Elementy i Układy Elektroniki

Program szczegółowy:

Część I - Elementy i układy analogowe

1. Podstawowe elementy elektroniczne
   - elementy bierne: rezystancje, pojemności i indukcyjności
   - parametry, opis, oznaczenia
   - analiza stanów nieustalonych w obwodach RLC
   - elementy analizy obwodów nieliniowych

2. Półprzewodniki
   - pasmowy model atomu
   - diody: złączowa, pojemnościowa (warikap), elektroluminescencyjna, Zenera, tunelowa. Zasada działania, charakterystyki, podstawowe parametry
   - tranzystor bipolarny. Budowa i zasada działania, modele matematyczne, parametry hybrydowe, charakterystyki, podstawowe parametry, podstawowe układy pracy
   - tranzystor polowy . Podział, zasada działania, charakterystyki, podstawowe parametry, podstawowe układy pracy
   - tyrystor, triak diak.
   - układy scalone analogowe
   - elementy optoelektroniczne

3. Prostowniki i stabilizatory
   - prostowniki jedno i wielofazowe, filtry.
   - stabilizatory (z diodą Zenera, wybrane układy scalone)
   - prostowniki sterowane
   - źródło prądowe

4. Wzmacniacze
   - sprzężenie zwrotne, zasada pracy, wykorzystanie
   - wzmacniacze audio, klasy pracy A, B, AB, C
   - wzmacniacz różnicowy
   - wzmacniacze operacyjne, cechy charakterystyczne, parametry
   - układy całkujące i różniczkujące
   - układy regulatorów P, PI, PID

5. Wybrane układy generacyjne

6. Modulacja amplitudy i fazy, modulatory i demodulatory
   

Część II- Elementy i układy cyfrowe

1. Systemy cyfrowe
   - zapis dwójkowy, ósemkowy, heksagonalny
   - wybrane systemy kodowania dwójkowego (NKB, kod Greya, ASCII itp.)
   - elementy algebry Boole'a

2. Bramki logiczne
   - AND/NAND
   - OR/NOR
   - XOR
   - metody minimalizacji liczby bramek

3. Podstawowe grupy scalonych układów logicznych:
   - TTL
   - CMOS

4. Przerzutniki i układy liczące

5. Przetworniki A/C i C/A

6. Wprowadzenie do technik mikroprocesorowych
   
   

Literatura:

1. Rusek M, Pasierbiński J. Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach, WNT, Warszawa 1999

2. Watson J., Elektronika, WkiŁ, Warszawa 1999

3. Hempowicz P. (i inni), Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków, WNT, Warszawa 1999

4. Filipkowski A., Układy elektroniczne, analogowe i cyfrowe, WNT, Warszawa 1995

5. Hasse L. ( i inni), Zakłócenia w aparaturze elektronicznej, Radioelektronik Sp. Z o.o., Warszawa 1995

6. Malzacher S. (i inni), Elektronika przemysłowa, Skrypt Politechniki Śląskiej Nr 1438, Gliwice 1989

Rezystory stałe i zmienne (potencjometry)

Rezystory stałe:

1. drutowe -
   drut oporowy nawinięty na korpus ceramiczny - zwykle przy większych mocach od 1 do 50W

2. niedrutowe:
   - objętościowe
   - warstwowe: węglowe, metalowe, tlenkowe, cermetowe

Węglowe

-długość od kilku do kilkudziesięciu mm, mieszanina węglowa pokryta lakierem ochronnym. Temperaturowy współczynnik rezystancji ok. 0.12%/deg, moc od 0.125W do 3W

Tlenkowe

-warstwa tlenku metalu pokrywa walec ceramiczny. Temperaturowy współczynnik rezystancji ok. 0.025%/deg (stąd nazywane są czasami rezystorami wysokostabilnymi), moc od 0.125W do 3W

Potencjometry o charakterystykach:

1. Liniowych

2. Logarytmicznych

3. Wykładniczych

Potencjometry:

1. kompozycyjne (węglowe)

2. cermetowe

3. metalizowane

4. drutowe

1. jednoobrotowe

2. wieloobrotowe

Schematy zastępcze rezystora:

Znormalizowane szeregi wartości rezystancji (i pojemności!) :

Szereg E6±20%

10

15

22

33

47

68

Szereg E12 ±10%

10

12

15

18

22

27

33

39

47

56

68

82

Szereg E24 ±5%

10	11	12	13	15	16	18	20	22	24	27	30
33	36	39	43	47	51	56	62	68	75	82	91

Międzynarodowy kod znakowania rezystorów:

Wartości:

Kolor paska	Cyfra	Mnożnik	Tolerancja ±%	Współczynnik temperaturowy rezystancji ppm/K (10^-6/K)
Czarny	0	10^0	20	200
Brązowy	1	10^1	1	100
Czerwony	2	10^2	2	50
Pomarańczowy	3	10^3	3	15
Żółty	4	10^4	0..+100	25
Zielony	5	10^5	0.5	5
Niebieski	6	10^6	0.25	10
Fioletowy	7	10^9	0.1	5
Szary	8	10^-2	-	1
Biały	9	10^-1	-	-
Złoty	-	10^-1	5	-
Srebrny	-	10^-2	10	-

Inne sposoby oznaczania rezystancji:

• Symbole literowe w miejscu przecinka:

0R1=0.1 Ω

0E5=0,5 Ω

4k7=4,7 kΩ

22M=22 MΩ

• Kody 3 (4)-cyfrowy, w których 2 (3) znaki są cyframi o najwyższym znaczeniu, a ostatnia cyfra oznacza liczbę zer:

100=10 Ω

101= 100 Ω

4754=4,75 MΩ

Temperaturowy współczynnik rezystancji:

Zależność dopuszczalnej mocy obciążenia rezystora od temperatury otoczenia

Kondensatory:

1. Folia aluminiowa przełożona cienkim dielektrykiem (myl ar, poliester, polistyren, poliwęglany) C=10pF..1μF

2. Ceramiczne - przy małych pojemnościach i większych dopuszczalnych wartościach prądu upływu- dielektryk ceramiczny z każdej strony metalizowany i pokryty grubszą warstwą ochronną C=10pF..1μF

3. Elektrolityczne - przy większych pojemnościach - gorsza tolerancja (nawet do 50%), konieczność zachowania odpowiedniej biegunowości!

4. Kondensatory zmienne

Schematy zastępcze kondensatorów:

Schemat zastępczy kondensatora elektrolitycznego:

Parametry kondensatorów:

• C pojemność znamionowa (wg szeregów E3, E6 E12 E24 itp.) wraz z tolerancją

• δ kąt strat elektrycznych (90°-ϕ) ϕ - kąt pomiędzy prądem a napięciem w rzeczywistym kondensatorze.

• tg δ - stratność dielektryczna - podawana dla ściśle określonej częstotliwości pomiarowej, zwykle 1kHz, 1MHz lub 100Hz - zależy od częstotliwości i temperatury

• U_n napięcie znamionowe (25,63,100,160,250V, ...)

• U_p napięcie probiercze - wartość napięcia, jaką musi wytrzymać kondensator przez ściśle określony czas - zwykla 1min (U_p=1.4..2.5Un), jest to napięcie, jakim badano kondensator w trakcie prób.

• dopuszczalne napięcie przemienne

• R_i rezystancja izolacji

• temperaturowy współczynnik pojemności

• τ=R_i C - stała czasowa kondensatora

• I_u - prąd upływu (zamiast rezystancji izolacji)

Ze względu na przeznaczenie:

• prądu przemiennego (50Hz)

• impulsowe

• wielkiej częstotliwości

• przeciwzakłóceniowe

• wysokonapięciowe

Temperaturowy współczynnik pojemności:

Induktory (cewki indukcyjne)

1. Cewki

• Wzorcowe

• Malej częstotliwości

• Dużej częstotliwości

• Odchylające

• Ogniskujące

• Magnesujące(pomiarowe

2. Dławiki

• Filtrów zasilaczy

• Małej częstotliwości

• Wielkiej częstotliwości

• Przeciwzakłóceniowe

Schematy zastępcze cewek indukcyjnych

Podstawowe parametry induktorów:

• Indukcyjność znamionowa

• Dobroć (lub tangens kąta star)

• Moc (lub prąd dopuszczalny)

• Temperaturowy współczynnik indukcyjności

• Liczba zwojów

• Rodzaj i grubość przewodu nawojowego

• Sposób ekranowania

• Typ rdzenia dla induktorów magnetowodowych

• Zakres regulacji indukcyjności dla induktorów zmiennych

Dobroć

Temperaturowy współczynnik indukcyjności:

Transformatory w elektronice:

• Sieciowe

• Głośnikowe

• Sprzęgające m.cz i w.cz.

• Impulsowe

• Odchylania pionowego (do OTV)

• Izolujące

• inne

Stany nieustalone w obwodach RLC

Szeregowe połączenie RC:

Napięcie na kondensatorze związane jest z dostarczeniem ładunku do okładek kondensatora:

Po zróżniczkowaniu obu stron równania (dla U=const) otrzymamy:

Rozwiązaniem takiego równania jest:

Gdzie T nazywa jest stałą czasową

W pierwszej chwili załączenia napięcie na kondensatorze jest równe zeru, więc prąd w czasie t=0 jest równy:

W stanie ustalonym dla t→∞ (w stanie ustalonym kondensator nie przewodzi prądu stałego):

Dla dowolnej chwili prąd płynący w szeregowym obwodzie RC można wyrazić zależnością:

Szeregowe połączenie RL:

Równanie uproszczone dla stanu przejściowego:

Rozwiązanie dla stanu przejściowego jest:

Gdzie T jest stałą czasową obwodu. Dokładne rozwiązane znajdujemy dla warunków początkowych t=0 I=0, dla t→∞:

Stąd:

Pierwsza
cyfra
wartości

Druga
cyfra
wartości

mnożnik

Tolerancja

Żółty-4 Fiolet-7 Pomarańcz-3 zera Tol-5% = 47000Ω±5%

mnożnik

Tolerancja

Żółty-4 Fiolet-7 Pomarańcz-3 czarny -mnożnik 1 Tol-5% = 473Ω±5%

Druga
cyfra
wartości

Pierwsza
cyfra
wartości

Trzecia cyfra wartości

Żółty-4 Fiolet-7 Pomarańcz-3 Czarny -mnożnik 1 Tol-3% = 473Ω±3% ppm/K = ±1

Trzecia cyfra wartości

Mnożnik

Tolerancja

Druga
cyfra
wartości

Pierwsza
cyfra
wartości

Współczynnik temperaturowy

---