Elementy i Układy Elektroniki
Program szczegółowy:
Część I - Elementy i układy analogowe
Podstawowe elementy elektroniczne
- elementy bierne: rezystancje, pojemności i indukcyjności
- parametry, opis, oznaczenia
- analiza stanów nieustalonych w obwodach RLC
- elementy analizy obwodów nieliniowych
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
Prostowniki i stabilizatory
- prostowniki jedno i wielofazowe, filtry.
- stabilizatory (z diodą Zenera, wybrane układy scalone)
- prostowniki sterowane
- źródło prądowe
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
Wybrane układy generacyjne
Modulacja amplitudy i fazy, modulatory i demodulatory
Część II- Elementy i układy cyfrowe
Systemy cyfrowe
- zapis dwójkowy, ósemkowy, heksagonalny
- wybrane systemy kodowania dwójkowego (NKB, kod Greya, ASCII itp.)
- elementy algebry Boole'a
Bramki logiczne
- AND/NAND
- OR/NOR
- XOR
- metody minimalizacji liczby bramek
Podstawowe grupy scalonych układów logicznych:
- TTL
- CMOS
Przerzutniki i układy liczące
Przetworniki A/C i C/A
Wprowadzenie do technik mikroprocesorowych
Literatura:
Rusek M, Pasierbiński J. Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach, WNT, Warszawa 1999
Watson J., Elektronika, WkiŁ, Warszawa 1999
Hempowicz P. (i inni), Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków, WNT, Warszawa 1999
Filipkowski A., Układy elektroniczne, analogowe i cyfrowe, WNT, Warszawa 1995
Hasse L. ( i inni), Zakłócenia w aparaturze elektronicznej, Radioelektronik Sp. Z o.o., Warszawa 1995
Malzacher S. (i inni), Elektronika przemysłowa, Skrypt Politechniki Śląskiej Nr 1438, Gliwice 1989
Rezystory stałe i zmienne (potencjometry)
Rezystory stałe:
drutowe -
drut oporowy nawinięty na korpus ceramiczny - zwykle przy większych mocach od 1 do 50W
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:
Liniowych
Logarytmicznych
Wykładniczych
Potencjometry:
kompozycyjne (węglowe)
cermetowe
metalizowane
drutowe
jednoobrotowe
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 |
100 |
20 |
200 |
Brązowy |
1 |
101 |
1 |
100 |
Czerwony |
2 |
102 |
2 |
50 |
Pomarańczowy |
3 |
103 |
3 |
15 |
Żółty |
4 |
104 |
0..+100 |
25 |
Zielony |
5 |
105 |
0.5 |
5 |
Niebieski |
6 |
106 |
0.25 |
10 |
Fioletowy |
7 |
109 |
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:
Folia aluminiowa przełożona cienkim dielektrykiem (myl ar, poliester, polistyren, poliwęglany) C=10pF..1μF
Ceramiczne - przy małych pojemnościach i większych dopuszczalnych wartościach prądu upływu- dielektryk ceramiczny z każdej strony metalizowany i pokryty grubszą warstwą ochronną C=10pF..1μF
Elektrolityczne - przy większych pojemnościach - gorsza tolerancja (nawet do 50%), konieczność zachowania odpowiedniej biegunowości!
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
Un napięcie znamionowe (25,63,100,160,250V, ...)
Up napięcie probiercze - wartość napięcia, jaką musi wytrzymać kondensator przez ściśle określony czas - zwykla 1min (Up=1.4..2.5Un), jest to napięcie, jakim badano kondensator w trakcie prób.
dopuszczalne napięcie przemienne
Ri rezystancja izolacji
temperaturowy współczynnik pojemności
τ=Ri C - stała czasowa kondensatora
Iu - prąd upływu (zamiast rezystancji izolacji)
Ze względu na przeznaczenie:
prądu przemiennego (50Hz)
impulsowe
wielkiej częstotliwości
przeciwzakłóceniowe
wysokonapięciowe
Temperaturowy współczynnik pojemności:
Induktory (cewki indukcyjne)
Cewki
Wzorcowe
Malej częstotliwości
Dużej częstotliwości
Odchylające
Ogniskujące
Magnesujące(pomiarowe
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