Zarys historii elektroniki

Transkrypt

1 Zarys historii elektroniki Wrocław początek pierwszy kalkulator (ok.1500)?? 1

2 - początek Radio 1900?? Nicola Tesla Radio - metoda przekazu informacji na odległość za pomocą fal radiowych. - początek Radio 1900?? Guliemo Marconi

3 Elektronika to dziedzina techniki, nauki zajmująca się praktycznym zastosowaniem zjawisk związanych z dającym się sterować ruchem elektronów w próżni, gazach i półprzewodnikach. Odkrycie elektronu Najmniejsza porcja elektryczności = ELEKTRON Odkrycie elektronu (1897) Joseph J.Thomson ( ) Nagroda Nobla

4 Lampy elektronowe Termin elektronika pojawił się na początku XX wieku dla opisania zastosowań lamp elektronowych. Lampa katodowa (protoplasta kineskopu) --- Karl F. Braun (1897r.) Lampy elektronowe Dioda próżniowa (zawór elektryczny) -- Ambrose Fleming (1904r.) 4

5 Trioda próżniowa Lee de Forest (1906r.) Lampy elektronowe Trioda próżniowa Lampy elektronowe 5

6 Lampy elektronowe Rozwój radiotechniki Pojawienie się lamp zapoczątkował rozwój radiotechniki i TV lampy wieloelektrodowe i elektronopromieniowe: tetroda (1919), pentoda(1927), lampy obrazowe (tv) i analizujące (kamera). elektroniczny system telewizyjny (1927) Termin elektronika ugruntował swoje znaczenie stając się nazwą miesięcznika wydawanego przez znane wydawnictwo McGraw-Hill. 6

7 Tranzystor bipolarny (1947) JOHN BARDEEN, WALTER BRATTAIN, WILLIAM SHOCKLEY Lata Elektronika już w latach 40 uznana zostaje za strategiczną dziedzinę. W połowie stulecia decyduje o burzliwym rozwoju - radiotechniki, - teletechniki, - telewizji, - metrologii elektronicznej, - automatyki, - maszyn matematycznych (komputerów). Tranzystor zwiększa tempo wprowadzania elektroniki w różne dziedziny życia. Urządzenia stają się bardziej niezawodne, miniaturowe, tańsze. 7

8 Tyrystor, układ scalony, laser 1950r. pierwszy komputer UNIVAC I Tyrystor, układ scalony, laser 1956r. tyrystor - sterowanie urządzeń dużych mocy 1958r. pierwszy układ scalony (Jack Kilby) [1961r. komercyjna produkcja] 1960r. tranzystor polowy MOS 1962r. laser półprzewodnikowy systemy łączności z kanałami o b. dużych pojemnościach. Rozwój techniki laserowej otwiera nową epokę w mikromechanice, biologii, medycynie. Równoległy rozwój techniki lampowej kolorowa TV (1956r.) 8

9 Mikroelektronika Pierwszy sterowany elektronicznie robot przemysłowy(1962) Pierwszy działający satelita telekomunikacyjny Telstar(1962) Pierwszy popularny mikrokomputer PDP-8(1963) Mikroelektronika Pierwsza transmisja radiowa z Księżyca(1969) 9

10 Mikroelektronika Mikroprocesor (1971) 2300 tranzystorów w monolitycznym kawałku krzemu Mikroprocesor (1997) 7,5mln tranzystorów Mikroprocesor ( ) minimalna długość kanału tranzystora nm nm nm > 2mld tranzystorów w mikroprocesorze nm nm Przyszłość.GRAFEN?? Andre Geim; Konstantin Novoselov Bardzo dobry przewodnik ciepła ok.5000 W/mK (diament 1500W/mK, srebro, miedź ok..400w/mk), Niewielka rezystancja Bardzo wysoka ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej µ = cm²/vs (krzem 1500 cm²/vs, arsenek galu 8500 cm²/vs) Prędkość elektronów, wynosząca 1/300 prędkości światła 10

11 Przyszłość.GRAFEN?? Niemal całkowicie przezroczysty (pochłania tylko 2,3%światła) Ponad 100 razy mocniejszy niż stal o tej samej grubości, Elastyczny - można go bez szkody rozciągnąć o 20%. Zastosowanie: Szybkie procesory, Energooszczędneźródłaświatła. Przyszłość.GRAFEN?? Czujniki z grafenu potrafią zarejestrować obecność pojedynczej cząsteczki substancji. Elektrony poruszają się w grafenie z prędkością sięgająca 1/300 prędkości światła, pozwala to wykonywać wiele doświadczeń, które dotąd wymagały użycia akceleratora. 11

12 Podstawowe elementy bierne w elektronice Wrocław 2015 Rezystor (opornik) Podział Najprostszy element bierny obwodu elektrycznego (elem. liniowy). I U U = RI Podział rezystorów: Rezystory stałe - elementy o wartości rezystancji ustalonej w procesie wytwarzania i nie podlegającej zmianie w czasie pracy Rezystory zmienne - elementy charakteryzujące się zmiennością rezystancji. nastawne, o konstrukcji umożliwiającej płynną, dokonywaną w sposób mechaniczny, zmianę wartości rezystancji w obwodzie (potencjometry), półprzewodnikowe (wytwarzane z półprzewodników) o rezystancji zmieniającej się w znacznym przedziale wartości pod wpływem rozmaitych czynników zewnętrznych, są to np. termistory, magnetorezystory, fotorezystory. 12

13 Rezystor (opornik) Podział Ważne znaczenie ma klasyfikacja objęta międzynarodowym systemem normalizacyjnym (IEC), w której rezystory dzieli się na: typu1, tj. wysokostabilne i precyzyjne, typu2, tj. powszechnego stosowania. Niekiedy wyróżnia się rezystory mające szczególnie kształtowane wartości niektórych parametrów, przykładem mogą być rezystory: wysokonapięciowe (> 1 kv), wysokoomowe (> 10 MΩ), dużej mocy (> 2 W), wysokotemperaturowe (> 175 C), precyzyjne (< 1%), itp., Rezystor (opornik) Parametry Rezystancja (0.1Ω 10MΩ szeregi E12(10%) i E24(5%) E3 50% 10, 22, 47 E6 20% 10, 15, 22, 33, 47, 68 E12 10% 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82 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 13

14 Rezystor (opornik) Parametry Moc (1/8 5W) Maksymalne napięcie (100V 1000V) Stabilność termiczna (10ppm/deg 500ppm/deg) Stabilność czasowa (np. 1%/1000h) Indukcyjność pasożytnicza (indukcyjność doprowadzeń 6-8nH) Pojemność (0.1pF 5pF) Nieliniowość (R=R(U) rzędu 0.01%/V) Rezystor (opornik) Oznaczenia Oznaczenia rezystorów: a) bezpośrednie zapisanie wartości na obudowie rezystora, występuje w przypadku rezystorów przewlekanych, - np. wartość 0.47Ωzapisujemy 0.47 lub R47 lub 0E47 - np. wartość 4.7Ωzapisujemy 4R7 - np. wartość 470Ωzapisujemy 470 lub 470R lub k47 - np. wartość 4.7 kωzapisuje się 4.7k lub 4k7 - np. wartość 4.7MΩzapisujemy 4M7 lub 4.7M 14

15 Rezystor (opornik) Oznaczenia Rezystor (opornik) Oznaczenia c) kod paskowy zakodowanie wartości za pomocą czterech, pięciu lub sześciu kolorowych pasków 15

16 Rezystor (opornik) Model C~0,5pF R L~5-10nH C~0.5pF C~0.5pF Rezystor (opornik) Przykładowe rezystory 16

17 Rezystor (opornik) Rezystory powierzchniowe Kondensator (pojemność) Zbudowany jest z dwóch okładek (przewodników) rozdzielonych dielektrykiem u(t) Podłączenie napięcia do okładek kondensatora powoduje zgromadzenie się na nich ładunku elektrycznego. Po zaniku napięcia, ładunki utrzymują się na okładkach siłami przyciągania elektrostatycznego. Kondensator charakteryzuje pojemność określająca zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku: Q C = U i(t) du i( t) = C ; dt t 1 u( t) = i( t) dt + u( o) C 0 17

18 Kondensator (pojemność) Kondensator (pojemność) 18

19 Kondensator Parametry Pojemność (0.1pF 5F; szeregi E6 E12) Napięcie przebicia (5V 10kV) Polaryzacja (dla kondensatorów elektrolitycznych!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) Rezystancja upływu (0-10µA) Stratność (rodzaj dielektryka i upływność) Rezystancja szeregowa Stabilność termiczna (rodzaj dielektryka np. NP0.) Prąd maksymalny (szczególnie impulsowy) Indukcyjność doprowadzeń Kondensator Parametry 19

20 Kondensator Parametry Kondensator Parametry 20

21 Kondensator Parametry Kondensator Parametry 21

22 Kondensator Parametry Kondensator Parametry Dopuszczalne napięcie znamionowe jest to chwilowa wartość sumy napięcia stałego i amplitudy napięcia zmiennego jaką można przyłożyć do końcówek kondensatora nie powodując jego uszkodzenia (przebicia warstwy dieelektryka). Wartość napięcia znamionowego zależy od typu dieelektryka. Wartość napięcia znamionowego podaje się wprost na obudowie kondensatora lub koduje za pomocą litery. 22

23 Kondensator Model RU C RS L C~0.5pF C~0.5pF Kondensator Przykładowe kondensatory ceramiczne styrofleksowe 23

24 Kondensator Przykładowe kondensatory polipropylenowe tantalowe Kondensator Przykładowe kondensatory elektrolityczne 24

25 Kondensator Zakres pojemności Kondensator Rodzaje Typ kondensatora Zakres pojemności Napięcie przebicia [V] Dokładnoś ć Stałość tempera- turowa Upływ- ność Uwagi Mikowy 1 pf-0,01uf dobra mała doskonały; dobry w układach w.cz. Ceramiczny 10pF-luF 50-30k kiepska Zależy od rodzaju ceramiki średnia mały, niedrogi, bardzo popularny Poliestrowy 0,001uF- 50jiF dobra kiepska mała tani, dobry, bardzo popularny Polistyrenowy (styrofleksowy) 10pF-2,7uF b. dobra dobra b.mała wysokiej jakości, o dużych wymiarach, dobry do filtracji sygnałów Poliwęglanowy 100pF-30uF b. dobra znakomita mała wysokiej jakości, o ma łych wymiarach Polipropylenowy 100pF-50uF b. dobra dobra b.mała wysokiej jakości, mała absorpcja dielektryczna Teflonowy 1 nf-2uf b. dobra najlepsza b.b.mała wysokiej jakości, najmniejsza absorpcja dielektryczna 25

26 Kondensator Rodzaje Typ kondensatora Zakres pojemności Napięcie przebicia [V] Stałość temperatur o-wa Dokła- dność Upływ- ność Uwagi Szklany 10pF-l000pF dobra b.mała duża stałość długoczasowa pojemności Porcelanowy 100 pf-0,1uf dobra dobra mała dobry, duża stałość długoczasowa pojemności Tantalowy 0,1 uf-500uf kiepska kiepska duże pojemności, polaryzowany, małe wymiary; mała indukcyjność własna; Elektrolityczny aluminiowy 0,1uF-1F 1F zła okropna b.duża filtry w zasilaczach; polaryzowany, krótki czas życia Buck-up up 0,1 F-10F F 1,5-6 kiepska kiepska mała do podtrzymywania za wartości pamięci; du ża rezystancja szerego wa Olejowy 0,1 uf-20uf k mała filtry wysokonapięcio we; duże wymiary; długi czas życia Próżniowy 1 pf-5nf 2k-36k b.mała Układy w.cz. Cewka (indukcyjność) Jest elementem zdolnym do gromadzenia energii w wytwarzanym polu magnetycznym. u(t) t 1 di i( t) = u t dt + i u t = L L ( ) (0); ( ) dt i(t) 0 Zwój z drutu, który może być nawinięty na rdzeniu z powietrzem lub innym niemagnetycznym materiale, lub na rdzeniu magnetycznym (żelazo, materiał ferrytowy). Zastosowanie rdzenia zwiększa indukcyjność cewki. 26

27 Cewka (indukcyjność) Indukcyjność (szereg E12 tylko dla dławików małej dobroci) A L [nh/zw 2 ] - stała rdzenia (L = A L z 2 ) Rezystancja szeregowa - dobroć Naskórkowość Nieliniowość i histereza rdzenia, straty w rdzeniu Maksymalny prąd (nasycenie materiału rdzenia Bmax=0,2-1.6T) Maksymalne napięcie pracy (przebicie międzyuzwojeniowe) Cewka Model C RS L C~0.5pF C~0.5pF 27

28 Cewka Transformator Dwie cewki sprzężone magnetycznie (nawinięte na wspólnym rdzeniu) tworzą transformator. Cewka Transformator U = N U 2 N N = N Doprowadzanie do uzwojenia pierwotnego napięcia zmiennego U 1 spowoduje powstanie strumienia magnetycznego w rdzeniu. Strumień ten przenikając uzwojenie wtórne, wyindukuje w nim napięcie zmienne U 2. Napięcie to będzie miało taki sam kształt jak napięcie w uzwojeniu pierwotnym, a amplitudę wprost proporcjonalną do przekładni transformatora. 28

29 Cewka Przykładowe cewki i transformatory Bezpieczniki w aparaturze elektron. 29

30 Bezpieczniki w aparaturze elektron. Parametry Napięcie znamionowe największe napięcie (stałe lub zmienne) dla którego można stosować dany bezpiecznik Prąd znamionowy prąd (roboczy), dla którego przystosowany jest bezpiecznik. Jest mniejszy od maksymalnego prądu, który nie powoduje zadziałania bezpiecznika. Zdolność łączenia najwyższa wartość prądu, który może być przerwany przez bezpiecznik, przy danym napięciu, bez ryzyka wystąpienia przebicia lub stopienia obudowy. Prąd zadziałania IN minimalna wartość prądu powodująca zadziałanie bezpiecznika (przerwanie obwodu) Bezpieczniki w aparaturze elektron. Parametry Charakterystyka zadziałania opisuje zależność pomiędzy szybkością zadziałania bezpiecznika a wartością prądu: - bezpieczniki szybkie krótkim czasie zadziałania, stosowane w układach gdzie przekroczenie prądu maksymalnego może uszkodzić układ - bezpieczniki zwłoczne zadziałanie bezpiecznika następuje po przepływie prądu większego/równego prądowi zadziałania przez określony czas; stosowane w układach gdzie występuje tzw. prądy rozruchowe, dużo większe od prądu pobieranego przez układy podczas pracy normalnej 30

31 Bezpieczniki w aparaturze elektron. Parametry FF bardzo szybkie zabezpieczają układy zawierające elementy półprzewodnikowe przed zwarciami F szybkie stosowane w układach, w których nie występują nagłe skoki napięcia lub jako bezpieczniki główne M o średnim opóźnieniu zadziałania używane w układach niskonapięciowych i niskoprądowych T o opóźnionym czasie zadziałania stosowane w układach z przełączanymi prądami o powolnych czasach narostu i opadania TT z dużą zwłoką zadziałania w układach z krótkotrwałymi prądami rozruchowymi Bezpieczniki w aparaturze elektron. Parametry 31

32 Bezpieczniki w aparaturze elektron. Obudowy Bezpieczniki w aparaturze elektron. Obudowy SMD 32