego,

)

(

−

∆

−

wejściowe napięcie niezrównoważenia U

, jest to stałe napięcie różnicowe, które należy

podać na wejście wzmacniacza (przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego) w celu
uzyskania zerowej wartości napięcia wyjściowego. W praktyce wynosi ono kilka lub
kilkanaście mV, maksimum 50 mV.

−

wzmocnienie napięciowe sygnału współbieżnego K

, jest to stosunek zmiany napięcia

wyjściowego pod wpływem zmian napięcia sygnału współbieżnego tzn. takiego, przy
którym U

we+

= U

we-

W praktyce wzmocnienie to w porównaniu ze wzmocnieniem

sygnału różnicowego jest małe, a we wzmacniaczu idealnym byłoby równe zeru,

−

współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego CMRR, definiowany jako stosunek
wartości wzmocnienia sygnału różnicowego K

do wzmocnienia sygnału współbieżnego

. Współczynnik ten podawany jest w dB i w praktyce wynosi od 60 do 100 dB,

−

rezystancja wejściowa wzmacniacza operacyjnego (zarówno dla wejścia odwracającego
jak i nieodwracającego) jest duża i wynosi od 100 kΩ do 50 MΩ, natomiast rezystancja
wyjściowa jest mała i nie przekracza 300 Ω,

−

zakres napięcia wejściowego jest to zakres zmian napięcia na każdym z wejść względem
masy, przy którym wzmacniacz pracuje prawidłowo w zakresie liniowym,

−

napięcie zasilania U

jest symetryczne i najczęściej wynosi ±15 V,

−

wejściowe prądy polaryzujące to prądy stałe wpływające do wejść wzmacniacza
operacyjnego. W praktyce I

we+

= I

we-

i wynosi od 5 pA do 5 mA. Dobierając elementy

sprzężenia zwrotnego wzmacniacza, należy pamiętać, aby prądy płynące w tych
elementach były co najmniej 100 razy większe od wartości prądów polaryzujących
wzmacniacza,

−

częstotliwość graniczna f

wzmacniacza operacyjnego to częstotliwość przy której jego

wzmocnienie maleje do jedności. W praktyce częstotliwość ta waha się w granicach od 1
do 100 MHz i decyduje ona o paśmie przenoszenia wzmacniacza.

Ze względu na przeznaczenie wyróżnia się wzmacniacze operacyjne:

−

ogólnego przeznaczenia (np. ULA6741N),

−

szerokopasmowe (szybkie np. μA715),

−

stosowane w urządzeniach dokładnych, gdzie wymagana jest duża rezystancja wejściowa
oraz bardzo mały wpływ temperatury i szumów na pracę wzmacniacza (np. LM 108,

μA777, CA 3130),

−

do zastosowań specjalnych (np. w technice kosmicznej lub biomedycznej)

Wzmacniacze operacyjne są głównie stosowane w następujących układach

elektronicznych:

−

układy analogowe, które wykonują operacje dodawania, odejmowania, mnożenia,
całkowania, logarytmowania itd.,

−

wzmacniacze o zadanej charakterystyce przejściowej i częstotliwościowej,

−

układy filtrów aktywnych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

generatory sygnałów np. prostokątnego, trójkątnego lub sinusoidalnego,

−

detektory np. wartości szczytowej,

−

układy próbkujące z pamięcią.

Wzmacniacz operacyjny pracujący z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego może służyć

jako  „przybliżony„  komparator  (czyli  układ  porównujący  wartości  dwóch  napięć),  ale
obarczony wieloma wadami. Zastosowanie ujemnego sprzężenia zwrotnego we wzmacniaczu
operacyjnym  zmniejsza  nieliniowość  jego  charakterystyki,  umożliwia  realizację  układu
o szerszym paśmie niż pasmo częstotliwościowe wzmacniacza bez sprzężenia zwrotnego.
Iloczyn  wzmocnienia  i  odpowiadającej  mu  górnej  częstotliwości  granicznej  –  tzw.  pole
wzmocnienia – jest stały i wynosi

⋅

W układach ze wzmacniaczem operacyjnym objętym ujemnym sprzężeniem zwrotnym

właściwości wzmacniacza i sprzężenia zwrotnego powodują wyrównanie napięć na obu
wejściach wzmacniacza. Na tej podstawie wyznacza się wzmocnienie całego układu pracy.

Poniżej pokazujemy podstawowe układy pracy wzmacniacza operacyjnego z ujemnym

sprzężeniem zwrotnym oraz odpowiadające tym układom wzmocnienia napięciowe.

Rys. 37. Układ wzmacniacza odwracającego: a) schemat ideowy, b) wzmocnienie napięciowe układu [2]

Rys. 38. Układ wzmacniacza nieodwracającego: a) schemat ideowy, b) wzmocnienie napięciowe układu [2]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 39. Układ wzmacniacza odejmującego: a) schemat ideowy, b) wzmocnienie napięciowe układu [2]

4.7.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie są podstawowe parametry wzmacniacza elektronicznego?
2.  Jakie właściwości ma układ wzmacniacza z tranzystorem pracującym w układzie OE?
3.  Z jakich bloków funkcjonalnych składa się wzmacniacz mocy?
4.  Czym charakteryzuje się wzmacniacz mocy pracujący w klasie AB?
5.  Czym charakteryzuje się układ Darlingtona?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz charakterystykę amplitudową i pasmo przenoszenia tranzystorowego

wzmacniacza napięciowego pracującego w układzie OE.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  połączyć układ pomiarowy zgodnie z instrukcją,
2)  wybrać zakresy urządzeń pomiarowych zgodnie z instrukcją,
3)  dobrać poziom sygnału z generatora poniżej napięcia przesterowania,
4)  dobrać zakres częstotliwości, dla których badamy wzmacniacz,
5)  wybrać częstotliwości pomiarowe,
6)  wykonać pomiary,
7)  zapisać wyniki pomiarów w opracowanej przez Ciebie tabeli,
8)  narysować  charakterystykę  amplitudową  wzmacniacza  zgodnie  ze  skalą  częstotliwości

podaną w instrukcji,

9) odczytać częstotliwości graniczne wzmacniacza i wyznaczyć jego pasmo przenoszenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

makieta do demonstracji działania wzmacniacza,

−

instrukcja do ćwiczenia,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

zestaw przyrządów pomiarowych niezbędnych do wykonania ćwiczenia,

−

instrukcje obsługi przyrządów pomiarowych,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

papier milimetrowy,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

Ćwiczenie 2

Wyznacz charakterystykę przejściową wzmacniacza operacyjnego odwracającego

i wyznacz napięcia przesterowania tego wzmacniacza dla określonych wzmocnień
napięciowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  połączeć układ pomiarowy zgodnie z instrukcją,
2)  wybrać zakresy urządzeń pomiarowych zgodnie z instrukcją,
3)  dobrać poziom napięcia wejściowego poniżej napięcia przesterowania,
4)  dobrać zakres napięcia wejściowego dla którego badamy wzmacniacz,
5)  wybrać  3  różne  rezystory  pracujące  w  pętli  sprzężenia  zwrotnego,  dla  których

wzmocnienie napięciowe będzie równe 10 V/V, 50 V/V, 100 V/V

6)  wykonać pomiary,
7)  zapisać wyniki pomiarów w opracowanej przez Ciebie tabeli,
8)  narysować  3  charakterystyki  przejściowe  wzmacniacza  dla  3  podanych  wzmocnień

napięciowych,

9) odczytać z 3 charakterystyk przejściowych wzmocnienia napięciowe wzmacniacza

operacyjnego oraz odpowiadające im napięcia przesterowania,

10) zinterpretować

zależność

wartości

napięcia

przesterowania

wzmocnienia

napięciowego wzmacniacza.

Wyposażenie stanowiska pracy:

makieta do demonstracji działania wzmacniacza,

zasilacz napięciowy DC,

dzielnik napięcia,

instrukcja do ćwiczenia,

zestaw przyrządów pomiarowych niezbędnych do wykonania ćwiczenia,

instrukcje obsługi przyrządów pomiarowych,

kalkulator,

zeszyt do ćwiczeń i papier milimetrowy,

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) połączyć układ pomiarowy do badania pasma przenoszenia

wzmacniacza?

□

2) wybrać zakresy urządzeń pomiarowych zgodnie z instrukcją?

□

3) dobrać częstotliwości pomiarowe?

□

4) zastosować właściwe mierniki do pomiarów?

□

5) odczytać wartości napięcia wyjściowego dla wybranych częstotliwości?

□

6) narysować charakterystykę amplitudową wzmacniacza na podstawie

przeprowadzonych badań?

□

7) wyznaczyć częstotliwości graniczne wzmacniacza?

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8. Montaż i naprawa układów elektronicznych

4.8.1.

Materiał nauczania

Montaż układów elektronicznych
Najczęściej

stosowaną

przez

elektromechanika

technologią

montażu

układu

elektronicznego  jest tzw. montaż przewlekany, polegający  na umieszczeniu w odpowiednich
otworach płytki  drukowanej elementów elektronicznych  i połączeniu  metalowych końcówek
tych  elementów  z  punktami  lutowniczymi  za  pomocą  specjalnego spoiwa  zwanego tinolem.
Głównymi  składnikami  tinolu  (drutu o średnicach od jednego  do  kilku  milimetrów)  są  cyna
i ołów o różnej zawartości oraz topnik, którym jest kalafonia.

Prawidłowe lutowanie wymaga przestrzegania następujących zasad:

−

moc lutownicy dobiera się w zależności od wielkości powierzchni lutowanej (zasadą jest,
aby grot lutownicy nie był mniejszy od powierzchni lutowanej),

−

przed każdym lutowaniem należy dokładnie oczyścić łączone powierzchnie z tlenków
metali, tłuszczów, lakierów i resztek innych spoiw,

−

grot lutownicy musi być czysty, pozbawiony brudu i resztek spalonego topnika oraz
pokryty spoiwem,

−

podczas lutowania grot lutownicy nie powinien dotykać bezpośrednio miejsc, które
chcemy połączyć, a wyłącznie poprzez tinol,

−

czas lutowania nie powinien przekraczać kilku sekund, gdyż może to spowodować
termiczne uszkodzenie lutowanych elementów lub spalić topnik.
Prawidłowo wykonana spoina po wystygnięciu powinna być gładka, błyszcząca o ostrym

kącie przylegania spoiwa do punktu lutowniczego.

Prawidłowy rozkład elementów na płytce drukowanej rozpoznajemy na podstawie

schematu montażowego obrazującego fizyczne rozstawienie elementów na płytce i schematu
ideowego pokazującego obwód elektryczny montowanego układu elektronicznego.

Naprawa płytek drukowanych i elementów
Płytka drukowana charakteryzuje się dużą wrażliwością na podgrzewanie jej podczas

procesu  lutowania.  Miedziana  folia,  z  której  wytrawione  są  ścieżki  łączące  poszczególne
elementy, jest przyklejona do laminatu specjalnym klejem, tracącym swoje właściwości przy
dłuższym  podgrzewaniu  lutownicą.  Aby  uniknąć  odklejenia  się  ścieżki  od  podłoża,  należy
stosować  lutownice  o  małej  mocy  i  cienkim  grocie  oraz  ograniczać  czas  nagrzewania  do
niezbędnego minimum. Po podgrzaniu punktu lutowniczego należy odsysaczem cyny usunąć
stopione spoiwo, odsłaniając wystającą z otworu końcówkę elementu.

Jeżeli jednak ścieżka ulegnie odklejeniu, to możemy spróbować przykleić ją specjalnym

klejem.  W  przypadku  niepowodzenia  tej  próby  należy  obciąć  ostrym  nożem  odklejony
fragment  ścieżki  i  zastąpić  go  odcinkiem  przewodu  (najlepiej  drutem)  dolutowanym  do
istniejącego fragmentu ścieżki. W przypadku pęknięcia ścieżki należy ją połączyć kawałkiem
np.  srebrzonego  drutu.  Podczas  wykonywania  tych  czynności  należy  zwrócić  szczególną
uwagę na to, aby podczas lutowania kropla cyny nie zwarła dwóch sąsiednich ścieżek.

Uszkodzone elementy typu rezystory, kondensatory, diody tranzystory czy elementy

optoelektroniczne nie nadają się do naprawy. Naprawiać można jedynie elementy indukcyjne.

Montaż i uszkodzenia elementów rezystancyjnych

Rezystory najczęściej są montowane na płytce drukowanej, ale zdarza się też montaż

mechaniczny, gdzie korpus rezystora jest umieszczony w specjalnej obejmie, a do końcówek
rezystora dolutowywane są przewody łączące go z układem. Uszkodzenia rezystorów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

możemy  podzielić  na  mechaniczne  i  elektryczne.  Do  uszkodzeń  mechanicznych  możemy
zaliczyć:  urwanie  końcówki,  złamanie  korpusu  rezystora,  odprysk  ceramiki  lub  przecięcie
drutu  oporowego.  Do  uszkodzeń  elektrycznych  zalicza  się  spalenie  rezystora  w  wyniku
przegrzania  lub  przebicia  napięciowego.  Spalenie  rezystora  powoduje  przerwanie  ścieżki
oporowej  lub  wzrost  jej  rezystancji.  Często  trudno  odróżnić  rezystor  spalony  od
przegrzanego,  ale  sprawnego  i  dlatego  w  wypadkach  wątpliwych  należy  sprawdzić  czy
rezystancja  rzeczywista  zgadza  się  ze  znamionową  (z  uwzględnieniem  tolerancji).
Uszkodzenie elektryczne rezystora jest zwykle skutkiem innego uszkodzenia w układzie, np.
zwarcia innego elementu lub przebicia kondensatora.

Potencjometry dostrojcze najczęściej są montowane na płytce drukowanej a regulacyjne

na  obudowie  urządzenia.  Te  drugie  pełnią  często  rolę  wyłączników  danego  urządzenia.
Przyczyną  uszkodzenia  potencjometru  może  być  jego  zużycie  lub  zniszczenie  przez
przekroczenie  dopuszczalnych  parametrów  elektrycznych.  Objawem  zużycia  potencjometru
może  być  całkowity  brak  regulacji,  trzeszczenie,  iskrzenie,  regulacja  niezgodna
z  charakterystyką  (np.  skokowa).  Często  przyczyną  nieprawidłowości  w  działaniu
potencjometru  jest  zły  kontakt  ślizgacza ze  ścieżką rezystywną.  Nieprawidłowości te  można
usunąć  za  pomocą  przemycia  ścieżki  odpowiednim  środkiem  chemicznym  (np.  benzyną
ekstrakcyjną). Podczas wymiany potencjometru należy zwrócić uwagę na sposób mocowania
(musi  być  ten  sam),  charakterystykę  regulacji  i  moc  znamionową.  Nowy  potencjometr
powinien  mieć  również  tę  samą  rezystancję  znamionową,  ale  w  mniej  wymagających
układach  wystarczy  zastosować  rezystancję  znamionową  tego  samego  rzędu.  Jeżeli
potencjometr  pracował  jako  dzielnik  napięcia,  to  mniejszą  rezystancję  znamionową  można
uzupełnić szeregowo dołączonymi rezystorami kosztem zmniejszenia zakresu regulacji.

Montaż i uszkodzenia kondensatorów
Kondensatory są montowane podobnie jak rezystory do płytki drukowanej, ale

kondensatory o dużych pojemnościach znajdują się najczęściej w specjalnych obejmach i nie
są  lutowane  do  druku.  Najczęściej  spotykanym  uszkodzeniem  kondensatorów  jest  przebicie
elektryczne.  Następuje  ono  po  przyłożeniu  zbyt  wielkiego  napięcia  na  okładki.  Zniszczeniu
ulega wtedy dielektryk i okładki zwierają się ze sobą. W kondensatorze może pojawić się też
„przerwa”  spowodowana  urwaniem  wyprowadzenia  od  okładki.  W  kondensatorach
elektrolitycznych  przerwa  może  być  spowodowana  również  wyschnięciem  elektrolitu
ciekłego.

Przebicie kondensatora jest łatwo wykrywalne za pomocą omomierza, kondensator ma

wtedy rezystancję od zera do kilkuset kΩ. Należy pamiętać, że kondensatory  elektrolityczne
mają  stosunkowo  dużą  upływność  i  można  zakwalifikować  taki  kondensator    jako
uszkodzony  tylko  wtedy,  gdy  jego  rezystancja  jest  wyraźnie  mała  tzn.  wynosi  od  zera  do
kilku  kΩ.  Do  wykrycia  przerwy  w  kondensatorach  o  małych  pojemnościach  konieczny  jest
miernik pojemności.

Stare kondensatory elektrolityczne, które montujemy po długim czasie od daty produkcji,

należy  poddać  formowaniu.  Polega  ono  na  dołączeniu  do  kondensatora  napięcia  stałego,
zgodnie  z  polaryzacją,  na  kilka  godzin.  Napięcie  formujące  stopniowo  należy  zwiększać  do
znamionowego  utrzymując  prąd  upływu  na  niskim  poziomie  (sprawdzając  jego  wartość  na
mikroamperomierzu).

Montaż elementów półprzewodnikowych

Elementy półprzewodnikowe w większości są montowane na płytkach drukowanych, ale

elementy wydzielające dużą moc często montuje się na radiatorach w celu zwiększenia emisji
ciepła przez te elementy. Radiator zwykle połączony jest z masą układu, a jeżeli obudowa
metalowa elementu półprzewodnikowego nie powinna być połączona z masą, to między

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

radiatorem i obudową umieszcza się specjalne izolacyjne podkładki (np. mikowe). Podkładki
te są smarowane pastą silikonową w celu zmniejszenia oporu cieplnego. Podczas montażu
tego typu elementów należy dokładnie sprawdzić na schemacie ideowym, z jakim
potencjałem powinna być połączona elektroda elementu montowana na radiatorze.

Przyczyną uszkodzeń elektrycznych elementów półprzewodnikowych (takich jak: diody,

tranzystory,  tyrystory  czy  elementy  optoelektroniczne)  jest  przekroczenie  dopuszczalnych
wartości napięć i prądów wynikające z:
-  nieostrożności w czasie naprawy (praca pod napięciem),
-  niewłaściwego dobrania punktu pracy lub typu danego elementu.

Podczas wymiany diod półprzewodnikowych i tyrystorów należy sprawdzić dokładnie

gdzie jest katoda i anoda tego elementu. W przypadku wymiany elementu montowanego na
radiatorze należy wymienić przekładkę albo przynajmniej dokładnie ją oczyścić z resztek
opiłków i smarów.

Podczas wymiany tranzystorów bipolarnych należy dokładnie rozpoznać końcówki tego

tranzystora  i  ich  połączenie  z  pozostałymi  elementami  układu.  Podczas  wylutowywania
tranzystorów  należy  zastosować  odsysacz  cyny  i  dopiero  po  usunięciu  spoiwa  z  punktów
lutowniczych  można  podważyć  i  wyjąć  tranzystory.  W  przypadku  tranzystorów  typu
MOSFET  należy  postępować  bardzo  ostrożnie,  najlepiej  czynności  montażowe  wykonywać
w specjalnych  obrączkach  metalowych odprowadzających  ładunek  elektrostatyczny  do  masy
układu.

Przed wymianą elementów optoelektronicznych należy sprawdzić, czy zabrudzenie

obudowy tych elementów (brak emisji promieniowania – diody IR lub brak odbioru
promieniowania – fototranzystory) nie jest przyczyną pozornego uszkodzenia tych
elementów.

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Na czym polega technologia elektronicznego montażu przewlekanego?
2.  Jakich zasad należy przestrzegać podczas lutowania elementów na płytce drukowanej?
3.  Co to jest tinol?
4.  Jakie lutownice należy stosować, aby uniknąć odklejenia się ścieżki?
5.  Jakie uszkodzone elementy elektroniczne można poddać naprawie?
6.  Co jest najczęściej przyczyną elektrycznego uszkodzenia rezystora?
7.  Jak można usunąć trzaski podczas regulacji głośności potencjometrem?
8.  Kiedy  podczas  pomiaru  omomierzem  możemy  uznać,  że  kondensator  elektrolityczny

uległ przebiciu?

9. Kiedy

stosujemy

przekładki

izolacyjne

podczas

montażu

elementów

półprzewodnikowych na radiatorze?

10. Jakie środki ostrożności należy zastosować podczas montażu elementów tranzystorów

MOSFET na płytce drukowanej?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wymień tranzystor wlutowany do płytki drukowanej i umieszczony na radiatorze.

Sposób wykonania ćwiczenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi katalogowymi tranzystora,
2)  wybrać zamiennik uszkodzonego tranzystora,
3)  zaproponować harmonogram wykonywanych czynności,
4)  dokonać wyboru narzędzi montażowych,
5)  wymontować i wylutować uszkodzony tranzystor,
6)  oczyścić przekładkę i radiator oraz posmarować te miejsca pastą silikonową,
7)  zamontować i przylutować tranzystor na płytce,
8)  sprawdzić za pomocą omomierza prawidłowość montażu,
9)  uruchomić układ elektroniczny,
10)  zmierzyć napięcia stałe na elektrodach tranzystora,
11)  porównać zmierzone wartości z zamieszczonymi na schemacie ideowym.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

katalog tranzystorów,

−

schemat ideowy układu z naniesionymi wartościami napięć,

−

miernik uniwersalny,

−

zestaw lutowniczy,

−

pęseta,

−

wkrętak,

−

odsysacz cyny,

−

pasta silikonowa,

−

zeszyt do ćwiczeń.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) znaleźć w katalogu dane dotyczące obudowy wymienia tranzystora ?

□

2) wybrać z katalogu zamiennik uszkodzonego tranzystora?

□

3) wybrać narzędzia do montażu i demontażu tranzystora?

□

4) wymontować tranzystor umieszczony na radiatorze?

□

5) przygotować do montażu tranzystor mocowany na radiatorze?

□

6) wlutować i zamontować na radiatorze tranzystor?

□

7) sprawdzić jakość montażu?

□

8) sprawdzić wartości napięć na elektrodach tranzystora po włączeniu do

zasilania układu i porównać je z wartościami wzorcowymi na
schemacie ideowym?

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

Instrukcja dla ucznia

1.  Przeczytaj dokładnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Odpowiedzi udzielaj wyłącznie na karcie odpowiedzi.
4.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
5.  Test zawiera 20 zadań.
6.  Do każdego pytania podane są trzy odpowiedzi, z których tylko jedna jest prawidłowa.
7.  Zaznacz  prawidłową  według  Ciebie  odpowiedź,  wstawiając  literę  X  w  odpowiednim

miejscu na karcie odpowiedzi.

8. W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedź kółkiem, a następnie literą X zaznacz

odpowiedź prawidłową.

9. Za każde poprawne rozwiązanie zadania otrzymujesz jeden punkt.
10. Za udzielenie błędnej odpowiedzi, jej brak lub zakreślenie więcej niż jednej odpowiedzi

otrzymujesz zero punktów.

11. Uważnie czytaj treść zadań i proponowane warianty odpowiedzi.
12. Nie odpowiadaj bez zastanowienia; jeśli któreś z zadań sprawi Ci trudność – przejdź do

następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi, możesz wrócić później.

13. Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie.
14. Na rozwiązanie testu masz 40 minut.

Powodzenia !

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Na poniższym schemacie ideowym przedstawiono:

a)  układ prostownika niesterowanego
b)  układ sterownika prądu przemiennego
c)  układ prostownika sterowanego

2. Do regulacji siły głosu we wzmacniaczach akustycznych stosuje się potencjometry

o charakterystyce:
a)  liniowej
b)  logarytmicznej
c)  wykładniczej

3. Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie

pokazanym na poniższym rysunku wynosi:

a)  3
b)  2
c)  4

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. Diody stabilizacyjne pracując w kierunku zaporowym (powyżej napięcia Zenera)

charakteryzują się:
a)  niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem dużych zmian prądu
b)  niewielkimi zmianami prądu pod wpływem dużych zmian napięcia
c)  nieodwracalnym przebiciem złącza PN

5. Parametr U

RWM

definiowany dla diod półprzewodnikowych oznacza:

a)  maksymalne napięcie przewodzenia diody
b)  maksymalne napięcie wsteczne diody
c)  napięcie stabilizacyjne diody

6. Złącze emiterowe tranzystora NPN jest w stanie przewodzenia, gdy:

a) V

> V

b) V

> V

c) V

> V

7. Przedstawiony symbol graficzny jest symbolem:

a)  kondensatora zmiennego
b)  trymera
c)  kondensatora elektrolitycznego

8. Wyprowadzenia tranzystora bipolarnego pokazanego na rysunku to:

a)  1 - emiter, 2 - kolektor, 3 - baza
b)  1 - emiter, 2 - baza, 3 - kolektor
c)  1 - kolektor, 2 - emiter, 3 - baza

9. Jaki kod barwny będzie miał rezystor z szeregu E24 o wartości rezystancji znamionowej

1,2 MΩ:
a)  brązowy - czerwony - zielony - złoty
b)  brązowy - czerwony - niebieski - złoty
c)  brązowy - czerwony - zielony

10. Dla jakiego stanu pracy tyrystora określamy napięcie przełączania U

(BO)

a)  zaworowego
b)  blokowania
c)  przewodzenia
d)

11. Który z podanych parametrów dotyczy tranzystora unipolarnego:

a) współczynnik wzmocnienia prądowego β
b) napięcie odcięcia kanału U

GSoff

c) napięcie powtarzalne U

RRM

12. Rezystancja ciemna fotorezystora jest większa od rezystancji przy oświetleniu 50 lx

około:
a)  10 razy
b)  100 razy
c)  1000 razy

13. Do jakiego typu zaliczymy tranzystor, którego V

= 2 V, V

= 2,7 V, V

= 6 V

a)  NPN
b)  PNP
c)  JFET

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14. Jeżeli tranzystor unipolarny zaczyna przewodzić przy napięciu dodatnim U

> U

GSoff,

jest to tranzystor:
a)  MOSFET z kanałem wzbogacanym typu N
b)  MOSFET z kanałem zubażanym typu N
c)  MOSFET z kanałem wzbogacanym typu P

15. Dioda prostownicza pracuje w układzie prostownika z mostkiem Graetza przy napięciu

230 V/50 Hz. Spośród podanych wartości wybierz optymalną wartość parametru U

RRM

tej diody:
a)  150 V
b)  250 V
c)  400 V

16. Tranzystor bipolarny pracuje w układzie OE (klasa A, bez sprzężenia zwrotnego) jako

wzmacniacz napięcia sinusoidalnego. Oblicz maksymalną wartość skuteczną prądu
płynącego przez ten tranzystor, znając napięcie zasilania U

= 10 V i rezystancję

w obwodzie kolektora R

= 560 Ω:

a) I

= 3,54 mA

b) I

= 6,31 mA

c) I

= 7,09 mA

17. Podczas montowania elementów elektronicznych na radiatorze stosujemy przekładki

mikowe wtedy, gdy:
a)  potencjał obudowy elementu elektronicznego jest różny od potencjału radiatora
b)  radiator połączony jest z masą
c)  element elektroniczny pracuje pod wysokim napięciem

18. W jakim układzie pracy pracuje pojedynczy stopień wzmacniacza tranzystorowego,

którego wyjście połączone jest z kolektorem a wejście z emiterem?
a)  OE
b)  OC
c)  OB

19. Która wartość parametru dotyczy tyrystora oznaczonego symbolem F71-225-12:

a) I

T(RMS)

= 71 A

b) I

T(RMS)

= 225 A

c) I

T(RMS)

= 12 A

20. Które parametry dotyczą kondensatora ceramicznego oznaczonego symbolami N33 i 101:

a) C

= 33 pF i ujemny współczynnik temperaturowy

b) C

= 10 pF i zerowy współczynnik temperaturowy

c) C

= 100 pF i ujemny współczynnik temperaturowy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko.....................................................................................................................

Dobieranie elementów i podzespołów elektronicznych oraz sprawdzanie ich
parametrów

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

LITERATURA

1. Grabowski L.: Pracownia elektroniczna – układy elektroniczne. WSiP, Warszawa 1999
2. Chwaleba A., Moeschke B., Pilawski M.: Pracownia elektroniczna – elementy układów

elektronicznych. WSiP, Warszawa 1996

3. Chwaleba A., Moeschke B., Płoszajski G.: Elektronika. WSiP, Warszawa 1996
4. Marusak A.: Urządzenia elektroniczne, część 1. Elementy urządzeń, część 2. Układy

elektroniczne. WSiP, Warszawa 2000

5. Pióro B., Pióro M.: Podstawy elektroniki, cz. 1. WSiP, Warszawa 1998
6. Pióro B., Pióro M.: Podstawy elektroniki, cz. 2. WSiP, Warszawa 1997
7.

http://pl.wikipedia.org

http://www.cyfronika.com.pl

http://www.edw.com.pl

10. http://www.matmic.neostrada.pl
11.

http://www.meditronik.com.pl