TERMISTOR

Termistor – opornik półprzewodnikowy lub metalowy, którego rezystancja zależy od temperatury.

Rodzaje i zastosowania:

• NTC (ang. negative temperature coefficient) – o ujemnym współczynniku temperaturowym– wzrost temperatury powoduje zmniejszanie się rezystancji;

Termistory NTC stosuje się do np. pomiarów i regulacji temperatury, do pomiarów poziomu cieczy, w termostatach, czy też różnych ładowarkach.

• PTC (ang. positive temperature coefficient) – (pozystor) o dodatnim współczynniku temperaturowym, wzrost temperatury powoduje wzrost rezystancji;

Wykorzystywany jest m.in. do ograniczania prądu (zabezpieczenie przed dużym prądem, przepięciem, przegrzaniem), do grzania (np. suszarka do włosów), jako czujnik temperatury (np. zabezpieczenie tranzystora przed przegrzaniem)

• CTR (ang. critical temperature resistor) – o skokowej zmianie rezystancji – wzrost temperatury powyżej określonej powoduje gwałtowną zmianę wzrost/spadek rezystancji. W termistorach polimerowych następuje szybki wzrost rezystancji (bezpieczniki polimerowe), a w ceramicznych, zawierających związki baru, spadek.

ograniczniki natężenia prądu (bezpieczniki elektroniczne) – termistory typu CTR, np. w układach akumulatorów telefonów, zapobiegając uszkodzeniu akumulatorów w wyniku zwarcia lub zbyt szybkiego ładowania.

BEZPIECZNIK KASOWALNY, JAKI TO TYP, ZASADA DZIAŁANIA:

Bezpiecznik polimerowy - (termistor o dodatnim współczynniku temperaturowym – PTC) - Jest to element zabezpieczający przed nadmiernym przepływem prądu (np. w wypadku zwarcia). Od innych bezpieczników odróżnia go przede wszystkim możliwość wielokrotnego użycia.

W momencie, gdy prąd płynący przez bezpiecznik osiągnie krytyczną wartość, bezpiecznik zaczyna się bardzo silnie nagrzewać, aż następuje otworzenie obwodu. Po usunięciu usterki (wyłączeniu lub zredukowaniu płynącego prądu) i ochłodzeniu bezpiecznika, może on dalej pełnić swoją funkcję. Przeciętny bezpiecznik polimerowy jest w stanie wytrzymać ponad 100 takich cykli.

WARYSTOR

Warystor – półprzewodnikowy podzespół elektroniczny (rezystor), o nieliniowej charakterystyce rezystancji, zależnej od napięcia elektrycznego.

Dla małych napięć wykazuje on dużą rezystancję, gdy napięcie przekroczy pewną wartość, charakterystyczną dla danego typu warystora, jego rezystancja szybko maleje, z początkowych setek kiloomów do zaledwie kilkunastu omów.

Warystory stosowane są jako elementy zabezpieczenia odbiorników przed zbyt wysokim napięciem. Gdy napięcie przekroczy zadaną wartość, płynie przez niego duży prąd powodujący przejęcie energii impulsu a nawet przepalenie lub rozłączenie bezpiecznika, co jest równoznaczne z wyłączeniem urządzenia.

Zastosowanie:

• Głównie zabezpieczanie urządzeń przed przepięciami.

• Warystory są ochronnikami przepięciowymi i wysokonapięciowymi (w telewizorach).

• Stosowane są również do ochrony linii wysokiego napięcia.

• Stosuje się je w liniach telefonicznych do zabezpieczania telefonów, modemów i innych urządzeń podłączonych do linii telefonicznej.

• Służą jako odgromniki.

• Służą też jako pewnego rodzaju zabezpieczenie transformatorów.

POZOSTAŁE PYTANIA DO WARYSTORÓW

PRĄD W WARYSTORZE ZMALAŁ O 35%. CZY OZNACZA TO, ŻE NAPIĘCIE NA NIM TEŻ ZMALAŁO O 35%?

Charakterystykę prądowo-napięciową warystora można opisać równaniem:

gdzie:

- stała

- współczynnik nieliniowości, określany jako:

, im bardziej tym charakterystyka warystora jest korzystniejsza

??????????????????????????????????????

PRĄD PŁYNĄCY PRZEZ WARYSTOR ZMALAŁ 3 RAZY. TO OZNACZA, ŻE NAPIĘCIE NA NIM:

??????????????????????????????????????

FILTR INDUKCYJNY (W3, S2)

Działanie filtru indukcyjnego polega na magazynowaniu energii w polu magnetycznym dławika indukcyjnego, gdy chwilowa wartość prądu w obwodzie narasta i oddawaniu zmagazynowanej energii, gdy chwilowa wartość prądu maleje. W dławiku indukcyjnym indukuje się siła elektromotoryczna, która zawsze przeciwdziała zmianom chwilowej wartości prądu płynącego przez dławik.

Z wykładu: Mały początkowy prąd udarowy. Skuteczny przy dużych prądach obciążenia. U_oDC(I_o)→2,82U_i/π. Filtr ‘trudny’, korzystny dla diod i transformatora. Kształt tętnień ≈ sinusoidalne.

Do pytania 28: Ten filtr stosujemy, jeżeli nie chcemy aby napięcie tętnień na zasilaczu nie zależało od obciążenia.

FILTR POJEMNOŚCIOWY

Działanie filtru pojemnościowego polega na gromadzeniu energii w polu elektrycznym kondensatora podczas przewodzenia prostownika i stopniowym oddawaniu tej energii do odbiornika, także wtedy kiedy diody prostownika nie przewodzą.

Zaletą filtrów z wejściem pojemnościowym jest to, że kondensator wejściowy ładuje się bardzo szybko do wartości szczytowej napięcia wyprostowanego, natomiast jego rozładowanie przebiega znacznie wolniej i dzięki temu składowa stała napięcia wyprostowanego w układzie z takim filtrem jest większa od składowej stałej napięcia nie filtrowanego.

Wadą filtrów z wejściem pojemnościowym jest to, że po włączeniu zasilacza do sieci prąd ładowania kondensatora wejściowego jest bardzo duży. Wymaga to stosowania diod o większym dopuszczalnym prądzie przewodzenia. Ze względu na tę wadę filtry z wejściem pojemnościowym stosuje się przeważnie w zasilaczach małej mocy.

Z wykładu: Duży początkowy prąd udarowy. Bardzo skuteczny przy małych prądach obciążenia. U_oDC(I_o)→1,41U_i. Tani, niekorzystny dla diod i transformatora. Kształt tętnień ≈ niesymetryczna piła.

RÓWNANIE SHOCKLEY’A

CO OPISUJE RÓWNANIE SHOCKLEY’A? W JAKICH WARUNKACH MOŻNA WPROWADZIĆ DO NIEGO UPROSZCZENIA I JAKIE, ABY UŁATWIĆ WYZNACZENIE PARAMETRÓW RÓWNANIA?

Równanie Shockley’a opisuje zależność napięciem elektrycznym UD panującym na diodzie i płynącym przez diodę prądem elektrycznym.

Równania możemy ułatwić w przypadkach:

• dla kierunku zaporowego

• dla kierunku przewodzenia

Równania i jego uproszczenia – wykład 2, str. 2, slajd 5 i 6

STABILIZATORY

Stabilizator – układ elektroniczny, którego zadaniem jest utrzymywanie na wyjściu stałego napięcia (stabilizator napięcia) lub prądu (stabilizator prądu) niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. Oprócz najczęściej spotykanych stabilizatorów napięcia (prądu) stałego istnieją również stabilizatory napięcia (prądu) przemiennego. W praktyce stabilizatory prądu buduje się w oparciu o stabilizatory napięcia.

W stabilizatorach stosowane są zwykle obwody ujemnego sprzężenia zwrotnego, w których następuje porównanie napięcia wyjściowego z wzorcowym źródłem napięcia (o bardzo dużej stałości). W wyniku porównania powstaje sygnał sterujący, który wpływa na element regulacyjny tak, aby przeciwdziałać niepożądanym zmianom napięcia na wyjściu

JAKIE SĄ ZALETY I WADY IMPULSOWYCH STABILIZATORÓW NAPIĘCIA? (W3,S3)

Stabilizatory impulsowe utrzymują na wyjściu średnią wartość napięcia na zadanym poziomie poprzez okresowe włączanie i wyłączanie elementu regulacyjnego. Napięcie z elementu kluczującego jest filtrowane, w wyniku czego uzyskuje się napięcie o wymaganych parametrach.

Zalety:

• powszechnie stosowane w układach o większej mocy (od kilku watów wzwyż) oraz w układach, w których występuje duża różnica między napięciem wejściowym a wyjściowym

• za pomocą stabilizatora impulsowego można również bez trudu przetwarzać napięcie o jednej polaryzacji na napięcie o przeciwnej polaryzacji

• element regulacyjny pracuje dwustanowo — jest albo wyłączony albo nasycony — traci się w nim bardzo mało mocy. Dlatego stabilizatory impulsowe charakteryzują się dużą sprawnością nawet wtedy, gdy różnica napięć między wejściem a wyjściem ma dużą wartość.

Wady:

• na wyjściu zasilacza tego typu występują zakłócenia impulsowe

• słaba dokładność

CZY STABILIZATORY IMPULSOWE TO ZAWSZE DOBRE ROZWIĄZANIE? JAKIE MAJĄ PLUSY I MINUSY?

• Zalety: duża sprawność (oszczędność energii)

• Wady: duże zniekształcenie idące dalej do układu oraz źródła zasilania (wprowadzają zakłócenia i zniekształcenia np. w instalacjach domowych)

JAKIE SĄ ZALETY I WADY LINIOWYCH STABILIZATORÓW NAPIĘCIA?

Zalety:

• Prosta niezawodna konstrukcja, odporna na przeciążenia, zwarcia i przegrzania.

• Niewielka liczba zewnętrznych komponentów - rozwiązanie jest tanie.

• Doskonałe rozwiązanie do zasilania układów czułych na zakłócenia na liniach zasilania (np. analogowych, ADC itp.)

• Dobre właściwości regulacyjne

Wady:

• strata mocy na elemencie regulacyjnym. Starta mocy jest tym większa im większy jest prąd obciążenia oraz im większa jest różnica napięć między wejściem a wyjściem stabilizatora

STABILIZATOR PARAMETRYCZNY

(z wykładu: stabilizatory parametryczne są proste i tanie, kiepskie)

Stabilizator parametryczny - urządzenie wykorzystujące nieliniowe charakterystyki prądowo-napięciowe elementów użytych do ich budowy. Zmiana określonego parametru elementu stabilizującego daną wielkość wyjściową przeciwdziała czynnikom destabilizującym. Jako elementy stabilizujące stosuje się powszechnie: diody stabilizacyjne (diody Zenera), warystory, termistory, diody polowe, czyli specjalne układy dwukońcówkowe stabilizujące prąd przy zmianie napięcia. Cechą charakterystyczną wszystkich stabilizatorów parametrycznych jest brak zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego, który zapewniałby porównanie napięcia lub prądu wyjściowego z napięciem lub prądem wzorcowym. W związku z tym parametry tych stabilizatorów zależą głównie od właściwości elementów stabilizujących, przy czym w stabilizatorach napięcia elementy te są włączone do obciążenia równolegle, a w stabilizatorach prądu - szeregowo. Nie najlepsza jakość stabilizatorów parametrycznych ogranicza ich zastosowanie. Stabilizator z diodą Zenera jest najprostszym układem stabilizacji napięcia, stosowanym w prostych zasilaczach lub jako źródło napięcia odniesienia.

ZASADA PRACY STABILIZATORÓW PARAMETRYCZNYCH:

Każda zmiana napięcia wejściowego lub prądu obciążenia wywołuje zmianę prądu płynącego przez diodę przy czym zmiana napięcia wejściowego jest równoważona przez zmianę spadku napięcia na rezystorze, natomiast zmiana prądu obciążenia przez zmianę prądu diody. W wyniku działania układu napięcie wyjściowe stabilizatora pozostaje bez zmian.

PODSTAWOWĄ CECHĄ STABILIZATORÓW PARAMETRYCZNYCH JEST:

Utrzymanie stałej wartości wielkości wyjściowej. Cechą charakterystyczną wszystkich stabilizatorów parametrycznych jest brak zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego, który zapewniałby porównanie napięcia lub prądu wyjściowego z napięciem lub prądem wzorcowym. W związku z tym parametry tych stabilizatorów zależą głównie od właściwości elementów stabilizujących, przy czym w stabilizatorach napięcia elementy te są włączone do obciążenia równolegle, a w stabilizatorach prądu - szeregowo. Nie najlepsza jakość stabilizatorów parametrycznych ogranicza ich zastosowanie.

STABILIZATOR KOMPENSACYJNY

(z wykładu: stabilizatory kompensacyjne są bardziej złożone i droższe, dobre)

Zasada działania stabilizatora kompensacyjnego polega na zmianie rezystancji statycznej elementu regulacyjnego (np. tranzystora mocy), który jest sterowany różnicą napięć (tzw. sygnał błędu - ), uzyskiwaną na drodze ciągłego porównywania wartości napięcia wyjściowego lub jego części z wartością napięcia odniesienia (tzw. napięcie referencji).

OPISZ ZALETY STABILIZATORÓW KOMPENSACYJNYCH.

• Stabilizatory równoległe: zabezpieczają regulację przed przeciążeniem

• Stabilizatory szeregowe: stabilizują napięcie wyjściowe, pomimo zmian prądu obciążenia i napięcia zasilania.

PODSTAWOWĄ CECHĄ STABILIZATORA KOMPENSACYJNEGO JEST:

Ciągłość działania oraz szybkość reakcji na zmiany

O WSPÓŁCZYNNIKU STABILIZACJI NAPIĘCIOWEJ W STABILIZATORZE KOMPENSACYJNYM DECYDUJE:

Współczynnik stabilizacji nap. zależy od różnicy zwrotnej

POZOSTAŁE PYTANIA DO STABILIZATORÓW

RÓŻNICE W ZASADZIE PRACY STABILIZATORA PARAMETRYCZNEGO I KOMPENSACYJNEGO:

• bardzo mały prąd wejściowy I0 w stanie jałowym stabilizatora kompensacyjnego I0 w porównaniu do stab. parametrycznego

• brak zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego stabilizatorów parametrycznych - brak możliwości porównania napięcia lub prądu wyjściowego z napięciem lub prądem wzorcowym

• znacznie lepsza jakość stabilizatorów kompensacyjnych

RÓŻNICE W ZASADZIE PRACY STABILIZATORA O DZIAŁANIU CIĄGŁYM I IMPULSOWEGO.

W stabilizatorach o działaniu ciągłym tranzystor pracuje w sposób ciągły, co jest powodem niskiej sprawności układu. Przy dużej różnicy napięć pomiędzy wejściem a wyjściem, na tranzystorze powstają duże straty mocy. W odróżnieniu od stabilizatorów liniowych w stabilizatorach impulsowych tranzystor pracuje jako klucz (załącz/wyłącz) (jest okresowo wyłączany) z pewną częstotliwością, dzięki czemu znacznie ograniczone są straty oraz uzyskuje się znacznie większe sprawności.

JAKIMI TRZEMA PARAMETRAMI ROBOCZYMI OPISZESZ WŁAŚCIWOŚCI STABILIZATORA PRĄDOWEGO? JAKIE RZĘDU POWINNY ONE BYĆ W BARDZO DOBRYM STABILIZATORZE?

• maksymalny prąd wyjściowy w zakresie stabilizacji

• maksymalne napięcie wejściowe max U_i

• Rezystancja wyjściowa

 JAKIMI PODSTAWOWYMI PARAMETRAMI OPISUJE SIĘ JAKOŚĆ STABILIZATORA NAPIĘCIA STAŁEGO? (W3,S3)

• współczynnik stabilizacji napięcia

• rezystancja wyjściowa

• temperaturowy współczynnik zmian napięcia wyjściowego

TRANZYSTORY

Tranzystor to element półprzewodnikowy (trójkońcówkowy), umożliwiający wzmacnianie mocy sygnałów elektrycznych. Tranzystor jest elementem czynnym pełniącym podstawową rolę w elektronicznych układach analogowych i cyfrowych, jako wzmacniacz, detektor, przełącznik itp.

 Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów, różniące się zasadniczo zasadą działania:
    1. Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie prądowe).
    2. Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe).

TRANZYSTOREM BIPOLARNYM zwany też warstwowym, stanowi kombinację dwóch półprzewodnikowych złączy p-n, wytworzonych w jednej płytce półprzewodnika. Procesy zachodzące w jednym złączu oddziałują na drugie, a nośnikami ładunku elektrycznego są dziury i elektrony. Tranzystory bipolarne wykonywane są najczęściej z krzemu, rzadziej z germanu.

Ze względu na kolejność ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy:
         - tranzystory p-n-p
         - tranzystory n-p-n

    Mogą one być z:
         - jednorodną bazą (dyfuzyjny)
         - niejednorodną bazą (dryfytowy)

Zasada działania tranzystora n-p-n i p-n-p jest jednakowa, różnice występują tylko w polaryzacji zewnętrznych źródeł napięcia i kierunku przepływu prądów.

Tranzystor bipolarny składa się z trzech obszarów o przeciwnym typie przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złączy: p-n i p-n. W tranzystorze bipolarnym poszczególne obszary półprzewodnika mają swoją nazwę:

B - baza, E - emiter, C - kolektor.

A złącza nazywa się:
         - złączem emiterowym (złącze emiter-baza)
         - złączem kolektorowym (złącze baza-kolektor)

Struktura półprzewodnikowa tranzystora jest umieszczana w hermetycznie zamkniętej obudowie metalowej, ceramicznej lub plastykowej. Obudowa ta chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi, jak również spełnia inne funkcje, np. w tranzystorach średniej i dużej mocy umożliwia skuteczne odprowadzenie ciepła.

W zależności od punktu pracy tranzystor może znajdować się w czterech stanach:

• Stan aktywny, w którym prąd kolektora jest β razy większy od prądu bazy.

• Stan nasycenia, w którym prąd bazy jest na tyle duży, że obwód kolektora nie jest w stanie dostarczyć prądu β razy większego. Napięcie kolektor-emiter spada wtedy do niewielkiej wielkości.

• Stan zatkania, w którym złącze baza-emiter nie jest spolaryzowane lub jest spolaryzowane zaporowo. Prąd kolektora spada wtedy do bardzo małej wartości.

• Stan inwersyjny, w którym emiter spolaryzowany jest w kierunku zaporowym a kolektor w kierunku przewodzenia. Wzmocnienie prądowe tranzystora w tym stanie jest niewielkie.

Układy pracy tranzystorów bipolarnych

Zależnie od doprowadzenia i wyprowadzenia sygnału rozróżniamy trzy sposoby włączenia tranzystora do układu:
        - układ ze wspólnym emiterem OE (WE);
        - układ ze wspólną bazą OB (WB);
        - układ za wspólnym kolektorem OC (WC).

Wybór układu pracy tranzystora jest zależny od przeznaczenia i rodzaju zastosowanego tranzystora.

Tranzystor pracujący w układzie OE charakteryzuje się:
        - dużym wzmocnieniem prądowym (beta = I_C / I_B) ;
        - dużym wzmocnieniem napięciowym;
        - dużym wzmocnieniem mocy.
Napięcie wyjściowe w układzie OE jest odwrócone w fazie o 180^o w stosunku do napięcia wejściowego. Rezystancja wejściowa jest rzędu kilkuset W a wyjściowa wynosi kilkadziesiąt kW.

Tranzystor pracujący w układzie OB charakteryzuje się:
        - małą rezystancją wejściową;
        - bardzo dużą rezystancją wyjściową;
        - wzmocnienie prądowe blisko jedności (alfa = I_C / I_B).
    Tranzystor w tym układzie pracuje przy bardzo dużych częstotliwościach granicznych.

Tranzystor pracujący w układzie OC charakteryzuje się:
        - dużą rezystancją wejściową - co ma istotne znaczenie we wzmacniaczach małej częstotliwości;
        - wzmocnieniem napięciowym mniejsze od jedności;
        - dużym wzmocnieniem prądowym (beta + 1 = I_E / I_B.>

Więcej na: http://elementy-elektroniczne.republika.pl/tranzystory.html

TRANZYSTOR UNIPOLARNY

Tranzystory polowe w skrócie FET (Field Effect Transistor), są również nazywane unipolarnymi. Działanie tych tranzystorów polega na sterowanym transporcie jednego rodzaju nośników, czyli albo elektronów albo dziur. Sterowanie transportem tych nośników, odbywającym się w części tranzystora zwanej kanałem, odbywa się za pośrednictwem zmian pola elektrycznego przyłożonego do elektrody zwanej bramką.
Bramka jest odizolowana od kanału, a więc pomiędzy nią a pozostałymi elektrodami tranzystora polowego, znajdującymi się na obu końcach kanału (zwanych źródłem oraz drenem) występuje bardzo duża impedancja.
Tranzystory polowe zajęły obecnie miejsce tranzystorów bipolarnych, zalicza się je do najczęściej stosowanych elementów dyskretnych. Rewelacyjne efekty można uzyskać, stosując tranzystory polowe w połączeniu z obwodami scalonymi, zarówno dla niskich jak i wysokich częstotliwości.

Istnieją dwie zasadnicze grupy tranzystorów polowych, różniących się sposobem odizolowania bramki od kanału. Pierwsza to tranzystory polowe złączowe zwane także tranzystorami JFET, w których oddzielenie bramki od kanału jest wykonane za pośrednictwem zaporowo spolaryzowanego złącza p-n. W drugiej grupie tranzystorów polowych bramka jest odizolowana od kanału cienką warstwą izolatora, którym jest najczęściej dwutlenek krzemu. Tranzystory nazywane są tranzystorami z izolowaną bramką lub tranzystorami MOSFET.
Tranzystory MOSFET można podzielić dalej w zależności od rodzaju kanału na tranzystory z kanałem wbudowanym ( tranzystory normalnie załączone, tranzystory z kanałem zubożanym) oraz tranzystory z kanałem indukowanym (tranzystory normalnie wyłączone).

PYTANIA DO TRANZYSTORÓW:

JAKIMI PARAMETRAMI OPISUJE SIĘ STAN NASYCENIA TRANZYSTORA BIPOLARNEGO?

Stan nasycenia można opisać za pomocą U_CEsat (napięcie nasycenia przy określonym prądzie bazy i kolektora)

Oraz R_CEsat

JEŻELI W TRANZYSTORZE SI NPN I_C = 5,80 mA, U_BE = 0,653 V TO JEST ON W STANIE:

Nasycenia (w4,s4)

PRĄD KOLEKTORA TRANZYSTORA, ZMIERZONY PRZY ZWARCIU BAZY Z EMITEREM TO:

prąd zerowy

INNE OZNACZENIA PARAMETRÓW h TRANZYSTORA BIPOLARNEGO:

h_11e (impedancja wejściowa przy zwarciu wyjścia) ≡ h_ie

h_12e (wsteczna transmitancja napięciowa przy rozwartym wejściu) ≡ h_re

h_21e (transmitancja prądowa przy zwartym wyjściu)  ≡ h_fe (współczynnik wzmocnienia statyczny) ≡ β₀

h_22e (konduktancja - odwrotność rezystancji, a ściślej admitancja) wyjściowa przy rozwartym wejściu.) ≡ h_oe

choć parametry h12, h22 (a wbrew pozorom także h11) odgrywają mniejszą rolę i w amatorskiej praktyce często się je pomija, o tyle katalogowego parametru h21 lekceważyć nie można, bo głównie on decyduje o właściwościach wzmacniaczy tranzystorowych

KTÓRE Z PARAMETRÓW MAŁOSYGNAŁOWYCH h TRANZYSTORA BIPOLARNEGO MOŻNA W PIERWSZEJ KOLEJNOŚCI POMINĄĆ PRZY ANALIZIE UKŁADÓW:

h₁₂ - sprzężenie zwrotne (jest ono niewielkie i można je pominąć)

ZASADA DZIAŁANIA TRANZYSTORA BIPOLARNEGO TO PRZETWARZANIE WIELKOŚCI:

Napięcia i prądu:

Działanie tranzystora bipolarnego zależy od zjawisk związanych z ruchem nośników ładunku i polega na sterowaniu tym ruchem za pomocą napięcia doprowadzonego do elektrod.

TEMPERATURA ZŁĄCZA P-N ZMALAŁA O 30°C. PRĄD WSTECZNY ZŁĄCZA:

Zmaleje

W TRANZYSTORZE SI NPN I_C = 0,35 mA, U_CE = 6,53 mV. JEST ON W STANIE:

Nasycenia

TEMPERATURA ZŁĄCZY TRANZYSTORA NPN ZMALAŁA O 20 DEG. NAPIĘCIE U_BEQ W STANIE NORMALNYM AKTYWNYM:

Wzrosło

ZASTOSOWANIE DZIELNIKA NAPIĘCIA ZASILANIA DO POLARYZACJI BAZY TRANZYSTORA W UKŁADZIE WZMACNIACZA DAJE:

Możliwość sterowania wzmocnieniem sygnału

PODSTAWOWE TYPY PRZEBICIA ZŁĄCZA P-N

Przebicie Zenera (ujemny współczynnik temperaturowy)występuje w złączach PN silnie domieszkowanych przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym. Przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym natężenie pola w cienkiej warstwie zaporowej może osiągnąć tak duże wartości, że jest możliwe wyrwanie elektronu z wiązania kowalencyjnego atomów w sieci krystalicznej. W rezultacie zerwania wiązania atomów powstaje para nośników elektron-dziura.

Przebicie lawinowe (dodatni współczynnik temperaturowy)występuje w złączach PN (słabo domieszkowanych) o szerokiej warstwie zaporowej spolaryzowanych w kierunku zaporowym. Zjawisko to polega na rozerwaniu wiązania atomów w sieci krystalicznej w skutek dostarczenia energii przez swobodny nośnik ładunku rozpędzony w silnym polu elektrycznym.

JAKIE PRZEBICIE ZŁĄCZA PÓŁPRZEWODNIKOWEGO MA DODATNI WSPÓŁCZYNNIK TEMPERATUROWY NAPIĘCIA PRZEBICIA? JAKIE ZNASZ INNE TYPY PRZEBICIA? (W2, S3)

Dodatni współczynnik temperaturowy ma przebicie lawinowe.

Pozostałe typ przebicia to przebicie Zenera (ujemny współczynnik temp.) oraz przebicie cieplne.

DIODY

Dioda półprzewodnikowa – rodzaj diody wykonanej z materiałów półprzewodnikowych i zawierającej złącze prostujące. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych – typu n i typu p, tworzących razem złącze p-n, lub z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem – dioda Schottky'ego. Jest elementem dwukońcówkowym, przy czym końcówka dołączona do obszaru n nazywa się katodą, a do obszaru p – anodą. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu – od anody do katody, w drugą stronę prąd nie płynie (zawór elektryczny).

Typy diod:

• Diody uniwersalne są to diody germanowe i krzemowe charakteryzujące się niewielkim zakresem napięć (do 100 V) i prądów (do 100 mA) oraz częstotliwością pracy ograniczoną do kilkudziesięciu megaherców. Przeznaczone są głownie do stosowania w układach detekcyjnych i prostowniczych małej mocy.

• Dioda prostownicza – dioda przeznaczona głównie do prostowania prądu przemiennego, jej główną cechą jest możliwość przewodzenia prądu o dużym natężeniu.

• Dioda impulsowa - dioda, która charakteryzuje się bardzo dużą szybkością pracy - rzędu nanosekund lub mikrosekund przy wyższych napięciach

• Dioda Zenera (inaczej: stabilistor) – odmiana diody półprzewodnikowej, której głównym parametrem jest napięcie przebicia złącza p-n. Po przekroczeniu napięcia przebicia ma miejsce nagły, gwałtowny wzrost prądu. W kierunku przewodzenia (anoda spolaryzowana dodatnio względem katody) zachowuje się jak normalna dioda, natomiast przy polaryzacji zaporowej (katoda spolaryzowana dodatnio względem anody) może przewodzić prąd po przekroczeniu określonego napięcia na złączu, zwanego napięciem przebicia

• Dioda Schottky'ego – dioda półprzewodnikowa, w której w miejsce złącza p-n zastosowano złącze metal-półprzewodnik. Charakteryzuje się małą pojemnością złącza, dzięki czemu typowy czas przełączania wynosi tylko około 100 ps.

• Dioda pojemnościowa – dioda półprzewodnikowa, w której wykorzystuje się zjawisko zmiany pojemności złącza p-n pod wpływem zmiany napięcia przyłożonego w kierunku zaporowym.

• LED - elektroluminescencyjna (diody emitujące promieniowanie)

• Światłoczułe (fotodiody)

CZYM DIODA SCHOTTKY’EGO ODRÓŻNIA SIĘ OD ZWYKŁYCH DIOD PROSTOWNICZYCH:

W diodach Schottky'ego zamiast złącza p-n wykorzystane jest złącze m-s (metal-półprzewodnik)

KUPIONO TRZY DIODY LED O RÓŻNYCH KOLORACH ŚWIECENIA. KTÓRA Z NICH BĘDZIE MIAŁA NAJWYŻSZE NAPIĘCIE PROGOWE U_T0 PRZEWODZENIA:

Poszczególne barwy maja różne napięcia progowe (1,5-3V). Najwyższe napięcie ma dioda LED biała oraz niebieska.

Z KTÓRĄ CZĘŚCIĄ CHARAKTERYSTYKI DIODY MOŻE BYĆ ZWIĄZANE ZJAWISKO ZENERA? CZY WE WSZYSTKICH DIODACH?

Napięcie przebicia (napięcie Zenera) .

Przebicie Zenera występuje w złączach silnie domieszkowanych przy napięciach do 5V

ZASILACZ IMPULSOWY

Zasilacz impulsowy – zasilacz zbudowany w oparciu o przetwornicę napięcia.

Zalety zasilacza impulsowego:

• małe rozmiary oraz niewielka masa, przy stosunkowo dużej mocy w porównaniu do zasilaczy transformatorowych

• Szeroki zakres napięcia wejściowego np. od 100 do 240V, co umożliwia użytkowanie we wszystkich krajach świata.

• zabezpieczenia przed zwarciem wbudowane w układy kontrolne zasilacza

• odporność na zakłócenia z sieci

• odporność na krótkie zaniki napięcia

• niższy koszt wytworzenia

Wady:

• źle skonstruowany lub zbudowany ze złej jakości elementów może powodować zakłócenia na wysokiej częstotliwości (kompatybilność elektromagnetyczna) oraz niestabilną pracę podłączonych urządzeń

• skomplikowana budowa pod względem ilości części potrzebnych do pracy, przez co zasilacze impulsowe małej mocy były droższe niż tradycyjne. Na początku XXI w wprowadzono układy scalone, w wyniku czego nawet zasilacze o mocy kilku watów są tańsze od tradycyjnych.

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Wzmacniacz operacyjny to wielostopniowy, wzmacniacz różnicowy prądu stałego, charakteryzujący się bardzo dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym rzędu stu kilkudziesięciu decybeli i przeznaczony zwykle do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego, który decyduje o głównych właściwościach całego układu

IDEALNY WZMACNIACZ CHARAKTERYZUJE SIĘ:

• nieskończenie dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym:

• zerowym wejściowym napięciem niezrównoważenia

• nieskończenie dużą impedancją wejściową,

• zerową impedancją wyjściową,

• nieskończenie szerokim pasmem przenoszonych częstotliwości,

• nieskończenie dużym zakresem dynamicznym sygnału,

• zerowy prąd wejściowy.

PARAMETRY RZECZYWISTEGO WZMACNIACZA ODBIEGAJĄ OD TYCH ZAŁOŻEŃ, I TAK:

• wzmocnienie napięciowe sygnału różnicowego nie jest nieskończenie wielkie, choć bardzo duże i wynosi

[μA741 – 2×10⁵ V/V];

• tłumienie wejściowego napięcia niezrównoważenia nie jest nieskończone; podaje się współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego CMRR (Common Mode Rejection Ratio), który w decybelach określa o ile mniejsze jest wzmocnienie sygnału wspólnego od wzmocnienia różnicowego (rzędu 80-140dB [μA741 – 90 dB]);

• impedancja wejściowa nie jest nieskończenie wielka, choć bardzo duża - rzędu megaomów [μA741 – 2 MΩ]; wzmacniacz stanowi niewielkie obciążenie dla źródła sygnału (prądy wejściowe są rzędu nanonamperów lub nawet pikoamperów [μA741 – 20nA])

• impedancja wyjściowa nie jest równa zeru (rzędu kilkuset omów[μA741 – 75 Ω]);

• pasmo przenoszenia sygnałów nie jest nieograniczone, powyżej częstotliwości granicznej wzmocnienie zaczyna spadać [μA741 – 1 MHz];

• wejścia wzmacniacza nie są idealnie symetryczne, ze względu na ich asymetrię definiuje się tzw. wejściowe napięcie niezrównoważenia - jest to napięcie różnicowe (od 1 mikrowolta do kilku miliwoltów [μA741 – 1 mV]), jakie trzeba podać na wejścia, aby napięcie wyjściowe było równe zero.

PODAJ I UZASADNIJ ZESTAW KILKU NAJWAŻNIEJSZYCH CECH WSPÓŁCZESNEGO WZMACNIACZA OPERACYJNEGO.

• współczynnik wzmocnienia osiąga bardzo duże, ale skończone wartości- w typowych układach K=10⁴-10⁷.

• napięcie wyjściowe jest ograniczone- zwykle mniejsze o 1-2V od napięcia zasilania

• sygnał na wyjściu powinien być równy zeru, gdy na obu wejściach występują jednakowe sygnały względem masy. Jednakowy sygnał podany na oba wejścia jest nazywany sygnałem wspólnym

• niewielka impedancja wyjściowa

• właściwości wzmacniaczy są zależne od temperatury

• wzmacniacze wytwarzają zakłócenia własne

SPODZIEWAMY SIĘ PO ZASTOSOWANIU WO BEZ KOMPENSACJI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ W UKŁADZIE Z SILNYM USZ?

Może dojść do niespełnienia warunku stabilności i układ może stać się generatorem.

W CZYM PRZESZKADZA CI PARAMETR SR W WO?

SR charakteryzuje jak szybko WO może przetwarzać sygnał, przy zbyt dużych częstotliwościach zaczyna go zniekształcać

CZWÓRNIKI

Czwórnik, dwuwrotnik to obwód elektryczny lub element obwodu, który posiada cztery zaciski, uporządkowane w dwie pary (nazywane także wrotami). Jedna z par stanowi wejście czwórnika, a druga wyjście.

czwórnik aktywny — czwórnik, którego sygnał wyjściowy ma wartość większą od wartości sygnału wejściowego; do czwórników aktywnych zalicza się wzmacniacze

JAKIE WŁAŚCIWOŚCI MUSZĄ MIEĆ CZWÓRNIKI, ABYŚ MÓGŁ ZASTOSOWAĆ ELEMENTARNĄ TEORIĘ SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO?

Unilateralność – przepływ sygnału tylko w jedną stronę Liniowość – jedno z założeń działania SZ

JAKIE REZYSTANCJE WEJŚCIOWĄ I WYJŚCIOWĄ POWINIEN MIEĆ IDEALNY CZWÓRNIK DO PRZETWARZANIA Ii->Io ?

Ri=0 - chcemy mieć idealne źródło prądowe, które jak wiadomo pracuje na zwarciu.

Ro=∞ - nie chcemy podziału prądu wyjściowego.

DWA LINIOWE, UNILATERALNE CZWÓRNIKI POŁĄCZONO KASKADOWO (WEJŚCIE DRUGIEGO Z WYJŚCIEM PIERWSZEGO). WYPADKOWA TRANSMIT. K_UO :

k_uo=k_uo2*(R_i2/(R_i2+R_o1))*k_uo1

SPRZĘŻENIE ZWROTNE

Sprzężenie zwrotne (ang. feedback) – oddziaływanie sygnałów stanu końcowego (wyjściowego) procesu (systemu, układu), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez układ informacji o własnym działaniu (o wartości wyjściowej). Ponieważ matematycznym, jednoznacznym opisem bloku gałęzi zwrotnej jest transmitancja to informacja ta może być modyfikowana przez transmitancję bloku gałęzi zwrotnej.

Wyróżnia się:

• sprzężenie zwrotne dodatnie, DSZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej dodaje się do wartości referencyjnej w węźle sumacyjnym oraz

• sprzężenie zwrotne ujemne, USZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej odejmuje się w węźle sumacyjnym od wartości referencyjnej.

Sprzężenie zwrotne dodatnie polega na tym, że w sytuacji zakłócenia jakiegoś parametru w układzie, układ ten dąży do zmiany wartości parametru w kierunku zgodnym (stąd - "dodatnie") z kierunkiem, w którym nastąpiło odchylenie od "zadanej" wartości. Sprzężenie zwrotne dodatnie powoduje zatem narastanie odchylenia.

zalety:

• wywoła zwiększenie maksymalnego wzmocnienia do wartości k+

wady:

• stabilność wzmacniacza ulega zmniejszeniu

• pasmo przenoszenia wzmacniacza ulegnie ograniczeniu do częstotliwości ω+

Ujemne sprzężenie zwrotne:

zalety:

• zmniejszenie wrażliwości układu na zmiany parametrów elementów, warunków zasilania, czynników zewnętrznych itp.,

• zmniejszenie zniekształceń nieliniowych, zakłóceń, szumów,

• możliwość rozszerzania pasma przenoszenia wzmacniacza i kształtowania zadanych charakterystyk częstotliwościowych,

• możliwość zmiany wartości impedancji wejściowej i wyjściowej.

wady:

• przy jego zastosowaniu uzyskuje się mniejsze wzmocnienia, co z kolei wymaga stosowania większej ilości stopni wzmocnienia lub lamp o dużym wzmocnieniu.

Podsumowując, można stwierdzić, że ujemne sprzężenie zwrotne pozwala korzystnie modyfikować własności aparatury elektronicznej : zwiększać jej stabilność, redukować współczynnik szumów, poszerzać pasmo częstotliwości. Zmniejszenie efektywnego współczynnika wzmocnienia dla dzisiejszej techniki elektronicznej nie jest w zasadzie przeszkodą.
Ujemne sprzężenie zwrotne stosuje się w układach tranzystorowych do stabilizacji punktu pracy - za pomocą rezystora RE umieszczanego w emiterze. Występuje ono także pod postacią efektu Millera, (pojemność CBK) powodującego ograniczenie wzmocnienia dla wysokich częstotliwości.
Dodatnie sprzężenie zwrotne oddziałuje niekorzystnie na układ i we współczesnych urządzeniach elektronicznych jest w zasadzie stosowane tylko w generatorach.

POZOSTAŁE PYTANIA DO SZ:

JAKIE ZALETY MA ZASTOSOWANIE UJEMNEGO SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO (USZ) W UKŁADACH ELEKTRONICZNYCH?

Umożliwia budowę systemów samoregulacyjnych, które dzięki odpowiednio dobranej sile USZ zapewniają stabilną i przewidywalną pracę. Zastosowanie USZ zwiększa odporność układu na zewnętrzne zniekształcenia.

JAKIE WADY DOSTRZEGASZ W ZASTOSOWANIU UJEMNEGO SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO W UKŁADACH ELEKTRONICZNYCH?

Źle dobrana siła USZ może doprowadzić do spełnienia warunków generacji, tym samym zmieniając wzmacniacz w generator, co zwykle jest niepożądane.

KTÓRY SKŁADNIK UKŁADU Z USZ POWINIEN MIEĆ NAJWYŻSZĄ JAKOŚĆ? UZASADNIJ ODPOWIEDŹ.

Największą wagę przykłada się do składnika regulacji (blok beta), ponieważ ma on największy wpływ na wyjściowy poziom zakłóceń układu. Jeśli nie zadbamy o prawidłową regulację tego składnika, to układ będzie niestabilny.

SFORMUŁUJ KRYTERIUM STABILNOŚCI UKŁADU Z USZ W OPARCIU O APROKSYMACYJNE WYKRESY BODE’GO. JAKIE SĄ METODY SPEŁNIENIA WARUNKU STABILNOŚCI?

Podstawowym kryterium jest tu stwierdzenie, iż moduły k i 1/β nie mogą przecinać się z różnicą nachyleń większą niż 40dB.

SFORMUŁUJ WARUNEK GENERACJI W UKŁADZIE ZE SPRZĘŻENIEM ZWROTNYM, SKOMENTUJ GO.

Ogólny warunek: 1-k*β=>0, czyli k*β=1. Warunek modułu sygnału wejściowego musi być większy lub równy sygnałowi wejścia. DSZ musi być dostatecznie silne, by to zapewnić. Warunek fazowy wymusza brak opóźnienia w fazie między wyjściem, a wejściem, np. maksimum sygnału na wyjściu i wejściu wypada w tym samym momencie.

ROZWIŃ TEMAT: ZA POMOCĄ USZ MOŻNA IDEALIZOWAĆ PRZETWORNIK SYGNAŁU.

USZ zmniejsza wzmocnienie, zwiększając odporność układu na zakłócenia zewnętrzne i temperaturę otoczenia.

JAKI PARAMETR SŁUŻY DO OCENY RODZAJU I STOPNIA SZ?

Do oceny czy SZ jest dodatnie czy ujemne służy różnica zwrotna, gdy F<1 to DSZ, gdy F>1 to USZ. Do oceny siły SZ służy wzmocnienie.

http://fiszkoteka.pl/zestaw/60906-podstawy-elektroniki-2