Podzespoły stosowane w układach elektronicznych
GALERIA ZDJĘĆ
Galeria przedstawia zdjęcia opatrzone krótkimi opisami:
elementów biernych, m.in. rezystorów, kondensatorów, cewek,
elementów półprzewodnikowych, m.in. diod, tranzystorów, diaków, triaków, tyrystorów, układów scalonych, elementów optoelektronicznych.
Spis treści
RezystoryRezystory
Potencjometry – rezystory zmiennePotencjometry – rezystory zmienne
KondensatoryKondensatory
CewkiCewki
DiodyDiody
TranzystoryTranzystory
Układy scaloneUkłady scalone
Elementy optoelektroniczneElementy optoelektroniczne
DiakiDiaki
TriakiTriaki
TyrystoryTyrystory
Rezystory
Prawo Ohma
Rezystancja jest wprost proporcjonalna do spadku napięcie na rezystorze i odwrotnie proporcjonalna do prądu płynącego przez ten rezystor.
,
gdzie:
- rezystancja [],
- napięcie elektryczne [],
- natężenie prądu elektrycznego [] .
Rezystancja przewodnika jest wprost proporcjonalna do rezystywności i długości przewodnika oraz odwrotnie proporcjonalna do jego przekroju.
,
gdzie:
- rezystywność przewodnika [],
- długość przewodnika [],
- przekrój poprzeczny przewodnika [] .
Rezystory należą do pasywnych – biernych (odbiorczych) elementów układów elektrycznych, w których energia przepływającego prądu elektrycznego jest zamieniana na energię cieplną i bezpowrotnie tracona.
Służą do ograniczania prądu płynącego w danym obwodzie lub do uzyskania właściwego napięcia. W normalnych warunkach pracy rezystory liniowe charakteryzują się proporcjonalną zależnością napięcia od prądu.
W celu przedstawienia właściwości rezystorów podaje się ich parametry
Rezystancja nominalna – rezystancja podawana przez producenta na obudowie opornika; rezystancja rzeczywista różni się od rezystancji nominalnej, jednak zawsze mieści się w podanej klasie tolerancji. Jednostką rezystancji jest om [].
Wartości rezystancji nominalnej rezystorów są znormalizowane i należą do jednego z szeregów liczbowych oznaczonych jako , , , itd. Liczba obok litery oznacza ilość wartości rezystancji przypadających na jedną dekadę np. w szeregu na każdą dekadę przypada wartości rezystancji.
Z określonymi szeregami powiązana jest tolerancja, czyli dopuszczalne odchylenie od wartości nominalnej.. Typowe tolerancje dla poszczególnych szeregów wynoszą:
– tolerancja ,
- tolerancja ,
- tolerancja ,
- tolerancja .
Szereg | Wartości szeregu |
---|---|
10 - 15 - 22 - 33 - 47 - 68 | |
10 - 12 - 15 - 18 - 22 - 27 - 33 - 39 - 47 - 56 - 68 - 82 | |
10 - 11 - 12 - 13 - 15 - 16 - 18 - 20 - 22 - 24 - 27 - 30 - 33 - 36 - 39 - 43 - 47 - 51 - 56 - 62 - 68 - 75 - 82 - 91 | |
100 - 105 - 110 - 115 - 121 - 127 - 133 - 140 - 147 - 154 - 162 - 169 - 178 - 187 - 196 - 205 - 215 - 226 - 237 - 249 - 261 - 274 - 287 - 301 - 316 - 332 - 348 - 365 - 383 - 402 - 422 - 442 - 464 - 487 - 511 - 536 - 562 - 590 - 619 - 649 - 681 - 715 - 750 - 787 - 825 - 866 - 909 - 953 |
Tolerancja (klasa dokładności) podawana w procentach [] jest to możliwa odchyłka rzeczywistej wartości rezystancji opornika od jego wartości nominalnej.
Moc znamionowa – jest to największa dopuszczalna moc wydzielana na rezystorze przy pracy ciągłej przy temperaturze mniejszej niż , przekroczenie tej wartości może prowadzić do zmian innych parametrów rezystora lub jego uszkodzenia, jednostką mocy jest wat [].
Napięcie graniczne – jest to maksymalne napięcie stałe lub amplituda napięcia zmiennego, jakie może być dołączone do rezystora w sposób ciągły, bez obawy o jego zniszczenie, podawane w woltach [].
Temperaturowy współczynnik rezystancji TWR, TCR – współczynnik określający zmiany rezystancji pod wpływem zmian temperatury opornika, wartość TWR podaje się w , lub ( – Klewin, czyli procent zmian na stopień Kelwina).
Współczynnik szumów – określa szumy, czyli zakłócenia wprowadzane przez rezystor, wartość podaje się zazwyczaj w .
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Potencjometry – rezystory zmienne
Rezystory zmienne (regulowane) dają możliwość ciągłej, bezstopniowej zmiany wartości rezystancji. Mają trzy wyprowadzenia. Potencjometr to opornik z możliwością zmiany rezystancji przez użytkownika. Rozróżnia się rezystory zmienne obrotowe i suwakowe.
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.
Zmiany rezystancji dokonuje się poprzez zmianę położenia styku (ślizgacza) na ścieżce oporowej. Ślizgacz jest sprzężony z pokrętłem lub suwakiem. Ścieżkę oporową wykonuje się z węgla, plastiku lub zwojów drutu oporowego. Dwa wyprowadzenia są zakończeniami ścieżki oporowej, trzeci jest połączony ze ślizgaczem.
Potencjometr działa na zasadzie klasycznego dzielnika napięcia. Typowym zastosowaniem potencjometrów jest regulacja prądu lub napięcia w urządzeniach elektrycznych, np. głośności w sprzęcie audio, ale także w przemyśle i komunikacji (regulacja prędkości obrotowej silników).
Rezystancja między końcówką początkowa () i końcówką ślizgacza (), w zależności od jej położenia (), może zmieniać się:
liniowo, oznaczono literą ,
logarytmicznie, oznaczono ,
wykładniczo, oznaczono .
Potencjometry o charakterystyce:
liniowej najczęściej stosuje się do regulacji napięcia,
logarytmicznej - do regulacji siły głosu,
wykładniczej - do regulacji barwy głosu.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Kondensatory
Podstawowym elementem pojemnościowym jest kondensator, który jest stosowany w układach prądu stałego i zmiennego. Posiada zdolność do gromadzenia energii pola elektrycznego.
Kondensator to bierny element elektroniczny zbudowany z dwóch przewodników (okładzin), które są rozdzielone dielektrykiem (materiałem izolacyjnym). W zależności od rodzaju zastosowanego dielektryka mówimy o różnych typach kondensatorów.
Doprowadzenie napięcia do okładzin kondensatora powoduje zgromadzenie się na nich ładunku elektrycznego , opisanego zależnością: ,
gdzie: - ładunek elektryczny [],
- pojemność kondensatora [],
- napięcie elektryczne [].
Pojemność kondensatora zależy od pola powierzchni okładzin , odległości d między nimi (grubość dielektryka) oraz wartości przenikalności elektrycznej dielektryka i jest wyrażona wzorem: ,
gdzie: - pojemność kondensatora [],
- pole powierzchni okładzin kondensatora [],
- grubość izolatora pomiędzy płytkami (okładzinami kondensatora) [],
- wartość przenikalności elektrycznej (epsilon) .
W celu przedstawienia właściwości kondensatorów podaje się ich parametry
Pojemność znamionowa () – wyrażana w faradach [], określa zdolność kondensatora do gromadzenia ładunków elektrycznych. Ta wartość jest podawana na obudowie kondensatora jako ciąg wartości z szeregu lub . Pojemność rzeczywista różni się od pojemności nominalnej, jednak zawsze mieści się w podanej klasie tolerancji. Najczęściej podawana dla temperatury pokojowej lub innej, określonej przez wytwórcę.
Napięcie znamionowe () – to największe dopuszczalne napięcie stałe lub zmienne [], które może być przyłożone trwale do kondensatora; zwykle podawane na obudowie kondensatora. Suma napięć stałych i zmiennych na zaciskach kondensatora w żadnym momencie nie powinna przekroczyć jego napięcia znamionowego. Wartość tego napięcia zależy od wielu czynników, m.in. od wytrzymałości elektrycznej dielektryka, jego grubości, odległości między elektrodami i wyprowadzeniami, oraz rodzajem obudowy.
Tangens kąta stratności () – stosunek mocy czynnej wydzielającej się na kondensatorze do mocy biernej magazynowanej w kondensatorze, przy napięciu sinusoidalnie zmiennym o określonej częstotliwości, obrazujący straty w dielektryku dla składowej zmiennej. Im większa wartość , tym gorsza jakość kondensatora, dla kondensatora idealnego .
Prąd upływowy () – prąd [] płynący przez kondensator przy napięciu stałym. Powoduje samoistne rozładowanie kondensatora. Ten parametr charakteryzuje rezystancję izolacji.
Temperaturowy współczynnik pojemności (, )– określa względną zmianę pojemności, w zależności od zmian temperatury [].
Tolerancja pojemności – możliwa odchyłka rzeczywistej wartości pojemności kondensatora w stosunku do jego wartości nominalnej. Wyrażana jest w procentach
[].
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Cewki
Cewka, inaczej nazywana zwojnicą, jest trzecim z podstawowych podzespołów biernych, posiada dwie końcówki i ma zdolność do gromadzenia energii pola magnetycznego. Uzwojenia cewki składają się z pewnej liczby zwojów przewodów miedzianych, zazwyczaj w postaci drutu nawojowego. Poszczególne zwoje są izolowane od siebie warstwą lakieru, którym pokryty jest drut nawojowy. Cewki rzadko są stosowane w formie klasycznych zwojnic. W ich budowę najczęściej wchodzą rdzenie magnetyczne. Rdzeń cewki pozwala osiągnąć dużo lepsze parametry cewki przy tej samej liczbie zwojów. Z cewek wykonuje się dławiki oraz filtry pasmowe. Kolejną grupą elementów wykorzystujących do swojej budowy cewki sprzężone magnetycznie są transformatory, służące do zmiany wartości napięcia bez zmiany częstotliwości.
W celu przedstawienia właściwości cewek podaje się ich parametry
Indukcyjność znamionowa - indukcyjność podawana przez producenta elementu; indukcyjność rzeczywista różni się od indukcyjności nominalnej, jednak zawsze mieści się w podanej klasie tolerancji. Jednostką indukcyjności jest Henr [].
Tolerancja (klasa dokładności) - ze względu na rozrzuty produkcyjne, cewki nie mają indukcyjności dokładnie zgodnej ze znamionową. Dlatego podaje się maksymalne dopuszczalne odchyłki. Tolerancje wyraża się w procentach wartości znamionowej
[].
Rezystancja szeregowa () - rezystancja jaką posiada cewka przy przepływie prądu stałego, podawana w omach.
Temperaturowy współczynnik indukcyjności () - określa względną zmianę indukcyjności, zależną od zmian temperatury podawany
w [].
Dobroć cewki () – to bezwymiarowa wielkość, parametr określający ilościowo, ile razy amplituda sygnału o częstotliwości roboczej jest większa od amplitudy sygnału o innej częstotliwości. Pojęcie dobroci jest ściśle związane ze stratami, które zawsze występującymi w cewce. Te straty wynikają z oporności czynnej (), występującej w cewce oraz obwodzie rezonansowym.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Diody
Diody to najprostsze elementy elektroniczne półprzewodnikowe, posiadające dwie końcówki nazywane anodą i katodą. Ich podstawową cechą jest zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku. Głównym materiałem do produkcji diod jest krzem, a dawniej german. Do produkcji diod świecących wykorzystuje się arsenek galu, fosforek galu lub materiały trójskładnikowe zawierające gal, arsen i potas (lub gal, glin i arsen). Diody są powszechnie stosowane prawie w każdym urządzeniu elektronicznym. W zależności od zastosowania rozróżniamy kilka rodzajów diod: diody prostownicze, diody przełączające, diody stabilizujące napięcie, diody pojemnościowe.
Diody prostownicze spolaryzowane
Diody te zaczynają przewodzić, dopiero po przekroczeniu napięcia w kierunku przewodzenia , wtedy następuje gwałtowny wzrost prądu.
Parametry charakterystyczne:
napięcie progowe , poniżej którego prąd przewodzenia ma bardzo małą wartość ( dla krzemowych),
napięcie przebicia ,
powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne ,
napięcie przewodzenia przy określonym prądzie przewodzenia ,
prąd wsteczny przy określonym napięciu w kierunku zaporowym.
Zastosowanie: głównie w zasilaczach w układach prostowniczych.
Diody stabilizacyjne (diody Zenera)
Diody stabilizacyjne pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym, charakteryzując się niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem dużych zmian prądu.
Parametry charakterystyczne:
napięcie stabilizacji (zwane również napięciem Zenera),
napięcie przewodzenia przy określonym prądzie przewodzenia ,
prąd wsteczny przy określonym napięciu w kierunku zaporowym,
rezystancja dynamiczna , jaką stanowi dioda w zakresie stabilizacji,
temperaturowy współczynnik napięcia stabilizacji .
Zastosowanie: przeznaczone do stabilizacji napięcia w zasilaczach lub do ograniczania napięcia. Są głównie stosowane w urządzeniach zasilających jako elementy stabilizatorów napięcia oraz jako źródła napięć odniesienia i ograniczniki amplitudy w innych układach elektronicznych.
Diody pojemnościowe (warikapy)
Dioda pojemnościowa wykorzystuje zmianę pojemności złącza w zależności od doprowadzonego napięcia. Diody te pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym.
Parametry charakterystyczne:
Pojemność złącza podawana dla określonej wartości napięcia wstecznego i częstotliwości .
Prąd wsteczny określony dla danej wartości napięcia wstecznego.
Zastosowanie: obwody rezonansowe .
Diody przełączające (impulsowe) – diody Schottky’ego
Diody przełączające to diody, które mają krótkie czasy przełączania.
Charakteryzują się one niskim napięciem w kierunku przewodzenia rzędu - , zbudowane są ze złącza metal‑półprzewodnik typu .
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Tranzystory
Tranzystory to aktywne, warstwowe, półprzewodnikowe elementy elektroniczne o trzech końcówkach posiadające zdolności wzmacniające sygnały. Są stosowane w postaci pojedynczych elementów lub wchodzących w skład układów scalonych. Głównym materiałem do produkcji tranzystorów jest krzem, ale również stosuje się arsenek galu. W zależności od zastosowania tranzystory produkowane są o różnych mocach oraz z przeznaczeniem na różne częstotliwości.
Tranzystory należą do grupy elementów półprzewodnikowych wzmacniających i przełączających o regulowanym przepływie prądu.
Ze względu na zasadę działania dzielimy je na:
bipolarne,
unipolarne.
Ze względu na wydzielaną moc tranzystory dzielimy na:
małej mocy: do ,
średniej mocy: do ,
dużej mocy: powyżej , nawet do .
Ze względu na maksymalną częstotliwość pracy tranzystory dzielimy na:
małej częstotliwości: do kilkudziesięciu ,
wielkiej częstotliwości: nawet do kilku .
Tranzystory bipolarne są najczęściej wykonywane z krzemu. Ze względu na kolejność ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy tranzystory typu i . Każda z tych warstw ma swoją nazwę: baza – , emiter – , kolektor – .
Parametry charakterystyczne tranzystorów bipolarnych
współczynnik wzmocnienia prądowego (lub ) tranzystora dla układu ,
częstotliwość graniczna tranzystora , przy której współczynnik spada do jedności,
napięcie między kolektorem, a emiterem w stanie nasycenia .
Tranzystory unipolarne mają kanał typu lub , który może być wzbogacany lub zubażany. Elektrody tych tranzystorów mają swoje nazwy i oznaczenia: źródło-, bramka-, dren-. W tranzystorach polowych w przepływie prądu biorą udział nośniki większościowe jednego rodzaju – elektrony () lub dziury (). Prąd może płynąć przez kanał pomiędzy źródłem i drenem, natomiast przewodnictwo tego kanału zależy od napięcia bramka‑źródło . Istnieje pewne napięcie , przy którym następuje odcięcie kanału i tranzystor przestaje przewodzić. Ze względu na rodzaj sterowania kanałem i właściwości tranzystory unipolarne dzielimy na złączowe (JFET) i z izolowaną bramką (MOSFET).
Do podstawowych parametrów charakterystycznych tranzystora unipolarnego zaliczamy
rezystancję kanału ,
prąd nasycenia drenu ,
napięcie odcięcia kanału .
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Układy scalone
Układy scalone to miniaturowe układy elektroniczne wykonane na jednej elementarnej płytce monokryształu krzemu. W zależności od ilości użytych elementów elektronicznych, takich jak rezystory, diody, tranzystory, w układzie scalonym mówimy o stopniu integracji lub scalenia. Przyjęto klasyfikację układów scalonych według podziału:
– mały stopień scalenia,
– średni stopień scalenia,
– duży stopień scalenia,
– bardzo duży stopień scalenia,
– ultra duży stopień scalenia.
Układy scalone dzieli się również na układy analogowe, gdzie sygnał wyjściowy jest proporcjonalny do doprowadzonego sygnału do wejścia i układy cyfrowe, gdzie niezależnie od wartości sygnału wejściowego na wyjściu może pojawić się stan niski lub stan wysoki.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Elementy optoelektroniczne
Elementy optoelektroniczne dzielą się na fotoemitery, do których zaliczają się diody LED, fotodiody, wskaźniki ciekłokrystaliczne i wskaźniki cyfrowe elektroluminescencyjne, które przekształcają energię elektryczną w energię świetlną, oraz na fotodetektory, które zamieniają informację świetlną na sygnał elektryczny w postaci prądu lub napięcia. Do fotodetektorów należą: fotorezystory, fotodiody, fototranzystory, fotoogniwa. Elementy optoelektroniczne wykorzystują promieniowanie w zakresie widzialnym, podczerwonym lub nadfioletowym.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Diaki
Diaki to elementy półprzewodnikowe czterowarstwowe o strukturze , posiadające dwie elektrody: anodę i katodę. Są elementami przewodzącymi prąd w obu kierunkach, dlatego mówi się o nich jako o dwukierunkowych tyrystorach diodowych symetrycznych. Stosowane są jako elementy wyzwalające i załączające tyrystory lub triaki jako elementy zabezpieczające przed przepięciami. W celu przedstawienia właściwości diaków podaje się ich parametry: napięcie przełączania , maksymalny dopuszczalny prąd przewodzenia , maksymalne straty mocy .
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Triaki
Triaki to dwukierunkowe tyrystory o pięciowarstwowej strukturze, posiadające trzy elektrody: anodę 1 (), anodę 2 () i bramkę . Umożliwiają przepływ prądu w obu kierunkach po spełnieniu określonych warunków przewodzenia. Triaki stosowane są w obwodach prądu przemiennego jako dwukierunkowe łączniki bezstykowe oraz w układach regulacji wartości napięcia i prądu. W celu przedstawienia właściwości triaków podaje się parametry: graniczne napięcie przełączania , dopuszczalne napięcie między anodą , a anodą w stanie blokowania , prąd podtrzymania , maksymalny prąd bramki , maksymalne dopuszczalne napięcie przełączające .
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Tyrystory
Tyrystory to elementy półprzewodnikowe o czterowarstwowej strukturze , posiadający trzy elektrody: anodę , katodę i bramkę . Inaczej nazywane są jako sterowane diody półprzewodnikowe. Umożliwiają przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Stosowane są w układach sterowania i regulacji w elektroenergetyce, gdzie płyną prądy o dużych natężeniach oraz występują wysokie napięcia, jako bezstykowe łączniki oraz przerywacze w obwodach prądu stałego i zmiennego.
W celu przedstawienia właściwości tyrystorów podaje się ich parametry: graniczne napięcie przełączania , dopuszczalne napięcie między anodą, a katodą w stanie blokowania , napięcie przebicia , dopuszczalne napięcie wsteczne w stanie zaporowym.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści