Podstawowe prawa









A.etykieta {
COLOR: #ff0066
}















archiwum         literatura         linki         księga
gości         kontakt





Napięcie -
Prąd - Prawo
Ohma - I prawo Kirchhoffa -
II prawo Kirchhoffa
- Moc - Sygnał
sinusoidalny - Szum - Sygnał prostokątny
- Sygnał
piłokształtny - Impulsy - Skoki
i szpilki - Decybel - Przedrostki

Dwie najważniejsze wielkości,
których zachowanie w układach elektronicznych poddawane jest
obserwacji i analizie to napięcie U oraz prąd I.



Napięcie między dwoma punktami jest
to wydatek energii (wykonana praca), konieczny do przeniesienia
jednostkowego ładunku dodatniego z punktu o niższym potencjale
(bardziej ujemnym) do punktu o wyższym potencjale (bardziej
dodatnim). Jednostką miary napięcia jest 1V (wolt). Można więc powiedzieć, że aby
ładunek jednego kulomba pokonał różnicę potencjałów jednego wolta, należy
wykonać pracę jednego dżula.      Napięcie oznaczane
jest zwykle symbolem U. Napięcie
między punktami A i B jest oznaczane jako UAB. Już dawno uzgodniono, że
napięcie UAB jest
dodatnie, gdy punkt A jest dodatni względem punktu B, a UAB jest ujemne, gdy punkt
A jest ujemny względem punktu B. Obowiązuje również następująca
zależność UAB =
-UBA.















      Dla
przykładu (rys. 1.1) zapis napięcia pomiędzy bazą, a emiterem
tranzystora typu PNP (o tym w dziale tranzystory): 
              UBE = -0,7V  lub 
-UBE = 0,7V 
lub  UEB =
0,7Voznacza, że między punktem E i B występuje
napięcie 0,7V, a punkt E ma wyższy potencjał (jest bardziej dodatni)
niż punkt B.      Często używa się określenia "napięcie
w danym punkcie układu", należy to rozumieć jako napięcie między
danym punktem, a punktem wspólnym (zerowym) najczęściej nazywanym
"masą".

rys. 1.1



Prąd wyraża szybkość przepływu
ładunku elektrycznego obok pewnego punktu. Jednostką miary jest 1A (amper). Można więc powiedzieć, że
prąd jednego ampera jest równy przepływowi ładunku jednego kulomba na
sekundę.      Prąd oznaczany jest zwykle symbolem I, a kierunek jego przepływu
zaznacza się strzałką na przewodzie. Uzgodniono, że prąd jest dodatni gdy
strzałka jest skierowana od punktu bardziej dodatniego do punktu bardziej
ujemnego, mimo że faktyczny kierunek przepływu elektronów jest
przeciwny.      Tak naprawdę jest obojętne jak narysuje
się strzałki prądu i napięcia w obwodzie (rys. 1.2), ważne jest,
aby przyporządkować ich wartościom liczbowym właściwe znaki. Jeżeli
strzałki prądu i napięcia, np. na rezystorze R są narysowane z przeciwnym zwrotem
to R=U/I, a jeżeli zwroty są
takie same to R=-U/I. Znak minus
w ostatnim wzorze nie oznacza, że rezystancja jest ujemna, tylko
informuje o takich samych zwrotach strzałek napięcia
i prądu.

rys. 1.2



Prawo Ohma mówi, że napięcie U na końcach przewodnika, przez który
płynie prąd o natężeniu I jest
iloczynem natężenia prądu i rezystancji R tego przewodnika, czyli U = I * R (rys. 1.3).   
  Jest to prawo, z którego będziesz wielokrotnie korzystał, gdy
będziesz musiał obliczyć prąd lub napięcie czy też wyliczyć właściwą dla
danego układu wartość rezystora.

rys. 1.3



Pierwsze prawo Kirchhoffa mówi, że
suma prądów wpływających do węzła jest równa sumie prądów wypływających
z niego lub inaczej, że suma wszystkich prądów w węźle jest
równa zeru (rys. 1.4).      Prądy wpływające do węzła
mają znak dodatni, a wypływające znak ujemny.     
Przykładem węzła jest punkt A na rysunku. Prądy I1,
I2 są dodatnie, a I3 ujemny.

rys. 1.4



Drugie prawo Kirchhoffa mówi, że
w obwodzie zamkniętym (oczku) suma wszystkich napięć jest równa zeru
(rys. 1.5).      Napięcia, których zwrot strzałki jest
zgodny z obiegiem oczka są dodatnie, a te, których zwrot jest
przeciwny są ujemne. Obieg oczka przyjmuje się zgodnie z zaznaczoną
okrągłą strzałką wewnątrz obwodu.      Zgodnie
z tymi założeniami napięcia U1 i U4 są
dodatnie, a U2 i U3 ujemne.

rys. 1.5



Moc (inaczej mówiąc praca wykonana
w jednostce czasu) pobierana przez dowolne urządzenie (np. rezystor)
jest równa:  P = u * I      Dla
napięcia U w woltach (V)
i prądu I w amperach (A)
otrzymuje się moc P w watach
(W).      Korzystając z prawa Ohma (rys. 1.3)
można otrzymać zależności, które przydadzą się np. przy określaniu mocy
rezystorów: P = I2 * R oraz P = U2/R.   
  Moc najczęściej zamienia się w ciepło, aby się o tym
przekonać wystarczy dotknąć obudowy dowolnego urządzenia elektronicznego
podczas jego pracy.Abyś mógł w pełni zrozumieć układy
elektroniczne, w których mamy do czynienia ze zmieniającymi się
w czasie napięciem, musisz poznać najbardziej typowe rodzaje sygnałów
(tak właśnie nazywa się napięcia zmieniające się w czasie
w określony sposób).









Sygnał sinusoidalny jest
przedstawiony na rys. 1.6. Wzór opisujący ten sygnał wygląda następująco:
U = Umsin2pft, gdzie:Um - amplituda, f - częstotliwość wyrażona w hercach
(Hz), t - czas
w sekundach.      Jeśli przyjąć, że w=2pf, to sygnał sinusoidalny można
opisać następującym wzorem: U =
Umsinwt, gdzie
w jest pulsacją wyrażoną
w radianach na sekundę.      Falę sinusoidalną
opisują dwa parametry amplituda i częstotliwość (dotyczy to również
innych sygnałów). Czasami zamiast amplitudy używa się pojęcia wartości
skutecznej Usk czy też
wartości międzyszczytowej Upp.     
Wartość skuteczna jest równa Usk=0,707*Um, natomiast
wartość międzyszczytowa jest równa podwojonej amplitudzie Upp=2Um. 
    Przykładem wartości skutecznej sygnału sinusoidalnego może
być znana wszystkim wartość 220V napięcia o częstotliwości 50Hz
w gnieździe sieciowym, jakie znajduje się w każdym mieszkaniu.
Amplituda tego napięcia wynosi 311V, a wartość międzyszczytowa
622V.

rys. 1.6



Szum przedstawiony na rys. 1.7 jest
nieodłącznym towarzyszem sygnałów użytecznych i jest czymś
niepożądanym w układach elektronicznych, a w szczególności
w układach pomiarowych o dużej czułości. Najczęstszym rodzajem
szumów jest szum pochodzenia termicznego wytwarzany przez
rezystory.

rys. 1.7



Sygnał prostokątny ma kształt
pokazany na rys. 1.8 i podobnie jak sygnał sinusoidalny można go
opisać dwoma parametrami, czyli amplitudą i częstotliwością,
z tą różnicą, że wartość skuteczna dla fali prostokątnej jest równa
jej amplitudzie. Często zamiast częstotliwości używa się pojęcia okres
T, który jest równy T=1/f.      Sygnał
prostokątny składa się ze zbocza narastającego, poziomu wysokiego, zbocza
opadającego i poziomu niskiego. Nie zawsze sygnał prostokątny wygląda
tak jak na rysunku. Najczęściej spotyka się sygnał prostokątny tylko
z "dodatnimi połówkami" to znaczy, że poziom niski jest
w granicach 0V. Kształt jego jest również daleki od ideału, gdyż
zbocza nie są prostopadłe (rys. 1.9). Najczęściej czas narastania czy
opadania zboczy mieści się w granicach od kilku nanosekund (ns) do
kilku mikrosekund (ms)
i mierzy się go jako czas narastania od 0,1 do 0,9 napięcia
sygnału.      Z sygnałami prostokątnymi mamy do
czynienia nie tylko w układach cyfrowych, ale również na styku
elektroniki analogowej i cyfrowej w takich układach jak
komparatory, przetworniki A/C czy C/A, multipleksery
analogowe.

rys. 1.8



rys. 1.9



Sygnał piłokształtny jest
przedstawiony na rys. 1.10. Faktycznie przypomina on zęby piły. Jest to
sygnał o przebiegu liniowym, czyli takim, w którym napięcie
rośnie lub opada ze stałą prędkością do określonej wartości
i powtarzany jest okresowo.

rys. 1.10



Impulsy mogą przybierać kształty
przedstawione na rys. 1.11. Najczęściej nie są to sygnały okresowe to
znaczy nie powtarzają się w sposób regularny w czasie. Opisać je
można poprzez podanie amplitudy i szerokości impulsu. 
    W technice cyfrowej mamy jednak do czynienia również
z impulsami powtarzającymi się okresowo, wtedy do opisu takiego
sygnału dodajemy częstotliwość lub okres, oraz możemy również mówić
o współczynniku wypełnienia, czyli stosunku szerokości impulsu do
okresu powtarzania. Impulsy dzielimy na dodatnie (pierwszy impuls od lewej
na rys. 1.11) i ujemne (drugi impuls od lewej na rys.
1.11).

rys.
1.11











Skoki i szpilki są
w zasadzie sygnałami, które nie mają praktycznego zastosowania
w układach elektronicznych, nadają się za to znakomicie do ich
analizowania i opisu. Skok przedstawiony na rys. 1.12 jest częścią
sygnału prostokątnego, natomiast szpilka pokazana na rys. 1.13 jest po
prostu bardzo wąskim impulsem.

rys. 1.12
rys.
1.13









tab. 1.1


ku
kulog

0,1
-20dB

0,707
-3dB

1
0dB

1,41
3dB

10
20dB

100
40dB

1000
60dB

Decybel został wymyślony po to, aby
ułatwić porównywanie amplitud dwóch sygnałów, szczególnie gdy różnica
między nimi jest bardzo duża i wygodniej jest używać wtedy miary
logarytmicznej.      Stosunek amplitud dwóch sygnałów
można wyrazić w decybelach zgodnie z poniższym wzorem:
kulog[dB]=20log10(U2/U1)gdzie
U2 i U1 to amplitudy porównywanych
sygnałów.      Obok w tabeli 1.1 przedstawione są
dla porównania liniowe i logarytmiczne stosunki amplitud
sygnałów.







tab. 1.2


Przedrostek
Symbol
Wielokrotność

giga
G
109

mega
M
106

kilo
k
103

mili
m
10-3

mikro
m
10-6

nano
n
10-9

piko
p
10-12

Przedrostki. W elektronice
posługujemy się jednostkami takimi jak wolt, ohm, amper, ale chyba jeszcze
częściej ich tysięcznymi czy milionowymi częściami lub
wielokrotnościami.      Aby nie mówić czy pisać np.:
jedna tysięczna ampera lub jeden milion herców posługujemy się
przedrostkami i ich symbolami, i wtedy powiemy: jeden miliamper
- 1mA, jeden megaherc - 1MHz.      Należy zwrócić
uwagę, że symbol jednostki zawsze piszemy bez odstępu po symbolu
przedrostka. w tabeli 1.2 są przedstawione najczęściej używane
przedrostki i ich symbole.



zadania i
przykłady







Literatura:

"Sztuka elektroniki" -
P.Horowitz i W.Hill"Układy półprzewodnikowe" - U.Tietze i
Ch.Schenk







nowości na stronie |
elektronika w kraju i na
świecie | nowe elementy i
podzespoły | ciekawe rozwiązania
układowe | katalogi | schematy | teoria -
wstęp | podstawowe prawa | elementy RLC | diody | tranzystory | źródła
napięcia i prądu | wzmacniacze operacyjne
| elementy
optoelektroniczne | filtry i generatory |
stabilizatory | zasilacze | zadania
i przykłady | trochę matematyki |


© Copyright 2001 - http://www.elektronika.qs.pl/